Inspectie en kwaliteitscontrole van tandwielen: methoden voor tandwiel NVH-testen

In de moderne spoorwegvoorzieningen, luchtvaart en high-end mechanische apparatuur stelt tandwieloverbrenging niet alleen hoge eisen aan efficiëntie en betrouwbaarheid, maar ook aan uitstekende NVH-prestaties (Noise, Vibration, Harshness). Het NVH-niveau beïnvloedt niet alleen de gebruikerservaring en levensduur, maar heeft ook een grote impact op onderhoudskosten en het merkbeeld. In dit artikel worden op systematische wijze de testmethoden, beïnvloedende factoren en optimalisatiestrategieën voor tandwiel NVH geïntroduceerd.

1. Het belang van NVH in versnellingsbakken

Tijdens de overbrenging van tandwielkasten kunnen kleine geometrische fouten, assemblage-afwijkingen of materiaaldefecten tijdens het in elkaar grijpen worden omgezet in trillings- en geluidbronnen. Voor tandwielkasten van treinen heeft hoog geluidsniveau niet alleen invloed op het comfort van passagiers, maar verergert het ook vermoeidheidsbeschadigingen aan componenten zoals lagers en tandwielen, waardoor de levensduur van de gehele machine wordt verkort. Zonder het materiaal of de overbrengingsoplossing te veranderen, kunnen wij door wetenschappelijke NVH-tests en optimalisatie een dubbel voordeel behalen: verminderd geluid en verlengde levensduur.

De trillingen en het geluid dat in de tandwielkast ontstaat, worden via de behuizing naar andere delen van het voertuig overgedragen. De excitatiebron is voornamelijk de overbrengingsfout, en de overdrachtspaden omvatten tandwiel-as-lager-behuizing en tandwiel-lucht-behuizing.

2. Belangrijkste bronnen van tandwielgeluid

Profielfouten en Spilslisfouten: Onregelmatig in elkaar grijpen veroorzaakt door deze fouten leidt tot grijpslag, wat een toename van geluidspieken veroorzaakt.

Te ruwe tandoppervlakken: Dit heeft rechtstreeks invloed op de meshing-contacttoestand en veroorzaakt hoogfrequent geluid.

Asymmetrie en radiale speling bij montage: Dit veroorzaakt een onevenredige belasting op de meshing-punten, wat leidt tot periodiek geluid.

Resonantiefrequentie-overlapping: Wanneer de tandwiel-meshingfrequentie dicht bij de resonantiefrequentie van de behuizing, as of externe structuur ligt, wordt het geluid aanzienlijk versterkt.

3. Tandwielgeluidtestmethoden

3.1 Geluidsmeting

Gebruik vrijveldmicrofoons om het geluidsdrukniveau (dB) van de tandwielkast tijdens bedrijf te meten.

Geluidintensiteitsanalyse kan de belangrijkste geluidsbronnen lokaliseren.

De test dient uitgevoerd te worden in een geluidsdichte kamer of semi-anechoïsche omgeving om interferentie door omgevingsgeluid te voorkomen.

Bijvoorbeeld bij de akoestische testen van trams, worden microfoonarrays gebruikt om geluidsbronnen in componenten zoals het tramlichaam, de bogie-structuur en de wielaandrijving te detecteren. Akoestische zones omvatten de tandwielkast, het bogiedeksel, enz.

3.2 Vibratieanalyse

Gebruik triaxiale versnellingsmeters om vibratiesignalen in verschillende richtingen van de versnellingsbak op te nemen.

Via FFT (Fast Fourier Transform)-analyse converteert u vibratiesignalen naar spectrogrammen om de aanwezigheid van abnormale frequentiecomponenten vast te stellen.

Het kan gecombineerd worden met ordeanalyse om de ingrijpingsfrequentie van tandwielen te onderscheiden van vibraties van andere mechanische componenten.

