Технология управления скоростными передачами NVH: отраслевые знания по снижению шума передач
1Сущность и источники шума
Шум передач, основная проблема NVH (шум, вибрация и жесткость) в системах передачи, по существу является звуковым излучением, генерируемым структурным резонансом.Периодические силы возбуждения, произведенные во время решетки передачи передаются в коробку передач через валы и подшипникиИсточники шума передач можно разделить на три категории:
1.1 Взволнованность дизайном (коренная причина)
Изменение жесткости решетки: количество пар решетчатых зубов меняется мгновенно (например, соотношение контакта меняется с 1 до 2) при включении и отключении шестерен,что приводит к мутации жесткости и колебаниям при ударе.
Ошибка профиля зуба: отклонения между теоретическим инволютом и фактическим обработанным профилем зуба приводят к колебаниям мгновенного коэффициента передачи, вызывая нестабильную вибрацию.
Резонанс: когда частота сетки редуктора совпадает с естественной частотой коробки или вала, эффект вибрации усиливается, что значительно увеличивает шум.
1.2 Ошибки изготовления (усиливающий фактор)
Кумулятивная ошибка наклона: вызывает неравномерное вращение передач и создает низкочастотный шум.
Грубость поверхности зуба: грубая поверхность производит высокочастотный свист из-за трения при высокоскоростной работе.
Динамический дисбаланс: несбалансированные скоростные передачи генерируют центробежную силу, что приводит к сильным вибрациям и шуму.
1.3 Сборка и смазка (индукционный фактор)
Отклонение от расстояния от центра: чрезмерно плотная сборка вызывает помехи, в то время как свободная сборка приводит к ударам между передачами.
Неправильная смазка: чрезмерная вязкость жира вызывает шум от потерь при перемешивании, в то время как недостаточная вязкость приводит к граничному шуму смазки из-за прямого контакта металла с металлом.
2Оптимизация дизайна: снижение возбуждения от источника
Оптимизация конструкции является наиболее важным звеном в борьбе с шумом передач, поскольку она может устранить 70% рисков шума на стадии чертежа.
2.1 Изменение профиля зуба
Это основной метод снижения шума, который может избежать зубных помех, вызванных деформацией нагрузки стандартных редукторов:
Удаление кончиков зуба: снять небольшое количество материала с кончика зуба, чтобы избежать воздействия.
Корневой подрезок: предотвратить помехи отцепления между зубами передач.
Покрытие: сделать зубную ширину слегка выпуклой для компенсации неравномерной нагрузки, вызванной деформацией вала.
Рекомендация инструмента: Используйте профессиональное программное обеспечение, такое как Kisssoft или Romax, введите спектр нагрузки, чтобы автоматически генерировать оптимальное количество модификации.01мм-высокий рельеф наконечника может уменьшить шум до 8 дБ в практических проектах.
2.2 Оптимизация соотношения контактов
Увеличение соотношения соприкосновения позволяет одновременно соединять больше пар зубов, достигая равномерного распределения нагрузки и уменьшая вибрацию:
Основные стратегии: надлежащее увеличение коэффициента добавления или использование спиральных редукторов.и их постепенный процесс сетки по своей природе уменьшает шум.
Примечание: спиральные редукторы генерируют осевую силу, что требует проектирования тяговых подшипников или тяговых конструкций, что увеличивает структурную сложность.
2.3 Баланс модуля и количество зубов
При условии соблюдения требований к прочности принцип "маленький модуль, больше зубов" способствует снижению шума.что приводит к более плоскому профилю зубов и более стабильной резьбеНапример, уменьшение модуля ходового колеса робота пылесоса с 1,0 до 0.8 и увеличение количества зубов с 20 до 25 не только значительно уменьшает шум, но и сокращает цикл формования и снижает затраты из-за более тонкой толщины зуба.
3Выбор материала: Компромисс между металлическими и пластиковыми редукторами
Степень загрязнения материалов напрямую определяет способность к поглощению вибрационной энергии, а рациональный выбор материалов является ключом к снижению шума.Применимые сценарии и навыки оптимизации металлических и пластиковых редукторов следующие::
3.1 Пластиковые редукторы (POM/PA/PEEK)
Преимущества: высокая присущая амортизация для эффективного поглощения вибрационной энергии; самосмазка без дополнительного смазки; низкая стоимость производства.
Недостатки: низкая прочность, низкая теплопроводность и плохая размерная стабильность, влияющая на температуру и влажность.
Применимые сценарии: низкоскоростные, легкие приложения с чрезвычайной чувствительностью к шуму, такие как бытовые приборы и офисное оборудование автоматизации.
Навыки оптимизации: Принять сочетание стального вала + пластиковой решетки для использования высокочастотного звукопоглощения пластика.
3.2 Металлические редукторы (нержавеющая сталь/сплавная сталь)
Преимущества: высокая прочность, высокая точность и длительный срок службы, подходящий для передачи большой нагрузки.
