Getaran dan kebisingan yang berlebihan pada penggerak roda gigi merupakan masalah yang dihadapi hampir setiap insinyur mesin.
Anda telah melakukan perhitungan dan penyusunan yang diperlukan, dan model 3D terlihat sempurna. Namun, saat prototipe tiba dan dinyalakan-ada getaran hebat dan suara bising yang menusuk. Pada titik ini, reaksi pertama banyak orang adalah menyalahkan presisi pemesinan yang buruk atau perakitan yang tidak tepat.
Namun benarkah demikian?
Akar penyebab getaran roda gigi bukan terletak pada pemesinan atau perakitan.
Penyambungan roda gigi pada dasarnya merupakan proses periodik. Saat setiap pasang gigi berpindah dari ikatan ke pelepasan, kekakuan ikatan terus berubah. Fluktuasi kekakuan secara berkala ini-dikombinasikan dengan kesalahan profil gigi, penyimpangan produksi, dan bahkan-resonansi seluruh sistem-menghasilkan getaran. Dan getaran adalah sumber kebisingan tersebut.
Getaran ini merambat melalui poros ke bantalan dan kemudian ke rumah gearbox. Perumahan bertindak seperti pengeras suara, memperkuat getaran menjadi suara yang kita dengar.
Jadi, kesimpulannya adalah: sifat mendasar dari getaran dan kebisingan adalah masalah desain, bukan masalah manufaktur.
Rasio Kontak: Parameter Kunci Pertama yang Diabaikan
Banyak teknisi yang hanya berfokus pada kekuatan dan jarak pusat saat merancang roda gigi, sehingga menganggap rasio kontak sebagai prioritas kedua-asalkan "cukup".
Namun, rasio kontak secara langsung menentukan kelancaran penyambungan roda gigi. Rasio kontak yang lebih tinggi berarti lebih banyak gigi yang bergerak secara bersamaan; beban didistribusikan ke lebih banyak gigi, mengurangi gaya pada masing-masing pasangan. Akibatnya, dampak selama pengikatan dan pelepasan diminimalkan, sehingga secara alami menghasilkan getaran yang lebih rendah.
Rasio kontak untuk roda gigi pacu biasanya berkisar antara 1 hingga 2, sedangkan roda gigi heliks dapat mencapai 2 hingga 2,5. Data menunjukkan bahwa peningkatan rasio kontak dari 1,19 menjadi 2,07 dapat mengurangi kebisingan sebesar 4 dB pada 1.000 rpm dan sebesar 6 dB pada 2.000 rpm. Roda gigi heliks 3 hingga 10 dB lebih senyap dibandingkan roda gigi pacu, dan rasio kontaknya yang lebih tinggi adalah alasan utama hal ini.
Rasio Roda Gigi: Hindari Nilai Integer
Mendesain rasio roda gigi sebagai bilangan bulat-seperti 2:1 atau 3:1-mungkin terlihat rapi, namun hal ini menimbulkan masalah yang signifikan. Rasio roda gigi bilangan bulat berarti sepasang gigi yang sama bertautan berulang kali, memusatkan keausan pada gigi tertentu. Saat keausan berlangsung, getaran dan kebisingan meningkat. Sedikit menyimpang dari rasio bilangan bulat akan mengganggu pola penyatuan tetap, sehingga mendistribusikan keausan secara lebih merata dan mengurangi getaran secara signifikan.
Modul dan Jumlah Gigi: Besar atau Kecil?
Asalkan persyaratan jarak pusat dan kekuatan terpenuhi, desain dengan lebih banyak gigi dan modul yang lebih kecil lebih disukai.
Dengan lebih banyak gigi dan modul yang lebih kecil, ruang gigi menjadi lebih kecil, sehingga distribusi kekakuan roda gigi lebih seragam. Perubahan kekakuan selama penyambungan menjadi lebih halus, sehingga mengurangi benturan dan, akibatnya, getaran. Ini adalah masalah pengendalian getaran, bukan hanya kekuatan struktural.
Resonansi-"Pembunuh" yang Mudah Diabaikan
Setiap sistem mekanik mempunyai frekuensi natural. Jika kecepatan operasi roda gigi mendekati frekuensi ini, terjadi resonansi.
Setelah resonansi terjadi, amplitudo getaran meningkat tajam, tingkat kebisingan melonjak, dan keausan roda gigi semakin cepat; dalam kasus yang parah, gigi bahkan bisa patah. Analisis modal sangat penting selama tahap desain untuk menghitung frekuensi alami sistem secara akurat; kecepatan pengoperasian idealnya harus berada setidaknya 20% –30% dari frekuensi tersebut.
Lebar Wajah: Lebih Besar Tidak Selalu Lebih Baik
Meskipun lebar permukaan yang lebih lebar meningkatkan-kapasitas menahan beban, lebar yang berlebihan menyebabkan distribusi beban yang tidak merata-yang mana satu sisi menanggung gaya lebih besar dibandingkan sisi lainnya-sehingga meningkatkan getaran.
Secara umum, disarankan untuk menjaga koefisien lebar muka di bawah 1,4. Perhatian khusus diperlukan untuk desain kantilever, dimana koefisiennya harus dijaga di bawah 0,8; untuk desain yang didukung secara simetris, kisaran 1,2 hingga 1,4 dapat diterima.
