Kiểm soát tiếng ồn và rung động bánh răng trong hộp số xe điện

Kiểm soát tiếng ồn và rung động bánh răng trong hộp số xe điện

Các bộ truyền động điện đã loại bỏ lớp mặt nạ động cơ. Không còn tiếng ồn đốt cháy để che giấu, mọi tiếng rít, tiếng rên và tiếng lạch cạch bên trong hộp giảm tốc đều trở nên audible đối với người lái. Đối với các nhà sản xuất bánh răng và nhà chế tạo hộp số, điều này chuyển trọng tâm kỹ thuật từ chỉ khả năng chịu tải sang hành vi kích thích — cách bản thân ăn khớp tạo ra rung động, và hình học phải được giữ chặt đến mức nào để giữ kích thích đó ở mức thấp.

Bài viết này phác thảo các cơ chế đằng sau tiếng ồn bánh răng trong hộp số xe điện và các đòn bẩy thực tế có sẵn trong thiết kế, sản xuất và kiểm tra.

Tại sao hộp số xe điện khác biệt về mặt âm học

Một hệ truyền động đốt trong chạy không tải khoảng 700–900 rpm và hành trình ở 2000–3000 rpm. Một động cơ nam châm vĩnh cửu có thể quay từ 0 đến 15.000 rpm hoặc hơn, và nó truyền mô-men xoắn gần như tức thời. Hai hệ quả theo sau.

Thứ nhất, tần số ăn khớp quét qua một dải rộng trong mỗi lần tăng tốc. Một cặp bánh răng êm ở 3000 rpm có thể tạo ra tiếng rít rõ rệt ở 9000 rpm nếu sai số truyền động của nó có một hài bậc nằm trên cộng hưởng kết cấu của vỏ.

Thứ hai, gợn mô-men xoắn động cơ và chuyển mạch biến tần kích thích hệ truyền động ở các tần số không liên quan đến ăn khớp bánh răng. Cặp bánh răng hoạt động như một bộ lọc và đôi khi như một bộ khuếch đại. Đây là lý do tại sao hộp giảm tốc xe điện thường sử dụng hai cấp với tỷ số được chọn cẩn thận, và tại sao bánh răng nghiêng chiếm ưu thế: tỷ số trùng khớp của một ăn khớp nghiêng trải tiếp xúc trên nhiều răng hơn, làm mịn sự truyền tải mà một cặp bánh răng thẳng thực hiện đột ngột.

Nguyên nhân gốc rễ của tiếng rít bánh răng

Tiếng ồn bánh răng không phải do “răng thô” theo nghĩa chung. Nó gây ra bởi sai số truyền động — sự khác biệt giữa vị trí góc lý tưởng của bánh răng đầu ra và vị trí thực tế của nó khi đầu vào quay. Mọi sai lệch trong hình học sườn răng, bước răng và hướng xoắn đều đóng góp.

Các yếu tố đóng góp chính là:

• Sai lệch biên dạng răng — sai số góc áp lực, giảm đỉnh quá nhỏ hoặc quá lớn, và vồng biên dạng không phù hợp với tải áp dụng.
• Sai lệch hướng xoắn — lệch trục giữa bánh răng và chi tiết ăn khớp, dù từ sản xuất hay từ độ võng trục dưới tải.
• Sai lệch bước răng và sai số bước tích lũy — chúng tạo ra các thành phần một lần mỗi vòng quay và bậc thấp được cảm nhận như tiếng gầm gừ thay vì tiếng rít.
• Độ đảo và độ lệch tâm — độ lệch tâm lỗ lắp so với vòng chia tạo ra một thành phần bậc một mạnh.
• Độ hoàn thiện bề mặt — độ nhám sườn trên khoảng Ra 0.4 µm trên sườn mài thêm kích thích băng rộng, đặc biệt ở tần số ăn khớp cao.
• Mẫu tiếp xúc — tiếp xúc cạnh tập trung tải và tăng độ võng cục bộ, xuất hiện như một đỉnh nhọn trong phổ.

Trong thực tế, tiếng rít ở tần số ăn khớp và các hài của nó chỉ ra vấn đề biên dạng và hướng xoắn. Tiếng gầm gừ ở một hoặc hai lần tốc độ trục chỉ ra vấn đề bước răng, độ đảo hoặc cân bằng.

Đòn bẩy sản xuất thực sự thay đổi các con số

Mài bánh răng và sửa đổi biên dạng

Đối với hộp giảm tốc xe điện, sườn mài là tiêu chuẩn chứ không phải ngoại lệ. Mài định hình và mài bao hình đều cho phép kiểm soát giảm đỉnh và giảm chân, cộng với vồng dọc để bù độ võng trục. Mục tiêu là một mẫu tiếp xúc giữ trung tâm trên toàn dải tải, không chỉ ở tải kiểm tra.

Kiểm soát biến dạng xử lý nhiệt

Thấm cacbon cho độ cứng bề mặt và độ dai lõi mà bánh răng xe điện mô-men cao cần, nhưng nó cũng làm biến dạng chi tiết. Biến dạng không được sửa sau xử lý nhiệt sẽ xuất hiện trực tiếp như sai số hướng xoắn và biên dạng. Hai cách tiếp cận phổ biến: mài sau xử lý nhiệt, hoặc sử dụng ép-tôi có kiểm soát và bù biến dạng đã biết được xây dựng vào hình học trước xử lý nhiệt. Thấm nitơ tạo ra ít biến dạng hơn nhưng lớp thấm nông hơn, phù hợp với một số cấp mô-men thấp hơn.

