Fontes de NVH e estratégias sistemáticas de mitigação para caixas de velocidades de alta velocidade

1 Principais fontes de ruído e vibração nas caixas de velocidades de alta velocidade

1.1 Excitações internas: a principal fonte de vibração e ruído

• Excitação de rigidez (impacto de malhagem)
   
  A sua origem é arigidez de malha variável no tempoA alteração periódica do número de malhas (alternando entre malhas de dente único e de dente duplo) leva a flutuações periódicas da rigidez global da malha.Mesmo engrenagens perfeitamente fabricadas gerarão vibrações devido a este fenômeno., e a mudança periódica é drasticamente amplificada a altas velocidades.
   
  Características: gera vibrações e ruídos noFrequência da malha de engrenagem (GMF = número de dentes × velocidade de rotação)e os seus harmônicos mais elevados (2×GMF, 3×GMF, etc.), que é a principal fonte do típico som "choro" das engrenagens de alta velocidade.
• Excitação por erro (erros de fabrico e de instalação)
   
  A fabricação e a instalação perfeitas de engrenagens são praticamente impossíveis.Desvio de passo causa pequenos impactos de aceleração durante cada interruptor de malha- o perfil dos dentes/erro de chumbo perturba a malhagem involute ideal, levando a impactos de malhagem e de malhagem e distribuição desigual da carga; a rugosidade da superfície dos dentes danifica o filme de óleo,resultando em ruído de atrito de alta frequência.
   
  CaracterísticasModula a excitação da rigidez e geraBanda lateralA frequência de rotação do eixo é de ± n × GMF ± n × velocidade de rotação do eixo, o que apresenta uma estrutura semelhante a um pente no espectro de frequências e causa ruído instável e "agitado".
• Excitação de deformação termoelástica
   
  Em altas velocidades, o calor de atrito substancial e a perda de potência de malha causam aumento de temperatura e deformação térmica das engrenagens.A enorme força centrífuga leva à deformação elástica da geometria da engrenagem.Estas deformações alteram a posição teórica de malhagem das engrenagens e introduzem excitações dinâmicas adicionais.

1.2 Excitações externas e respostas do sistema

• Desequilíbrio e desalinhamento
   
  O desequilíbrio de massa nos eixos e engrenagens de rotação de alta velocidade gera uma força centrífuga periódica; mau alinhamento entre o motor e a caixa de velocidades, bem como entre a caixa de velocidades e a carga,produz momentos de dobra e forças de cisalhamento adicionais.
   
  Características: induz vibração na velocidade de rotação do eixo e seus múltiplos, que é a principal fonte de ruído e agitação de baixa frequência.Mesmo um pequeno desequilíbrio pode gerar uma enorme força centrífuga a altas velocidades..
• Levar a emoção
   
  A rolagem periódica dos elementos dos rolamentos nas vias de engate, combinada com erros de fabrico (por exemplo, ondulação, rugosidade) e rigidez não linearidade dos rolamentos,geram uma série de frequências características (e.por exemplo, frequência de gaiolas, frequência de passagem de elementos rolantes).
   
  Características: Serve como fonte de vibração de alta frequência com componentes de frequência complexos. Pode acoplar-se à frequência de malhagem da engrenagem, resultando em ruído duro e penetrante.
• Excitação do lubrificante
   
  O lubrificante é transportado para a zona de malhagem pelos dentes de engrenagem, e a incompressão do óleo leva aoefeito de martelo de óleoAlém disso, o atrito entre o óleo e a superfície da engrenagem giratória de alta velocidade gera ruído hidráulico.
   
  Características: Produz ruído de banda larga "sibilante" ou "rugindo".
• Resonância estrutural
   
  A ressonância ocorre quando a frequência de qualquer excitação coincide com a frequência natural de engrenagens, eixo ou caixa de engrenagens,causando uma amplificação dramática da vibração e amplitude de ruído por dezenas ou mesmo centenas de vezes.
   
  Características: Um súbito e acentuado aumento dos níveis de vibração e ruído a velocidades de rotação específicas.

2 Estratégias sistemáticas de mitigação e otimização

2.1 Fase de conceção: Evitar a causa raiz

• Optimização de macro-parâmetros
  1. Relação de contacto: maximizar as relações de contacto transversais e axiais (para engrenagens helicoidais).reduzindo eficazmente a amplitude de flutuação da excitação da rigidez (alvoRelação de contacto > 2).
  2. Ângulo de pressão e módulo: Adotar um módulo menor e um ângulo de pressão maior (dentro dos limites de resistência) para aumentar a espessura dos dentes, melhorar a rigidez da malha e reduzir a deformação.
  3. Coeficiente de deslocamento do perfil: Escolher um coeficiente de deslocamento de perfil razoável para otimizar a relação de deslizamento, evitar a subcortação e melhorar o desempenho da malha.
   
• Modificação de engrenagens A tecnologia mais crítica
   
  É o principal método para compensar erros e deformações e alcançar uma malha suave, com dois tipos principais:
  1. Modificação do perfil dentário: reduzir ligeiramente a ponta e a raiz dos dentes para compensar a deformação da curvatura causada por cargas e erros de instalação, realizar uma transição suave da malha de um só dente para a malha de dois dentes,e reduzir significativamente os impactos da malhagem.
  2. Modificação do chumbo dentário (coroação): ligeiramente convexo no centro da largura do dente para compensar a flexão do eixo, a deformação torsional e o desalinhamento da instalação,assegurar uma distribuição uniforme da carga no meio da largura do dente e evitar o contacto das bordas devido à concentração de tensão.
      
     O cálculo preciso da quantidade de modificação e da curva baseia-se em software avançado de projeto de engrenagens e previsão precisa das cargas reais em condições de trabalho.