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Société Nouvelles
Les sources de NVH et les stratégies systématiques d'atténuation pour les boîtes de vitesses à grande vitesse
Les sources de NVH et les stratégies systématiques d'atténuation pour les boîtes de vitesses à grande vitesse
boîtes de vitesses à grande vitesse, définies comme celles dont la vitesse linéaire est supérieure à 25 m/s ou dont la vitesse de rotation est de plusieurs milliers de tours par minute,Servir de composant principal de transmission d'énergie dans les domaines industriels à grande vitesse tels que l'énergieLeur performance en matière de bruit, de vibration et de dureté (NVH) détermine directement la fiabilité, la durée de vie et les performances globales de l'ensemble des équipements.Les problèmes de NVH des boîtes de vitesses à grande vitesse sont importants en raison de comportements dynamiques complexes et d'effets d'accouplement de champs multiphysiquesPour relever ces défis, il est essentiel de bien comprendre les sources d'excitation et de mettre en œuvre des stratégies systématiques d'évitement et d'optimisation.
1 Principales sources de bruit et de vibrations dans les boîtes de vitesses à grande vitesse
Les sources d'excitation conduisant au bruit et aux vibrations dans les boîtes de vitesses à grande vitesse peuvent être classées en deux types principaux:excitations internesetexcitations externes et réactions du système, les excitations internes étant la principale cause des vibrations et du bruit.
1.1 Excitations internes: la principale source de vibrations et de bruit
Les excitations internes font référence aux forces dynamiques générées par les paires d'engrenages pendant le maillage, qui sont les moteurs fondamentaux des problèmes de NVH dans les boîtes de vitesses à grande vitesse.
- Excitation de la raideur (impact de mise en réseau)
Elle découle de larigidité de maillage variable dans le tempsLe changement périodique du nombre de dents de maillage (alternance entre maillage à dent unique et à dent double) entraîne des fluctuations périodiques de la rigidité globale de la maillage.Même les engrenages parfaitement fabriqués généreront des vibrations en raison de ce phénomène., et le changement périodique est considérablement amplifié à grande vitesse.Caractéristiques: Génère des vibrations et du bruit au niveau de laFréquence des mailles d'engrenages (GMF = nombre de dents × vitesse de rotation)et ses harmoniques supérieures (2 × GMF, 3 × GMF, etc.), qui est la principale source du son typique des engrenages à grande vitesse.
- Excitation d'erreur (erreurs de fabrication et d'installation)
La fabrication et l'installation parfaites des engrenages sont pratiquement impossibles. Les principales erreurs comprennent l'écart de hauteur, le profil des dents/erreur de plomb et la rugosité de la surface des dents.La déviation de hauteur provoque des impacts d'accélération mineurs lors de chaque commutateur de maillage; le profil des dents/l'erreur de plomb perturbe le maillage involute idéal, entraînant des chocs de maillage et de maillage et une répartition inégale de la charge; la rugosité de la surface des dents endommage le film d'huile,résultant en bruit de frottement à haute fréquence.CaractéristiquesModule l' excitation de la rigidité et génèrebandes de côtéCette structure présente une structure "comme un peigne" dans le spectre de fréquences et provoque un bruit instable et "agité".
- Excitation de déformation thermoélastique
À grande vitesse, une chaleur de frottement importante et une perte de puissance de maillage provoquent une augmentation de la température et une déformation thermique des engrenages.Une énorme force centrifuge entraîne une déformation élastique de la géométrie des engrenages.Ces déformations modifient la position théorique de maillage des engrenages et introduisent des excitations dynamiques supplémentaires.
1.2 Excitations externes et réactions du système
Les excitations externes sont dérivées du système de boîte de vitesses et de ses composants connectés, tandis que la résonance structurelle agit comme un amplificateur de diverses excitations, exacerbant davantage les problèmes de NVH.
