เสียงดังจากชุดเกียร์ลดรอบของเครนเหนือศีรษะ: การวิเคราะห์ความเยื้องศูนย์ของเฟืองและแนวทางแก้ไข

เสียงดังผิดปกติจากชุดเกียร์ทดรอบของเครนเหนือศีรษะอาจเกิดขึ้นระหว่างการยกและการขนย้ายวัสดุในโรงงาน ซึ่งส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของเครน บทความนี้วิเคราะห์เสียงผิดปกติจากมุมมองของความผิดพลาดของความเยื้องศูนย์ของชุดเกียร์ โดยอิงจากผลการคำนวณเสียงรบกวนจากโครงสร้างที่ได้จากการวิเคราะห์จำลอง และยังนำเสนอแนวทางแก้ไขที่เกี่ยวข้องเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการปรับปรุง เครนเหนือศีรษะ ประสิทธิภาพการทำงาน

1. การวิเคราะห์การกระตุ้นของเฟืองภายใต้ข้อผิดพลาดความเยื้องศูนย์

เครนเหนือศีรษะที่วิเคราะห์ในบทความนี้คือรุ่น LD10 ตัน-28.5 ม. ซึ่งติดตั้งมอเตอร์อะซิงโครนัสสามเฟสขนาด 13 กิโลวัตต์ ระบบเกียร์ใช้เกียร์ทดกำลังแบบเฟืองเกลียวขนานสี่ขั้น เมื่อพิจารณาความคลาดเคลื่อนจากความเยื้องศูนย์ การวิเคราะห์จะเริ่มต้นจากคู่เกียร์เดี่ยวและระยะความยาวของแนวการเข้าคู่กันของเกียร์ก่อน

1.1 รุ่นชุดเกียร์

เมื่อพิจารณาความเยื้องศูนย์ของเฟือง จะใช้ความเยื้องศูนย์ของเฟืองขับและเฟืองตามเป็นจุดเริ่มต้น โดยอาศัยจำนวนฟันเฟืองและความเร็วของเฟืองขับที่ทราบแล้ว สามารถหาเส้นโค้งลักษณะเฉพาะเวลา-ความถี่ของความเร็วของเฟืองตามได้ และนำมาเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ภายใต้สมมติฐานว่าไม่มีความเยื้องศูนย์ แบบจำลองคู่เฟืองเยื้องศูนย์แสดงในรูปที่ 1

โอ1 และ ออกซิเจน คือจุดศูนย์กลางทางเรขาคณิตของคู่เฟืองภายใต้สมมติฐานว่าไม่มีความเยื้องศูนย์ หลังจากพิจารณาความเยื้องศูนย์แล้ว อี1 และ อี2 เมื่อเกิดขึ้น ศูนย์กลางทางเรขาคณิตของเฟืองจะกลายเป็น โอ11 และ โอ22จะเห็นได้ว่า ไม่ว่าค่าความเยื้องศูนย์จะเป็นเท่าใด เส้นประที่เกิดจากการเชื่อมต่อจุดสัมผัสก็ยังคงเหมือนเดิม T1(xT1, yT1) และ T2(xT2, yT2) มีจุดตัดแบบไดนามิกอยู่เสมอ M(xM, yM) โดยมีเส้นเชื่อมระหว่างจุดศูนย์กลางทางเรขาคณิตของเฟือง

เมื่อพิจารณาค่าชดเชยแล้ว เส้นการเข้าคู่ของเฟืองจะมีลักษณะที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา สมการของมันสามารถแสดงได้ดังนี้:

เมื่อจุดกำเนิดพิกัดอยู่ที่จุด โอ11พิกัดตามขวางแบบไดนามิกของจุด เอ็ม สามารถแสดงได้ดังนี้:

อัตราทดเกียร์ทันทีของชุดเกียร์นี้คือ:

ในการคำนวณจริง จุดตัดแบบไดนามิก เอ็ม มีความสัมพันธ์บางอย่างกับเส้นสกิมมิ่ง มุมระหว่างทิศทางการเคลื่อนที่ และความเร็วเส้นสกิมมิ่งทันทีของเฟือง หลังจากกำหนดช่วงความเยื้องศูนย์และความเร็วเชิงมุมขาเข้าแล้ว สามารถใช้สูตร (1) ถึง (3) เพื่อหาความเร็วเชิงมุมของเฟืองขับ และคำนวณการกระตุ้นไดนามิกของคู่เฟืองภายใต้ข้อผิดพลาดความเยื้องศูนย์ต่อไปได้

