En els camps del transport ferroviari modern, aviació i equips mecànics de gamma alta, la transmissió d’engranatges no només requereix una alta eficiència i fiabilitat, sinó també un excel·lent rendiment de NVH (soroll, vibració, duresa). El nivell de NVH afecta directament l’experiència i la vida del servei de l’usuari i també té un impacte profund en els costos de manteniment dels equips i la imatge de marca. Aquest article introduirà sistemàticament els mètodes de prova, els factors influents i les estratègies d’optimització de l’engranatge NVH.
1. La importància de NVH a les caixes de canvis
Durant la transmissió d’engranatges, es poden convertir qualsevol error geomètric minúscul, desviacions de muntatge o defectes de material en fonts de vibració i soroll durant el malla. Per a les caixes d’engranatges de tren ferroviàries, el gran soroll no només afecta la comoditat dels passatgers, sinó que també agreuja els danys de fatiga als components com els coixinets i els engranatges, reduint així la vida útil de tota la màquina. Sense canviar l’esquema de materials i transmissió, mitjançant proves científiques de NVH i optimització, podem aconseguir els dobles avantatges de la reducció de soroll i la millora de la vida del servei.
La vibració i el soroll generat a la caixa de canvis es transmeten a altres parts del vehicle mitjançant la resposta de l’habitatge. La font d’excitació és principalment l’error de transmissió i les rutes de transmissió inclouen allotjament de cargol de l’engranatge i allotjament a l’aire d’engranatges.
2. Fonts principals de soroll d’engranatges
Errors de perfil de dents i hèlix: el desigual desigual causat per aquests errors comporta un impacte de malla, donant lloc a un augment dels pics de soroll.
Rugositat excessiva de la superfície de l’engranatge: afecta directament l’estat de contacte de la mashing i genera soroll d’alta freqüència.
L’excentricitat de muntatge i l’interrupció radial: aquestes causen força desigual als punts de malla, provocant un soroll periòdic.
Superposició de freqüència de ressonància: Quan la freqüència de malla de l’engranatge s’acosta a la freqüència de ressonància de la caixa, la shafting o l’estructura externa, el soroll s’amplificarà significativament.
3. Mètodes de prova de soroll d’engranatges
3.1 Mesura acústica
Utilitzeu micròfons de camp lliure per mesurar el nivell de pressió del so (dB) de la caixa de canvis durant el funcionament.
L’anàlisi d’intensitat sonora pot localitzar les principals fonts de soroll.
Les proves s’han de dur a terme en una cambra anecoica o un entorn semi-anecoic per evitar la interferència del soroll ambiental.
Per exemple, a les proves acústiques de tramvies, s’utilitzen matrius de micròfon per detectar fonts de soroll en components com el cos del tramvia, l’estructura de la bogeria i els elements de conjunt de rodes. Les regions acústiques impliquen la caixa de canvis, la coberta de Bogie, etc.
3.2 Anàlisi de vibracions
Utilitzeu acceleròmetres triaxials per registrar senyals de vibració en diverses direccions de la caixa de canvis.
Mitjançant l’anàlisi FFT (Fast Fourier Transform), converteix els senyals de vibració en espectrogrames per determinar la presència de components de freqüència anormals.
Es pot combinar amb l’anàlisi d’ordres per distingir la freqüència de malla d’engranatges de les vibracions d’altres components mecànics.
L’espectre de freqüència pot mostrar l’amplitud corresponent a diferents freqüències, com ara l’engranatge 1x, 1x pinyó, 1xgmf (freqüència de malla d’engranatges), 2xgmf, 3xgmf, etc. Per a engranatges d’esperó, la vibració radial és més destacada, mentre que per a engranatges helicoïdals, la vibració axial és més evident.
3.3 Prova de rugositat superficial
Utilitzeu metres de rugositat superficial (com Taylor Hobson talysurf) per mesurar paràmetres com la RA i RZ de la superfície de la dent.
La rugositat superficial excessiva no només augmenta la fricció, sinó que també amplifica el soroll de la malla.
Per als engranatges d’alta velocitat, es recomana que RA sigui inferior o igual a 0,4 μm per reduir els components de soroll d’alta freqüència.
4. Estratègies d’optimització de NVH
4.1 Optimització de la modificació de la superfície de les dents
Reunió de punta i arrel: alleujar l’impacte quan l’arrel dental s’enganxa.
Coronament: redueix la concentració de càrrega al llarg de la direcció de la dent. Optimitzant la modificació, es pot reduir eficaçment la força d’impacte de malla, suprimint el soroll de la font.
Hi ha diversos mètodes de modificació, com ara engranatges helicoïdals de doble corona amb diferents perfils parabòlics (paraboles paraboles secundàries, quàntiques i sextiques), engranatges de contorn amb funcions com la reducció de la pressió inferior i la liquidació de la punta, etc. Diferents mètodes de modificació donen lloc a diferents camins de contacte durant el malestar.
4.2 Millora de la rugositat superficial
Utilitzeu trituració de precisió, honor o tecnologies de polit i polit per reduir la rugositat superficial.
Mitjançant l’enfortiment del rodatge, no només es pot reduir el valor de la RA, sinó que també es pot millorar la qualitat de la capa endurida de la superfície de les dents.
L’honor és un procés eficaç. L’eix de l’eina d’honor s’estableix adequadament i l’eina d’honor (un engranatge intern de precisió elaborat amb ceràmica abrasiva com l’alúmina amb un angle d’hèlix específic) processa l’engranatge de la peça. Durant el funcionament, la direcció de processament (contacte) de la superfície de les dents de l’engranatge és gairebé la mateixa que la durant el malla de l’engranatge.
4.3 Balanç dinàmic i precisió de muntatge
Realitzeu proves d'equilibri dinàmic en engranatges i agilització per reduir les fonts de vibracions.
Controleu l'escriptura radial (FR) i l'escurçament axial (FA) durant el muntatge per evitar càrregues desiguals.
5. Normes i requisits de prova
Els estàndards internacionals i de la indústria tenen requisits clars per al rendiment de la NVH engranatges:
ISO 1328: Especifica les notes de precisió de l’engranatge i els intervals d’error.
ISO 8579: es tracta de la mesura del soroll de la transmissió d’engranatges.
ISO 10816: cobreix els estàndards de control i avaluació de vibracions.
Integrant les proves de NVH al control de qualitat de tot el procés de producció, es pot assegurar la tranquil·litat i l'estabilitat del sistema de transmissió abans que el producte surti de la fàbrica.
Les proves de Gear NVH no són només una part de la inspecció de la fàbrica, sinó que també ha de passar per tot el procés de disseny, processament i muntatge d’engranatges. Mitjançant la mesura acústica sistemàtica, l’anàlisi de vibracions i la mesura de rugositat superficial, combinades amb l’optimització de modificacions i la tecnologia de processament de precisió, la tranquil·litat operativa i la vida útil de la caixa de canvis es poden millorar significativament sense augmentar els costos. No es tracta només d’una manifestació de la competitivitat del producte, sinó també d’una tendència inevitable en el desenvolupament d’alta qualitat de la fabricació moderna de maquinària.
