Ακούστε τον ήχο των γραναζιών και εξερευνήστε τα μυστήρια της μετάδοσης κίνησης!

Κάντε κλικ στο μπλε κείμενο για να μας ακολουθήσετε. Αυτό το άρθρο καλύπτει κυρίως την πολυπλοκότητα του θορύβου των γραναζιών και τις βασικές αρχές σχεδιασμού για τη μείωση του θορύβου των γραναζιών.

Η Πολυπλοκότητα του Θορύβου των Γραναζιών

Η πολυπλοκότητα του θορύβου των γραναζιών μπορεί γενικά να συνοψιστεί σε τέσσερις βασικές πτυχές.

Υπάρχει ακόμα έλλειψη αξιόπιστης συσχέτισης μεταξύ των αντικειμενικών τιμών μέτρησης θορύβου και της υποκειμενικής αξιολόγησης. Στην πραγματικότητα, η ποιότητα του ήχου του θορύβου επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την ανθρώπινη υποκειμενική αντίληψη. Επί του παρόντος, οι αντικειμενικές μέθοδοι αξιολόγησης της ποιότητας του ήχου είναι ανεπαρκείς και οι υποκειμενικές δοκιμές οδικής χρήσης οχημάτων χρησιμοποιούνται κυρίως για την τελική επαλήθευση των επιδόσεων NVH των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης.

Οι άνθρωποι έχουν σχετικά μεγάλα σφάλματα διάκρισης για τον θόρυβο. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την ένταση, ένας μεμονωμένος ελεγκτής έχει πιθανότητα σφάλματος ±6 phon (ισοδύναμο με ±6 dB στα 1000 Hz), πράγμα που σημαίνει ότι ο ελεγκτής δυσκολεύεται να διακρίνει θορύβους με αναλογία 4:1 στην στάθμη ηχητικής πίεσης. Το πιθανοτικό σφάλμα διάκρισης της έντασης μπορεί να μειωθεί όταν αξιολογείται από μια ομάδα πολλαπλών ελεγκτών. Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν σφάλματα λόγω του φαινομένου κάλυψης του περιβαλλοντικού θορύβου. Για ακριβέστερη αξιολόγηση του θορύβου, χρησιμοποιούνται συνήθως ακουστικά όργανα σε ηχομονωμένο θάλαμο για την απόκτηση αξιόπιστων δεδομένων δοκιμών.

Πολυάριθμες παράμετροι σχεδιασμού επηρεάζουν τον θόρυβο των γραναζιών και αυτές οι παράμετροι αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Η εγγενής πολυπλοκότητα των προφίλ των δοντιών των γραναζιών σημαίνει ότι η τροποποίηση μιας παραμέτρου μπορεί εύκολα να αλλάξει άλλα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του ζεύγους γραναζιών.

Οι ανοχές κατασκευής επηρεάζουν την αξιολόγηση του βελτιστοποιημένου σχεδιασμού. Είναι αδύνατο να κατασκευαστούν δύο πανομοιότυπα γρανάζια μαζικής παραγωγής. Επομένως, η αξιολόγηση των τροποποιήσεων σχεδιασμού γραναζιών πρέπει να βασίζεται σε στατιστικά αποτελέσματα από μια μεγάλη παρτίδα γραναζιών εντός του επιτρεπτού εύρους ανοχών κατασκευής. Αυτό οδηγεί σε έναν ορισμένο κίνδυνο λανθασμένης κρίσης στην αξιολόγηση NVH στο στάδιο του πρωτοτύπου, και οι επιδόσεις NVH μπορεί ακόμη και να επιδεινωθούν στην αρχική φάση μαζικής παραγωγής.

Συνολικά, οι περισσότερες πρακτικές λύσεις ελέγχου θορύβου γραναζιών συσσωρεύονται από την εμπειρία έργων των κατασκευαστών παρά από αυστηρή θεωρητική εξαγωγή.

Δύο Τύποι Μηχανισμών Παραγωγής Θορύβου

1. Θόρυβος Επιτάχυνσης

Όταν τα γρανάζια συμπλέκονται, η κρούση δημιουργεί σημαντική επιτάχυνση στα εξαρτήματα των γραναζιών και διαταράσσει το περιβάλλον μέσο. Αυτή η διαταραχή παράγει ακουστική ακτινοβολία, η οποία αρχικά διαδίδεται μέσω του αέρα και του λιπαντικού ελαίου μέσα στον μειωτήρα, και τελικά ακτινοβολεί προς τα έξω μέσω του περιβλήματος του κιβωτίου ταχυτήτων.

