Wibroaktywność pojawiająca się w trakcie pracy przekładni zębatych ma wiele źródeł pochodzenia. Kształtowanie warunków akustycznych jest możliwe jeszcze na etapie projektowania i konstruowania. Dodatkowo wysokie wymagania ekonomiczne i eksploatacyjne zmuszają do poszukiwania innowacyjnych metod badawczych w zakresie technik symulacyjnych. Przyczyny parametrycznych drgań przekładni zębatych mają podłoże wewnętrzne i zewnętrzne, które są najczęściej wymuszane przez oddziaływania innych zespołów roboczych maszyn i trudne do wyeliminowania. Najważniejszymi czynnikami wpływającymi na poziom hałasu podczas pracy kół zębatych są: rodzaj przekładni, profil zęba, podziałka – moduł, kąt przyłożenia, faza wzębiania i wyzębiania wynikająca z położenia średnic tocznych na odcinku czynnym przyporu, zmiany profilu zęba, stopień pokrycia kół zębatych, luz międzyzębowy, obciążenie zęba, poziom jakości, wykończenie powierzchni (chropowatość), bicie i niewyważenie, przełożenie, rezonans, lepkość smaru oraz korpus przekładni.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Niniejszy artykuł stanowi kontynuację zagadnienia zapoczątkowanego w artykule pt. Modelowanie łożysk w układach napędowych z przekładnią zębatą, opublikowanym w numerze 4/2018 czasopisma „Utrzymanie Ruchu”.
Zjawiska wibroakustyczne zachodzące w układach napędowych mają wiele źródeł pochodzenia. Wpływają one na jakość pracy urządzenia oraz jego trwałość, a także pozwalają na ocenę jego stanu technicznego. W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych, mających na celu porównanie wibroaktywności przekładni zębatej, w której zamiennie montowano pary kół różniące się parametrami geometrycznymi. Rezultaty badań stanowiskowych uzupełniają wyniki symulacji komputerowych. Zaprezentowane badania umożliwiły określenie ogólnych wytycznych redukcji drgań i hałasu w układach napędowych z przekładnią zębatą.
EN
Vibroacoustic phenomena occurring in driving systems have many sources. They have influence on the quality of the device work and its durability, as well as allow for an assessment of its condition. The article presents the results of laboratory tests aimed at comparing vibroactivity of gear, in which a pair of wheels with different geometrical parameters was mounted interchangeably. Results of laboratory tests are completed with the results of simulation studies. The presented study allowed defining the general guidelines of vibration and noise reduction in the driving system with gear.
W artykule zaprezentowano wybrane wyniki obliczeń, których celem było określenie wpływu kilkunastu czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na zjawiska dynamiczne zachodzące w przekładniach zębatych. Wpływ tych czynników na wibroaktywność został wyznaczony na podstawie badań symulacyjnych prowadzonych z wykorzystaniem modelu stanowiska FZG dla przekładni badanej z uwzględnieniem różnych warunków eksploatacyjnych.
DE
Der Artikel präsentiert Ergebnisse der Berechnungen, deren Ziel war die Bezeichnung des Einflusses der Konstruktions– und Betriebsfaktoren auf dynamische Phänomene gelangend in Zahnradgetrieben. Der Einfluss der Faktoren war mit Ausnutzung des Modells der FZG Prüfstand mit Berücksichtigung verschiedener Exploitationsbedingungen bestimmt.
The paper presents the results of numerical and experimental studies on the influence of selected factors on the dynamic effects and vibroactivity of the gearing. The studies were performed using a custom developed dynamic model of a test stand with the gears operating in the circulating power system.
PL
Artykuł przedstawia wyniki badań symulacyjnych oraz laboratoryjnych mających na celu określenie wpływu wybranych czynników konstrukcyjnych na zjawiska dynamiczne i wibroaktywność przekładni zębatej. Badania numeryczne przeprowadzono z użyciem opracowanego modelu dynamicznego stanowiska z przekładniami pracującymi w układzie mocy krążącej.
W artykule przedstawiono wyniki badań symulacyjnych, których celem jest obniżenie emisji hałasu przekładni zębatej podczas eksploatacji, poprzez odpowiedni dobór użebrowania jej korpusu. Analizowano wpływ położenia oraz kształtu dodatkowego użebrowania na zmiany postaci drgań górnej płyty korpusu oraz na jej wibroaktywność. Na podstawie prowadzonych symulacji z wykorzystaniem MES, wyznaczono taki kształt dodatkowego użebrowania, którego wymiary zapewniają obniżenie wibroaktywności korpusu, a tym samym uciążliwości dla środowiska, przy niewielkim wzroście masy przekładni.
EN
The article presents the results of simulation tests, the aim of which is to reduce the noise emission of the gearbox during operation by appropriate selection of the housing ribbing. The effect was analyzed of the position and shape of additional ribs on changes of the forms of vibration of the upper housing plate and on its vibroactivity. On the basis of the conducted simulations using FEM, such a shape of the additional ribbing has been determined whose dimensions ensure a reduction of the vibroactivity of the housing and, at the same time, a reduction of nuisance to the environment, with a minor increase in the gearbox weight.
