Vibrațiile și zgomotul excesiv în transmisiile cu angrenaje reprezintă o problemă cu care aproape fiecare inginer mecanic a întâlnit-o.
Ați făcut calculele și desenele necesare, iar modelul 3D arată impecabil. Cu toate acestea, când prototipul sosește și este pornit-există vibrații puternice și zgomot străpungător. În acest moment, prima reacție a multor oameni este de a da vina pe precizia slabă a prelucrării sau asamblarea necorespunzătoare.
Dar este chiar așa?
Cauza fundamentală a vibrațiilor angrenajului nu se află în prelucrare sau asamblare.
Îmbinarea angrenajului este în mod inerent un proces periodic. Pe măsură ce fiecare pereche de dinți trece de la cuplare la decuplare, rigiditatea ochiurilor se schimbă în mod constant. Aceste fluctuații periodice ale rigidității-combinate cu erorile profilului dintelui, abaterile de fabricație și chiar{3}}rezonanța la nivel de sistem-generează vibrații. Iar vibrația este sursa zgomotului.
Aceste vibrații se deplasează prin arbori la rulmenți și apoi la carcasa cutiei de viteze. Carcasa acționează ca un difuzor, amplificând vibrația în zgomotul pe care îl auzim.
Deci, concluzia este: natura fundamentală a vibrațiilor și a zgomotului este o problemă de proiectare, nu una de producție.
Raportul de contact: primul parametru cheie trecut cu vederea
Mulți ingineri se concentrează numai pe rezistență și pe distanța dintre centre atunci când proiectează roți dințate, tratând raportul de contact ca pe o preocupare secundară-atâta timp cât este „suficient”.
Cu toate acestea, raportul de contact determină în mod direct netezimea angrenării angrenajului. Un raport de contact mai mare înseamnă că mai mulți dinți sunt angajați simultan; sarcina este distribuită pe mai mulți dinți, reducând forța asupra fiecărei perechi individuale. În consecință, impactul în timpul angajării și decuplării este minimizat, rezultând în mod natural o vibrație mai mică.
Raportul de contact pentru roți dințate drepte variază în mod obișnuit de la 1 la 2, în timp ce angrenajele elicoidale pot atinge 2 până la 2,5. Datele arată că creșterea raportului de contact de la 1,19 la 2,07 poate reduce zgomotul cu 4 dB la 1.000 rpm și cu 6 dB la 2.000 rpm. Angrenajele elicoidale sunt cu 3 până la 10 dB mai silențioase decât angrenajele drepte, iar raportul lor de contact mai mare este un motiv principal pentru acest lucru.
Raportul de viteză: evitați valorile întregi
Proiectarea unui raport de transmisie ca un întreg-cum ar fi 2:1 sau 3:1 - poate arăta bine, dar creează probleme semnificative. Un raport de transmisie întreg înseamnă că aceeași pereche de dinți se îmbină în mod repetat, concentrându-se uzura pe anumiți dinți. Pe măsură ce uzura progresează, atât vibrațiile, cât și zgomotul cresc. Abaterea ușor de la un raport întreg perturbă modelul de plasare fix, distribuind uzura mai uniform și reducând semnificativ vibrațiile.
Modul și numărul de dinți: mari sau mici?
Cu condiția ca cerințele privind distanța dintre centre și rezistența să fie îndeplinite, este de preferat un design cu mai mulți dinți și un modul mai mic.
Cu mai mulți dinți și un modul mai mic, spațiile dinților sunt mai mici, rezultând o distribuție mai uniformă a rigidității angrenajului. Modificările de rigiditate în timpul plasării sunt mai fine, reducând impactul și, în consecință, vibrațiile. Aceasta este o chestiune de control al vibrațiilor, nu doar rezistența structurală.
Rezonanță-„Ucigașul” ușor de trecut cu vederea
Fiecare sistem mecanic are o frecvență naturală. Dacă viteza de funcționare a angrenajului se apropie de această frecvență, apare rezonanță.
Odată ce rezonanța se instalează, amplitudinea vibrației se amplifică brusc, nivelul de zgomot crește, iar uzura angrenajului se accelerează; în cazuri severe, dinții se pot rupe chiar. Analiza modală este esențială în faza de proiectare pentru a calcula cu acuratețe frecvența naturală a sistemului; În mod ideal, viteza de funcționare ar trebui să rămână la cel puțin 20%–30% distanță de acea frecvență.
Lățimea feței: mai mare nu este întotdeauna mai bună
În timp ce o lățime mai mare a feței crește-capacitatea portantă a sarcinii, lățimea excesivă duce la o distribuție neuniformă a sarcinii-în cazul în care o parte suportă mai multă forță decât cealaltă-, crescând astfel vibrațiile.
În general, se recomandă menținerea coeficientului de lățime a feței sub 1,4. O atenție deosebită este necesară pentru modelele în consolă, unde coeficientul trebuie menținut sub 0,8; pentru modelele susținute simetric, este acceptabil un interval de la 1,2 la 1,4.
