Technik zur Steuerung von Getriebe NVH: Branchenkenntnisse zur Verringerung von Getriebräuschen
1Die Wesenheit und die Quellen von Getriebelärm
Das Kernproblem von NVH (Noise, Vibration, and Harshness) in Übertragungsnetzen ist im Wesentlichen die durch Strukturresonanz erzeugte Schallstrahlung.Periodische Erregungskräfte, die während des Getriebe-Netzwerks erzeugt werden, werden durch Wellen und Lager an das Getriebe übertragenDie Quellen des Getriebegeräuschs lassen sich in drei Kategorien einteilen:
1.1 Entwurfsreize (Ursache)
Variation der Maschensteifigkeit: Die Anzahl der Maschenzahnpaare ändert sich sofort (z. B. das Kontaktverhältnis ändert sich von 1 auf 2), wenn die Zahnräder eingeschaltet und ausgeschaltet werden,die zu einer Mutation der Steifigkeit und Schlagschwingungen führt.
Zahnprofilfehler: Abweichungen zwischen dem theoretischen Involut und dem tatsächlichen bearbeiteten Zahnprofil führen zu Schwankungen des sofortigen Übertragungsverhältnisses, was zu instabilen Vibrationen führt.
Resonanz: Wenn die Maschenfrequenz des Getriebes mit der natürlichen Frequenz der Box oder des Schachtes übereinstimmt, wird die Vibrationswirkung verstärkt und das Geräusch deutlich erhöht.
1.2 Herstellungsfehler (Verstärkungsfaktor)
Kumulativer Tonhöhenfehler: Verursacht eine ungleichmäßige Drehung der Zahnräder und erzeugt Niederfrequenzgeräusche.
Zahnoberflächenrauheit: Auf rauen Oberflächen entsteht durch Reibung beim Hochgeschwindigkeitsbetrieb ein hochfrequentes Pfeifen.
Dynamisches Ungleichgewicht: Ungleichgewichte Hochgeschwindigkeitsgetriebe erzeugen eine Zentrifugalkraft, was zu starken Vibrationen und Lärm führt.
1.3 Montage und Schmierung (Induktionsfaktor)
Abweichung des Mittelstandes: Eine zu enge Anordnung verursacht Störgeräusche, während eine lose Anordnung zu Schlaggeräuschen zwischen den Zahnrädern führt.
Unzulängliche Schmierung: Übermäßig viskoses Fett verursacht Schüttungsverlustgeräusche, während eine unzureichende Viskosität durch direkten Kontakt von Metall zu Metall zu Grenzschmiergeräuschen führt.
2. Design-Optimierung: Reduktion der Aufregung von der Quelle
Die Optimierung der Konstruktion ist das wichtigste Element der Lärmkontrolle, da sie 70% der Lärmrisiken bereits in der Zeichnungsphase beseitigen kann.
2.1 Änderung des Zahnprofils
Es ist die Kernmethode zur Geräuschminderung, die Zahnstörungen durch Lastdeformation von Standardgetrieben vermeiden kann:
Spitzeentlastung: Entfernen Sie eine kleine Menge Material von der Zahnspitze, um den Einfluss des Einschlages zu vermeiden.
Wurzelunterschnitt: Verhindern Sie Störungen beim Abkoppeln zwischen den Zahnrädern.
Krönung: Die Zahnbreite soll leicht konvex sein, um die durch die Verformung der Welle verursachte Ungleichlast auszugleichen.
Werkzeugempfehlung: Verwenden Sie professionelle Software wie Kisssoft oder Romax, geben Sie das Lastspektrum ein, um automatisch die optimale Modifikationsmenge zu generieren.01 mm hohe Spitzenentlastung kann in praktischen Projekten Lärm um bis zu 8 dB reduzieren.
2.2 Optimierung des Kontaktanteils
Die Erhöhung des Berührungsverhältnisses ermöglicht es, mehr Zahnpaare gleichzeitig zu vernetzen, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erreicht und Vibrationen reduziert werden:
Kernstrategien: angemessene Erhöhung des Addendum-Koeffizienten oder Einführung von Schraubzügen.und ihr allmählicher Meshing-Prozess reduziert natürlich den Lärm.
Anmerkung: Helical-Zahnräder erzeugen eine axiale Kraft, was die Konstruktion von Schublagern oder Schubstrukturen erfordert, was die strukturelle Komplexität erhöht.
