Tiếng ồn từ hộp giảm tốc cần cẩu trên cao: Phân tích độ lệch tâm bánh răng và các giải pháp

Tiếng ồn từ bộ giảm tốc cần cẩu trên cao có thể xảy ra trong quá trình nâng hạ và vận chuyển vật liệu trong xưởng, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của cần cẩu. Bài viết này phân tích tiếng ồn bất thường từ góc độ sai số lệch tâm của cặp bánh răng. Dựa trên kết quả tính toán tiếng ồn cấu trúc từ phân tích mô phỏng, bài viết cũng đưa ra các giải pháp tương ứng làm tài liệu tham khảo để cải thiện. cần cẩu trên cao hiệu suất hoạt động.

1. Phân tích kích thích bánh răng dưới tác động của sai số lệch tâm

Cần cẩu trên cao được phân tích trong bài viết này là model LD10 t-28,5 m, được trang bị động cơ không đồng bộ ba pha 13 kW. Bộ giảm tốc sử dụng hệ truyền động bánh răng xoắn trục song song bốn cấp. Khi xét đến sai số lệch tâm, phân tích bắt đầu từ một cặp bánh răng đơn và chiều dài đường ăn khớp của nó.

1.1 Mô hình cặp bánh răng

Khi xét đến độ lệch tâm của bánh răng, độ lệch tâm của bánh răng dẫn động và bánh răng bị dẫn động được sử dụng làm điểm xuất phát. Dựa trên số răng và tốc độ quay của bánh răng dẫn động đã biết, có thể thu được đường cong đặc tính thời gian-tần số của tốc độ quay bánh răng bị dẫn động và so sánh với kết quả khi giả định không có độ lệch tâm. Mô hình cặp bánh răng lệch tâm được thể hiện trong Hình 1.

O1 Và O2 là các tâm hình học của cặp bánh răng trong điều kiện không có độ lệch tâm. Sau khi tính đến độ lệch tâm. E1 Và E2 xảy ra, tâm hình học của bánh răng trở thành O11 Và O22Có thể thấy rằng, bất kể giá trị độ lệch tâm là bao nhiêu, đường lưới được tạo thành bằng cách nối các điểm tiếp tuyến. T1(xT1, yT1) Và T2(xT2, yT2) luôn có một điểm giao nhau năng động M(xM, yM) với đường thẳng nối các tâm hình học của bánh răng.

Xét đến độ lệch, đường ăn khớp của cặp bánh răng có đặc tính thay đổi theo thời gian. Phương trình của nó có thể được biểu diễn như sau:

Khi gốc tọa độ được đặt tại điểm O11, tọa độ ngang động của điểm M có thể được diễn đạt như sau:

Tỷ số truyền tức thời của cặp bánh răng là:

Trong tính toán thực tế, điểm giao nhau động M có mối quan hệ nhất định với đường ăn khớp, góc giữa hướng chuyển động và tốc độ đường ăn khớp tức thời của bánh răng. Sau khi xác định phạm vi lệch tâm và vận tốc góc đầu vào, các công thức (1) đến (3) có thể được sử dụng để thu được vận tốc góc của bánh răng bị dẫn động và tính toán thêm kích thích động của cặp bánh răng dưới lỗi lệch tâm.

Trong sản xuất thực tế, sự khác thường E1 Và E2 Có thể coi chúng gần như giống nhau. Với độ lệch tâm của cặp bánh răng xoắn là 20 μm theo cấp độ chính xác đã biết, đường cong đặc tính thời gian-tần số được tính toán của bánh răng bị dẫn động được thể hiện trong Hình 2.

Khi giả định không có sai số lệch tâm, vận tốc góc của bánh răng dẫn động được biểu diễn bằng đường thẳng màu hồng trong Hình 2a. Khi có sai số lệch tâm, vận tốc góc của bánh răng dẫn động thể hiện sự dao động rõ ràng và đều đặn, tập trung trong khoảng 40,5-41,5 rad/s. Kết quả trong miền tần số sau khi biến đổi Fourier phản ánh tần số quay của trục đầu vào là 25 Hz và tần số quay của bánh răng dẫn động là 6,5 Hz. Điều này cho thấy sự dao động lệch tâm của cặp bánh răng đầu vào có thể tiếp tục truyền qua hệ thống bánh răng và bức xạ ra bên ngoài hộp số.

