Metódy kontroly a skúšania NVH pre ozubené súkolie

V oblastiach modernej železničnej dopravy, leteckého priemyslu a vysokorozvíjanej mechanickej techniky, ozubené súkolie musí spĺňať nielen vysokú účinnosť a spoľahlivosť, ale aj vynikajúce NVH vlastnosti (Noise, Vibration, Harshness). Úroveň NVH priamo ovplyvňuje používateľskú skúsenosť a životnosť, ale má aj významný vplyv na náklady na údržbu techniky a na obraz značky. Tento článok systematicky predstaví metódy skúšania NVH, vplyvové faktory a optimalizačné stratégie pre ozubené súkolie.

1. Význam NVH v prevodovkách

Počas prenosu cez prevodové kolesá môžu byť akékoľvek drobné geometrické chyby, odchýlky pri montáži alebo materiálové vady počas zaberania prevodového kolesa premenené na zdroje vibrácií a hluku. U koľajových vozňov spôsobuje vysoký hluk nielen zníženie pohodlia cestujúcich, ale tiež zhoršuje únavové poškodenie komponentov, ako sú ložiská a ozubené kolesá, čím skracuje životnosť celého zariadenia. Bez zmeny materiálu a schémy prenosu môžeme prostredníctvom vedeckého merania a optimalizácie NVH dosiahnuť dvojité výhody zníženia hluku a predĺženia životnosti.

Kmitanie a hluk vznikajúce v prevodovom mechanizme sa prenášajú na ostatné časti vozidla prostredníctvom odozvy skrine. Zdroj buzenia je hlavne chyba prenosu a prenosové cesty zahŕňajú ozubené koleso-hriadeľ-ložisko-skrň a ozubené koleso-vzduch-skrň.

2. Hlavné zdroje hluku ozubeného kolesa

Chyby profilu zuba a šikmého ozubenia: Nerovnomerné zaberanie spôsobené týmito chybami vedie k nárazom pri zaberaní, čo má za následok zvýšenie hladiny hluku.

Príliš vysoká drsnosť povrchu ozubeného kolesa: Priamo ovplyvňuje stav styku pri zábere a spôsobuje vysokofrekvenčný hluk.

Excentricita a radiálna hádza pri montáži: Spôsobujú nerovnomerné zaťaženie v zábere, čo vedie k periodickému hluku.

Prekrytie rezonančnej frekvencie: Keď je frekvencia záberu ozubeného kolesa blízka rezonančnej frekvencii skrine, hriadeľa alebo vonkajšej konštrukcie, hluk sa výrazne zosilní.

3. Metódy merania hluku ozubených kolies

3.1 Akustické meranie

Na meranie hladiny zvuku (dB) prevodovky počas prevádzky použite mikrofóny vo voľnom poli.

Analýza intenzity zvuku môže lokalizovať hlavné zdroje hluku.

Meranie by sa malo vykonávať v bezodrazovej komore alebo polotichovej miestnosti, aby sa znížilo rušenie okolitého hluku.

Napríklad pri akustickom testovaní električiek sa používajú mikrofónové sústavy na detekciu zdrojov hluku v komponentoch ako je karoséria električky, konštrukcia podvozku a prvky kolesových súprav. Akustické oblasti zahŕňajú prevodovku, kryt podvozku atď.

3.2 Analýza vibrácií

Na zaznamenávanie vibračných signálov v rôznych smeroch prevodovky použite trojosé akcelerometre.

Prostredníctvom FFT (Fast Fourier Transform) analýzy preveďte vibračné signály na spektrogramy, aby ste určili prítomnosť abnormálnych frekvenčných komponentov.

Môže sa kombinovať s analýzou rádu, aby sa rozlíšila frekvencia zatáčania ozubeného kolesa od vibrácií iných mechanických komponentov.