Chất lượng giao diện trục và vỏ

Một bánh răng hoàn hảo trên một trục lệch tâm vẫn chạy ồn. Độ đồng tâm lỗ-vòng chia, độ thẳng trục, và độ khớp giữa bánh răng và trục đều quan trọng. Đối với kết nối then hoa, khe hở và căn chỉnh hướng xoắn của then hoa ảnh hưởng đến cách bánh răng ngồi. Đây là nơi sản xuất tích hợp bánh răng và trục trong một chuỗi quy trình mang lại lợi ích — xem tổng quan năng lực để biết cách tiện, mài và cắt bánh răng được sắp xếp.

Lắp ráp và tải trước

Tải trước ổ bi, chọn shim và căn chỉnh lỗ vỏ thiết lập căn chỉnh ăn khớp cuối cùng. Một cặp bánh răng đo tốt trên bệ thử vẫn có thể ồn trong cụm nếu chồng xếp lắp ráp làm nghiêng trục.

Kiểm tra: Đo gì và tại sao

Các vấn đề tiếng ồn bánh răng hiếm khi được giải quyết chỉ bằng kiểm tra, nhưng hầu như không bao giờ được giải quyết mà không có nó. Một trung tâm đo bánh răng báo cáo biên dạng, hướng xoắn, bước răng và độ đảo theo dung sai DIN, ISO, AGMA hoặc GB cung cấp cho kỹ sư sản xuất một liên kết trực tiếp giữa một đỉnh phổ và một sai lệch cụ thể.

Các thực hành hữu ích:

• Đo mẫu tiếp xúc dưới tải nhẹ ngoài báo cáo hình học. Hình học cho bạn biết sườn trông như thế nào; mẫu cho bạn biết nó hoạt động như thế nào.
• Theo dõi bước đơn và bước tích lũy riêng biệt. Chúng dẫn đến các bậc tiếng ồn khác nhau.
• Ghi lại độ nhám bề mặt trên sườn như một biến kiểm soát quy trình, không chỉ là kiểm tra cuối cùng.
• Đối với các cấp tốc độ cao, xem xét kết quả thử nghiệm lăn một sườn, nắm bắt hiệu ứng kết hợp của cả hai thành viên trong cặp.

Quy trình chất lượng và kiểm tra tại một xưởng bánh răng chính xác thường kết hợp trung tâm đo bánh răng, CMM, dụng cụ đo độ tròn và độ nhám, và xác minh độ cứng, với báo cáo vật liệu và xử lý nhiệt được phát hành cùng với dữ liệu kích thước.

Điểm lựa chọn thực tế cho ứng dụng xe điện và tốc độ cao

Khi chỉ định bánh răng cho một bộ truyền động điện hoặc hộp giảm tốc tốc độ cao, những câu hỏi này định hình kết quả:

1. Tần số ăn khớp tối đa là bao nhiêu, và nó có trùng với cộng hưởng kết cấu không? Nếu có, cấp dung sai và sửa đổi biên dạng phải được thắt chặt, hoặc tỷ số phải thay đổi.
2. Phổ tải có bị chi phối bởi một mô-men xoắn duy nhất hay thay đổi rộng? Vồng và giảm được tối ưu hóa cho một dải tải, không phải một điểm duy nhất.
3. Cấp dung sai nào có thể đạt được trong sản xuất, không chỉ trong nguyên mẫu? Một DIN 4–5 ổn định trong sản xuất hàng loạt với sườn mài đạt DIN 4-5 khi cần là một mục tiêu thực tế cho các quy trình được kiểm soát tốt.
4. Bánh răng sẽ được định vị như thế nào? Khớp lỗ, khớp then hoa, then, hoặc trục tích hợp. Mỗi loại có ảnh hưởng khác nhau đến căn chỉnh hướng xoắn.
5. Cần tài liệu gì? Chứng nhận vật liệu, báo cáo xử lý nhiệt với độ cứng và độ sâu lớp thấm, báo cáo kích thước và báo cáo độ chính xác bánh răng là các sản phẩm tiêu chuẩn cho khách hàng hộp số.

Đối với các dạng răng không tiêu chuẩn, biên dạng sửa đổi, hoặc chi tiết bánh răng-trục tích hợp, lộ trình sản xuất bánh răng tùy chỉnh cho phép hình học răng được điều chỉnh theo mục tiêu tiếng ồn và tải cụ thể thay vì chọn từ danh mục. Các lĩnh vực ứng dụng như xe điện và ô tô hệ truyền động, robot và hộp số công nghiệp mỗi loại có ưu tiên khác nhau — một khớp robot quan tâm đến chuyển động mất mát và độ lặp lại, một hộp giảm tốc quan tâm đến hiệu suất và tiếng ồn.

Tóm tắt

Tiếng ồn bánh răng trong hộp số xe điện là một vấn đề sai số truyền động được biểu thị trong miền tần số. Các biến có thể kiểm soát là vi hình học sườn răng, biến dạng xử lý nhiệt, căn chỉnh trục và vỏ, và tải trước lắp ráp. Mài với sửa đổi biên dạng và hướng xoắn có chủ đích, kết hợp với sửa sau xử lý nhiệt và kiểm tra kỷ luật, là con đường thực tế đến một ăn khớp êm. Vì mục tiêu âm học được thiết lập bởi toàn bộ hệ thống, các cuộc trò chuyện hiệu quả nhất diễn ra sớm — giữa nhà thiết kế hộp số, nhà sản xuất bánh răng và đội kiểm tra — trước khi răng đầu tiên được cắt.

Duyệt dải sản phẩm cho các linh kiện truyền động tiêu chuẩn và không tiêu chuẩn, hoặc xem lại thư viện kỹ thuật cho các ghi chú quy trình liên quan. Để thảo luận về một ứng dụng bánh răng hoặc trục cụ thể, liên hệ đội kỹ thuật với trường hợp tải, tỷ số và mục tiêu âm học của bạn.