ในกระบวนการผลิตจริง ความผิดปกติเกิดขึ้นได้ อี1 และ อี2 สามารถถือได้ว่าเหมือนกันโดยประมาณ ด้วยความเยื้องศูนย์ของคู่เฟืองเกลียว 20 ไมโครเมตร ภายใต้ระดับความแม่นยำที่ทราบ เส้นโค้งลักษณะเฉพาะเวลา-ความถี่ที่คำนวณได้ของเฟืองขับแสดงในรูปที่ 2

เมื่อไม่มีข้อผิดพลาดจากการเยื้องศูนย์ ความเร็วเชิงมุมของเฟืองขับจะแสดงด้วยเส้นตรงสีชมพูในรูปที่ 2a เมื่อมีข้อผิดพลาดจากการเยื้องศูนย์ ความเร็วเชิงมุมของเฟืองขับจะแสดงความผันผวนที่ชัดเจนและสม่ำเสมอ โดยกระจุกตัวอยู่ในช่วง 40.5-41.5 เรเดียน/วินาที ผลลัพธ์ในโดเมนความถี่หลังจากการแปลงฟูริเยร์สะท้อนให้เห็นความถี่การหมุนของเพลาอินพุตที่ 25 เฮิรตซ์ และความถี่การหมุนของเอาต์พุตเฟืองขับที่ 6.5 เฮิรตซ์ สิ่งนี้บ่งชี้ว่าความผันผวนจากการเยื้องศูนย์ของคู่เฟืองในขั้นตอนอินพุตอาจส่งผ่านระบบเฟืองและแผ่กระจายออกไปภายนอกกล่องเกียร์ได้

2. การคำนวณเชิงตัวเลขของการกระตุ้นเกียร์ในเสียงรบกวนของชุดลดเกียร์เครนเหนือศีรษะ

2.1 สมการเชิงอนุพันธ์ของการสั่นสะเทือน

สมการเชิงอนุพันธ์ของการสั่นสะเทือนของระบบเกียร์ในชุดลดเกียร์ของเครนเหนือศีรษะเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับการศึกษาลักษณะพลวัตของระบบ โดยการลดลำดับและคำนวณแรงการเข้าคู่กันแบบไดนามิกของเกียร์ ลักษณะการสั่นสะเทือน เช่น ความเข้มของการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนของโครงสร้าง สามารถจำลองได้ด้วยวิธีเชิงตัวเลข สมการเชิงอนุพันธ์อันดับสองที่ต้องการคือ:

สมการเวลาของพิกัดไดนามิก เอ็ม ถูกแทนที่ลงใน θและใช้หลักการลดลำดับ Runge-Kutta ในการแก้ปัญหาแรงการเข้าคู่แบบไดนามิกของเฟืองคู่ความเร็วสูง รูปที่ 3 แสดงผลการคำนวณแรงการเข้าคู่สำหรับขั้นป้อนเข้าและขั้นส่งออกสุดท้าย

2.2 ผลการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน

รูปที่ 4 แสดงโครงสร้างของตัวลดเกียร์ ตำแหน่งของที่นั่งแบริ่งที่ปลายด้านขาเข้าและขาออกถูกเลือกสำหรับการคำนวณ และได้เส้นโค้งลักษณะการสั่นสะเทือนในโดเมนความถี่ภายใต้ความคลาดเคลื่อนของจุดเยื้องศูนย์ 20 ไมโครเมตร

ดังแสดงในรูปที่ 5 หลังจากพิจารณาความคลาดเคลื่อนของความเยื้องศูนย์แล้ว ความถี่การหมุนของเพลาอินพุตที่ 25 เฮิรตซ์ส่งผลกระทบต่อคู่เกียร์อื่นๆ ในขั้นตอนต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเส้นโค้งการเคลื่อนที่ การคำนวณเสียงรบกวนโดยอิงจากผลการสั่นสะเทือนสามารถแสดงให้เห็นถึงอิทธิพลของความคลาดเคลื่อนของความเยื้องศูนย์ต่อเสียงรบกวนผิดปกติของตัวลดเกียร์ได้

