1. Vigtigheden af NVH i gearkasser
Under geartransmission kan små geometriske fejl, montageafvigelser eller materialefejl omdannes til vibrations- og støjkilder under indgreb. For jernbanetogs gearkasser påvirker høj støj ikke kun passagerernes komfort, men forværrer også træthedsskader på komponenter som lejer og gear og forkorter derved hele maskinens levetid. Uden at ændre materialet og transmissionsskemaet kan vi gennem videnskabelig NVH-testning og optimering opnå de dobbelte fordele ved støjreduktion og forbedring af levetiden.
De vibrationer og støj, der genereres i gearkassen, overføres til andre dele af køretøjet gennem husets respons. Excitationskilden er hovedsageligt transmissionsfejlen, og transmissionsvejene inkluderer gear-aksel-leje-hus og gear-luft-hus.
2. Hovedkilder til gearstøj
Tandprofil- og helixfejl: Ujævn meshing forårsaget af disse fejl fører til meshing-påvirkning, hvilket resulterer i en stigning i støjspidser.
Overdreven gearoverfladeruhed: Det påvirker direkte den meshing-kontakttilstand og genererer høj-støj.
Samlingsexcentricitet og radial udløb: Disse forårsager ujævn kraft på indgrebspunkterne, hvilket fører til periodisk støj.
Resonansfrekvens Superposition: Når gearets indgrebsfrekvens er tæt på resonansfrekvensen for boksen, akslen eller den eksterne struktur, vil støjen blive betydeligt forstærket.
3. Testmetoder for gearstøj
3.1 Akustisk måling
Brug gratis-feltmikrofoner til at måle lydtrykniveauet (dB) af gearkassen under drift.
Lydintensitetsanalyse kan lokalisere de vigtigste støjkilder.
Testen bør udføres i et lydløst kammer eller et semi-ekoløst miljø for at undgå interferens fra miljøstøj.
I den akustiske test af sporvogne bruges f.eks. mikrofonarrays til at detektere støjkilder i komponenter såsom sporvognskroppen, bogiestrukturen og hjulsættets-elementer. Akustiske områder involverer gearkassen, bogiedækslet osv.
3.2 Vibrationsanalyse
Brug treaksede accelerometre til at optage vibrationssignaler i forskellige retninger af gearkassen.
Gennem FFT (Fast Fourier Transform)-analyse konverteres vibrationssignaler til spektrogrammer for at bestemme tilstedeværelsen af unormale frekvenskomponenter.
Den kan kombineres med ordreanalyse for at skelne gearindgrebsfrekvens fra vibrationer fra andre mekaniske komponenter.
Frekvensspektret kan vise amplituden svarende til forskellige frekvenser, såsom 1x Gear, 1x Pinion, 1xGMF (Gear Meshing Frequency), 2xGMF, 3xGMF osv. For cylindriske tandhjul er radial vibration mere fremtrædende, mens for spiralgear er aksial vibration mere tydelig.
3.3 Test af overfladeruhed
Brug overfladeruhedsmålere (såsom Taylor Hobson Talysurf) til at måle parametre som Ra og Rz på tandoverfladen.
Overdreven overfladeruhed øger ikke kun friktionen, men forstærker også maskestøj.
For gear med høj-hastighed anbefales det, at Ra er mindre end eller lig med 0,4 μm for at reducere højfrekvente støjkomponenter.
4. NVH optimeringsstrategier
4.1 Tandoverflademodifikationsoptimering
Tip- og rodaflastning: Afhjælp stødet, når tandroden går i indgreb.
Kroning: Reducer koncentrationen af belastning langs tandretningen. Ved at optimere modifikationen kan den indgribende slagkraft effektivt reduceres, hvilket undertrykker støj fra kilden.
Der er forskellige modifikationsmetoder, såsom dobbelt-kronede spiralformede tandhjul med forskellige parabolske profiler (sekundære, kvarts- og sextiske parabler), konturkronede tandhjul med funktioner som bundtryksreduktion og spidsfrigang osv. Forskellige modifikationsmetoder resulterer i forskellige kontaktveje under indgreb.
4.2 Forbedring af overfladeruhed
Brug præcisionsslibe-, honing- eller polerings- og valseteknologier for at reducere overfladens ruhed.
Gennem rulleforstærkning kan ikke kun Ra-værdien reduceres, men også kvaliteten af det tandoverfladehærdede lag kan forbedres.
Honing er en effektiv proces. Honeværktøjets akse er indstillet korrekt, og honeværktøjet (et præcisions-bearbejdet indvendigt tandhjul lavet af slibende keramik såsom aluminiumoxid med en specifik skruevinkel) behandler emnetandhjulet. Under drift er bearbejdningsretningen (kontakt) af tandhjulets overflade næsten den samme som under den faktiske gearindgreb.
4.3 Dynamisk balance og monteringspræcision
Udfør dynamiske balancetest på gear og aksler for at reducere vibrationskilder.
Kontroller radial udløb (Fr) og aksial udløb (Fa) under montering for at undgå ujævne belastninger.
5. Standarder og testkrav
Internationale og industristandarder har klare krav til gear NVH ydeevne:
ISO 1328: Specificerer gearets nøjagtighedsgrader og fejlområder.
ISO 8579: Omhandler måling af gear transmissionsstøj.
ISO 10816: Dækker standarder for vibrationsovervågning og -evaluering.
Ved at integrere NVH-test i kvalitetskontrollen af hele produktionsprocessen, kan transmissionssystemets støjsvaghed og stabilitet sikres, inden produktet forlader fabrikken.
Gear NVH-test er ikke kun en del af fabriksinspektionen, men bør også køre gennem hele processen med geardesign, forarbejdning og montering. Gennem systematisk akustisk måling, vibrationsanalyse og overfladeruhedsmåling kombineret med modifikationsoptimering og præcisionsbehandlingsteknologi kan gearkassens driftsstøjsvaghed og levetid forbedres væsentligt uden at øge omkostningerne. Dette er ikke kun en manifestation af produktets konkurrenceevne, men også en uundgåelig tendens i høj-kvalitetsudvikling af moderne maskinfremstilling.