Tannhjulinspeksjon og kvalitetskontroll: Metoder for tannhjul NVH-testing

I moderne jernbanetransport, luftfart og høykvalitets mekanisk utstyr, krever tannhjuloverføring ikke bare høy effektivitet og pålitelighet, men også utmerket NVH-egenskaper (støy, vibrasjon, hardhet). Nivået av NVH påvirker direkte brukeropplevelsen og levetiden, og har også en betydelig innvirkning på vedlikeholdskostnader og varemerkebildet. Denne artikkelen vil systematisk presentere testmetoder, påvirkningsfaktorer og optimaliseringsstrategier for tannhjul NVH.

1. Betydningen av NVH i girbokser

Under girtransmisjon kan minste geometriske feil, monteringsavvik eller materialfeil omdannes til vibrasjons- og støykilder under inngrep. For skinnegangsbiler med gir, fører høy støy ikke bare til redusert komfort for passasjerer, men forverrer også utmattelsesskader på komponenter som lager og gir, og forkorter hele maskinens levetid. Uten å endre material- og transmisjonsplanen kan vi oppnå dobbel gevinst ved støyreduksjon og forlenget levetid gjennom vitenskapelige NVH-testing og optimalisering.

Vibrasjon og støy som genereres i girboksen blir overført til andre deler av kjøretøyet gjennom husets respons. Ekscitasjonskilden er hovedsakelig transmisjonsfeilen, og transmisjonsbanene inkluderer gir-aksel-lager-hus og gir-luft-hus.

2. Hovedkilder for girstøy

Tannprofil- og helixfeil: Ujevn inngrep forårsaket av disse feilene fører til inngrepsslag og resulterer i økte støytopper.

Overflødig tannhjulsoverflateruhet: Dette påvirker direkte inngrepstilstanden og genererer høyfrekvent støy.

Monteringsusentriskhet og radial sløring: Dette fører til ujevn kraft på inngrepene og forårsaker periodisk støy.

Resonansfrekvensoverlegging: Når tannhjulsinngrepsfrekvensen er nær resonansfrekvensen til kassen, akslingen eller den ytre konstruksjonen, vil støyen bli betydelig forsterket.

3. Tannhjulsstøytestmetoder

3.1 Lydmåling

Bruk fritektsmikrofoner til å måle lydtrykknivået (dB) til girboksen under drift.

Lydhetsanalyse kan lokalisere de viktigste støykildene.

Testen bør utføres i en ekkofri eller semi-ekkofri rom for å unngå forstyrrelse fra miljøstøy.

For eksempel, i lydtesting av trikker, brukes mikrofonarrayer til å oppdage støykilder i komponenter som trikkarbeidet, boggi-konstruksjonen og hjulsett-elementene. Lydområdene omfatter girboksen, boggideksel osv.

3.2 Vibrasjonsanalyse

Bruk triaksiale akselerometre for å registrere vibrasjonssignaler i ulike retninger i girboksen.

Gjennom FFT (Fast Fourier Transform)-analyse konverterer du vibrasjonssignaler til spektrogrammer for å bestemme tilstedeværelsen av unormale frekvenskomponenter.

Den kan kombineres med ordenanalyse for å skille tannhjulenes inngrepingsfrekvens fra vibrasjoner fra andre mekaniske komponenter.

Frekvensspektret kan vise amplituden som svarer til ulike frekvenser, slik som 1x Gear, 1x Pinion, 1xGMF (Gear Meshing Frequency), 2xGMF, 3xGMF osv. For spur gear er radial vibrasjon mer utpreget, mens for helical gear er aksial vibrasjon mer synlig.

3.3 Overflateruhetstesting

Bruk overflateruhetsmålere (som Taylor Hobson Talysurf) til å måle parametere som Ra og Rz på tannflaten.

For høy overflateruhet øker ikke bare friksjonen, men forsterker også inngrepingsstøy.

For høyhastighetsgir anbefales det at Ra ≤ 0,4 μm for å redusere høyfrekvente støykomponenter.

4. NVH-optimeringsstrategier

4.1 Tannflate-modifiserings-optimering

Topp- og rotavlastning: Reduser skilleeffekten når tannroten setter inn.

Kroning: Redusere belastningskonsentrasjonen langs tandretningen. Ved å optimere modifikasjonen, kan inngrepsskraften reduseres effektivt, og støy kan undertrykkes fra kilden.

Det finnes ulike modifiseringsmetoder, som dobbelte kronede skråtannhjul med ulike parabelprofiler (sekundære, kvartiske og sekstiske parabler), konturkronede gir med egenskaper som redusert bunntrykk og toptoleration, osv. Ulike modifiseringsmetoder fører til ulike kontaktbaner under inngrpet.

4.2 Forbedring av overflateruhet

Bruk presisjonsslibing, glattsliping eller polering og rullet teknologi for å redusere overflateruhet.

Gjennom rullering, kan ikke bare Ra-verdien reduseres, men også kvaliteten på den herdede overflaten på tannen forbedres.

Honing er en effektiv prosess. Aksen til honingverktøyet er satt korrekt, og honingverktøyet (et presisjonsbearbeidet innvendig gir laget av abrasive keramer som aluminiumoksid med en bestemt helix-vinkel) bearbeider arbeidsgir. Under drift er bearbeidnings- (kontakt-) retningen til girannens overflate nesten den samme som under faktisk girinngrep.

4.3 Dynamisk balanse og monteringspresisjon

Utfør dynamiske balansetester på gir og aksling for å redusere vibrerende kilder.

Kontroller radial sløring (Fr) og aksial sløring (Fa) under montering for å unngå ujevne belastninger.

5. Standarder og testkrav

Internasjonale og bransjestandarder har klare krav til gir NVH-egenskaper:

ISO 1328: Spesifiserer girets nøyaktighetsgrader og feilområder.

ISO 8579: Omhandler støyingsmåling i girtransmisjoner.

ISO 10816: Dekker vibrasjonsövervåkning og evalueringstandarder.

Ved å integrere NVH-testing i kvalitetskontrollen gjennom hele produksjonsprosessen, kan stille og stabile transmisjonssystemer sikres før produktet forlater fabrikken.

Girings-NVH-testing er ikke bare en del av fabrikkontrollen, men bør også gjennomføres i hele prosessen med giringsdesign, bearbeiding og montering. Gjennom systematisk lydmåling, vibrasjonsanalyse og overflateruhetmåling, kombinert med modifikasjonsoptimering og presisjonsbearbeidingsteknologi, kan driftsstilhet og levetid for girboksen forbedres vesentlig uten å øke kostnadene. Dette er ikke bare en manifestasjon av produktkonkurransedyktighet, men også en uunngåelig trend i høykvalitets utvikling av moderne maskinindustri.