Overdreven vibrasjon og støy i girdrift er et problem som nesten alle maskiningeniører har støtt på.
Du har gjort de nødvendige beregningene og tegnet, og 3D-modellen ser feilfri ut. Likevel, når prototypen kommer og er slått på-, er det kraftige vibrasjoner og gjennomtrengende støy. På dette tidspunktet er mange menneskers første reaksjon å skylde på dårlig maskineringspresisjon eller feilaktig montering.
Men er det virkelig tilfelle?
Grunnårsaken til girvibrasjoner ligger ikke i maskinering eller montering.
Girinngrep er iboende en periodisk prosess. Etter hvert som hvert par tenner beveger seg fra inngrep til utkopling, endres stivheten i inngrep hele tiden. Disse periodiske svingningene i stivhet-kombinert med tannprofilfeil, produksjonsavvik og til og med system-omfattende resonans-genererer vibrasjoner. Og vibrasjon er kilden til støyen.
Disse vibrasjonene går gjennom akslene til lagrene og deretter til girkassehuset. Huset fungerer som en høyttaler, og forsterker vibrasjonen til støyen vi hører.
Så konklusjonen er: den grunnleggende naturen til vibrasjoner og støy er et designproblem, ikke et produksjonsproblem.
Kontaktforhold: Den første oversett nøkkelparameteren
Mange ingeniører fokuserer utelukkende på styrke og senteravstand når de designer gir, og behandler kontaktforholdet som et sekundært problem-så lenge det er "tilstrekkelig".
Imidlertid bestemmer kontaktforholdet direkte jevnheten av girinngrep. Et høyere kontaktforhold betyr at flere tenner griper inn samtidig; belastningen fordeles over flere tenner, noe som reduserer kraften på hvert enkelt par. Følgelig minimeres støtet under inn- og utkobling, noe som naturligvis resulterer i lavere vibrasjon.
Kontaktforholdet for cylindriske tannhjul varierer vanligvis fra 1 til 2, mens spiralformede gir kan oppnå 2 til 2,5. Data viser at å øke kontaktforholdet fra 1,19 til 2,07 kan redusere støy med 4 dB ved 1000 rpm og med 6 dB ved 2000 rpm. Heliske gir er 3 til 10 dB roligere enn cylindriske tannhjul, og deres høyere kontaktforhold er en primær årsak til dette.
Girforhold: Unngå heltallsverdier
Å designe et girforhold som et heltall-som 2:1 eller 3:1 kan se pent ut, men det skaper betydelige problemer. Et heltalls girforhold betyr at det samme paret tenner griper gjentatte ganger, og konsentrerer slitasje på spesifikke tenner. Etter hvert som slitasjen skrider frem, øker både vibrasjoner og støy. Å avvike litt fra et heltallsforhold forstyrrer det faste inngrepsmønsteret, fordeler slitasje jevnere og reduserer vibrasjonen betydelig.
Modul og antall tenner: stor eller liten?
Forutsatt at kravene til senteravstand og styrke er oppfylt, er en design med flere tenner og en mindre modul å foretrekke.
Med flere tenner og en mindre modul blir tannmellomrommene mindre, noe som gir en jevnere fordeling av girstivheten. Stivhetsendringer under meshing er jevnere, og reduserer støt og følgelig vibrasjon. Dette er et spørsmål om vibrasjonskontroll, ikke bare strukturell styrke.
Resonance-Den lett oversett "Killer"
Hvert mekanisk system har en naturlig frekvens. Hvis girets driftshastighet nærmer seg denne frekvensen, oppstår resonans.
Når resonansen setter inn, forsterkes vibrasjonsamplituden kraftig, støynivået øker, og girslitasjen akselererer; i alvorlige tilfeller kan tenner til og med knekke. Modal analyse er avgjørende under designfasen for nøyaktig å beregne systemets egenfrekvens; Driftshastigheten bør ideelt sett holde seg minst 20–30 % unna denne frekvensen.
Ansiktsbredde: Større er ikke alltid bedre
Mens en bredere flatebredde forbedrer -bærekapasiteten, fører overdreven bredde til ujevn lastfordeling-der den ene siden bærer mer kraft enn den andre-og dermed øker vibrasjonen.
Generelt anbefales det å holde flatebredde-koeffisienten under 1,4. Spesiell forsiktighet er nødvendig for utkragede design, der koeffisienten bør holdes under 0,8; for symmetrisk støttede design er et område på 1,2 til 1,4 akseptabelt.
