การควบคุมเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนของเฟืองในระบบส่งกำลัง EV

การควบคุมเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนของเฟืองในระบบส่งกำลัง EV

ชุดขับเคลื่อนไฟฟ้าขจัดเสียงบดบังจากเครื่องยนต์ออกไป เมื่อไม่มีเสียงเผาไหม้มาบดบัง ทุกเสียงหอน เสียงครวญ และเสียงสั่นภายในชุดลดความเร็วจะได้ยินชัดต่อผู้ขับขี่ สำหรับผู้ผลิตเฟืองและผู้สร้างเกียร์บ็อกซ์ สิ่งนี้เปลี่ยนจุดเน้นทางวิศวกรรมจากความสามารถในการรับโหลดเพียงอย่างเดียว ไปสู่พฤติกรรมการกระตุ้น — ว่าการประกบฟันเองสร้างการสั่นสะเทือนอย่างไร และต้องควบคุมเรขาคณิตให้แน่นหนาเพียงใดเพื่อให้การกระตุ้นนั้นต่ำ

บทความนี้สรุปกลไกเบื้องหลังเสียงเฟืองในระบบส่งกำลัง EV และมาตรการปฏิบัติที่ใช้ได้ในการออกแบบ การผลิต และการตรวจสอบ

ทำไมเกียร์บ็อกซ์ EV จึงต่างในเชิงเสียง

ระบบส่งกำลังเครื่องยนต์สันดาปภายในเดินเบาที่ประมาณ 700–900 rpm และล่องเรือที่ 2000–3000 rpm มอเตอร์แม่เหล็กถาวรสามารถหมุนจากศูนย์ถึง 15,000 rpm หรือมากกว่า และส่งแรงบิดเกือบจะทันที ผลที่ตามมามีสองประการ

ประการแรก ความถี่การประกบฟันกวาดผ่านย่านกว้างในทุกการเร่ง เฟืองคู่ที่เงียบที่ 3000 rpm อาจเกิดเสียงหอนชัดที่ 9000 rpm หากข้อผิดพลาดการส่งกำลังมีฮาร์มอนิกที่ตกบนเรโซแนนซ์เชิงโครงสร้างของเสื้อเกียร์

ประการที่สอง แรงบิดกระเพื่อมของมอเตอร์และการสวิตช์ของอินเวอร์เตอร์กระตุ้นระบบส่งกำลังที่ความถี่ไม่เกี่ยวข้องกับการประกบฟัน เฟืองคู่ทำหน้าที่เป็นตัวกรองและบางครั้งเป็นตัวขยาย นี่คือเหตุผลที่ชุดลดความเร็ว EV มักใช้สองขั้นด้วยอัตราทดที่เลือกอย่างระมัดระวัง และเหตุผลที่เฟือง helical ครองตลาด: อัตราส่วนการซ้อนทับของเฟือง helical กระจายการสัมผัสไปยังฟันมากขึ้น ทำให้การถ่ายโอนโหลดที่นุ่มนวลขึ้น ซึ่งเฟือง spur ทำอย่างทันทีทันใด

สาเหตุรากของเสียงหอนของเฟือง

เสียงเฟืองไม่ได้เกิดจาก “ฟันหยาบ” ในความหมายทั่วไป แต่เกิดจาก ข้อผิดพลาดการส่งกำลัง — ความแตกต่างระหว่างตำแหน่งเชิงมุมในอุดมคติของเฟืองขาออกกับตำแหน่งจริงขณะเฟืองขาเข้าหมุน ทุกความเบี่ยงเบนในเรขาคณิตฟัน ระยะพิทช์ และแนวเอียงมีส่วนทำให้เกิด

ปัจจัยหลักได้แก่:

• ความเบี่ยงเบนของโปรไฟล์ฟัน — ความคลาดเคลื่อนของมุมกด การผ่อนปลายฟันที่เล็กหรือใหญ่เกินไป และการโค้งนูนของโปรไฟล์ที่ไม่สอดคล้องกับโหลดที่ใช้
• ความเบี่ยงเบนของแนวเอียง (helix) — การไม่ตรงแนวระหว่างเฟืองกับชิ้นส่วนที่ประกบ ไม่ว่าจะจากการผลิตหรือจากการโก่งตัวของเพลาภายใต้โหลด
• ความเบี่ยงเบนระยะพิทช์และความคลาดเคลื่อนสะสมของระยะพิทช์ — สิ่งเหล่านี้สร้างองค์ประกอบความถี่หนึ่งครั้งต่อรอบและอันดับต่ำ ซึ่งรับรู้ได้เป็นเสียงคำรามมากกว่าเสียงหอน
• ความไม่กลมและการเยื้องศูนย์ — ความเยื้องศูนย์ของรูยึดเมื่อเทียบกับวงกลมพิทช์สร้างองค์ประกอบชั้นนำที่แรง
• ความเรียบผิว — ความหยาบผิวฟันที่สูงกว่าประมาณ Ra 0.4 µm บนฟันที่เจียรเพิ่มการกระตุ้นแบบกว้าง โดยเฉพาะที่ความถี่การประกบฟันสูง
• รูปแบบการสัมผัส — การสัมผัสที่ขอบรวมโหลดและเพิ่มการโก่งตัวเฉพาะที่ ซึ่งปรากฏเป็นยอดแหลมในสเปกตรัม

