Fogaskerék-ellenőrzés és minőségellenőrzés: Fogaskerék NVH-tesztelési módszerek

A modern vasúti közlekedés, a repülőgépipar és a nagy teljesítményű gépi felszereltség területén a fogaskerékhajtások nemcsak magas hatékonyságot és megbízhatóságot, hanem kiváló NVH-teljesítményt (Noise, Vibration, Harshness – Zaj, Rezgés, Zavaró érzet) is igényelnek. Az NVH-szint közvetlenül befolyásolja a felhasználói élményt és a szolgálati időt, valamint mélyrehatóan hat a berendezések karbantartási költségeire és a márka képére is. Ez a cikk szisztematikusan bemutatja a fogaskerekek NVH-jának mérési módszereit, a befolyásoló tényezőket és optimalizálási stratégiákat.

1. A NVH jelentősége a sebességváltókban

A sebességváltás során a legkisebb geometriai hibák, szerelési eltérések vagy anyaghibák is rezgés- és zajforrásokká alakulhatnak a fogaskerék-hajtás során. A vasúti járművek fogaskerékházaiban a magas zajszint nemcsak az utasok komfortérzetét befolyásolja negatívan, hanem fokozza az alkatrészek, például csapágyak és fogaskerekek fáradási károsodását is, ezzel csökkentve az egész gép élettartamát. Az anyag és a hajtási rendszer változtatása nélkül tudatos NVH (zaj, rezgés, hangszigetelés) vizsgálatok és optimalizáció révén a zajcsökkentés és az élettartam meghosszabbítása egyaránt elérhető.

A fogaskerékházban keletkező rezgések és zaj a ház reakcióján keresztül továbbítódik a jármű egyéb alkatrészeire. A gerjesztőforrás főként a hajtási hiba, míg a terjedési utak közé tartozik a fogaskerék-tengely-csapágy-ház és a fogaskerék-levegő-ház rendszer.

2. A fogaskerékzaj fő forrásai

Fogprofil- és hengerelési hibák: ezek a hibák egyenlőtlen hajtást okoznak, ütéseket generálva a fogaskerék kapcsolódás során, amely zajcsúcsok növekedéséhez vezet.

A fogaskerék felületi érdességének túlzott mértéke: Ez közvetlenül befolyásolja a fogaskerék-összeérési állapotot, és magas frekvenciájú zajt generál.

Szerelési excentricitás és radiális futási hiba: Ezek a fogaskerék-összeérési pontokon az erő egyenlőtlen eloszlását okozzák, időszakos zajt létrehozva.

Rezonanciafrekvencia-szuperpozíció: Amikor a fogaskerék-összeérési frekvencia közel kerül a doboz, tengely vagy külső szerkezet rezonanciafrekvenciájához, a zaj jelentősen felerősödik.

3. Fogaskerék-zajmérési módszerek

3.1 Akusztikus mérés

Szabadmezős mikrofonok használatával mérjük a sebességváltó működése közben a hangnyomásszintet (dB).

A hangintenzitás-elemzés azonosítani tudja a fő zajforrásokat.

A méréseket anekhoikus kamrában vagy félanekhoikus környezetben kell végezni, hogy elkerüljük a környezeti zajok zavaró hatását.

Például villamos járművek akusztikus vizsgálatánál mikrofon tömböket használnak a zajforrások azonosítására, mint például a jármű karosszéria, futómű szerkezet és kerék-csapszelepek alkatrészeinél. Az akusztikus tartományok közé tartozik a sebességváltó, futómű-tető, stb.

3.2 Rezgésanalízis

Háromtengelyes gyorsulásmérők használatával rögzítse a sebességváltó különböző irányaiban keletkező rezgőjeleket.

FFT (Fast Fourier Transform) analízis segítségével alakítsa át a rezgőjeleket spektrogrammá, és állapítsa meg az anomális frekvenciakomponensek jelenlétét.

Kombinálható rendszám analízissel a fogaskerék kapcsolódási frekvenciának más mechanikai alkatrészek rezgéseitől való megkülönböztetésére.