Artykuł przedstawia analizę wpływu dodatkowego użebrowania na wibroaktywność korpusu przekładni zębatej. Badania podjęto, przyjmując założenie, że drgania są wymuszane przez siły działające w łożyskowaniu wałów, wyznaczone numerycznie z wykorzystaniem modelu dynamicznego przekładni zębatej w układzie napędowym. Na podstawie obliczeń z wykorzystaniem modeli MES korpusów przekładni, określono wpływ usytuowania dodatkowego użebrowania na poziom i rozkład drgań górnej płyty korpusu. Przyjęta miara wibroaktywności korpusu umożliwiła ilościowe porównanie różnych rozwiązań użebrowania i wybór rozwiązania charakteryzującego się najmniejszym poziomem drgań w określonych zakresach prędkości obrotowej przekładni.
EN
The article presents an analysis of additional ribbing influence on gearbox housing vibroactivity. The research was made with the assumption that vibrations are made by forces in the roller bearing and assigned numerically by the use of a dynamic gearbox model in a power transmission system. The influence of additional ribbing location on vibration level and distribution of the housing upper shield vibrations was appointed on the basis of calculations made with the use of FEM models of housing. The accepted measure of housing vibroactivity enabled the quantitative comparison of different ribbing solutions and the choice of ribbing ensuring the lowest level of vibrations in certain velocity rotation ranges. On the basis of the conducted testing, the method was proved to be the right to choose the location of additional ribbing in order to lower the housing vibroactivity.
The paper presents the results of model studies aimed at reducing the vibroactivity of the toothed gear housing. The effect was analyzed of the shape of additional ribs on changes of the forms of vibration of the upper housing plate and on its vibroactivity. Simulations were conducted using the Finite Element Method (FEM). Based on the studies performed, the shape of ribs with dimensions ensuring a reduction of vibroactivity by several dB was determined, with a minor increase of the housing weight.
PL
Praca przedstawia wyniki badan modelowych nad obniżaniem wibroaktywności korpusu przekładni zębatej. Analizowano wpływ kształtu dodatkowego użebrowania na zmiany postaci drgań górnej płyty korpusu oraz na jej wibroaktywność. Symulacje prowadzono z wykorzystaniem MES. Na podstawie przeprowadzonych badań wyznaczono kształt żeber o wymiarach zapewniających obniżenie wibroaktywności o kilka dB, przy niewielkim wzroście masy korpusu.
W ramach badań wyznaczono wibroaktywność przekładni na podstawie pomiarów normalnych prędkości drgań wybranych punktów korpusu przekładni zębatej wykonanych wibrometrem laserowym. Przedstawione w opracowaniu wyniki potwierdzają istotny wpływ dodatkowego użebrowania korpusów przekładni oraz liczby przyporu zazębienia na generowane przez nią drgania. Wykonanie użebrowania górnej części korpusu spowodowało zmniejszenie wibroaktywności przekładni. W badaniach stwierdzono również, że wibroaktywność przekładni obniża się wraz ze wzrostem liczby przyporu zazębienia.
EN
The paper presents the results of stand and numerical tests of gearbox housings, which are part of research aimed at finding a model that would enable minimising the noise and vibration generated by the toothed gear. As part of the stand tests, there was determined the vibroactivity of the toothed gear on a basis of measurements of normal vibration velocities of selected gearbox housing points taken with a laser vibrometer. The results presented in Section 3 confirm the significant influence of additional ribbing of the gearbox housing on the vibration it generates. Ribbing in the gearbox housing upper part resulted in a reduced vibroactivity of the toothed gear (Fig. 4). A significant decrease in the amplitude values of vibration speeds within the range of up to 3.5 kHz was obtained through simultaneous application of additional stiffening ribs, two parallel and one perpendicular to the axis of the shafts (gearbox housing C). It was also found that the toothed gear vibroactivity decreases with increase in the tooth contact ratio (Section 4). The measurement results presented in Fig. 7 show that increase in the pitch contact ratio results in decrease in the gearbox housing vibroactivity. This is caused, first of all, by lower values of the dynamic forces generated in the gear meshing as ?ß increases. While analysing the effect of load on the vibroactivity of the gearbox housing (Fig. 7a and 7b) it can be noted that it grows along with an increasing load.
Przedstawiono wyniki badań stanowiskowych i numerycznych korpusów przekładni zębatej, będących częścią badań wykonanych w celu poszukiwania modelu umożliwiającego minimalizację hałasu i drgań generowanych przez przekładnię zębatą. Na podstawie otrzymanych wyników eksperymentalnej analizy modalnej dostrojono modele MES korpusów, uzyskując zgodność otrzymanych wyników z badaniami eksperymentalnymi. Uzyskana zgodność wyników eksperymentów czynnych i numerycznych analizowanych trzech rozwiązań korpusów przekładni zębatych pozwoliła stwierdzić poprawność opracowanych modeli MES. Przedstawione w opracowaniu wyniki potwierdzają istotny wpływ dodatkowego użebrowania korpusów przekładni na generowane przez nią drgania.
