Prekomjerne vibracije i buka u zupčanicima su problem s kojim se susreo gotovo svaki mašinski inženjer.
Uradili ste potrebne proračune i nacrtali, a 3D model izgleda besprijekorno. Ipak, kada prototip stigne i uključi se-održava se jakih vibracija i prodorne buke. U ovom trenutku, prva reakcija mnogih ljudi je krivnja za lošu preciznost obrade ili nepravilnu montažu.
Ali da li je to zaista tako?
Osnovni uzrok vibracija zupčanika ne leži u mašinskoj obradi ili montaži.
Mešanje zupčanika je po sebi periodičan proces. Kako se svaki par zubaca pomiče od zahvata do rastavljanja, krutost mreže se stalno mijenja. Ove periodične fluktuacije u krutosti-u kombinaciji sa greškama profila zuba, devijacijama u proizvodnji, pa čak i -rezonancom u cijelom sistemu-generiraju vibracije. A vibracije su izvor buke.
Ove vibracije putuju kroz osovine do ležajeva, a zatim do kućišta mjenjača. Kućište se ponaša kao zvučnik, pojačavajući vibraciju u buku koju čujemo.
Dakle, zaključak je: fundamentalna priroda vibracija i buke je pitanje dizajna, a ne proizvodnog.
Kontaktni odnos: prvi previdjeni ključni parametar
Mnogi inženjeri se fokusiraju isključivo na snagu i središnji razmak prilikom dizajniranja zupčanika, tretirajući kontaktni odnos kao sekundarnu brigu-sve dok je "dovoljan".
Međutim, kontaktni odnos direktno određuje glatkoću spajanja zupčanika. Veći kontaktni odnos znači da je više zuba istovremeno zahvaćeno; opterećenje se raspoređuje na više zuba, smanjujući silu na svaki pojedinačni par. Posljedično, utjecaj tokom uključivanja i odvajanja je minimiziran, što prirodno rezultira nižim vibracijama.
Kontaktni omjer za cilindrične zupčanike obično se kreće od 1 do 2, dok spiralni zupčanici mogu postići 2 do 2,5. Podaci pokazuju da povećanje kontaktnog odnosa sa 1,19 na 2,07 može smanjiti buku za 4 dB pri 1000 o/min i za 6 dB pri 2000 o/min. Zupčanici sa zavojnim zupčanicima su 3 do 10 dB tiši od zupčanika s čeonim zupčanicima, a njihov veći kontaktni odnos je primarni razlog za to.
Omjer prijenosa: izbjegavajte cjelobrojne vrijednosti
Dizajniranje omjera prijenosa kao cijelog broja-kao što je 2:1 ili 3:1-može izgledati uredno, ali stvara značajne probleme. Cjelobrojni omjer prijenosa znači da se isti par zuba više puta spaja, koncentrišući habanje na određene zube. Kako trošenje napreduje, povećavaju se i vibracije i buka. Blago odstupanje od cjelobrojnog omjera narušava fiksni uzorak mreže, ravnomjernije raspoređuje habanje i značajno smanjuje vibracije.
Modul i broj zuba: veliki ili mali?
Pod uslovom da su ispunjeni zahtevi za rastojanje i čvrstoću u sredini, poželjniji je dizajn sa više zubaca i manjim modulom.
Sa više zuba i manjim modulom, prostori za zube su manji, što rezultira ravnomjernijom raspodjelom krutosti zupčanika. Promjene krutosti tokom spajanja su glatkije, smanjujući udar i, posljedično, vibracije. Ovo je pitanje kontrole vibracija, a ne samo čvrstoće konstrukcije.
Rezonancija-Lako previđeni "ubica"
Svaki mehanički sistem ima prirodnu frekvenciju. Ako se radna brzina zupčanika približi ovoj frekvenciji, dolazi do rezonancije.
Jednom kada dođe do rezonancije, amplituda vibracija se naglo pojačava, nivoi buke rastu, a habanje zupčanika se ubrzava; u teškim slučajevima, zubi mogu čak i puknuti. Modalna analiza je neophodna tokom faze projektovanja kako bi se precizno izračunala prirodna frekvencija sistema; radna brzina bi u idealnom slučaju trebala ostati najmanje 20%-30% udaljena od te frekvencije.
Širina lica: veće nije uvijek bolje
Dok veća širina lica povećava nosivost{0}}nosivosti, prevelika širina dovodi do neravnomjerne raspodjele opterećenja-gdje jedna strana podnosi više sile od druge-i time povećava vibracije.
Generalno, preporučuje se da koeficijent širine lica bude ispod 1,4. Posebna pažnja je potrebna za konzolne konstrukcije, gdje koeficijent treba držati ispod 0,8; za simetrično podržane dizajne, raspon od 1,2 do 1,4 je prihvatljiv.