Modificarea dinților: o tehnică extrem de subestimată
Modificarea dinților este una dintre cele mai eficiente modalități de a atenua vibrațiile și zgomotul angrenajului, totuși mulți o consideră supărătoare sau inutilă.
Modificarea profilului dintelui implică îndepărtarea unei cantități mici de material din vârful sau rădăcina dintelui. Scopul este de a elimina impactul în timpul intrării și ieșirii în plasă. În angrenajele evolvente standard, deformarea elastică în timpul angrenării poate face ca vârful dintelui să interfereze cu rădăcina dintelui angrenajului de împerechere; îndepărtarea acestei cantități mici de material elimină impactul.
Gear NVH Solutions – Wuhan Rongshengqi Technology Co., Ltd.
Modificarea urmei dentare, inclusiv modificarea încoronării și a profilului K-. Angrenajele suferă încovoiere și deformare de torsiune sub sarcină, determinând schimbarea liniei de contact de-a lungul lățimii dintelui. Modificarea dintelui implică pre-configurarea profilului dintelui într-o formă „încoronată” sau „în formă de „K-, astfel încât, sub sarcină, să ia un model ideal de contact în linie dreaptă-.
Studiile de caz arată că modificarea corespunzătoare a micro-geometriei poate reduce zgomotul reductorului cu peste 18%. Astfel de modificări pot reduce eroarea de transmisie cu până la 56% și pot reduce zgomotul cu 4 dB.
După modificare, modelul de contact trebuie inspectat. În condiții de-încărcare, modelul de contact ar trebui să fie situat în mijlocul 50% până la 60% din lățimea dintelui.
Arbori și lagăre: „autostrăzile” pentru transmiterea vibrațiilor
Vibrația angrenajului se deplasează prin arbore către rulmenți și apoi către carcasă. Rigiditatea arborelui afectează direct distribuția sarcinii de-a lungul lățimii dintelui. Dacă arborele este prea flexibil, angrenajul se înclină sub sarcină, ceea ce duce la o încărcare neuniformă și la creșterea vibrațiilor. Se recomandă limitarea deformației la îndoirea arborelui la 0,01–0,02 ori mai mare decât modulul.
Noțiuni de bază despre rulmenți_Ultimele știri_Cunoștințe despre rulmenți_Mobei.com
Vitezele critice trebuie de asemenea evitate. Arborii au propriile lor frecvențe naturale; vitezele de funcționare ar trebui să rămână departe de acestea cu cel puțin ±20%–30%.
Selectarea jocului corect al rulmentului este crucială. Alegeți spațiul liber CN sau C2 pentru temperaturi normale de funcționare și C3 sau C4 pentru condiții de temperatură-înaltă.
Există o regulă de aur pentru aranjarea rulmenților: blocați un capăt și lăsați celălalt să plutească. Dacă ambele capete sunt blocate, dilatarea termică nu are încotro; arborele devine „blocat”, rezultând vibrații ridicate. Dacă ambele capete plutesc, apare o mișcare axială excesivă, ceea ce duce și la vibrații ridicate. Un aranjament fix-plutitor este soluția cea mai rațională.
Rigiditatea carcasei rulmentului trebuie de asemenea să fie suficientă. Dacă grosimea peretelui este inadecvată, adăugați nervuri radiale de rigidizare. Deformarea carcasei trebuie menținută la jumătate din valoarea cantității de modificare a dintelui.
Lubrificare: mai mult decât prevenirea uzurii
Mulți oameni cred că uleiul lubrifiant este exclusiv pentru lubrifiere și prevenirea uzurii. În realitate, pelicula de ulei oferă și un efect de amortizare.
O peliculă de ulei suficient de groasă între suprafețele dinților amortizează impactul direct și reduce vibrațiile. Dacă pelicula este prea subțire sau vâscozitatea este insuficientă, contactul direct dintre dinte-la-dinte are loc în timpul-funcționării cu viteză mare, ceea ce duce la creșterea vibrațiilor și a zgomotului. Să revenim la întrebarea inițială: cine este de fapt vinovat pentru vibrația și zgomotul excesiv?
Structura de transmisie a vibrațiilor, calea de transmisie, conducerea impulsului - Galeria de imagini Dashangu
Există o problemă cu precizia de prelucrare? Eventual. Există vreo problemă cu asamblarea? Este posibil și asta.
Cu toate acestea, în 90% din cazuri, cauza principală se află în design.
Calcule incorecte ale raportului de contact, rapoarte de transmisie setate ca numere întregi, selecții inadecvate ale modulelor și ale numărului de dinți, lipsa analizei rezonanței, un coeficient excesiv de lățime a feței, neefectuarea modificării profilului dintelui, rigiditate insuficientă a arborelui, aspect slab al rulmentului...
Acestea sunt probleme care nu pot fi rezolvate prin prelucrare sau remediate în timpul asamblarii.
Deci, dacă prototipul dvs. prezintă vibrații și zgomot excesive, nu dați vina imediat pe atelierul de mașini; fă un pas înapoi și revizuiește-ți mai întâi designul.