2. Tính toán số học về sự kích thích bánh răng trong tiếng ồn của bộ giảm tốc cần cẩu trên cao

2.1 Phương trình vi phân dao động

Phương trình vi phân dao động của hệ bánh răng trong hộp giảm tốc cần cẩu trên cao là cơ sở quan trọng để nghiên cứu các đặc tính động học của nó. Bằng cách giảm bậc và tính toán lực ăn khớp động của bánh răng, các đặc tính dao động như cường độ dao động và tiếng ồn kết cấu có thể được mô phỏng bằng số. Phương trình vi phân bậc hai cần thiết là:

Phương trình thời gian của tọa độ động M được thay thế vào θNguyên lý giảm bậc Runge-Kutta được sử dụng để giải bài toán lực ăn khớp động của cặp bánh răng tốc độ cao. Hình 3 thể hiện kết quả tính toán lực ăn khớp ở giai đoạn đầu vào và giai đoạn đầu ra cuối cùng.

2.2 Kết quả phân tích rung động

Hình 4 thể hiện cấu trúc của bộ giảm tốc. Vị trí đặt ổ trục ở đầu vào và đầu ra được chọn để tính toán, và thu được các đường cong đặc tính dao động trong miền tần số với sai số lệch tâm 20 μm.

Như thể hiện trong Hình 5, sau khi đã xem xét sai số lệch tâm, tần số quay của trục đầu vào là 25 Hz ảnh hưởng đến các cặp bánh răng khác nhau ở các giai đoạn khác nhau, đặc biệt là trong đường cong dịch chuyển. Việc tính toán tiếng ồn dựa trên kết quả rung động sau đó có thể cho thấy ảnh hưởng của sai số lệch tâm đến tiếng ồn bất thường của hộp giảm tốc.

3. Dự đoán tiếng ồn bức xạ cho cầu trục bánh xe

3.1 Mô hình âm thanh

Theo các tài liệu tham khảo đã dẫn, âm học thuộc lĩnh vực nghiên cứu chất lỏng. Do đó, phương trình sóng âm có thể được nghiên cứu từ phương trình liên tục của chất lỏng. Về trạng thái môi trường, nó có thể được biểu diễn như sau:

Trong công thức, ρ, v, P, Và S là mật độ, vận tốc, áp suất âm thanh và entropy của không khí, trong khi f Và q là các nguồn kích thích bên ngoài của môi trường không khí.

Dựa trên phản ứng rung động của bộ giảm tốc cần cẩu trên cao, kết quả tính toán gia tốc được xử lý bằng phép biến đổi Fourier và xử lý một phần ba quãng tám. Kết quả tính toán tiếng ồn kết cấu của ổ đỡ cấp tốc cao của bộ giảm tốc được thể hiện trong Hình 6.

Khi xét đến sai số lệch tâm, tiếng ồn cấu trúc của bộ giảm tốc tăng rõ rệt hơn ở dải tần số thấp từ 0-100 Hz. Theo lý thuyết âm học, chênh lệch 6 dB tương ứng với mức năng lượng gấp một lần. Trong Hình 6, sự khác biệt về tiếng ồn ở một số dải tần số đạt khoảng ba lần, cho thấy sai số lệch tâm có ảnh hưởng lớn đến dao động tần số thấp của bộ giảm tốc. Các đỉnh rõ ràng cũng xuất hiện ở 500 Hz và 1.000 Hz, do tần số ăn khớp bánh răng của tầng đầu vào gây ra.

