Kontroll och kvalitetskontroll av växlar: Metoder för växel-NVH-testning

Inom modern kollektivtrafik, luftfart och högkvalitativ mekanisk utrustning kräver växeldrift inte bara hög effektivitet och tillförlitlighet utan också utmärkt NVH-prestanda (Noise, Vibration, Harshness). Nivån på NVH påverkar direkt användarupplevelsen och produktets livslängd, och har också en djupgående påverkan på underhållskostnader och varumärkesimage. Denna artikel kommer att systematiskt introducera testmetoder, påverkande faktorer och optimeringsstrategier för växel- NVH.

1. Betydelsen av NVH i växellådor

Vid växling kan minsta geometriska fel, monteringsavvikelser eller materialdefekter omvandlas till vibrations- och bullerkällor under ingrepp. För växellådor i tåg påverkar hög brusnivå inte bara passagerarnas komfort utan förvärrar också utmattnings skador på komponenter såsom lagringar och växlar, vilket förkortar hela maskinens livslängd. Utan att ändra material och transmissionskoncept kan vi genom vetenskapliga NVH-tester och optimering uppnå dubbla fördelar vad gäller bullereduktion och livslängdsförlängning.

De vibrationer och brus som genereras i växellådan överförs till andra delar av fordonet genom höljet. Excitationskällan är huvudsakligen transmissionsfelet, och överföringsvägarna inkluderar växel-axel-lager-hölje och växel-luft-hölje.

2. Huvudkällor till växelbrus

Tandprofil- och spiralfel: Ojämn förändring orsakad av dessa fel leder till ingreppsslag, vilket resulterar i ökade brusnivåer.

För stor ytjämnhet på växlar: Det påverkar direkt ingreppskontakten och genererar högfrekvent brus.

Excentricitet och radialspel vid montering: Detta orsakar ojämn belastning på ingreppspunkterna, vilket leder till periodiskt brus.

Resonansfrekvensöverlagring: När växlingreppsfrekvensen ligger nära resonansfrekvensen för lådan, axlarna eller den yttre konstruktionen kommer bruset att förstärkas markant.

3. Växelbrustesteringsmetoder

3.1 Ljudmätning

Använd mikrofoner i fritt fält för att mäta ljudtrycksnivån (dB) från växellådan under drift.

Ljudintensitetsanalys kan lokalisera de huvudsakliga bullerkällorna.

Testerna bör utföras i en ekofri eller halv-ekofri miljö för att undvika störningar från omgivande ljud.

Till exempel, vid ljudtest av spårvagnar används mikrofonarray för att identifiera bullerkällor i komponenter såsom spårvagnens kaross, truckkonstruktion och hjulaxlar. Ljudområden omfattar växellådan, truckhöljet etc.

3.2 Vibrationsanalys

Använd triaxiala accelerometrar för att registrera vibrationsignaler i olika riktningar hos växellådan.

Genom FFT-analys (Fast Fourier Transform) omvandlas vibrationsignalerna till spektrogram för att identifiera eventuella onormala frekvenskomponenter.

Det kan kombineras med ordningsanalys för att skilja växelhjulsutförandets frekvens från vibrationer från andra mekaniska komponenter.

Frekvensspektrumet kan visa amplituden som motsvarar olika frekvenser, såsom 1x Gear, 1x Pinion, 1xGMF (Gear Meshing Frequency), 2xGMF, 3xGMF, etc. För rakfogade växlar är den radiella vibrationen mer påtaglig, medan den axiala vibrationen är tydligare för skruvfogade växlar.

3.3 Ytråhetsmätning

Använd ytråhetmätare (t.ex. Taylor Hobson Talysurf) för att mäta parametrar som Ra och Rz på tändernas yta.

För hög ytråhet ökar inte bara friktionen utan förstärker även växelbullret.

För höghastighetsväxlar rekommenderas att Ra ≤ 0,4 μm för att minska högfrekventa bullerkomponenter.

4. Strategier för NVH-optimering

4.1 Optimering av tändernas ytomformning

Topp- och fotavlastning: Minska påverkan när tandroten kommer i mesh.

Krökningsutjämning: Minska lastkoncentrationen längs tandriktningen. Genom att optimera omformningen kan ingreppskraften effektivt minskas, vilket undertrycker brus vid källan.

Det finns olika omformningsmetoder, såsom dubbelkrökta skruvdrivna växlar med olika paraboliska profiler (sekundär, kvartisk och sextisk parabol), växlar med konturkrökningsdesign med egenskaper som tryckminskning vid botten och toppspel, etc. Olika omformningsmetoder ger olika kontaktbanor vid ingrepp.

4.2 Förbättring av ytjämnhet

Använd precisions slipning, avrullning eller slipning och valsningstekniker för att minska ytjämnheten.

Genom rullförstärkning kan inte bara Ra-värdet minskas, utan också kvaliteten på den hårdade ytlagret för tandytan förbättras.

Slipning är en effektiv process. Axeln för slipverktyget är korrekt inställd, och slipverktyget (ett precisionsbearbetat internt kugghjul tillverkat av slipkeramik såsom aluminiumoxid med en specifik helixvinkel) bearbetar arbetsstyckeskugghjulet. Under drift är bearbetnings- (kontakt-) riktningen för tandytan nästan densamma som vid faktiskt kugghjulsinmeshning.

4.3 Dynamisk balans och monteringsprecision

Utför dynamiska balansprov på kugghjul och axlar för att minska vibrationskällor.

Kontrollera radialspel (Fr) och axialspel (Fa) under montering för att undvika ojämna belastningar.

5. Standarder och testkrav

Internationella och branschspecifika standarder har tydliga krav på kugghjuls NVH-prestanda:

ISO 1328: Anger kugghjuls noggrannhetsgrader och felintervall.

ISO 8579: Avser bullermätning i kugghjulsdrift.

ISO 10816: Omfattar standarder för övervakning och utvärdering av vibrationer.

Genom att integrera NVH-testning i kvalitetskontrollen för hela produktionsprocessen kan växellådans tysthet och stabilitet säkerställas innan produkten lämnar fabriken.

NVH-testning av växlar är inte bara en del av fabrikinspektionen utan bör också genomgå hela processen för växeldesign, bearbetning och montering. Genom systematisk ljudmätning, vibrationsanalys och ytjämnhetstestning, kombinerat med modifieringsoptimering och precisionsbearbetningsteknik, kan växellådans drifttysthet och livslängd förbättras avsevärt utan ökade kostnader. Detta är inte bara en demonstration av produktens konkurrenskraft utan också en oundviklig trend inom modern maskintillverknings högkvalitativa utveckling.