ในทางปฏิบัติ เสียงหอนที่ความถี่การประกบฟันและฮาร์มอนิกชี้ไปที่ปัญหาโปรไฟล์และแนวเอียง เสียงคำรามแรกหรือสองเท่าของความเร็วเพลาชี้ไปที่ปัญหาระยะพิทช์ ความไม่กลม หรือการสมดุล

มาตรการการผลิตที่เปลี่ยนตัวเลขได้จริง

การเจียรเฟืองและการดัดแปลงโปรไฟล์

สำหรับชุดลดความเร็ว EV ฟันที่เจียรเป็นเรื่องปกติมากกว่าข้อยกเว้น การเจียรแบบ form และการเจียรแบบ generating ต่างก็ช่วยให้ควบคุมการผ่อนปลายและโคนฟันได้ รวมถึงการโค้งนูนตามยาวเพื่อชดเชยการโก่งตัวของเพลา เป้าหมายคือรูปแบบการสัมผัสที่อยู่กึ่งกลางตลอดช่วงโหลดเต็ม ไม่ใช่แค่ที่โหลดตรวจสอบ

การควบคุมการบิดตัวจากการอบชุบด้วยความร้อน

การคาร์บูไรซิ่งแบบเคสให้ความแข็งผิวและความเหนียวแกนกลางที่เฟือง EV แรงบิดสูงต้องการ แต่ก็ทำให้ชิ้นส่วนบิดตัวด้วย การบิดตัวที่ไม่ได้รับการแก้ไขหลังการอบชุบด้วยความร้อนจะปรากฏโดยตรงเป็นความคลาดเคลื่อนแนวเอียงและโปรไฟล์ มีสองวิธีที่ใช้กันทั่วไป: เจียรหลังการอบชุบด้วยความร้อน หรือใช้การกดชุบแบบควบคุมและการชดเชยการบิดตัวที่ทราบค่าสร้างไว้ในเรขาคณิตก่อนการอบชุบด้วยความร้อน การไนไตรดิ้งให้การบิดตัวน้อยกว่าแต่ชั้นเคสตื้นกว่า ซึ่งเหมาะกับบางขั้นที่มีแรงบิดต่ำกว่า

คุณภาพรอยต่อเพลาและเสื้อเกียร์

เฟืองที่ครบถ้วนบนเพลาที่เยื้องศูนย์ก็ยังทำงานมีเสียงดัง ความร่วมศูนย์ของรูต่อวงกลมพิทช์ ความตรงของเพลา และความพอดีระหว่างเฟืองกับเพลาล้วนมีความสำคัญ สำหรับการเชื่อมต่อแบบ spline ระยะฟันเฟืองและความตรงแนวของ spline มีผลต่อการวางตัวของเฟือง นี่คือจุดที่การผลิตแบบบูรณาการของเฟืองและเพลาภายใต้สายกระบวนการเดียวกันให้ผลตอบแทน — ดูภาพรวม ขีดความสามารถ สำหรับลำดับการกลึง การเจียร และการตัดเฟือง

การประกอบและการพรีโหลด

การพรีโหลดตลับลูกปืน การเลือกชิม และความตรงแนวของรูเสื้อเกียร์กำหนดความตรงแนวการประกบฟันขั้นสุดท้าย เฟืองคู่ที่วัดได้ดีบนแท่นทดสอบอาจยังมีเสียงดังในชุดประกอบได้ หากการซ้อนทับของชุดประกอบเอียงเพลา

การตรวจสอบ: วัดอะไรและทำไม

ปัญหาเสียงเฟืองแทบไม่เคยแก้ได้ด้วยการตรวจสอบเพียงอย่างเดียว แต่แทบไม่เคยแก้ได้เลยหากไม่มีการตรวจสอบ ศูนย์วัดเฟืองที่รายงานโปรไฟล์ แนวเอียง ระยะพิทช์ และความไม่กลมเทียบกับเกณฑ์ DIN, ISO, AGMA หรือ GB ให้วิศวกรการผลิตเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างยอดในสเปกตรัมกับความเบี่ยงเบนเฉพาะ

แนวปฏิบัติที่มีประโยชน์:

• วัด รูปแบบการสัมผัส ภายใต้โหลดเบา นอกเหนือจากรายงานเรขาคณิต เรขาคณิตบอกว่าฟันมีลักษณะอย่างไร รูปแบบบอกว่ามันทำงานอย่างไร
• ติดตาม ระยะพิทช์เดี่ยวและระยะพิทช์สะสม แยกกัน สิ่งเหล่านี้ขับเคลื่อนอันดับเสียงที่ต่างกัน
• บันทึก ความหยาบผิวบนฟัน เป็นตัวแปรควบคุมกระบวนการ ไม่ใช่แค่การตรวจสอบสุดท้าย
• สำหรับขั้นความเร็วสูง พิจารณาผล การทดสอบกลิ้งด้านเดียว ซึ่งจับผลรวมของทั้งสองชิ้นส่วนในคู่

