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Padrão de contato e ruído da engrenagem: conhecimento central da indústria
Padrão de contacto e ruído das malhas de engrenagem: conhecimentos básicos da indústria
O padrão de contato, um indicador visual crítico nos sistemas de transmissão de engrenagens, é o reflexo direto do estado de malhagem entre os dentes das engrenagens.A sua morfologia está estreitamente ligada ao ruído e às vibrações das caixas de velocidades, e é um ponto técnico central na concepção, fabrico, montagem e diagnóstico de falhas de sistemas de transmissão de engrenagem de baixo ruído.Este artigo analisa os principais conhecimentos da indústria sobre o padrão de contacto das malhas de engrenagem e a sua correlação com o ruído, bem como métodos práticos de aplicação e otimização.
1Definição e características de um padrão de contacto de engrenagem ideal
Também conhecido como marca de contacto ou impressão de malha, opadrão de contacto das engrenagensrefere-se à marca de desgaste brilhante formada na superfície do dente após o par de engrenagens funcionar sob carga leve.Mostra de forma intuitiva a área de contacto real de um par de dentes de engrenagem do engate ao desengate em condições de ensaio, e é considerado como a "impressão digital" do estado de malhagem da engrenagem.
Umpadrão de contacto idealDevem satisfazer as seguintes características técnicas, que constituem a garantia básica de um funcionamento estável e de baixo ruído dos pares de engrenagens:
- Posição: Centrada na superfície do dente, ligeiramente deslocada para a extremidade do engate.
- Forma: Elíptica ou rómbica regular para engrenagens espinhosas; em forma de faixa distribuída ao longo da diagonal para engrenagens helicoidais.
- Tamanho: cobre 30% a 50% da altura do dente e 60% a 80% do comprimento do dente (valores específicos estão sujeitos às normas de aplicação da indústria).
- Conto: Impressão uniforme com bordas claras e sem pontos de ruptura ou discontinuidades.
2A ligação física intrínseca entre o padrão de contacto e o ruído da engrenagem
A essência do ruído das marchas évibração excitada por forças dinâmicas de malhagem, e a morfologia do padrão de contato determina diretamente a amplitude e as características dessas forças de excitação dinâmica,dominando assim o nível de ruído e as características espectrais do sistema de engrenagensOs principais mecanismos de transmissão refletem-se em três aspectos:
2.1 Erro de distribuição de carga e de transmissão
O erro de transmissão (o desvio entre a posição real e ideal do eixo de saída) é a principal fonte de excitação interna do ruído da engrenagem.A carga é distribuída uniformemente na linha de contacto teórica, e o erro de transmissão é pequeno e suave. Padrões de contacto anormais, tais como posição inclinada, tamanho insuficiente ou forma irregular, levarão a uma concentração local de carga na superfície do dente,que provoca uma deformação elástica desigual do perfil do dente e do corpo do engrenagemA alteração periódica do erro de transmissão estimula directamente a vibração das engrenagens e irradia ruído para fora.
2.2 Impacto de malha e excitação da rigidez
Por um lado, o impacto de malha ocorrerá se o padrão de contato estiver ausente ou extremamente fraco na ponta ou raiz do dente.A falta de orientação e amortecimento eficazes resultará num impacto grave no envolvimentoPor outro lado, a rigidez de malha das engrenagens varia periodicamente com o número de pares de dentes de malha,e padrões de contacto insalubres agravarão a flutuação da rigidez da malha, produzem uma excitação de rigidez mais forte e desencadeiam ainda mais ruídos de "choro" de média e baixa frequência.
2.3 Contato com a borda e concentração de tensão
O contato com as bordas é um problema típico que ocorre quando o padrão de contato toca ou excede as bordas da superfície do dente, incluindo a ponta do dente, a raiz ou a face final,e é um sinal direto de alta concentração de tensão na superfície do denteEste fenômeno não só aumenta a tensão de contacto da superfície do dente, mas também leva a falhas precoces, como furos e quebras dentárias.mas também gera uma excitação dinâmica extremamente forte durante a malhagem da engrenagem, que geralmente se manifesta como um ruído "choro" ou "grito" áspero.
3. Padrões de contacto anormais típicos, causas e características de ruído correspondentes
Os padrões de contacto anormais são importantes "sinais de alerta precoce" de falhas do sistema de engrenagens e problemas de ruído.Os engenheiros podem diagnosticar directamente as causas profundas dos potenciais problemas de ruído e formular soluções específicasVários padrões de contacto anormais típicos e as suas características correspondentes são os seguintes:
- Área de contacto deslocada para cima (perto da ponta do dente): Esta anormalidade é geralmente causada por uma distância excessiva do centro, coroação do dente de grande dimensão ou eixos de engrenagem não paralelos (desviados),que é propenso ao contacto com a ponta da borda dos dentes e ao impacto de grande engate durante a malhagem, e o desempenho típico de ruído é batendo e gritando de alta frequência.
