Прекомерните вибрации и шум в зъбните предавки са проблем, с който се е сблъсквал почти всеки машинен инженер.
Направихте необходимите изчисления и чертежи и 3D моделът изглежда безупречно. И все пак, когато прототипът пристигне и се включи-, има силни вибрации и пронизителен шум. В този момент първата реакция на много хора е да обвинят лошата прецизност на обработката или неправилното сглобяване.
Но така ли е наистина?
Основната причина за вибрациите на предавките не се крие в машинната обработка или сглобяването.
Захващането на зъбни колела по своята същност е периодичен процес. Докато всяка двойка зъби се движи от захващане към освобождаване, твърдостта на зацепването непрекъснато се променя. Тези периодични колебания в твърдостта-комбинирани с грешки в профила на зъбите, производствени отклонения и дори -резонанс в цялата система-генерират вибрации. И вибрациите са източникът на шума.
Тези вибрации преминават през валовете към лагерите и след това към корпуса на скоростната кутия. Корпусът действа като високоговорител, усилвайки вибрациите в шума, който чуваме.
И така, заключението е: основната природа на вибрациите и шума е проблем на дизайна, а не на производството.
Коефициент на контакт: Първият пренебрегван ключов параметър
Много инженери се фокусират единствено върху силата и централното разстояние, когато проектират зъбни колела, като третират съотношението на контакт като второстепенна грижа-стига да е „достатъчно“.
Съотношението на контакт обаче директно определя гладкостта на зацепването на предавките. По-високото съотношение на контакт означава, че повече зъби са захванати едновременно; натоварването се разпределя между повече зъби, намалявайки силата върху всяка отделна двойка. Следователно въздействието по време на зацепване и изключване е сведено до минимум, което естествено води до по-ниски вибрации.
Коефициентът на контакт за цилиндрични зъбни колела обикновено варира от 1 до 2, докато спиралните зъбни колела могат да достигнат 2 до 2,5. Данните показват, че увеличаването на коефициента на контакт от 1,19 на 2,07 може да намали шума с 4 dB при 1000 rpm и с 6 dB при 2000 rpm. Спиралните зъбни колела са с 3 до 10 dB по-тихи от цилиндричните зъбни колела и по-високото им съотношение на контакт е основна причина за това.
Предавателно отношение: Избягвайте целочислени стойности
Проектирането на предавателно отношение като цяло число-като 2:1 или 3:1 може да изглежда добре, но създава значителни проблеми. Цяло числово предавателно отношение означава, че една и съща двойка зъби се зацепват многократно, концентрирайки износването върху определени зъби. С напредването на износването се увеличават и вибрациите, и шумът. Лекото отклонение от съотношението цяло число нарушава фиксирания модел на зацепване, разпределяйки износването по-равномерно и значително намалявайки вибрациите.
Модул и брой зъби: големи или малки?
При условие, че са спазени изискванията за централно разстояние и якост, за предпочитане е дизайн с повече зъби и по-малък модул.
С повече зъби и по-малък модул, пространствата между зъбите са по-малки, което води до по-равномерно разпределение на твърдостта на предавките. Промените в твърдостта по време на зацепване са по-плавни, намалявайки удара и, следователно, вибрациите. Това е въпрос на контрол на вибрациите, а не само на здравина на конструкцията.
Резонанс-Лесно пренебрегваният „убиец“
Всяка механична система има собствена честота. Ако работната скорост на предавката се доближи до тази честота, възниква резонанс.
След като се появи резонанс, амплитудата на вибрациите се усилва рязко, нивата на шум се повишават и износването на предавките се ускорява; в тежки случаи зъбите дори могат да се счупят. Модалният анализ е от съществено значение по време на фазата на проектиране за точно изчисляване на естествената честота на системата; работната скорост в идеалния случай трябва да остане поне 20%–30% далеч от тази честота.
Ширина на лицето: По-голямото не винаги е по-добро
Въпреки че по-широката лицева ширина подобрява-носещият капацитет, прекомерната ширина води до неравномерно разпределение на натоварването,-където едната страна поема повече сила от другата-като по този начин увеличава вибрациите.
Като цяло се препоръчва да поддържате коефициента на ширина на лицето под 1,4. Особено внимание е необходимо за конзолни конструкции, където коефициентът трябва да се поддържа под 0,8; за симетрично поддържани дизайни е приемлив диапазон от 1,2 до 1,4.