2.3 Modulgleichgewicht und Zahnzahl
Unter der Prämisse der Erfüllung der Anforderungen an die Festigkeit trägt das Prinzip "kleines Modul, mehr Zähne" zur Geräuschminderung bei.die zu einem flacheren Zahnprofil und zu einer stabileren Verzahnung führenZum Beispiel die Reduzierung des Moduls eines Roboterstaubsauger-Gehrads von 1,0 auf 0.8 und die Anzahl der Zähne von 20 auf 25 zu erhöhen, reduziert nicht nur den Lärm erheblich, sondern verkürzt auch den Spritzgießzyklus und senkt die Kosten aufgrund der dünneren Zahndicke.
3Materialwahl: Abwechslung zwischen Metall- und Kunststoffgetrieben
Die Dämpfungseigenschaften der Materialien bestimmen unmittelbar die Absorptionsfähigkeit der Schwingungsenergie, und die rationale Auswahl der Materialien ist der Schlüssel zur Geräuschminderung.die folgenden Szenarien und Optimierungsfähigkeiten für Metall- und Kunststoffzüge gelten::
3.1 Kunststoffzüge (POM/PA/PEEK)
Vorteile: hohe inhärente Dämpfung für eine effektive Absorption der Schwingungsenergie; Selbstschmierung ohne zusätzliches Fett; geringe Herstellungskosten.
Nachteile: Geringe Festigkeit, schlechte Wärmeleitfähigkeit und schlechte Dimensionsstabilität, die durch Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst wird.
Anwendbare Szenarien: Niedriggeschwindigkeits-Anwendungen mit geringer Belastung mit extremer Lärmempfindlichkeit, wie Haushaltsgeräte und Büroautomatisierungsausrüstung.
Optimierungsfähigkeiten: Die Kombination von Stahlwelle + Kunststoffgetriebe wird angewendet, um die Hochfrequenzlärmabsorptionsleistung von Kunststoff zu nutzen.
3.2 Metallgetriebe (Edelstahl/Legierstahl)
Vorteile: Hohe Festigkeit, hohe Präzision und lange Lebensdauer, geeignet für die Übertragung mit hoher Last.
Nachteile: Eine hohe Steifigkeit führt zu einer leichten Übertragung von Vibrationen und zu scharfem, rauen Lärm.
Anwendbare Szenarien: Hochgeschwindigkeits- und Hochlastübertragungssysteme mit hoher Präzision, wie Robotergelenke und medizinisch-chirurgische Werkzeuge.
Optimierungsfähigkeiten: Verwenden Sie zur Herstellung die Technologie der Pulvermetallurgie (die inneren Mikropore sorgen für eine gewisse Dämpfung) oder das Schuss-Peening (Einführung einer Oberflächenkompressionsbelastung zur Verringerung der Vibrationen).
3.3 Hybridgetriebe
Für die erste Stufe werden Kunststoff-Zahnräder zur Lärmreduktion und für die zweite Stufe Metall-Zahnräder zur Drehmomentübertragung verwendet.Ausgleich der Auswirkungen der Lärmminderung und der Übertragungswirksamkeit.
4Montage und Schmierung: das letzte entscheidende Glied
Eine ausgezeichnete Konstruktion erfordert eine präzise Montage und wissenschaftliche Schmierung, um Geräuschminderungseffekte zu erzielen, was die "letzte Meile" der NVH-Steuerung ist:
4.1 Fernsteuerung in der Mitte
Die Toleranz der Lagerposition des Getriebes ist streng zu kontrollieren; für eine hochpräzise Übertragung wird eine H7/k6-Anpassung empfohlen, um die Stabilität der Mittelentfernung zu gewährleisten.Verwenden Sie während der Montage spezielle Riegel, um eine Beugung der Welle durch Zwangspressen zu vermeiden, wodurch eine Abweichung von der Mittelentfernung und das daraus resultierende Rauschen verhindert wird.
4.2 Fettwahl
Die wissenschaftliche Fettwahl ist der Schlüssel zur Verringerung von Reibengeräuschen, und die Auswahlprinzipien sind wie folgt:
Viskosität: Wählen Sie für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb ein Fett mit geringer Viskosität (Viskosität des Basisöls ≤ 100 cSt) und für den Niedriggeschwindigkeitsbetrieb ein Fett mit hoher Viskosität.
