Червячная передача Шум и вибрация — Что раскрывает звук и как это можно выявить с помощью звукорежиссуры

Постепенное увеличение шума в червячной передаче в течение нескольких месяцев почти всегда указывает на один из трех процессов: (1) Абразивный износ — частицы, накопившиеся в процессе приработки в начальный период эксплуатации, не были удалены при замене масла через 50-100 часов (что многие предприятия пропускают), и постепенно истирали боковые поверхности зубьев, увеличивая отклонение профиля и шум зацепления. (2) Ухудшение качества смазки — в исходном масле накопились металлические частицы и продукты окисления, которые увеличивают трение зацепления и шум. (3) Износ подшипников — в подшипниках качения в червячном валу или валу колеса развивается усталостное отслаивание. Чтобы отличить: если увеличение шума происходит плавно, постепенно, пропорционально нагрузке и скорости, вероятно (1) или (2). Если шум приобрел периодический стук или щелчки, вероятно (3). Сначала слейте и замените масло — если шум не уменьшится после замены масла и 2 часов работы, переходите к осмотру подшипников.

Да, с соблюдением необходимой осторожности. Современные смартфоны содержат MEMS-акселерометры и микрофоны, которые подходят для обнаружения частотного спектра в диапазоне 20-2000 Гц — что охватывает все частоты зацепления зубчатых передач в типичных промышленных приводах. Для iOS и Android доступны бесплатные приложения для анализа вибрации и БПФ (быстрого преобразования Фурье). Измерение наиболее полезно для определения периодических частот: резкий пик в спектре БПФ на известной частоте (расчетная частота зацепления, частота дефектов подшипников или частота вращения вала) является надежным индикатором даже при качестве измерения с помощью смартфона. Ограничения: измерение абсолютной амплитуды ненадежно (расположение и крепление смартфона влияют на показания); очень низкочастотный контент (ниже 20 Гц) не регистрируется; и измерение требует, чтобы смартфон находился в контакте с корпусом или монтажной конструкцией, а не держался в воздухе.

Шум, пропорциональный нагрузке в червячной передаче, имеет две основные причины. Первая заключается в том, что более высокая нагрузка приводит к большей силе контакта зацепления, что генерирует акустический выходной сигнал большей амплитуды на частоте зацепления — это нормальное поведение и не указывает на проблему, если абсолютный уровень шума не является неприемлемым. Вторая причина, указывающая на проблему с техническими характеристиками: неадекватный рисунок контакта (менее чем ширина зацепления 70%) концентрирует нагрузку зацепления на небольшой площади зуба. При небольшой нагрузке сила контакта достаточно низка, чтобы даже небольшая площадь контакта генерировала приемлемый шум. При полной нагрузке та же небольшая площадь контакта сильно нагружена, что приводит к появлению высокоамплитудных пиков силы в каждом зацеплении зуба, которые излучаются как шум, пропорциональный нагрузке на частоте зацепления. Чтобы отличить нормальный шум, пропорциональный нагрузке, от шума, вызванного рисунком контакта, сравните скорость увеличения шума: если удвоение нагрузки удваивает амплитуду шума (увеличение на 6 дБ), это нормальное масштабирование силы и амплитуды. Если шум увеличивается более чем пропорционально нагрузке, вероятной причиной является неадекватный рисунок контакта.

Для червячной передачи при низкой и умеренной нагрузке и скорости можно достичь уровня шума 60 дБ(А) на расстоянии 1 метра от корпуса редуктора. Достижимость зависит главным образом от трех параметров: (1) Размер модуля — меньший модуль обеспечивает более низкую частоту зацепления и меньший акустический выход при том же передаточном отношении; (2) Класс точности — зубчатая передача DIN 7 с резьбой и шлифованным профилем контакта >=70% обычно на 8-14 дБ(А) тише, чем DIN 9 при одинаковой нагрузке; (3) Закрытый корпус — корпус с масляной ванной без путей передачи звука к конструкции машины обеспечивает дополнительную шумоизоляцию на 6-10 дБ(А) по сравнению с открытой зубчатой ​​передачей. Для очень чувствительных к акустике помещений (медицинские кабинеты, концертные залы, студии звукозаписи) следует выбирать зубчатую передачу DIN 6 или DIN 7 с нейлоновым колесом PA66, если позволяет крутящий момент, полиальфаолефиновой смазкой (PAO), упругими антивибрационными опорами и акустической пенопластовой облицовкой внутренней части корпуса.