EN
Results of stand tests and numerical analyses of wheelcase were presented as a part of investigations conducted in order to find model allows minimization of noise and vibrations generated by toothed gear. Based on obtained results from experimental modal analysis, MES models of wheelcases were fitted. Obtained results were consistent with experimental ones. This consistence allowed maintaining that assumed models were correct. Results presented in the paper con-firmed substantial impact of additional ribbing of wheelcase on generated vibrations.
W pracy przedstawiono propozycję metody oceny wibroaktywności korpusu przekładni zębatej. Oceniano możliwości obniżenia wibroaktywności korpusu przez zastosowanie dodatkowego użebrowania. Przeprowadzano analizę modalną i wyznaczano łączną miarę wibroaktywności górnej płyty korpusu przekładni na podstawie zmian amplitud normalnych prędkości drgań węzłów obliczeniowych modelu MES, przy wymuszeniu impulsowym w węźle łożyskowym. Analizując otrzymane wyniki obliczeń, zaproponowano rozwiązanie konstrukcyjne użebrowania, które umożliwia znaczące obniżenie wibroaktywności górnej płyty korpusu, a tym samym całej przekładni, przy nieznacznym wzroście masy korpusu.
EN
The paper presents a method for assessing the vibroactivity of the transmission housing. It has been assessed that, by using an additional rib, it would be possible to reduce the vibroactivity of the housing. A modal analysis has been conducted, and the combined measure of vibroactivity of the upper part of the transmission housing has been set, on the basis of the amplitude change of the normal vibration velocity of the computational model FEM assembly, by the impulse activity in the bearing assembly. Analysing the results, a rib construction has been proposed. Such a construction makes it possible to reduce vibroactivity of the upper part of the housing, as well as the whole transmission with a minimum weight increase of the housing.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań numerycznych modeli korpusów przekładni zębatej. Na podstawie otrzymanych wyników eksperymentalnej analizy modalnej dostrojono opracowane modele MES przekładni. Ponadto w pracy wykonano numeryczne badania wpływu przyjętych rozwiązań użebrowania górnej części korpusu na wibroaktywność przekładni zębatej z wykorzystaniem opracowanych modeli MES.
EN
The paper presents the simulation research results of the numerical models of gear housing. The numerical simulations have been confirmed by comparison with results by experimental modal analysis. The method of structural modification of the design based on FEM models allows evaluating the effect of different design changes upon the vibroactivity of the gear housings.
W pracy przedstawiono wpływ zmiennej podatności łożysk tocznych oraz lokalnego uszkodzenia bieżni zewnętrznej na wibroaktywność przekładni zębatych. Badania symulacyjne zrealizowane zostały z użyciem modelu dynamicznego a następnie zweryfikowane na podstawie badań doświadczalnych.
EN
The paper presents the influence of changing stiffness rolling bearings and bearing race local damage on the vibroactivity gear transmission. Investigations were realized with the use of dynamic model and verified on test rig.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono systemowe podejście do minimalizacji wibroaktywności układu napędowego z przekładnią zębatą. Podstawowym źródłem wymuszeń drgań w przekładni jest zazębienie. Drgania ze strefy zazębienia transmitowane są do obudowy przekładni przez wały i łożyska wywołując efekty wibroakustyczne. Celem pracy było przedstawienie sposobu minimalizacji zjawisk wibroakustycznych w przekładniach zębatych dla określonego poziomu drgań generowanych przez zazębienie. W zaproponowanej metodyce wykorzystuje się obliczenia MES, analizę modalną oraz procedury optymalizacji parametrycznej.
EN
In this paper, a systematic approach to the reduction of gear vibration has been presented. Most vibration energy of a gear system is generated at the gear mesh. The vibration energy is then transmitted to the gearbox housing through the shafts and bearing where the energy causes housing vibration and so - called structure - borne noise. The focus of this work was to design the gearbox housing for minimum vibration for a given level of excitation of gear mesh. A method was developed to reduce the housing vibration via FEM coupled with modal analysis and optimisation techniques.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W opracowaniu przestawiono stanowisko do badań przyspieszeń drgań wraz z opisem aparatury pomiarowej a także koncepcję budowy stanowiska do badań symulacyjnych luzu złożenia tłok-cylinder.
EN
The paper presented research bench for the IC engine vibration analysis and describe measurement accessories. Presented as well the conception of the piston-cylinder clearance bench.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In the article are presented the basis and the assumptions of acoustic inversion methods. There are shown the problems connected to modelling and identification of areas of increased vibro-activity. The results of acoustic measurements of air compressor and the results of computer stimulations identifying the main sound sources are described.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW