Tandhjulsinspektion og kvalitetskontrol: Metoder til tandhjul NVH-test

I moderne skoletransport, luftfart og højteknologisk mekanisk udstyr kræver tandhjultransmission ikke kun høj effektivitet og pålidelighed, men også fremragende NVH-ydelse (støj, vibration, hærdhed). Niveauet af NVH påvirker direkte brugeroplevelsen og levetiden og har også en dybdegående indvirkning på vedligeholdelsesomkostninger og mærkeimage. Denne artikel vil systematisk introducere testmetoder, påvirkende faktorer og optimeringsstrategier for tandhjuls NVH.

1. Betydningen af NVH i gearkasser

Under et geartrinsoverførsel kan selv små geometriske fejl, monteringsafvigelser eller materialefejl omdannes til kilder til vibration og støj under tandhjulssamspil. For skinnerullende tandhjulsdæsker resulterer høj støj ikke kun i formindsket passagerkomfort, men forstærker også udmattelsesskader på komponenter såsom lejer og tandhjul, og forkorter dermed hele maskinens levetid. Uden at ændre materiale og transmissionsordning kan vi gennem videnskabelige NVH-tests og optimering opnå den dobbelte fordel af støjreduktion og forlænget levetid.

De vibrationer og støj, der genereres i tandhjulsdæsken, overføres til andre dele af køretøjet gennem husets respons. Excitationskilden er hovedsageligt transmissionsfejlen, og transmissionsvejene inkluderer tandhjul-aksel-leje-hus og tandhjul-luft-hus.

2. Primære kilder til tandhjulsstøj

Tandprofil- og helixfejl: Ujævn tandhjulssamspil forårsaget af disse fejl fører til stød ved tandhjulssamspil, hvilket resulterer i støjtoppe.

For stor tandhjulsruhed: Dette påvirker direkte indgrebskontakten og genererer højfrekvent støj.

Monteringscentricitet og radial runout: Dette medfører ujævn belastning på indgrebspunkterne, hvilket fører til periodisk støj.

Resonansfrekvens-overlejring: Når tandhjulsindgrebsfrekvensen er tæt på resonansfrekvensen for kassen, akslen eller den ydre struktur, vil støjen blive markant forstærket.

3. Tandhjulsstøj-målemetoder

3.1 Akustisk måling

Brug frit-felt mikrofoner til at måle lydtrykniveauet (dB) for gearkassen under drift.

Lydsignalanalyse kan lokalisere de primære støjkilder.

Målingerne bør udføres i en anekofonisk kabinet eller semianekofonisk miljø for at undgå forstyrrelser fra omgivende støj.

Eksempelvis anvendes i støjmåling af sporvogne mikrofonarrays til at registrere støjkilder i komponenter som sporvognens krop, boggikonstruktion og hjulpartier. Akustiske områder omfatter gearkasse, boggifter, osv.

3.2 Vibrationsanalyse

Brug triaksiale accelerometer til at registrere vibrationsignaler i forskellige retninger af gearkassen.

Gennem FFT (Fast Fourier Transform)-analyse konverteres vibrationsignaler til spektrogrammer for at identificere tilstedeværelsen af unormale frekvenskomponenter.

Det kan kombineres med ordenanalyse for at skelne mellem gearindgrebsfrekvens og 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 lige tænder er radial vibration mere fremtrædende, mens for skrueformede gear er aksial vibration mere tydelig.

3.3 Overfladeruhedstest

Brug overfladeruhedsmålere (såsom Taylor Hobson Talysurf) til at måle parametre som Ra og Rz på tandfladen.

For høj overfladeruhed øger ikke kun friktionen, men forstærker også støj fra tandhjulene.

For højhastighedsgear anbefales det, at Ra ≤ 0,4 μm for at reducere højfrekvente støjkomponenter.

4. NVH-optimeringsstrategier

4.1 Tandflademodifikationsoptimering

Tandspids- og tandfurelief: Formindsk stødet, når tandfuren indgår.

Tandkrønning: Reducer belastningskoncentrationen langs tandretningen. Ved at optimere modifikationen kan den indgrebende stød kraft reduceres effektivt, og støj undertrykket ved kilden.

Der findes forskellige modifikationsmetoder, såsom dobbelte tandkrønnede skruegearing med forskellige paraboliske profiler (sekundære, kvartiske og sekstiske parabler), tandkrønnede gering med funktioner som reduceret basistryk og spidsklaring osv. Forskellige modifikationsmetoder resulterer i forskellige kontaktbaner under indgreb.

4.2 Forbedring af overfladeruhed

Brug præcisionsslidning, jævning eller polering og rulleringsteknologier til at reducere overfladeruhed.

Ved rullerforstærkning kan ikke alene Ra-værdien reduceres, men også kvaliteten af den hærdede lag på tandfladen forbedres.

Slibning er en effektiv proces. Aksen på det slibende værktøj er korrekt indstillet, og slibningsværktøjet (et præcisionsdrejet indre gear fremstillet af slibematerialer som f.eks. aluminiumoxid med en bestemt hældningsvinkel) bearbejder arbejdsgearet. Under driften er bearbejdnings- (kontakt-) retningen af tandfladen næsten den samme som under den faktiske gearindgreb.

4.3 Dynamisk balance og monteringspræcision

Udfør dynamiske balanceprøver på gear og aksler for at reducere vibrationskilder.

Styr radial-slæg (Fr) og aksial-slæg (Fa) under samling for at undgå ujævne belastninger.

5. Standarder og testkrav

Internationale og brancheomfattende standarder har klare krav til gearets NVH-performance:

ISO 1328: Angiver gearets nøjagtighedsgrader og fejrområder.

ISO 8579: Omhandler måling af støj fra geartransmission.

ISO 10816: Dækker standarder for overvågning og evaluering af vibrationer.

Ved at integrere NVH-test i kvalitetskontrollen gennem hele produktionsprocessen kan overføringssystemets stille og stabile drift sikres, inden produktet forlader fabrikken.

Gear NVH-test er ikke blot en del af fabrikkens inspektion, men bør gennemsyre hele processen med hensyn til gear-design, bearbejdning og samling. Gennem systematiske lydmålinger, vibrationsanalyser og overfladeruhedsmålinger, kombineret med modificerede optimeringsteknologier og præcisionsbearbejdning, kan gearets driftsstilhed og levetid markant forbedres uden at øge omkostningerne. Dette er ikke blot et udtryk for produktets konkurrenceevne, men også en uundgåelig tendens i den højtkvalitative udvikling af moderne maskinproduktion.