Воздушный шум — это акустические волны давления, распространяющиеся непосредственно от корпуса редуктора через воздух к слушателю. Структурный шум — это энергия вибрации, распространяющаяся через конструкцию машины — крепежные болты, элементы рамы, панели — и излучающаяся в виде акустической энергии с большей площади поверхности, расположенной дальше от редуктора. Это различие важно, поскольку методы его устранения разные. Воздушный шум снижается за счет акустических кожухов вокруг редуктора или за счет уменьшения источника шума редуктора. Структурный шум снижается за счет разрыва пути передачи вибрации между корпусом редуктора и излучающей конструкцией — с помощью упругих антивибрационных опор, гибких муфт или акустических демпфирующих прокладок. На практике большинство жалоб на шум червячных передач в промышленных машинах связаны со структурным шумом — корпус редуктора соединен с рамой машины жесткими болтами, и вся панель машины становится излучателем большой площади на частоте зацепления.

Шум, который заметен только на одной конкретной рабочей скорости, но не на других, характерен для структурного резонанса. На этой конкретной скорости частота зацепления (f_mesh = n_worm x z1 / 60) совпадает с собственной частотой корпуса, монтажной конструкции или панели машины. На этой частоте конструкция усиливает вибрацию, вызванную силой зацепления зубчатых передач, и излучает её громко. Решения в порядке упрощения реализации: (1) Небольшое изменение рабочей скорости (даже 3-5%) для смещения частоты зацепления от структурного резонанса — если используется частотно-регулируемый привод, это изменение параметра контроллера; (2) Добавление массы или жесткости к резонирующей конструкции для смещения её собственной частоты от частоты зацепления; (3) Добавление демпфирования (демпфирующего материала с ограниченным слоем) к резонирующей панели для уменьшения её отклика на резонансе; (4) Изменение передаточного отношения для получения другой частоты зацепления при той же рабочей скорости.

Да, и это обычно не признак проблемы. Холодное минеральное трансмиссионное масло имеет гораздо более высокую вязкость, чем при рабочей температуре — минеральное масло ISO VG 460 при 5 градусах Цельсия может быть в 6-8 раз более вязким, чем при 40 градусах Цельсия. Это высоковязкое холодное масло создает повышенное вязкостное сопротивление, когда резьба червяка вращается в нем, создавая низкочастотный шум. По мере нагревания корпуса и снижения вязкости масла до расчетного рабочего диапазона уровень шума уменьшается. Если шум при запуске имеет характер бульканья или скрежета и исчезает в течение 10-20 минут работы, это нормальное поведение при холодном пуске. Если шум при запуске представляет собой металлический стук или скрежет, который не исчезает после прогрева, это другая проблема — остановитесь и выясните причину. Чтобы устранить шум при холодном пуске: перейдите с минерального масла на синтетическое масло PAO, которое имеет гораздо более высокий индекс вязкости (VI >150) и поддерживает более стабильную вязкость в диапазоне температур от запуска до работы.

Компания Korea Ever-Power не предоставляет данные акустических испытаний зубчатых передач как отдельных компонентов — акустический уровень зависит от всей машины, включая корпус, монтажную конструкцию, муфту и условия эксплуатации, а не только от зубчатой ​​передачи. Для документации по шумовым выбросам в соответствии с Директивой ЕС о машиностроении (требуется в соответствии с Приложением I, Раздел 1.7.4) ответственным лицом является производитель машины, а не поставщик компонентов зубчатой ​​передачи. Компания Korea Ever-Power может помочь производителю машины в оценке шумовых выбросов, предоставив: класс точности зубчатой ​​передачи (номер класса DIN) и процент покрытия контактной поверхности — оба параметра важны для прогнозирования вклада шума зацепления; рекомендуемую спецификацию смазки — важную для вклада шума от смазки; а также любые данные шумовых испытаний, специфичные для конкретного применения, полученные при предыдущих установках зубчатой ​​передачи той же спецификации, если таковые имеются в наших инженерно-технических отчетах. Запросите эту информацию при размещении заказа для включения в техническую документацию машины.