1. Важность шума и шума в коробках передач.
Во время зубчатой передачи любые малейшие геометрические ошибки, отклонения сборки или дефекты материала могут быть преобразованы в источники вибрации и шума во время зацепления. В редукторах железнодорожных поездов высокий уровень шума не только влияет на комфорт пассажиров, но и усугубляет усталостные повреждения таких компонентов, как подшипники и шестерни, тем самым сокращая срок службы всей машины. Не меняя материал и схему передачи, посредством научных испытаний и оптимизации NVH, мы можем добиться двойного преимущества: снижения шума и увеличения срока службы.
Вибрация и шум, возникающие в коробке передач, передаются на другие части автомобиля через отклик корпуса. Источником возбуждения в основном является ошибка передачи, а пути передачи включают шестерню-вал-подшипник-корпус и корпус шестерни-воздушной-корпуса.
2. Основные источники шума редуктора
Ошибки профиля зуба и спирали. Неравномерное зацепление, вызванное этими ошибками, приводит к влиянию сетки, что приводит к увеличению пиков шума.
Чрезмерная шероховатость поверхности шестерни. Это напрямую влияет на состояние контакта в зацеплении и создает высокочастотный-шум.
Эксцентриситет сборки и радиальное биение: они вызывают неравномерное усилие в точках зацепления, что приводит к периодическому шуму.
Суперпозиция резонансных частот: когда частота зацепления шестерен близка к резонансной частоте коробки, вала или внешней конструкции, шум значительно усиливается.
3. Методы тестирования шума зубчатых передач
3.1 Акустические измерения
Используйте свободные-полевые микрофоны для измерения уровня звукового давления (дБ) коробки передач во время работы.
Анализ интенсивности звука позволяет определить основные источники шума.
Испытание следует проводить в безэховой камере или полу-безэховой среде, чтобы избежать помех от шума окружающей среды.
Например, при акустическом тестировании трамваев микрофонные решетки используются для обнаружения источников шума в таких компонентах, как кузов трамвая, конструкция тележки и элементы-колесной пары. Акустические зоны включают коробку передач, крышку тележки и т. д.
3.2 Анализ вибрации
Используйте трехосные акселерометры для регистрации сигналов вибрации в различных направлениях коробки передач.
С помощью анализа БПФ (быстрое преобразование Фурье) преобразуйте сигналы вибрации в спектрограммы, чтобы определить наличие аномальных частотных составляющих.
Его можно комбинировать с анализом заказа, чтобы отличить частоту зацепления шестерен от вибраций других механических компонентов.
Частотный спектр может отображать амплитуду, соответствующую различным частотам, таким как 1x шестерня, 1x шестерня, 1xGMF (частота зацепления шестерен), 2xGMF, 3xGMF и т. д. Для прямозубых шестерен более заметна радиальная вибрация, а для косозубых шестерен более очевидна осевая вибрация.
3.3 Испытание шероховатости поверхности
Используйте измерители шероховатости поверхности (например, Taylor Hobson Talysurf) для измерения таких параметров, как Ra и Rz поверхности зуба.
Чрезмерная шероховатость поверхности не только увеличивает трение, но и усиливает шум зацепления.
Для высокоскоростных-передач рекомендуется, чтобы значение Ra было меньше или равно 0,4 мкм, чтобы уменьшить высокочастотные-компоненты шума.
4. Стратегии оптимизации NVH
4.1 Оптимизация модификации поверхности зуба
Наконечник и облегчение корня: смягчите удар при зацеплении корня зуба.
Коронка: Уменьшите концентрацию нагрузки вдоль направления зуба. Оптимизируя модификацию, можно эффективно уменьшить силу удара зацепления, подавляя шум от источника.
Существуют различные методы модификации, такие как косозубые шестерни с двойным-венцом и различными параболическими профилями (вторичные, четвертые и секстические параболы), контурные венцы с такими функциями, как снижение нижнего давления и зазор между вершинами и т. д. Различные методы модификации приводят к разным путям контакта во время зацепления.
4.2 Улучшение шероховатости поверхности
Используйте технологии точного шлифования, хонингования или полировки и прокатки, чтобы уменьшить шероховатость поверхности.
За счет прокатного упрочнения можно не только снизить значение Ra, но и улучшить качество закаленного слоя поверхности зуба.
Хонингование – эффективный процесс. Ось хонинговального инструмента устанавливается соответствующим образом, и хонинговальный инструмент (прецизионная -обработанная внутренняя шестерня из абразивной керамики, такой как глинозем, с определенным углом спирали) обрабатывает шестерню заготовки. В процессе эксплуатации направление обработки (контактирования) поверхности зубьев шестерен практически такое же, как и при реальном зацеплении шестерен.
4.3 Динамическая балансировка и точность сборки
Проведите испытания динамической балансировки шестерен и валов, чтобы уменьшить источники вибрации.
Контролируйте радиальное биение (Fr) и осевое биение (Fa) во время сборки, чтобы избежать неравномерной нагрузки.
5. Стандарты и требования к тестированию
Международные и отраслевые стандарты имеют четкие требования к характеристикам NVH редуктора:
ISO 1328: определяет классы точности зубчатых передач и диапазоны погрешностей.
ISO 8579: Относится к измерению шума зубчатой передачи.
ISO 10816: Охватывает стандарты мониторинга и оценки вибрации.
Интегрируя тестирование NVH в контроль качества всего производственного процесса, можно обеспечить бесшумность и стабильность системы передачи еще до того, как продукт покинет завод.
Испытание NVH зубчатых передач — это не только часть заводского контроля, но также должно проходить через весь процесс проектирования, обработки и сборки зубчатых передач. Благодаря систематическим акустическим измерениям, анализу вибрации и измерению шероховатости поверхности в сочетании с оптимизацией модификаций и технологией точной обработки можно значительно улучшить бесшумность работы и срок службы редуктора без увеличения затрат. Это не только проявление конкурентоспособности продукции, но и неизбежная тенденция качественного-развития современного машиностроения.