- Área de contato deslocada para baixo (perto da raiz do dente): As principais causas incluem distância central insuficiente e modificação inadequada do perfil do dente.Esta situação leva facilmente ao contato com a borda da raiz do dente e ao impacto de alta desconexão, e é acompanhado de batidas de alta frequência e ruído de impacto.
- Área de contacto deslocada para uma extremidade (excentricidade da carga na direção do dente): é causada principalmente por eixos de engrenagem não paralelos, furos de caixa de engrenagens inclinados ou deformação da curvatura do eixo,que resultará na concentração de carga, tensão local grave e erro de transmissão significativo do par de engrenagens, e o sistema de engrenagens produzirá ruído periódico de "ruído" com forte vibração.
- Padrão de contato estreito ou interrompido: tal morfologia anormal é devida à coroação excessiva do dente, ondulação elevada da superfície do dente ou grande erro de passo.Isso levará a reduzir a área de suporte eficaz e relação de contato da superfície do dente, bem como a forte flutuação da carga durante a malhagem, e o sistema de engrenagens emitirá "ruído" de banda larga ou ruído branco com batidas irregulares.
- Contacto diagonal de engrenagens helicoidais: este problema é causado principalmente por eixos de engrenagem cruzados (não coplanares na direcção vertical) ou erro de ângulo da hélice,que formarão contacto de linha perigoso na superfície do dente, levando a tensões ultra-elevadas e deslizamento grave, e o desempenho típico é um ruído estridente com aumento rápido da temperatura do par de engrenagens.
- Padrão de contacto de forma de asa de gaivota: as principais causas são a deformação do tratamento térmico (como o centro côncavo da superfície do dente) e o processo de moagem inadequado.Esta situação leva a que não haja contacto no centro do perfil dentário e ao contacto em ambas as extremidades, e a curva de erro de transmissão apresenta uma forma "M", com o sistema de engrenagens produzindo um som único de "dual-tone" ou flutter.
4Aplicação de engenharia da análise e otimização de padrões de contato
O padrão de contato não é apenas uma ferramenta pós-inspeção para o desempenho da engrenagem, mas também um meio de otimização ativa que percorre todo o processo de projeto, fabricação e montagem da engrenagem.As suas principais aplicações de engenharia refletem-se em três aspectos-chave:
4.1 Guia de montagem e alinhamento
Na montagem no local de grandes caixas de velocidades, como caixas de velocidades eólicas, a verificação do padrão de contato em condições de carga leve ou sem carga pode determinar rapidamente o estado da malha das engrenagens,O paralelo dos eixos das engrenagens e a precisão da distância do centroOs técnicos podem ajustar com precisão os bancos de rolamento ou as juntas de acordo com a direcção de desvio do padrão de contacto, eliminando o ruído e as vibrações causadas por um mau alinhamento da fonte.
4.2 Base de verificação e otimização para a modificação do perfil dentário
O design moderno de engrenagens de baixo ruído adota amplamentemodificação do perfil dentárioemodificação da direção dos dentes (dentes coroados)para compensar o desalinhamento das malhas causado por deformação da carga, deformação térmica e erros de fabrico.O software de simulação é utilizado para prever o padrão de contato sob diferentes cargas para otimizar a curva de modificaçãoApós o ensaio de arranque da engrenagem, verifica-se se o padrão de contacto real está em conformidade com as expectativas do projecto.Os parâmetros de modificação são ajustados de forma iterativa até que seja obtido o padrão de contacto óptimo e estável nas condições de trabalho pretendidas..
4.3 Critério de diagnóstico e controlo da qualidade dos defeitos
A inspecção dos padrões de contacto é um processo de controlo de qualidade fundamental na produção de engrenagens de massa e na manutenção regular dos equipamentos.Um padrão de contacto estável e padrão é a garantia fundamental para o baixo ruído e a longa vida útil dos pares de engrenagensQualquer padrão de contacto que se desvie da norma do sector indica riscos potenciais de falha precoce e níveis elevados de ruído do sistema de engrenagens, que exigem a resolução e a retificação oportunas de problemas.
5- Medidas essenciais para obter um padrão de contacto ideal para a redução do ruído
Para formar um padrão de contato ideal e realizar a transmissão silenciosa e estável dos sistemas de engrenagens, é necessário realizar um controlo sistemático e de todo o processo, desde a fabricação, o projeto,de montagem a ensaio, e as principais medidas são as seguintes:
- Fabricação de precisão: Garantir rigorosamente o grau de precisão das engrenagens, incluindo a inclinação dos dentes, o perfil dos dentes e a direção dos dentes,e controlar eficazmente a deformação da superfície do dente causada pelo tratamento térmico para estabelecer uma base sólida para a formação de padrão de contato padrão.
- Modificação razoávelAplicar o perfil científico do dente e a modificação da direcção do dente com base na análise da carga.e "guia" ativamente o par de engrenagens para formar um padrão de contato ideal durante a malhagem por meio de um projeto de modificação direcionado.
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