3. การทำนายเสียงรบกวนที่แผ่กระจายสำหรับสะพานเพลาล้อโบกี้

3.1 แบบจำลองเสียง

จากเอกสารอ้างอิงที่ยกมานั้น อะคูสติกจัดอยู่ในสาขาการวิจัยของไหล ดังนั้น สมการคลื่นเสียงจึงสามารถศึกษาได้จากสมการความต่อเนื่องของของไหล ในแง่ของสถานะของตัวกลาง สามารถแสดงได้ดังนี้:

ในสูตร ρ, วี, พี, และ ส ได้แก่ ความหนาแน่น ความเร็ว ความดันเสียง และเอนโทรปีของอากาศ ในขณะที่ ฉ และ q เป็นแหล่งกระตุ้นภายนอกของตัวกลางอากาศ

จากผลตอบสนองการสั่นสะเทือนของตัวลดเกียร์เครนเหนือศีรษะ ผลการคำนวณความเร่งจะถูกประมวลผลด้วยการแปลงฟูริเยร์และการประมวลผลแบบหนึ่งในสามอ็อกเทฟ ผลการคำนวณเสียงรบกวนโครงสร้างของที่นั่งแบริ่งขั้นความเร็วสูงของตัวลดเกียร์แสดงในรูปที่ 6

เมื่อพิจารณาความคลาดเคลื่อนจากความเยื้องศูนย์ เสียงรบกวนเชิงโครงสร้างของตัวลดเกียร์จะเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนมากขึ้นในช่วงความถี่ต่ำ 0-100 เฮิรตซ์ ตามทฤษฎีอะคูสติก ความแตกต่าง 6 เดซิเบล แสดงถึงความแตกต่างของระดับพลังงานหนึ่งเท่า ในรูปที่ 6 ความแตกต่างของเสียงรบกวนในบางช่วงความถี่สูงถึงประมาณสามเท่า แสดงให้เห็นว่าความคลาดเคลื่อนจากความเยื้องศูนย์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำของตัวลดเกียร์ นอกจากนี้ยังปรากฏยอดที่ชัดเจนที่ 500 เฮิรตซ์ และ 1,000 เฮิรตซ์ ซึ่งเกิดจากความถี่การเข้าคู่ของเฟืองในขั้นตอนป้อนเข้า

3.2 มาตรการลดเสียงรบกวนผิดปกติ

ค่าความเยื้องศูนย์ 20 ไมโครเมตรที่ใช้ในการคำนวณนั้นถูกเลือกตามระดับความแม่นยำของการส่งกำลังด้วยเกียร์ ในการใช้งานจริง อาจมีข้อผิดพลาดจากความเยื้องศูนย์ที่มากกว่านี้ และอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อการลดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนของเกียร์ทดรอบ จากการวิเคราะห์และข้อสรุปในบทความนี้ สามารถลดเสียงรบกวนที่ผิดปกติได้จากหลายด้านดังนี้:

1. ปรับปรุงการเลือกเกรดความแม่นยำของระบบส่งกำลังเกียร์ เครนเหนือศีรษะหลายตัวใช้เกียร์เกลียวเกรด 8 ตัวลดเกียร์เครนทั่วไปไม่ได้คำนึงถึงการตกแต่งขั้นสุดท้ายที่แม่นยำ ดังนั้นข้อผิดพลาดจากความเยื้องศูนย์อาจนำไปสู่เสียงรบกวนที่สูงขึ้น หากพิจารณาการชุบแข็งและการเจียรเกียร์ การขัดผิวฟัน หรือการบำบัดที่คล้ายกันในขั้นตอนการตกแต่งขั้นสุดท้าย อาจได้ความแม่นยำระดับเกรด 7 หรือเกรด 6 ซึ่งอาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับโรงงานที่มีข้อกำหนดการควบคุมเสียงรบกวนที่เข้มงวดกว่า