Frekvenčné spektrum môže ukázať amplitúdu zodpovedajúcu rôznym frekvenciám, ako napríklad 1x Gear, 1x Pinion, 1xGMF (Gear Meshing Frequency), 2xGMF, 3xGMF atď. U priamozubých kolies je radiálna vibrácia výraznejšia, zatiaľ čo u šikmozubých kolies je zrejmejšia axiálna vibrácia.

3.3 Meranie drsnosti povrchu

Na meranie parametrov Ra a Rz povrchu zubov použite meradlá drsnosti povrchu (napr. Taylor Hobson Talysurf).

Príliš vysoká drsnosť povrchu nielenže zvyšuje trenie, ale aj zosilňuje hluk pri zatáčaní.

Pre vysokorýchlostné ozubené kolesá sa odporúča Ra ≤ 0,4 μm, aby sa znížili vysokofrekvenčné šumové komponenty.

4. Stratégie optimalizácie NVH

4.1 Optimalizácia úpravy bokov ozubených kolies

Zmierňovanie hrotu a päty zuba: Zníženie nárazu pri zapadnutí zubov v oblasti päty.

Zakrivenie bokov zuba: Zníženie koncentrácie zaťaženia pozdĺž zubov. Optimálnou úpravou možno efektívne znížiť nárazovú silu pri zábere a potlačiť hluk v jeho zdroji.

Existuje viacero spôsobov úpravy, napríklad šikmý zub s dvojitým zakrivením bokov s rôznymi parabolickými profily (kvadratická, bikvadratická a šesťkvadratická parabola), ozubené kolesá s kontúrovým zakrivením bokov so zníženým tlakom na spodku a vůľou na hrote zuba atď. Rôzne spôsoby úpravy spôsobujú rôzne kontaktné dráhy počas záberu.

4.2 Zlepšenie povrchovej drsnosti

Použitie technológií ako presné brúsenie, honovanie alebo leštenie a valcovanie na zníženie povrchovej drsnosti.

Valcovaním sa nielen zníži hodnota Ra, ale zároveň sa vylepší aj kvalita povrchovej kalenej vrstvy zubov.

Drsňovanie je efektívny proces. Os drsňovacieho nástroja je správne nastavená a drsňovací nástroj (presne opracované vnútorné koleso vyrobené z abrazívnych keramických materiálov, ako je korund, s určitým šikmosťou zubov) opracováva ozubené koleso obrobku. Počas prevádzky je smer spracovania (kontaktu) na povrchu zubov takmer rovnaký ako počas skutočného zameriavania ozubených kolies.

4.3 Dynamická rovnováha a presnosť montáže

Vykonajte dynamické vyvažovanie ozubených kolies a hriadeľov, aby sa znížili zdroje vibrácií.

Počas montáže sa riďte hodnotami radiálneho hádzania (Fr) a axiálneho hádzania (Fa), aby sa zabránilo nerovnomernému zaťaženiu.

5. Normy a skúšobné požiadavky

Medzinárodné a odvetvové normy jasne definujú požiadavky na NVH vlastnosti ozubených kolies:

ISO 1328: Určuje stupne presnosti a rozsahy chýb ozubených kolies.

ISO 8579: Zaoberá sa meraním hluku ozubených prevodov.

ISO 10816: Zahŕňa normy pre monitorovanie a hodnotenie vibrácií.

Integrovaním NVH testovania do kontroly kvality v celom výrobnom procese možno pred odchodom produktu z továrne zabezpečiť tichosť a stabilitu prevodového systému.

NVH testovanie prevodov nie je len súčasťou továrenského preskúmania, ale by malo prebiehať počas celého procesu návrhu, spracovania a montáže prevodov. Prostredníctvom systémovej akustickej merania, analýzy vibrácií a merania drsnosti povrchu, v kombinácii s optimalizáciou úprav a technológiou presného spracovania, je možné výrazne zlepšiť prevádzkovú tichosť a životnosť prevodovky bez zvyšovania nákladov. Toto nie je len prejavom konkurencieschopnosti produktu, ale aj nevyhnutným trendom v kvalitnejšom vývoji moderného strojárstva.