ขั้นตอน คุณภาพและการตรวจสอบ ที่โรงงานเฟืองความแม่นยำมักรวมศูนย์วัดเฟือง CMM เครื่องมือวัดความกลมและความหยาบ และการตรวจสอบความแข็ง โดยมีรายงานวัสดุและการอบชุบด้วยความร้อนออกพร้อมกับข้อมูลมิติ

จุดเลือกใช้จริงสำหรับงาน EV และความเร็วสูง

เมื่อกำหนดเฟืองสำหรับ e-drive หรือชุดลดความเร็วความเร็วสูง คำถามเหล่านี้กำหนดผลลัพธ์:

1. ความถี่การประกบฟันสูงสุดคือเท่าใด และทับซ้อนกับเรโซแนนซ์เชิงโครงสร้างหรือไม่? หากใช่ ชั้นความคลาดเคลื่อนและการดัดแปลงโปรไฟล์ต้องเข้มงวดขึ้น หรือเปลี่ยนอัตราทด
2. สเปกตรัมโหลดถูกครอบงำด้วยแรงบิดเดียวหรือแปรผันกว้าง? การโค้งนูนและการผ่อนถูกปรับให้เหมาะกับช่วงโหลด ไม่ใช่จุดเดียว
3. ชั้นความคลาดเคลื่อนใดที่ทำได้ในการผลิตจริง ไม่ใช่แค่ในต้นแบบ? DIN 4–5 ที่เสถียรในการผลิตเป็นชุดด้วยฟันที่เจียรถึง DIN 4-5 เมื่อจำเป็น เป็นเป้าหมายที่เป็นจริงสำหรับกระบวนการที่ควบคุมดี
4. เฟืองจะถูกกำหนดตำแหน่งอย่างไร? ความพอดีรู ความพอดี spline แบบมีลิ่ม หรือเพลารวม แต่ละแบบมีผลต่างกันต่อความตรงแนวเอียง
5. ต้องมีเอกสารอะไร? ใบรับรองวัสดุ รายงานการอบชุบด้วยความร้อนพร้อมความแข็งและความลึกเคส รายงานมิติ และรายงานความแม่นยำเฟือง เป็นสิ่งส่งมอบมาตรฐานสำหรับลูกค้าระบบส่งกำลัง

สำหรับรูปแบบฟันที่ไม่ได้มาตรฐาน โปรไฟล์ดัดแปลง หรือชิ้นส่วนเฟือง-เพลารวม เส้นทาง การผลิตเฟืองตามสั่ง ช่วยให้ปรับเรขาคณิตฟันให้เหมาะกับเป้าหมายเสียงและโหลดเฉพาะ แทนที่จะเลือกจากแคตตาล็อก พื้นที่การใช้งานเช่นระบบส่งกำลัง EV และยานยนต์ หุ่นยนต์ และเกียร์บ็อกซ์อุตสาหกรรม ต่างมีลำดับความสำคัญที่แตกต่างกัน — ข้อต่อหุ่นยนต์ให้ความสำคัญกับการเคลื่อนที่สูญเปล่าและความสามารถทำซ้ำ ส่วนชุดลดความเร็วให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพและเสียง

สรุป

เสียงเฟืองในระบบส่งกำลัง EV เป็นปัญหาข้อผิดพลาดการส่งกำลังที่แสดงในโดเมนความถี่ ตัวแปรที่ควบคุมได้คือจุลเรขาคณิตของฟันเฟือง การบิดตัวจากการอบชุบด้วยความร้อน ความตรงแนวของเพลาและเสื้อเกียร์ และการพรีโหลดในการประกอบ การเจียรพร้อมการดัดแปลงโปรไฟล์และแนวเอียงอย่างตั้งใจ ผสมกับการแก้ไขหลังการอบชุบด้วยความร้อนและการตรวจสอบอย่างมีวินัย เป็นเส้นทางปฏิบัติสู่การประกบฟันที่เงียบ เนื่องจากเป้าหมายเสียงถูกกำหนดโดยระบบทั้งหมด บทสนทนาที่มีประสิทธิผลที่สุดจึงเกิดขึ้นแต่เนิ่นๆ — ระหว่างผู้ออกแบบเกียร์บ็อกซ์ ผู้ผลิตเฟือง และทีมตรวจสอบ — ก่อนที่ฟันซี่แรกจะถูกตัด

เรียกดู ช่วงผลิตภัณฑ์ สำหรับชิ้นส่วนระบบส่งกำลังมาตรฐานและไม่มาตรฐาน หรือดู คลังเทคนิค สำหรับบันทึกกระบวนการที่เกี่ยวข้อง หากต้องการหารือเกี่ยวกับการใช้งานเฟืองหรือเพลาที่เฉพาะเจาะจง ติดต่อ ทีมวิศวกรรมพร้อมกรณีโหลด อัตราทด และเป้าหมายเสียงของคุณ