Konsistenz: NLGI-Grad 2 wird am häufigsten verwendet; NLGI-Grad 1 kann für ultra-hohe Geschwindigkeiten verwendet werden, um den Rührwiderstand zu reduzieren.
Zusatzstoffe: Fett, das Molybdändisulfid oder PTFE enthält, kann Reibungsgeräusche reduzieren, jedoch sollte auf die Materialkompatibilität geachtet werden, um Korrosion von Kunststoffen zu vermeiden.
Menge der Beschichtung: Füllen Sie 30% bis 50% der Zahnoberfläche; übermäßiges Fett verursacht eine Aufheizung und erhöhte Lärmbelastung.
4.3 Vermeidung der Resonanz der Getriebe
Die Schalen der Getriebeboxen sind die Hauptquelle der Lärmstrahlung, und die Resonanzvermeidung kann durch folgende Maßnahmen erreicht werden:
Verstärkungsrippen: Verstärkungsrippen an der Innenwand der Hülle entwerfen, um die natürliche Frequenz zu erhöhen und Überschneidungen mit der Maschenfrequenz des Getriebes zu vermeiden.
Dämpfungsmaterialien: Gummidichtungen an der Schalbefestigung hinzugefügt, um den Übertragungsweg zu blockieren.
Simulationsüberprüfung: Verwenden Sie das ANSYS Modal-Modul, um die Boxmodal zu analysieren und sicherzustellen, dass die ersten 6 natürlichen Frequenzen nicht innerhalb des Betriebsgeschwindigkeitsbereichs liegen.
5. Praktischer Fall: Entwicklung eines geräuschlosen Getriebes für Staubsaugerroboter
5.1 Projekthintergrund
Der Gehmechanismus eines Staubsauger-Robot hatte übermäßiges Lärm (das von den Benutzern als "traktorähnlich" beschrieben wird), was zu einer großen Anzahl von Kundenbeschwerden führte.
5.2 Problemanalyse
unmodifizierte Spurgetriebe aus POM-Material mit starker Maschenwirkung;
Motordrehzahl von 10000 Rpm, was nach der Verzögerung zu einer hohen Drehzahl führt;
Ein dünnwandiges ABS-Getriebe mit offensichtlicher Resonanz und starker Lärmstrahlung.
5.3 Optimierungsplan
Zahnprofil: Wechseln Sie zu spiralförmigen Zahnrädern mit einem Helixwinkel von 15° und erhöhen Sie das Kontaktverhältnis auf 1.6;
Änderung: Berechnen mit Kisssoft und leisten 0,02 mm Spitzenentlastung;
Material: Um die Festigkeit zu verbessern und die Modulreduzierung zu ermöglichen, müssen die Zahnräder durch PA66+30% GF ersetzt werden.
Struktur: Vergrößern Sie die Wandstärke der Zahnradbox um 0,5 mm und fügen Sie Querverstärkungsrippen hinzu.
Schmierung: Wählen Sie synthetisches Fett mit geringer Viskosität mit einem Füllwert von 40%.
5.4 Optimierungsergebnis
Der Lärm des Gehmechanismus wurde von 75 dB auf 62 dB reduziert und erreichte damit das branchenführende Niveau. Das Projekt wurde erfolgreich in Serie produziert.
6. Grundprinzipien und Branchenkenntnisse
Die Geräuschkontrolle ist eine Systemtechnik, die die Akustik, die Materialwissenschaft, die Mechanik und andere Disziplinen umfasst, und es gibt keine einheitliche Lösung.
Der Kern der Entwicklung hochwertiger Getriebeprodukte ist der geschlossene Kreislauf der "Simulationsvorhersage + experimentelle Verifizierung".die Lärmprobleme vor dem Öffnen der Form beseitigen und die F&E-Kosten senken kann.
Bei Unterhaltungselektronik, medizinischer Ausrüstung und anderen Produkten in der Nähe der Benutzer ist die geräuschlose Leistung eine wichtige Verkörperung des Produktpremiums.Lärmkontrolle ist der Schlüssel zur Verbesserung der Benutzererfahrung und zur Verringerung von Kundenbeschwerden.
Die zukünftige Entwicklung der Getriebegeräuschkontrolle liegt in der präzisen Abstimmung von Multi-Link-Technologien, wie z. B. der Anwendung neuer Dämpfungsmaterialien, KI-gesteuerter Parameteroptimierung,und additive Herstellung komplexer Dämpfungsstrukturen.