Het frequentiespectrum kan de amplitude tonen die overeenkomt met verschillende frequenties, zoals 1x tandwiel, 1x drijfwiel, 1x GMF (tandwiel-ingrijpingsfrequentie), 2x GMF, 3x GMF, enz. Voor rechte tandwielen is de radiale trilling duidelijker, terwijl voor schroefvormige tandwielen de axiale trilling duidelijker is.

3.3 Oppervlakteruwheidstesten

Gebruik oppervlakteruwheidsmeters (zoals Taylor Hobson Talysurf) om parameters zoals Ra en Rz van het tandoppervlak te meten.

Een te hoge oppervlakteruwheid verhoogt niet alleen de wrijving, maar ook het ingrijpingsgeluid.

Voor versnellingspinnen is een Ra ≤ 0,4 μm aanbevolen om hoogfrequente geluidsonderdelen te verminderen.

4. NVH optimalisatiestrategieën

4.1 Tandoppervlakmodificatie optimalisatie

Tandkop- en tandvoetontlasting: Verminder de impact wanneer de tand in grijping treedt.

Kroonvormige bewerking: Verminder de belastingsconcentratie langs de tandrichting. Door de modificatie te optimaliseren, kan de grijpkracht effectief worden verminderd, waardoor het geluid bij de bron wordt onderdrukt.

Er zijn verschillende modificatiemethoden, zoals dubbel-gekroonde schroefkoppelingen met verschillende parabolische profielen (kwadratische, quartische en sextische parabolen), koppelingen met contourenkronen met kenmerken zoals verminderde basisdruk en tandkopspeling, enz. Verschillende modificatiemethoden resulteren in verschillende contactpaden tijdens het in grijpen treden.

4.2 Verbetering van oppervlakteruwheid

Gebruik precisieslijpen, superfinishing of polijsten en walsenstechnologieën om de oppervlakteruwheid te verminderen.

Door middel van walsversteviging kan niet alleen de Ra-waarde worden verlaagd, maar ook kan de kwaliteit van de geharde laag op het tandoppervlak worden verbeterd.

Lapwerk is een effectief proces. De as van het lapwerktuig wordt op de juiste manier ingesteld, en het lapwerktuig (een precisiebewerkt interne tandwiel vervaardigd uit slijpkeramiek zoals aluminiumoxide met een specifieke helixhoek) bewerkt het tandwiel. Tijdens de werking is de bewerkings- (contact-) richting van het tandoppervlak vrijwel hetzelfde als bij de daadwerkelijke tandwielindrijving.

4.3 Dynamisch Balanceren en Assemblageprecisie

Voer dynamische balansproeven uit op tandwielen en assen om trillingsbronnen te verminderen.

Beheers de radiale speling (Fr) en axiale speling (Fa) tijdens de assemblage om ongelijkmatige belasting te voorkomen.

5. Normen en Testeisen

Internationale en industrienormen stellen duidelijke eisen aan het NVH-gedrag van tandwielen:

ISO 1328: Specificeert tandwiel nauwkeurigheidsgraden en fouttoleranties.

ISO 8579: Betreft de geluidsmeting van tandwieltransmissies.

ISO 10816: Bestrijkt trillingsmonitoring en evaluatiestandaarden.

Door NVH-testen te integreren in het kwaliteitscontroleproces van de gehele productie, kan de stilte en stabiliteit van het transmissiesysteem gegarandeerd worden voordat het product de fabriek verlaat.

Tandwiel NVH-testen zijn niet alleen een onderdeel van de fabriekinspectie, maar moeten ook door het gehele proces van tandwielontwerp, bewerking en assemblage lopen. Door middel van systematische akoestische metingen, trillingsanalyse en oppervlakteruwheidmetingen, gecombineerd met optimalisatie van modificaties en precisiebewerkings technologie, kan de bedrijfsstilte en levensduur van de versnellingsbak aanzienlijk worden verbeterd zonder kosten te verhogen. Dit is niet alleen een uiting van productconcurrentiekracht, maar ook een onvermijdelijke trend in de kwalitatieve ontwikkeling van moderne machinebouw.