Недостатки: высокая жесткость приводит к легкой передаче вибрации и резкому, резкому шуму.
Применимые сценарии: высокоскоростные, высокогрузные, высокоточные системы передачи, такие как роботизированные суставы и медицинские хирургические инструменты.
Навыки оптимизации: Используйте технологию порошковой металлургии (внутренние микропоры обеспечивают определенную амортизацию) или стрельбу (введение поверхностного сжатия для уменьшения вибрации) для производства.
3.3 Гибридная трансмиссия
Принять пластиковые редукторы для первой ступени для уменьшения шума и металлические редукторы для второй ступени для передачи крутящего момента.балансирование эффектов снижения шума и эффективности передачи.
4Сборка и смазка: последнее важное звено
Отличный дизайн требует точной сборки и научной смазки, чтобы реализовать эффекты снижения шума, что является "последней милей" управления передачей NVH:
4.1 Управление центральным расстоянием
Строго контролируйте допустимость положения подшипника коробки передач; для высокоточной передачи рекомендуется установка H7/k6, чтобы обеспечить стабильность расстояния от центра.Используйте специальные подшипники во время сборки, чтобы избежать изгиба вала, вызванного принудительным установкой пресса, что предотвращает отклонение от расстояния от центра и последующий шум.
4.2 Выбор жира
Научный отбор жира является ключом к снижению шума от трения, и принципы отбора следующие:
Вязкость: выбрать жир с низкой вязкостью (вязкость базового масла ≤ 100cSt) для высокоскоростной работы и жир с высокой вязкостью для низкоскоростной работы.
Консистенция: NLGI Grade 2 наиболее часто используется; NLGI Grade 1 может использоваться для сверхвысокой скорости для снижения сопротивления перемешиванию.
Добавки: жир, содержащий дисульфид молибдена или ПТФЕ, может уменьшить шум от трения, но следует обратить внимание на совместимость материала, чтобы избежать коррозии пластика.
Количество покрытия: заполнить 30% - 50% поверхности зуба; чрезмерная жирность вызовет нагревание и повышение шума.
4.3 Избегание резонанса коробки передач
Облицовка коробки передач является основным источником шума излучения, и предотвращение резонанса может быть достигнуто с помощью следующих мер:
Укрепляющие ребра: проектируйте укрепляющие ребра на внутренней стенке оболочки, чтобы увеличить естественную частоту и избежать перекрытия с частотой решетки резины.
Стержневые материалы: Добавить резиновые прокладки на корпус для блокировки траектории передачи вибрации.
Проверка симуляции: используйте модуль ANSYS Modal для анализа модуля коробки, убедившись, что первые 6 естественных частот не находятся в диапазоне рабочей скорости.
5Практический случай: Разработка бесшумной коробки передач для роботов-пылесосов
5.1 История проекта
Механизм ходьбы робота-пылесоса имел чрезмерный шум (описанный пользователями как "тракторный"), что привело к большому количеству жалоб клиентов.
5.2 Анализ проблем
Немодифицированные штурмовики из материала POM с сильным воздействием сетки;
скорость двигателя 10000 оборотов в минуту, что приводит к высокой линейной скорости передач после замедления;
Тонкостенная коробка передач ABS с очевидным резонансом и сильным шумовым излучением.
5.3 Схема оптимизации
Профиль зуба: переход на спиральные редукторы с углом спирали 15°, увеличение соотношения соприкосновения до 1.6;
Изменение: рассчитано Kisssoft и выполнено 0.02 мм рельефа кончиков;
Материал: заменить редукторы на PA66+30%GF для повышения прочности и уменьшения модуля;
Структура: увеличить толщину стенки коробки передач на 0,5 мм и добавить крестовые укрепляющие ребра;
Смазка: выбирать синтетический жир с низкой вязкостью с заполнением 40%.
5.4 Результат оптимизации
Шум ходового механизма был снижен с 75 до 62 дБ, достигнув лидирующего уровня в отрасли, и проект был успешно серийно произведен.
6Основные принципы и отраслевые данные
Контроль шума передач - это система инженерии, включающая акустику, материаловедение, механику и другие дисциплины, и не существует универсального решения.
Ядром разработки высококачественных трансмиссионных продуктов является замкнутый цикл "симуляционного прогнозирования + экспериментальной проверки",который может устранить проблемы с шумом до открытия формы и снизить затраты на НИОКР.
Для потребительской электроники, медицинского оборудования и других продуктов, находящихся рядом с пользователями,Контроль шума является ключом к улучшению пользовательского опыта и уменьшению жалоб клиентов.
Будущее направление развития контроля шума передач заключается в точном сопоставлении технологий многосвязей, таких как применение новых амортизационных материалов, оптимизация параметров на основе ИИ,и аддитивное производство сложных амортизационных конструкций.