Nei campi del moderno transito ferroviario, aeronautica e attrezzature meccaniche di fascia alta, la trasmissione degli ingranaggi non solo richiede elevata efficienza e affidabilità, ma anche eccellenti prestazioni NVH (rumore, vibrazione, durezza). Il livello di NVH influisce direttamente sull'esperienza dell'utente e sulla durata del servizio e ha anche un profondo impatto sui costi di manutenzione delle attrezzature e sull'immagine del marchio. Questo articolo introdurrà sistematicamente i metodi di test, i fattori che influenzano e le strategie di ottimizzazione per Gear NVH.
1. L'importanza di NVH nei cambi
Durante la trasmissione degli ingranaggi, eventuali piccoli errori geometrici, deviazioni di assemblaggio o difetti del materiale possono essere convertiti in fonti di vibrazione e rumore durante la meshing. Per i cambi di treno ferroviari, il rumore elevato non colpisce non solo il comfort dei passeggeri, ma aggrava anche i danni da fatica ai componenti come cuscinetti e marcia, accorciando così la durata di servizio dell'intera macchina. Senza modificare il materiale e lo schema di trasmissione, attraverso test e ottimizzazione scientifica NVH, possiamo ottenere i doppi benefici della riduzione del rumore e del miglioramento della vita di servizio.
La vibrazione e il rumore generati nel cambio vengono trasmessi ad altre parti del veicolo attraverso la risposta dell'alloggiamento. La fonte di eccitazione è principalmente l'errore di trasmissione e i percorsi di trasmissione includono alloggi in cambio e alloggiamento per ingranaggi.
2. Fonti principali di rumore degli ingranaggi
Profilo del dente e errori dell'elica: meshing irregolare causato da questi errori porta a un impatto di meshing, con conseguente aumento dei picchi di rumore.
Rugosità della superficie degli ingranaggi eccessiva: influisce direttamente sullo stato di contatto di mesh e genera rumore ad alta frequenza.
Eccentricità dell'assemblaggio e runout radiale: questi causano forza irregolare sui punti di mesh, portando al rumore periodico.
Sovrapposizione di frequenza di risonanza: quando la frequenza di meshing degli ingranaggi è vicina alla frequenza di risonanza della scatola, della cornice o della struttura esterna, il rumore sarà significativamente amplificato.
3. Metodi di test del rumore degli ingranaggi
3.1 Misurazione acustica
Utilizzare i microfoni a campo libero per misurare il livello di pressione sonora (DB) del cambio durante il funzionamento.
L'analisi dell'intensità del suono può individuare le principali fonti di rumore.
I test dovrebbero essere effettuati in una camera anecoica o in un ambiente semi-annecoico per evitare interferenze dal rumore ambientale.
Ad esempio, nei test acustici di tram, gli array di microfoni vengono utilizzati per rilevare fonti di rumore in componenti come il corpo del tram, la struttura del carrello e gli elementi del set delle ruote. Le regioni acustiche coinvolgono il cambio, la copertura del carrello, ecc.
3.2 Analisi delle vibrazioni
Usa gli accelerometri triassiali per registrare segnali di vibrazione in varie direzioni del cambio.
Attraverso l'analisi FFT (Fast Fourier Transform), convertire i segnali di vibrazione in spettrogrammi per determinare la presenza di componenti di frequenza anormali.
Può essere combinato con l'analisi dell'ordine per distinguere la frequenza di meshing degli ingranaggi dalle vibrazioni di altri componenti meccanici.
Lo spettro di frequenza può mostrare l'ampiezza corrispondente a diverse frequenze, come 1x ingranaggio, pignone 1x, 1xgmf (frequenza di meshing degli ingranaggi), 2xgmf, 3xgmf, ecc. Per gli ingranaggi di sperma, la vibrazione radiale è più prominente, mentre per gli ingranaggi elici, la vibrazione assiale è più evidente.
3.3 Test della rugosità superficiale
Usa i contatori di rugosità della superficie (come Taylor Hobson Talysurf) per misurare i parametri come RA e RZ della superficie del dente.
L'eccessiva rugosità superficiale non solo aumenta l'attrito, ma amplifica anche il rumore di meshing.
Per gli ingranaggi ad alta velocità, si raccomanda che RA inferiore o uguale a 0,4 μm per ridurre i componenti del rumore ad alta frequenza.
4. Strategie di ottimizzazione NVH
4.1 Ottimizzazione della modifica della superficie dei denti
Suggerimento e sollievo alla radice: alleviare l'impatto quando la radice del dente si impegna.
Croonatura: ridurre la concentrazione di carico lungo la direzione del dente. Ottimizzando la modifica, la forza di impatto meshing può essere effettivamente ridotta, sopprimendo il rumore dalla sorgente.
Esistono vari metodi di modifica, come ingranaggi elicoidali a doppia corona con diversi profili parabolici (parabole secondarie, quartiche e sesstiche), ingranaggi di contorni con caratteristiche come la riduzione della pressione di fondo e la distanza di punta, ecc. Diversi metodi di modifica si traducono in diversi percorsi di contatto durante il Meshing.
4.2 Miglioramento della rugosità superficiale
Utilizzare tecnologie di macinazione, affinatura o lucidatura di precisione per ridurre la rugosità superficiale.
Attraverso il rafforzamento del rotolamento, non solo il valore di RA può essere ridotto, ma anche la qualità dello strato di superficie della superficie del dente può essere migliorata.
L'affinare è un processo efficace. L'asse dello strumento di affilazione è impostato in modo appropriato e lo strumento di raffreddamento (un ingranaggio interno acceso di precisione realizzato in ceramica abrasiva come l'allumina con un angolo di elica specifico) elabora la marcia del pezzo. Durante il funzionamento, la direzione di elaborazione (contatto) della superficie del dente per ingranaggi è quasi la stessa durante la meshing degli ingranaggi.
4.3 Equilibrio dinamico e precisione dell'assemblaggio
Condurre test di equilibrio dinamico su ingranaggi e shafting per ridurre le fonti di vibrazione.
Controllare il runout radiale (FR) e il runout assiale (FA) durante l'assemblaggio per evitare carichi irregolari.
5. Standard e requisiti di test
Gli standard internazionali e del settore hanno requisiti chiari per le prestazioni degli attrezzi NVH:
ISO 1328: specifica i voti di accuratezza degli ingranaggi e gli intervalli di errore.
ISO 8579: si occupa della misurazione del rumore della trasmissione degli ingranaggi.
ISO 10816: copre gli standard di monitoraggio e valutazione delle vibrazioni.
Integrando i test NVH nel controllo di qualità dell'intero processo di produzione, la quiete e la stabilità del sistema di trasmissione possono essere garantite prima che il prodotto lasci la fabbrica.
Il test NVH Gear non è solo una parte dell'ispezione della fabbrica, ma dovrebbe anche eseguire l'intero processo di progettazione, elaborazione e assemblaggio degli ingranaggi. Attraverso la misurazione acustica sistematica, l'analisi delle vibrazioni e la misurazione della rugosità superficiale, combinate con l'ottimizzazione della modifica e la tecnologia di elaborazione di precisione, la quiete operativa e la durata del servizio del cambio possono essere significativamente migliorate senza aumentare i costi. Questa non è solo una manifestazione di competitività del prodotto, ma anche una tendenza inevitabile nello sviluppo di alta qualità della moderna produzione di macchinari.