- Le déséquilibre et le désalignement
Le déséquilibre de masse dans les arbres et les engrenages tournants à grande vitesse génère une force centrifuge périodique; un mauvais alignement entre le moteur et la boîte de vitesses, ainsi qu'entre la boîte de vitesses et la charge,produit des moments de flexion et des forces de cisaillement supplémentaires.Caractéristiques: induit des vibrations à la vitesse de rotation de l'arbre et à ses multiples, ce qui est la principale source de bruit et de tremblement de basse fréquence.Même un déséquilibre mineur peut générer une énorme force centrifuge à grande vitesse..
- Je porte l'excitation
Le laminage périodique des éléments de roulement sur les voies de roulement, combiné à des erreurs de fabrication (par exemple, ondulation, rugosité et rigidité non linéaire des roulements),génère une série de fréquences caractéristiques (ePar exemple, fréquence de cage, fréquence de passage des éléments roulants).Caractéristiques: sert de source de vibration à haute fréquence avec des composants de fréquence complexes.
- Excitation par le lubrifiant
Les lubrifiants sont transportés dans la zone de maillage par les dents d'engrenage, et l'incompressibilité de l'huile conduit à laeffet de marteau à huileEn outre, le frottement entre l'huile et la surface de l'engrenage à grande vitesse génère du bruit hydraulique.Caractéristiques: Produit un bruit "sifflant" ou "roulement" à large bande.
- Résonance structurelle
La résonance se produit lorsque la fréquence de toute excitation coïncide avec la fréquence naturelle des engrenages, de l'arbre ou du boîtier de la boîte de vitesses,provoquant une amplification spectaculaire de l'amplitude des vibrations et du bruit de dizaines voire de centaines de fois.Caractéristiques: Une augmentation soudaine et brutale des niveaux de vibration et de bruit à des vitesses de rotation spécifiques.
2 Stratégies systématiques d'atténuation et d'optimisation
Pour résoudre les problèmes de NVH des boîtes de vitesses à grande vitesse, il fautcontrôle systématique de toute la chaîneTout au long des étapes de conception, de fabrication, d'assemblage et d'exploitation et de maintenance.Ce n'est qu'en intégrant les mesures à tous les stades que les effets néfastes des différentes excitations peuvent être fondamentalement réduits..
2.1 Étape de conception: éviter les causes profondes
L'étape de conception est la clé pour minimiser les excitations NVH, et les principales mesures comprennent l'optimisation des macro-paramètres, la modification des engrenages de précision,conception dynamique du système et optimisation structurelle du boîtier et des supports.
- Optimisation des macro-paramètres
- Ratio de contact: maximiser les rapports de contact transversaux et axiaux (pour les engrenages hélicoïdaux).réduire efficacement l'amplitude de fluctuation de l'excitation de rigidité (objectif: rapport de contact > 2).
- Angle de pression et module: Adopter un module plus petit et un angle de pression plus grand (dans les limites de résistance) pour augmenter l'épaisseur des dents, améliorer la rigidité des mailles et réduire la déformation.
- Coefficient de déplacement du profil: Sélectionner un coefficient de décalage de profil raisonnable pour optimiser le rapport de glissement, éviter les sous-coups et améliorer les performances de maillage.
- Modification des engrenages La technologie la plus critique
Il s'agit de la principale méthode permettant de compenser les erreurs et les déformations et d'obtenir un maillage en douceur, avec deux types clés:
- Modification du profil des dents: Légèrement éclaircir la pointe et la racine des dents pour compenser les déformations de flexion causées par les charges et les erreurs d'installation, réaliser une transition en douceur de la mise en maille à une dent à deux dents,et réduire de manière significative les effets de mise en réseau et de sortie de réseau.
- Modification du plomb dentaire (croisement): légèrement convexe le milieu de la largeur de la dent pour compenser la flexion de l'arbre, la déformation torsionnelle et le désalignement de l'installation,assurer une répartition uniforme de la charge au milieu de la largeur de la dent et éviter le contact des bords en raison de la concentration de contraintes.Le calcul précis du montant de la modification et de la courbe repose sur un logiciel de conception de l'engrenage avancé et une prédiction précise des charges réelles en conditions de travail.
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