2. Αυτοδιεγειρόμενος Θόρυβος

Υπό δυναμική δύναμη σύμπλεξης, συμβαίνει δόνηση σε κάθε εξάρτημα γραναζιού. Αυτή η δόνηση μεταφέρεται μέσω των αξόνων των γραναζιών και διεγείρει δόνηση του περιβλήματος, στη συνέχεια ακτινοβολεί θόρυβο μέσω της δόνησης των επιφανειών των τοιχωμάτων του κουτιού. Ο αυτοδιεγειρόμενος θόρυβος αποτελεί την κύρια πηγή θορύβου των γραναζιών.

Η εξωτερική εκδήλωση της δυναμικής δύναμης διέγερσης κατά τη σύμπλεξη των δοντιών είναι το σφάλμα μετάδοσης του ζεύγους γραναζιών.

Αρχές Σχεδιασμού για τη Μείωση του Θορύβου των Γραναζιών

Οι βασικές ευαίσθητες παράμετροι σχεδιασμού που σχετίζονται με τον θόρυβο των γραναζιών περιλαμβάνουν τον λόγο, τη γωνία πίεσης, τη γωνία έλικας, τον συντελεστή προσθήκης, τη δομή άξονα και στήριξης, την ανοχή προφίλ δοντιού και την τροποποίηση γραναζιού.

Λόγος

Ένας μικρότερος λόγος οδηγεί σε χαμηλότερο θόρυβο γραναζιού. Με την προϋπόθεση της ικανοποίησης των απαιτήσεων αντοχής σε κάμψη, προτιμάται ένας μικρότερος λόγος. Για γρανάζια ηλεκτρικών οχημάτων, ο λόγος μπορεί να είναι τόσο χαμηλός όσο περίπου 1,3. Η συσχέτιση μεταξύ του λόγου και του θορύβου γραναζιού προέρχεται κυρίως από την επίδρασή του στην αναλογία επαφής. Τόσο η εγκάρσια αναλογία επαφής όσο και η αξονική αναλογία επαφής είναι γραμμικές συναρτήσεις του λόγου. Ένας μικρότερος λόγος αυξάνει τον αριθμό των δοντιών που εμπλέκονται ταυτόχρονα και μειώνει το φορτίο που φέρει κάθε δόντι. Υπό την ίδια αναλογία επαφής, τα γρανάζια με μικρότερους λόγους συμπλέκονται πιο κοντά στον κύκλο βήματος, γεγονός που μειώνει τον λόγο ολίσθησης και την ευαισθησία στην απόκλιση της επίκυκλου, επιτρέποντας ομαλότερη λειτουργία του γραναζιού.

Γωνία Πίεσης

Η επιλογή μιας μικρότερης γωνίας πίεσης βοηθά στη μείωση του θορύβου των γραναζιών. Η εγκάρσια αναλογία επαφής αυξάνεται γρήγορα με τη μείωση της γωνίας πίεσης. Η μειωμένη γωνία πίεσης μειώνει τον ρυθμό σύμπλεξης και μειώνει την στιγμιαία δυναμική φόρτιση στην αρχή και στο τέλος της σύμπλεξης. Μια μικρότερη γωνία πίεσης μειώνει την ακαμψία των δοντιών και τη διακύμανση του φορτίου που προκαλείται από σφάλματα διαστάσεων, ώστε να μειωθεί το επίπεδο θορύβου.

Ωστόσο, μια υπερβολικά μικρή γωνία πίεσης καθιστά το αρχικό σημείο σύμπλεξης πολύ κοντά στον βασικό κύκλο, οδηγώντας σε υψηλό λόγο ολίσθησης και αυξημένο τάση κάμψης και τάση επαφής. Λαμβάνοντας υπόψη την πλήρη αλυσίδα ανοχών, η ακτινική απόσταση μεταξύ του χαμηλότερου σημείου επαφής και του βασικού κύκλου ελέγχεται κανονικά εντός 0,125 mm έως 0,25 mm.

Γωνία Έλικας

Μια μεγαλύτερη γωνία έλικας είναι επωφελής για τη μείωση του θορύβου. Ωστόσο, μια υπερβολική γωνία έλικας θα δημιουργήσει βαρύ αξονικό φορτίο που μπορεί να υπερβεί την ικανότητα φόρτισης των ρουλεμάν. Εάν τα ρουλεμάν σφαιρών δεν μπορούν να ικανοποιήσουν την απαίτηση φόρτισης και πρέπει να χρησιμοποιηθούν κυλινδρικά ρουλεμάν, η απόδοση μετάδοσης θα μειωθεί.

