انگلیسی 1. ظرفیت تحمل بار
در طول عملیات، چرخ دنده زمان بندی موتور در معرض انتقال قدرت عظیم از زنجیره یا تسمه، به ویژه در سرعت بالا و بار زیاد است. بنابراین، ظرفیت تحمل بار مواد چرخ دنده در هنگام انتخاب ماده مورد توجه اولیه است. این ماده باید استحکام کششی و مقاومت در برابر خستگی بالایی داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که چرخ دنده تحت عملکرد طولانی مدت با بار بالا تغییر شکل نمی دهد یا نمی شکند.
موادی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند آلیاژهای فولادی با استحکام بالا (مانند 20CrMnTi یا 42CrMo) معمولاً دارای استحکام کششی، سختی و چقرمگی بالایی هستند و می‌توانند عملکرد پایدار را در شرایط بار بالا حفظ کنند و آسیب‌های ناشی از سایش و خستگی را کاهش دهند.
2. مقاومت در برابر سایش و عملکرد اصطکاک
عملکرد اصطکاک چرخ دنده زمان بندی موتور تاثیر مهمی بر عمر و کارایی آن دارد. هنگامی که چرخ دنده با زنجیر یا تسمه تماس پیدا می کند، سایش سطح به دلیل اصطکاک طولانی مدت رخ می دهد. به منظور بهبود مقاومت در برابر سایش چرخ دنده، سختی مواد و فرآیند تصفیه سطح بسیار مهم است. سطح مواد برای کاهش سایش باید سختی بالایی داشته باشد.
فولاد معمولاً ماده ترجیحی برای چرخ دنده های زمان بندی موتور است زیرا می تواند سختی بالایی را از طریق عملیات حرارتی (مانند حرارت دادن، کربور کردن و غیره) بدست آورد، به طوری که سطح چرخ دنده می تواند اصطکاک با شدت بالا را تحمل کند. علاوه بر این، برخی از مواد با کارایی بالا مانند فولاد نیترید شده و آلیاژهای تیتانیوم نیز مقاومت در برابر سایش عالی دارند و در کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند.
3. پایداری حرارتی
دمای بالا که هنگام کار موتور ایجاد می شود، مواد دنده زمان بندی را با چالش جدی مواجه می کند. به خصوص برای موتورهای توربوشارژ یا با کارایی بالا، دمای کار به شدت افزایش می یابد. پایداری حرارتی ماده، یعنی توانایی حفظ خواص فیزیکی و شیمیایی آن در محیط با دمای بالا، یک عامل کلیدی است که هنگام انتخاب باید در نظر گرفته شود.
به طور کلی، فولاد در دمای بالا پایداری حرارتی خوبی دارد، اما با افزایش دما، استحکام و سختی مواد کاهش می‌یابد، بنابراین انتخاب گرید مناسب فولاد ضروری است. به عنوان مثال، فولاد با آلیاژ بالا (مانند SAE 4140، SAE 4340 و غیره) و مواد آلیاژی مبتنی بر نیکل معمولاً می توانند عملکرد خوبی را در دمای عملیاتی بالاتر حفظ کنند و برای کار در شرایط دمای بالا مناسب هستند.
4. مقاومت در برابر خوردگی
چرخ دنده های زمان بندی موتور معمولا در معرض انواع رسانه ها مانند روغن، مایع خنک کننده، هوا و غیره قرار دارند و مواد خورنده موجود در این محیط ها ممکن است باعث خوردگی سطح دنده شود. بنابراین، مقاومت در برابر خوردگی مواد نیز عامل مهمی در انتخاب مواد چرخ دنده زمان بندی است.
مواد معمولی مقاوم در برابر خوردگی مانند فولاد ضد زنگ، آلیاژ آلومینیوم و برخی از فولادهای روکش شده خاص (مانند گالوانیزه، روکش نیکل و غیره) می توانند به طور موثر در برابر اکسیداسیون و خوردگی اسیدی مقاومت کنند و طول عمر چرخ دنده را افزایش دهند. به خصوص هنگامی که در یک محیط مرطوب یا محیط اسپری نمک استفاده می شود، مقاومت در برابر خوردگی برتر فولاد ضد زنگ (مانند 304، 316 و غیره) می تواند محافظت بیشتری ایجاد کند.
5. عملکرد پردازش
چرخ دنده زمان بندی موتور سفارشی معمولاً به ماشینکاری دقیق نیاز دارد تا اطمینان حاصل شود که هندسه، دقت سطح دندان و دقت ابعاد آن با الزامات طراحی مطابقت دارد. عملکرد پردازش مواد، از جمله ماشینکاری، جوش پذیری و شکل پذیری آن، مستقیماً بر دشواری ساخت و هزینه چرخ دنده تأثیر می گذارد.
فولاد عملکرد پردازش خوبی دارد، به ویژه فولاد عملیات حرارتی شده، که می تواند عملکرد برش و توانایی شکل دهی خوبی را ارائه دهد. برخی از مواد آلیاژی، مانند آلیاژ تیتانیوم و آلیاژ آلومینیوم، وزن سبک و استحکام عالی دارند، اما پردازش آنها دشوار است، بنابراین ممکن است به تجهیزات و فرآیندهای پردازش پیچیده‌تری نیاز باشد. علاوه بر این، جوش پذیری مواد نیز باید در نظر گرفته شود، به خصوص زمانی که چرخ دنده باید به اجزای دیگر متصل شود.
6. وزن و چگالی
در موتورهای با کارایی بالا، وزن و چگالی دنده ها نیز باید به طور منطقی انتخاب شود. دنده های سنگین تر ممکن است باعث اینرسی بیشتر شوند که بر عملکرد شتاب موتور تأثیر می گذارد. بنابراین، چگالی مواد عامل مهمی است که در هنگام طراحی باید در نظر گرفته شود.
مواد سبک وزن مانند آلیاژهای آلومینیوم معمولاً چگالی کمتری دارند، بنابراین در برخی کاربردها، مانند اتومبیل های مسابقه ای یا اسپرت با کارایی بالا، ممکن است دنده های سبک وزن ترجیح داده شوند. با این حال، استحکام و مقاومت در برابر دمای بالا آلیاژهای آلومینیوم نسبتاً کم است، بنابراین در برخی از کاربردهای با بار بالا و دمای بالا، معمولاً موادی مانند آلیاژهای فولادی یا آلیاژهای تیتانیوم با استحکام بالاتر برای متعادل کردن استحکام و وزن انتخاب می‌شوند.
7. مقرون به صرفه بودن
در تولید واقعی، انتخاب مواد نه تنها باید عملکرد را در نظر بگیرد، بلکه باید مقرون به صرفه بودن را نیز متعادل کند. اگرچه برخی از مواد پیشرفته (مانند آلیاژهای تیتانیوم، سرامیک و غیره) عملکرد عالی دارند، اما گران‌تر هستند، بنابراین فقط در کاربردهای خاص با کارایی بالا استفاده می‌شوند. در مقابل، فولاد کربن سنتی و مواد فولاد آلیاژی مقرون به صرفه تری هستند و به طور گسترده در ساخت چرخ دنده های زمان بندی موتور برای خودروهای معمولی و مدل های متوسط به بالا استفاده می شود.