3.2 Các biện pháp giảm tiếng ồn bất thường

Độ lệch tâm 20 μm được sử dụng trong tính toán được lựa chọn dựa trên cấp độ chính xác của bộ truyền động bánh răng. Trong hoạt động thực tế, sai số lệch tâm lớn hơn có thể tồn tại và có thể ảnh hưởng đáng kể đến việc giảm rung và tiếng ồn của hộp giảm tốc. Dựa trên phân tích và kết luận trong bài viết này, tiếng ồn bất thường có thể được giảm thiểu từ các khía cạnh sau:

1. Cải thiện việc lựa chọn cấp độ chính xác của bộ truyền động bánh răng. Nhiều cần cẩu trên cao sử dụng bánh răng xoắn cấp 8. Các bộ giảm tốc cần cẩu thông thường không tính đến việc gia công chính xác tiếp theo, do đó sai số lệch tâm có thể dẫn đến tiếng ồn phát ra lớn hơn. Nếu xem xét việc tôi luyện và mài bánh răng, đánh bóng bề mặt răng hoặc các phương pháp xử lý tương tự ở giai đoạn hoàn thiện cuối cùng, độ chính xác cấp 7 hoặc cấp 6 có thể đạt được. Đây có thể là lựa chọn tốt hơn cho các xưởng có yêu cầu kiểm soát tiếng ồn nghiêm ngặt hơn.

2. Tối ưu hóa hệ thống truyền động bánh răng. Từ góc độ hệ thống truyền động, cần xem xét các ràng buộc như độ bền mỏi tiếp xúc bánh răng kín, tỷ số truyền và hệ số chiều rộng mặt bích. Có thể sử dụng thuật toán di truyền để điều chỉnh nhẹ mô-đun bánh răng, chiều rộng răng và số răng bánh răng dẫn động mà không làm thay đổi đáng kể các ràng buộc này, sao cho tần số truyền tiếng ồn của hộp giảm tốc nằm ngoài phạm vi nhạy cảm với thính giác của con người. Phương pháp cụ thể cần có các chương trình và thử nghiệm tương ứng để xác minh các thông số bánh răng tối ưu.

3. Tối ưu hóa cấu trúc vỏ hộp giảm tốc. Mục đích chính của việc tối ưu hóa vỏ hộp là để cải thiện tần số tự nhiên của nó. Mười tần số tự nhiên đầu tiên của hệ thống truyền động trục song song nhiều cấp thường thấp, thường nằm trong khoảng 50-500 Hz, và dễ trùng với tần số quay của bánh răng dẫn động và các hài của nó, gây ra hiện tượng cộng hưởng. Dựa trên cấu trúc hộp giảm tốc, vật liệu có thể được loại bỏ ở một số vị trí nhất định. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí vật liệu mà còn có thể làm tăng tần số tự nhiên của hộp giảm tốc và giảm thiểu hiệu quả tiếng ồn bất thường do sai số lệch tâm gây ra.

4. Kết luận

Bài viết này lấy cần cẩu trên cao và hộp giảm tốc của nó làm đối tượng nghiên cứu và phân tích ảnh hưởng của sai số lệch tâm cặp bánh răng đến tiếng ồn bất thường của hộp giảm tốc. Các kết luận như sau:

1. Khi xét đến sai số lệch tâm, vận tốc góc của bánh răng bị dẫn động thể hiện sự dao động đều đặn. Phạm vi dao động tập trung trong khoảng 40,5-41,5 rad/s. Điều này phản ánh tần số quay của trục đầu vào là 25 Hz và tần số quay của trục đầu ra bánh răng bị dẫn động là 6,5 Hz, và nó tiếp tục ảnh hưởng đến sự truyền động của cặp bánh răng tiếp theo.

2. Khi có sai số lệch tâm, tiếng ồn cấu trúc của bộ giảm tốc tăng rõ rệt hơn ở dải tần số thấp 0-100 Hz. Sự khác biệt tối đa đạt 15 dB, và mức độ tiếng ồn tăng lên 2,5 lần, làm tăng rõ rệt tiếng ồn bất thường của hộp số.

3. Một số giải pháp được đề xuất, bao gồm cải thiện độ chính xác truyền động, tối ưu hóa các thông số bánh răng và tăng tần số dao động riêng của cấu trúc.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mail: cindywang@hndfcrane.com

Tôi là Cindy, với 10 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành cần cẩu và tích lũy được nhiều kiến thức chuyên môn. Tôi đã lựa chọn những chiếc cần cẩu thỏa mãn cho hơn 500 khách hàng. Nếu bạn có bất kỳ nhu cầu hoặc câu hỏi nào về cần cẩu, vui lòng liên hệ với tôi, tôi sẽ sử dụng chuyên môn và kinh nghiệm thực tế của mình để giúp bạn giải quyết vấn đề!