Συντελεστής Προσθήκης

Η αρχή επιλογής του συντελεστή προσθήκης είναι η επίτευξη μικρής γωνίας προσέγγισης και μεγάλης γωνίας απομάκρυνσης. Για ελικοειδή γρανάζια, η γραμμή επαφής κατά μήκος του πλάτους του δοντιού είναι κεκλιμένη. Η ολίσθηση συμβαίνει ταυτόχρονα και στις δύο πλευρές της διαμέτρου βήματος ενός μεμονωμένου δοντιού. Εάν η επιφάνεια του γραναζιού έχει χαμηλή τραχύτητα και καλή λίπανση, η δύναμη τριβής δεν θα είναι υπερβολική και η επίδρασή της στον θόρυβο είναι αμελητέα. Για ευθύγραμμα γρανάζια, η σύμπλεξη κατά τη φάση απομάκρυνσης λειτουργεί πιο αθόρυβα. Στη φάση προσέγγισης, το κανονικό φορτίο αυξάνεται μαζί με τη δύναμη τριβής, γεγονός που προκαλεί υψηλότερο θόρυβο σύμπλεξης.

Άξονας και Δομή Στήριξης

Παράμετροι σχεδιασμού, συμπεριλαμβανομένης της ακαμψίας των αξόνων και των στηριγμάτων, της ομοκεντρικότητας και της ακτινικής εκτροπής, έχουν προφανείς επιδράσεις στον θόρυβο των γραναζιών. Η παραμόρφωση κάμψης που προκαλείται από ανεπαρκή ακαμψία, μαζί με υπερβολική απόκλιση ομοκεντρικότητας και ακτινική εκτροπή, θα καταστρέψει την κατάλληλη συνθήκη σύμπλεξης και θα προκαλέσει θόρυβο.

Κατά τη διάταξη των αξόνων και των στηριγμάτων, ελαχιστοποιήστε το διάστημα μεταξύ των στηριγμάτων για να περιορίσετε την παραμόρφωση του άξονα υπό φορτίο. Οι αυλακώσεις στους άξονες πρέπει να λαμβάνουν υπόψη την επίδραση φθοράς που προκαλείται από την κατεύθυνση ροπής, αποτρέποντας τον ανώμαλο θόρυβο που προέρχεται από τη φθορά της αυλάκωσης.

Το περίβλημα του κιβωτίου ταχυτήτων πρέπει να σχεδιάζεται με επαρκή ακαμψία. Η ανεπαρκής ακαμψία του περιβλήματος θα επιδεινώσει τις επιδόσεις θορύβου.

Ανοχή Δοντιού και Τροποποίηση Γραναζιού

Η τροποποίηση γραναζιού χρησιμοποιείται ευρέως για τη βελτιστοποίηση των επιδόσεων θορύβου. Η τροποποίηση ταξινομείται σε τρεις κατηγορίες: τροποποίηση προφίλ (κατά μήκος της κατεύθυνσης ύψους δοντιού), τροποποίηση βήματος (κατά μήκος της κατεύθυνσης πλάτους δοντιού) και ολοκληρωμένη τοπογραφική τροποποίηση. Αυτές οι τεχνολογίες χρησιμοποιούνται συχνότερα σε μειωτήρες νέας ενέργειας για βελτιστοποίηση NVH, μείωση σφάλματος μετάδοσης και βελτίωση κατανομής φορτίου.

1. Ανακούφιση Άκρου Δοντιού

• Μικρή αφαίρεση υλικού ενός σύντομου τμήματος της επίκυκλου στην άκρη του δοντιού. διαθέσιμες καμπύλες περιλαμβάνουν ευθεία γραμμή, κυκλική καμπύλη και παραβολή.
• Λειτουργίες: αντισταθμίζει την ελαστική παραμόρφωση των φορτισμένων δοντιών γραναζιού, μειώνει την κρούση εισόδου και εξόδου σύμπλεξης που αντιστοιχεί στη γωνία προσέγγισης, μειώνει τη δόνηση και τον θόρυβο, και αποφεύγει την παρεμβολή στην άκρη του δοντιού. Είναι υποχρεωτική τροποποίηση για γρανάζια e-drive επιβατικών αυτοκινήτων.
• Τρεις βασικοί παράγοντες: σημείο έναρξης ανακούφισης, μέγιστο ποσό τροποποίησης και καμπύλη ανακούφισης.