Tannmodifikasjon: En sterkt undervurdert teknikk
Tannmodifisering er en av de mest effektive måtene å dempe girvibrasjoner og støy på, men mange anser det som plagsomt eller unødvendig.
Modifisering av tannprofilen innebærer å fjerne en liten mengde materiale fra tannspissen eller roten. Målet er å eliminere støt under inn- og utpassering. I standard evolvente tannhjul kan elastisk deformasjon under inngrep føre til at tanntuppen forstyrrer tannroten til parringsutstyret; fjerning av denne lille mengden materiale eliminerer støtet.
Gear NVH Solutions – Wuhan Rongshengqi Technology Co., Ltd.
Modifikasjon av tannspor, inkludert kroning og K-profilendring. Gir gjennomgår bøyning og torsjonsdeformasjon under belastning, noe som får kontaktlinjen langs tannbredden til å skifte. Tannmodifisering innebærer å forhånds-forme tannprofilen til en "kronet" eller "K--formet" form slik at den under belastning antar et ideelt rett-linjekontaktmønster.
Kasusstudier viser at passende mikro-geometrimodifikasjoner kan redusere reduksjonsstøy med over 18 %. Slike modifikasjoner kan redusere overføringsfeil med opptil 56 % og redusere støy med 4 dB.
Etter modifikasjon må kontaktmønsteret inspiseres. Under ingen-belastningsforhold bør kontaktmønsteret være innenfor de midterste 50 % til 60 % av tannbredden.
Aksler og lagre: "motorveiene" for vibrasjonsoverføring
Girvibrasjoner går gjennom akselen til lagrene og deretter til huset. Skaftstivhet påvirker direkte lastfordelingen langs tannbredden. Hvis akselen er for fleksibel, vipper giret under belastning, noe som fører til ujevn belastning og økt vibrasjon. Det anbefales å begrense akselbøyedeformasjonen til innenfor 0,01–0,02 ganger modulen.
Bearing Basics_Siste nyheter_Bearing Knowledge_Mobei.com
Kritiske hastigheter må også unngås. Aksler har sine egne naturlige frekvenser; driftshastigheter bør holde seg unna disse med minst ±20 %–30 %.
Å velge riktig lagerklaring er avgjørende. Velg CN- eller C2-klaring for normale driftstemperaturer, og C3 eller C4 for høye-temperaturforhold.
Det er en gylden regel for lagerarrangement: lås den ene enden og la den andre flyte. Hvis begge ender er låst, har termisk ekspansjon ingen steder å gå; akselen blir "fast", noe som resulterer i høy vibrasjon. Hvis begge ender flyter, oppstår overdreven aksial bevegelse, som også fører til høy vibrasjon. Et fast-flytende arrangement er den mest rasjonelle løsningen.
Lagerhusstivhet må også være tilstrekkelig. Hvis veggtykkelsen er utilstrekkelig, legg til radielle avstivningsribber. Husdeformasjon bør holdes innenfor halvparten av verdien av tannmodifikasjonsmengden.
Smøring: mer enn bare slitasjeforebygging
Mange tror smøreolje utelukkende er for å smøre og forhindre slitasje. I realiteten gir oljefilmen også en dempende effekt.
En tilstrekkelig tykk oljefilm mellom tannoverflater demper direkte støt og reduserer vibrasjoner. Hvis filmen er for tynn eller viskositeten er utilstrekkelig, oppstår direkte kontakt-til-tann under drift med høy-hastighet, noe som resulterer i økt vibrasjon og støy. La oss gå tilbake til det første spørsmålet: hvem har egentlig skylden for overdreven vibrasjon og støy?
Vibrasjonsoverføringsstruktur, overføringsbane, impulsledning - Dashangu Image Gallery
Er det et problem med maskineringspresisjon? Muligens. Er det et problem med montering? Det er også mulig.
I 90% av tilfellene ligger imidlertid grunnårsaken i designet.
Feil kontaktforholdsberegninger, transmisjonsforhold satt som hele tall, uegnede valg av modul- og tanntelling, mangel på resonansanalyse, en for høy flatebredde-koeffisient, manglende endring av tannprofilen, utilstrekkelig akselstivhet, dårlig lageroppsett...
Dette er problemer som ikke kan løses gjennom maskinering eller avhjelpes under montering.
Så hvis prototypen din viser overdreven vibrasjon og støy, ikke klandre maskinverkstedet umiddelbart; ta et skritt tilbake og gå gjennom designet ditt først.