2. ปรับระบบส่งกำลังเกียร์ให้เหมาะสมที่สุด จากมุมมองของระบบส่งกำลัง ควรพิจารณาข้อจำกัดต่างๆ เช่น ความแข็งแรงต่อความล้าจากการสัมผัสของเกียร์แบบปิด อัตราทดเกียร์ และสัมประสิทธิ์ความกว้างหน้าฟัน อาจใช้อัลกอริทึมทางพันธุกรรมเพื่อปรับโมดูลเกียร์ ความกว้างฟัน และจำนวนฟันของเกียร์ขับเล็กน้อยโดยไม่เปลี่ยนแปลงข้อจำกัดเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ เพื่อให้ความถี่การส่งผ่านเสียงของเกียร์ทดรอบอยู่ห่างจากช่วงที่มนุษย์สามารถได้ยิน วิธีการเฉพาะต้องใช้โปรแกรมและการทดสอบที่เกี่ยวข้องเพื่อตรวจสอบพารามิเตอร์เกียร์ที่เหมาะสมที่สุด

3. ปรับโครงสร้างเรือนเกียร์ทดรอบให้เหมาะสม จุดประสงค์หลักของการปรับโครงสร้างเรือนเกียร์ทดรอบให้เหมาะสมคือการเพิ่มความถี่ธรรมชาติ โดยทั่วไปความถี่ธรรมชาติสิบค่าแรกของระบบส่งกำลังแบบเพลาขนานหลายขั้นตอนจะต่ำ มักอยู่ในช่วง 50-500 เฮิรตซ์ และอาจทับซ้อนกับความถี่การหมุนของเฟืองขับและฮาร์โมนิกส์ได้ง่าย ทำให้เกิดการสั่นพ้อง การปรับโครงสร้างเกียร์ทดรอบให้เหมาะสมสามารถลดปริมาณวัสดุในบางตำแหน่งได้ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดต้นทุนวัสดุเท่านั้น แต่ยังอาจเพิ่มความถี่ธรรมชาติของเกียร์ทดรอบและลดเสียงผิดปกติที่เกิดจากความคลาดเคลื่อนของศูนย์กลางได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4. บทสรุป

บทความนี้ใช้เครนเหนือศีรษะและชุดเกียร์ทดรอบเป็นวัตถุวิจัย และวิเคราะห์ผลกระทบของความคลาดเคลื่อนของระยะเยื้องศูนย์ของชุดเกียร์ต่อเสียงผิดปกติของชุดเกียร์ทดรอบ โดยได้ข้อสรุปดังนี้:

1. เมื่อพิจารณาความคลาดเคลื่อนจากความเยื้องศูนย์ ความเร็วเชิงมุมของเฟืองขับจะแสดงความผันผวนอย่างสม่ำเสมอ ช่วงความผันผวนจะอยู่ระหว่าง 40.5-41.5 เรเดียน/วินาที ซึ่งสะท้อนถึงความถี่การหมุนของเพลาอินพุตที่ 25 เฮิรตซ์ และความถี่การหมุนของเอาต์พุตเฟืองขับที่ 6.5 เฮิรตซ์ และจะส่งผลกระทบต่อการส่งกำลังของคู่เฟืองถัดไป

2. ภายใต้ความคลาดเคลื่อนของจุดเยื้องศูนย์ เสียงรบกวนโครงสร้างของตัวลดเกียร์จะเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนยิ่งขึ้นในช่วงความถี่ต่ำ 0-100 เฮิรตซ์ ความแตกต่างสูงสุดถึง 15 เดซิเบล และระดับเสียงเพิ่มขึ้น 2.5 เท่า ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความรุนแรงของเสียงผิดปกติของเกียร์อย่างชัดเจน

3. มีการเสนอแนวทางแก้ไขหลายประการ รวมถึงการปรับปรุงระดับความแม่นยำในการส่งกำลัง การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ของเกียร์ และการเพิ่มความถี่ธรรมชาติของโครงสร้าง

ซินดี้

วอทส์แอพพ์: +86 191 3738 6654

อีเมล: cindywang@hndfcrane.com

ฉันชื่อซินดี้ มีประสบการณ์การทำงานในอุตสาหกรรมเครนมากว่า 10 ปี และมีความรู้ความเชี่ยวชาญอย่างมากมาย ฉันเลือกเครนที่ลูกค้าพอใจมากกว่า 500 ราย หากคุณมีความต้องการหรือมีคำถามเกี่ยวกับเครน โปรดติดต่อฉันได้เลย ฉันจะใช้ความเชี่ยวชาญและประสบการณ์จริงของฉันเพื่อช่วยคุณแก้ปัญหา!