Модифициране на зъбите: Силно подценявана техника
Модифицирането на зъбите е един от най-ефективните начини за смекчаване на вибрациите и шума на предавките, но мнозина го смятат за проблемно или ненужно.
Модификацията на профила на зъба включва отстраняване на малко количество материал от върха или корена на зъба. Целта е да се елиминира въздействието по време на влизане и излизане от мрежата. В стандартните еволвентни зъбни колела, еластичната деформация по време на зацепване може да доведе до намеса на върха на зъба в основата на зъба на свързващото зъбно колело; премахването на това малко количество материал елиминира удара.
Gear NVH решения – Wuhan Rongshengqi Technology Co., Ltd.
Модификация на зъбна следа, включително корониране и модификация на K-профил. Зъбните колела претърпяват деформация на огъване и усукване под натоварване, което води до изместване на контактната линия по ширината на зъба. Модификацията на зъба включва предварително-оформяне на профила на зъба в "коронована" или "K-образна" форма, така че при натоварване той да приеме идеална права линия-модел на контакт.
Проучванията на казуси показват, че подходящата модификация на микро-геометрията може да намали шума на редуктора с над 18%. Такива модификации могат да намалят грешката при предаване с до 56% и да намалят шума с 4 dB.
След промяна трябва да се провери схемата на контакта. При условия на-натоварване контактният модел трябва да се намира в средата от 50% до 60% от ширината на зъба.
Валове и лагери: "магистралите" за предаване на вибрации
Вибрацията на зъбното колело преминава през вала към лагерите и след това към корпуса. Коравината на вала пряко влияе върху разпределението на натоварването по ширината на зъба. Ако валът е твърде гъвкав, зъбното колело се накланя при натоварване, което води до неравномерно натоварване и повишена вибрация. Препоръчва се да се ограничи деформацията на огъване на вала до 0,01–0,02 пъти модула.
Основи на лагерите_Последни новини_Знания за лагерите_Mobei.com
Критичните скорости също трябва да се избягват. Валовете имат собствени собствени честоти; работните скорости трябва да са далеч от тези с поне ±20%–30%.
Изборът на правилната хлабина на лагера е от решаващо значение. Изберете CN или C2 разстояние за нормални работни температури и C3 или C4 за високи-температурни условия.
Има златно правило за подреждане на лагерите: заключете единия край и оставете другия да плава. Ако и двата края са заключени, термичното разширение няма къде да отиде; валът се "заклинява", което води до силни вибрации. Ако и двата края плават, възниква прекомерно аксиално движение, което също води до силни вибрации. Фиксираната-плаваща подредба е най-рационалното решение.
Коравината на корпуса на лагера също трябва да е достатъчна. Ако дебелината на стената е недостатъчна, добавете радиални усилващи ребра. Деформацията на корпуса трябва да се поддържа в рамките на половината от стойността на количеството модификация на зъба.
Смазване: повече от просто предотвратяване на износване
Много хора смятат, че смазочното масло служи единствено за смазване и предотвратяване на износването. В действителност, масленият филм осигурява и амортизиращ ефект.
Достатъчно дебел маслен филм между повърхностите на зъбите смекчава директните удари и намалява вибрациите. Ако филмът е твърде тънък или вискозитетът е недостатъчен, възниква директен контакт -в-зъб по време на работа с висока-скорост, което води до повишени вибрации и шум. Да се върнем на първоначалния въпрос: кой всъщност е виновен за прекомерните вибрации и шум?
Структура на предаване на вибрации, път на предаване, провеждане на импулс - Галерия с изображения в Дашангу
Има ли проблем с прецизността на обработка? Евентуално. Има ли проблем със сглобяването? Това също е възможно.
В 90% от случаите обаче първопричината се крие в дизайна.
Неправилни изчисления на съотношението на контакта, предавателни съотношения, зададени като цели числа, неподходящ избор на модул и брой зъби, липса на резонансен анализ, прекомерен коефициент на ширина на челната повърхност, неуспешно извършване на модификация на профила на зъбите, недостатъчна твърдост на вала, лошо разположение на лагерите...
Това са проблеми, които не могат да бъдат решени чрез машинна обработка или отстранени по време на сглобяване.
Така че, ако вашият прототип показва прекомерни вибрации и шум, не обвинявайте веднага машинния цех; направете крачка назад и първо прегледайте дизайна си.