A frekvenciatartomány szemléltetheti az egyes frekvenciákhoz tartozó amplitúdókat, például: 1x Fogaskerék, 1x Kúltengely, 1xGMF (Fogaskerék-kapcsolódási frekvencia), 2xGMF, 3xGMF stb. Egyenesfogú fogaskerekeknél a sugárirányú rezgés domináns, míg ferdefogú fogaskerekeknél az axiális rezgés a szembetűnőbb.

3.3 Felületi érdesség mérés

Felületi érdességmérők (például Taylor Hobson Talysurf) használatával mérje a fogfelület Ra és Rz paramétereit.

A túl nagy felületi érdesség nemcsak a súrlódást növeli, hanem fokozza a fogkapcsolódási zajt is.

Ajánlott, hogy a nagy sebességű fogaskerekeknél Ra ≤ 0,4 μm legyen a magas frekvenciájú zajkomponensek csökkentése érdekében.

4. NVH optimalizálási stratégiák

4.1 Fogfelület-módosítás optimalizálása

Foghegy- és foggyök-kisegítés: Enyhíti a fogzás bekapcsolódásakor keletkező ütést.

Hengerelés: Csökkenti a terhelés koncentrációját a fog irányában. A módosítás optimalizálásával hatékonyan csökkenthető a fogkapcsolódási ütőerő, ezzel a zajforrás csökkenthető.

Számos különböző módosítási módszer létezik, például kettős ívelésű ferde fogaskerekek különböző parabolikus profilokkal (másodfokú, negyedfokú és hatodfokú parabolák), kontúr-ív fogaskerekek alsó nyomás-csökkentéssel és foghegy-játékkal stb. A különböző módosítási módszerek eltérő kontaktútakat eredményeznek a fogkapcsolódás során.

4.2 Felületi érdesség javítása

Pontos köszörülés, simítócsiszolás vagy polírozó- és hengerráncoló technológiák alkalmazása a felületi érdesség csökkentésére.

A guruló megerősítés során nemcsak az Ra érték csökkenthető, hanem a fogfelület edzett rétegének minősége is javítható.

A simítás egy hatékony folyamat. A simítószerszám tengelye megfelelően van beállítva, és a simítószerszám (egy csiszolókerámiákból, például alumíniumoxidból készült, pontatosan megmunkált belső fogaskerék, adott emelkedési szöggel) dolgozza meg a munkadarab fogaskereket. Működés közben a fogfelület megmunkolási (kontakt) iránya majdnem azonos a tényleges fogaskerék-meshing során tapasztalttal.

4.3 Dinamikus kiegyensúlyozás és összeszerelési pontosság

Végezzen dinamikus kiegyensúlyozási teszteket a fogaskerekeken és tengelyeken a rezgésforrások csökkentése érdekében.

Az összeszerelés során ellenőrizze a sugárirányú futási hibát (Fr) és az axiális futási hibát (Fa), hogy elkerülje az egyenlőtlen terhelést.

5. Szabványok és vizsgálati előírások

A nemzetközi és ipari szabványok egyértelmű előírásokat tartalmaznak a fogaskerék NVH teljesítményére vonatkozóan:

ISO 1328: Meghatározza a fogaskerék pontossági fokozatait és hibatartományait.

ISO 8579: A fogaskerék hajtászaj mérésével foglalkozik.

ISO 10816: Vibration monitoring és értékelési szabványokat tartalmaz.

Az NVH-tesztelés integrálásával a teljes termelési folyamat minőségellenőrzésébe biztosítható a hajtásrendszer csendessége és stabilitása még a termék gyárból történő kiszállítása előtt.

A fogaskerék NVH-tesztelése nem csupán a gyári ellenőrzés része, hanem végigkíséri kell a fogaskerék tervezésének, megmunkálásának és összeszerelésének teljes folyamatát. Rendszeres akusztikus mérés, rezgésanalízis és felületi érdesség mérésének elvégzése, valamint módosítási optimalizálás és precíziós megmunkálási technológiák alkalmazása révén a sebességváltó üzemeltetési csendessége és élettartama jelentősen javítható költségnövekedés nélkül. Ez nem csupán a termék versenyképességének megnyilvánulása, hanem a modern gépgyártás minőségi fejlődésének elkerülhetetlen iránya is.