Modifikacija zuba: jako potcijenjena tehnika
Modifikacija zubaca jedan je od najefikasnijih načina za ublažavanje vibracija i buke zupčanika, ali mnogi to smatraju problematičnim ili nepotrebnim.
Modifikacija profila zuba uključuje uklanjanje male količine materijala sa vrha ili korijena zuba. Cilj je eliminisati udar prilikom ulaska i izlaska mreže. Kod standardnih evolventnih zupčanika, elastična deformacija tokom spajanja može uzrokovati da vrh zuba ometa korijen zuba spojnog zupčanika; uklanjanje ove male količine materijala eliminira utjecaj.
Gear NVH Solutions – Wuhan Rongshengqi Technology Co., Ltd.
Modifikacija tragova zuba, uključujući izmjenu krunice i K-profila. Zupčanici su pod opterećenjem podvrgnuti savijanju i torzijskoj deformaciji, što uzrokuje pomicanje kontaktne linije duž širine zuba. Modifikacija zuba uključuje prethodno-oblikovanje profila zuba u "okrunjenu" ili "K-obliku" formu tako da, pod opterećenjem, poprimi idealan pravi- obrazac kontakta.
Studije slučaja pokazuju da odgovarajuća mikro-modifikacija geometrije može smanjiti buku reduktora za preko 18%. Takve modifikacije mogu smanjiti grešku prijenosa do 56% i smanjiti buku za 4 dB.
Nakon modifikacije, kontaktni uzorak se mora pregledati. U uslovima bez-opterećenja, kontaktni uzorak bi trebao biti smješten unutar srednjih 50% do 60% širine zuba.
Osovine i ležajevi: "autoputevi" za prijenos vibracija
Vibracije zupčanika putuju kroz osovinu do ležajeva, a zatim do kućišta. Krutost osovine direktno utiče na raspodelu opterećenja duž širine zuba. Ako je osovina previše fleksibilna, zupčanik se naginje pod opterećenjem, što dovodi do neravnomjernog opterećenja i povećane vibracije. Preporučuje se da se deformacija savijanja vratila ograniči na 0,01–0,02 puta modula.
Osnove ležajeva_Najnovije vijesti_Bearing Knowledge_Mobei.com
Kritične brzine također se moraju izbjegavati. Osovine imaju svoje sopstvene frekvencije; radne brzine treba da se drže dalje od njih za najmanje ±20%–30%.
Odabir pravog zazora ležaja je ključan. Odaberite CN ili C2 zazor za normalne radne temperature i C3 ili C4 za uslove visoke{4}}temperature.
Postoji zlatno pravilo za raspored ležajeva: zaključajte jedan kraj, a pustite drugi da pluta. Ako su oba kraja zaključana, termičko širenje nema kuda; osovina se "zaglavi", što rezultira visokim vibracijama. Ako oba kraja plutaju, dolazi do prekomjernog aksijalnog pomaka, što također dovodi do visokih vibracija. Fiksni{3}}plutajući aranžman je najracionalnije rješenje.
Krutost kućišta ležaja također mora biti dovoljna. Ako je debljina zida nedovoljna, dodajte radijalna rebra za ukrućenje. Deformaciju kućišta treba držati unutar polovine vrijednosti iznosa modifikacije zuba.
Podmazivanje: više od samo prevencije habanja
Mnogi ljudi misle da je ulje za podmazivanje isključivo za podmazivanje i sprječavanje habanja. U stvarnosti, uljni film takođe pruža efekat prigušenja.
Dovoljno debeo uljni film između površina zuba ublažava direktne udare i smanjuje vibracije. Ako je film pretanak ili je viskozitet nedovoljan, dolazi do direktnog kontakta-na-zub tokom rada velike-brzine, što rezultira povećanom vibracijom i bukom. Vratimo se na početno pitanje: ko je zapravo kriv za prekomjerne vibracije i buku?
Struktura prijenosa vibracija, put prijenosa, provođenje impulsa - Galerija slika Dashangu
Postoji li problem s preciznošću obrade? Moguće. Ima li problema sa montažom? I to je moguće.
Međutim, u 90% slučajeva osnovni uzrok leži u dizajnu.
Netačni proračuni kontaktnog omjera, prijenosni odnosi postavljeni kao cijeli brojevi, neodgovarajući odabir modula i broja zubaca, nedostatak rezonantne analize, prevelik koeficijent širine čela, neuspjeh modifikacije profila zuba, nedovoljna krutost osovine, loš raspored ležajeva...
To su problemi koji se ne mogu riješiti mašinskom obradom ili otkloniti tokom montaže.
Dakle, ako vaš prototip pokazuje pretjerane vibracije i buku, nemojte odmah kriviti mašinsku radnju; napravite korak unazad i prvo pregledajte svoj dizajn.