Modifikasi Gigi: Teknik yang Sangat Diremehkan
Modifikasi gigi adalah salah satu cara paling efektif untuk mengurangi getaran dan kebisingan gigi, namun banyak yang menganggapnya merepotkan atau tidak diperlukan.
Modifikasi profil gigi melibatkan penghilangan sejumlah kecil material dari ujung atau akar gigi. Tujuannya adalah untuk menghilangkan dampak selama masuk dan keluarnya meshing. Pada roda gigi involute standar, deformasi elastis selama penyambungan dapat menyebabkan ujung gigi mengganggu akar gigi roda gigi kawin; menghilangkan sejumlah kecil material ini akan menghilangkan dampaknya.
Solusi Gear NVH – Wuhan Rongshengqi Technology Co., Ltd.
Modifikasi jejak gigi, termasuk pemasangan mahkota dan modifikasi profil K{0}}. Roda gigi mengalami deformasi lentur dan torsi akibat beban, menyebabkan garis kontak sepanjang lebar gigi bergeser. Modifikasi gigi melibatkan pra-pembentukan profil gigi menjadi bentuk "mahkota" atau "berbentuk K-sehingga, saat diberi beban, ia mengasumsikan pola kontak garis-lurus yang ideal.
Studi kasus menunjukkan bahwa modifikasi-geometri mikro yang tepat dapat mengurangi peredam kebisingan hingga lebih dari 18%. Modifikasi tersebut dapat menurunkan kesalahan transmisi hingga 56% dan mengurangi kebisingan sebesar 4 dB.
Setelah modifikasi, pola kontak harus diperiksa. Dalam kondisi tanpa-beban, pola kontak harus ditempatkan di tengah 50% hingga 60% lebar gigi.
Poros dan bantalan: "jalan raya" untuk transmisi getaran
Getaran roda gigi merambat melalui poros ke bantalan dan kemudian ke rumahan. Kekakuan poros secara langsung mempengaruhi distribusi beban sepanjang lebar gigi. Jika poros terlalu fleksibel, roda gigi akan miring karena beban, menyebabkan pembebanan tidak merata dan peningkatan getaran. Direkomendasikan untuk membatasi deformasi tekukan poros hingga 0,01–0,02 kali modul.
Dasar-Dasar Bearing_Berita Terbaru_Pengetahuan Bearing_Mobei.com
Kecepatan kritis juga harus dihindari. Poros memiliki frekuensi alaminya sendiri; kecepatan pengoperasian harus menghindari hal ini setidaknya ±20%–30%.
Memilih jarak bebas bantalan yang tepat sangatlah penting. Pilih jarak bebas CN atau C2 untuk suhu pengoperasian normal, dan C3 atau C4 untuk kondisi-suhu tinggi.
Ada aturan emas dalam pengaturan bantalan: kunci salah satu ujungnya dan biarkan ujung lainnya mengapung. Jika kedua ujungnya terkunci, pemuaian panas tidak akan kemana-mana; poros menjadi "macet" sehingga menimbulkan getaran yang tinggi. Jika kedua ujungnya melayang, terjadi gerakan aksial yang berlebihan, juga menyebabkan getaran yang tinggi. Susunan mengambang-tetap adalah solusi paling rasional.
Kekakuan rumah bantalan juga harus mencukupi. Jika ketebalan dinding tidak mencukupi, tambahkan pengaku radial. Deformasi housing harus dijaga dalam setengah nilai jumlah modifikasi gigi.
Pelumasan: lebih dari sekedar pencegahan keausan
Banyak orang mengira oli pelumas hanya untuk melumasi dan mencegah keausan. Faktanya, lapisan oli juga memberikan efek redaman.
Lapisan minyak yang cukup tebal di antara permukaan gigi meredam benturan langsung dan mengurangi getaran. Jika film terlalu tipis atau viskositasnya tidak mencukupi, kontak langsung antara gigi-ke-akan terjadi selama pengoperasian kecepatan-tinggi, yang mengakibatkan peningkatan getaran dan kebisingan. Mari kita kembali ke pertanyaan awal: siapa sebenarnya yang harus disalahkan atas getaran dan kebisingan yang berlebihan?
Struktur transmisi getaran, jalur transmisi, konduksi impuls - Galeri Gambar Dashangu
Apakah ada masalah dengan presisi pemesinan? Mungkin. Apakah ada masalah dengan perakitan? Itu juga mungkin.
Namun, dalam 90% kasus, akar masalahnya terletak pada desain.
Perhitungan rasio kontak salah, rasio transmisi ditetapkan sebagai bilangan bulat, pemilihan modul dan jumlah gigi yang tidak sesuai, kurangnya analisis resonansi, koefisien lebar muka yang berlebihan, kegagalan dalam melakukan modifikasi profil gigi, kekakuan poros yang tidak memadai, tata letak bantalan yang buruk...
Ini adalah masalah yang tidak dapat diselesaikan melalui pemesinan atau perbaikan selama perakitan.
Jadi, jika prototipe Anda menunjukkan getaran dan kebisingan yang berlebihan, jangan langsung menyalahkan bengkel mesin; ambil langkah mundur dan tinjau desain Anda terlebih dahulu.