2. Ανακούφιση Ρίζας

• Αφαίρεση υλικού της επίκυκλου στην περιοχή της ρίζας του δοντιού. Χρησιμοποιήστε με προσοχή καθώς αποδυναμώνει την αντοχή σε κάμψη της ρίζας του δοντιού.
• Σενάριο εφαρμογής: διαδικασία λείανσης. Η ανακούφιση ρίζας στο γρανάζι πινιόν μπορεί να αντικαταστήσει την ανακούφιση άκρου στο γρανάζι τροχού για τη βελτιστοποίηση της συμπεριφοράς εξόδου σύμπλεξης.

3. Στένωση Προφίλ

• Πιο παχύ στο μέσο του ύψους του δοντιού, με αφαίρεση υλικού τόσο στην άκρη του δοντιού όσο και στη ρίζα. Αντισταθμίζει την απόκλιση της γωνίας πίεσης και καταστέλλει τη διακύμανση του σφάλματος μετάδοσης σε πλήρεις συνθήκες λειτουργίας, ευρέως εφαρμόζεται για γρανάζια υψηλής ταχύτητας.

4. Τροποποίηση Γωνίας Πίεσης

• Ολοκληρωμένη μετατόπιση της καμπύλης επίκυκλου, ισοδύναμη με την εικονική προσαρμογή της γωνίας πίεσης, για αλλαγή της θέσης επαφής σύμπλεξης.

5. Στένωση Βήματος

• Ελαφρώς παχύτερο πάχος δοντιού στο μέσο του πλάτους του δοντιού, με ομαλή αφαίρεση υλικού και στα δύο άκρα (κυκλική καμπύλη ή παραβολή).
• Λειτουργίες: αποφυγή επαφής άκρου στα άκρα του δοντιού υπό κάμψη άξονα και ευθυγράμμιση συναρμολόγησης, συγκέντρωση του μοτίβου επαφής στο μέσο του πλάτους του δοντιού. Η στένωση βήματος είναι σχεδόν υποχρεωτική για πινιόν σε μειωτήρες e-drive.

6. Τροποποίηση Γωνίας Έλικας

• Γραμμική μετατόπιση της γραμμής δοντιού κατά μήκος του πλάτους του δοντιού, ισοδύναμη με μικρή προσαρμογή της γωνίας έλικας, αντισταθμίζοντας την κλίση του άξονα υπό φορτίο και επιλύοντας τη μονομερή άνιση φόρτιση.

7. Ανακούφιση Άκρου

• Αφαίρεση υλικού μόνο στα δύο άκρα τμήματα του πλάτους του δοντιού (5-10% του συνολικού πλάτους του δοντιού), ενώ η μεσαία επιφάνεια του δοντιού παραμένει αμετάβλητη.
• Διαφορά από τη στένωση: η στένωση παρουσιάζει ομαλή διακύμανση σε όλο το πλάτος του δοντιού. η ανακούφιση άκρου επεξεργάζεται μόνο τα δύο άκρα. Είναι κατάλληλη για γρανάζια με μικρό πλάτος δοντιού και έργα με περιορισμένο κόστος, αποτρέποντας τη συγκέντρωση τάσεων στις αιχμηρές γωνίες των δοντιών.

8. Τροποποίηση Συστροφής Βήματος

• Το ποσό τροποποίησης βήματος ποικίλλει ταυτόχρονα με το ύψος του δοντιού, αντισταθμίζοντας σύνθετη συζευγμένη παραμόρφωση (κάμψη άξονα συν θερμική παραμόρφωση). Εφαρμόζεται κυρίως σε κιβώτια βαρέως τύπου.

Σημαντικές Σημειώσεις:

1. Περισσότερη τροποποίηση δεν σημαίνει καλύτερες επιδόσεις. Η υπερβολική τροποποίηση μειώνει το ενεργό πλάτος σύμπλεξης των δοντιών, οδηγώντας σε αύξηση της τάσης και μειωμένη διάρκεια ζωής. Το ποσό τροποποίησης πρέπει να καθορίζεται από προσομοίωση παραμόρφωσης υπό φορτίο μέσω λογισμικού όπως το MASTA, αντί να βασίζεται αποκλειστικά στην εμπειρία.
2. Κανονικά τροποποιείται μόνο το πινιόν. το αντίστοιχο γρανάζι τροχού υιοθετεί μικρή ή καθόλου τροποποίηση.
3. Η τροποποίηση προφίλ ελέγχει την κρούση εισόδου/εξόδου σύμπλεξης και το σφάλμα μετάδοσης. η τροποποίηση βήματος διέπει την κατανομή φορτίου κατά μήκος του πλάτους του δοντιού και αποφεύγει τη μερική φόρτιση.