Pemeriksaan Gear dan Kawalan Kualiti: Kaedah Ujian NVH Gear

Dalam bidang pengangkutan rel moden, penerbangan, dan kelengkapan mekanikal premium, penghantaran gear tidak sahaja memerlukan kecekapan dan kebolehpercayaan yang tinggi tetapi juga prestasi NVH (Noise, Vibration, Harshness) yang cemerlang. Tahap NVH secara langsung mempengaruhi pengalaman pengguna dan jangka hayat peralatan, serta turut memberi kesan besar kepada kos penyelenggaraan dan imej jenama. Artikel ini akan memperkenalkan secara sistematik kaedah ujian, faktor yang mempengaruhi, dan strategi pengoptimuman NVH gear.

1. Kepentingan NVH dalam Kotak Gear

Semasa transmisi gear, sebarang ralat geometri kecil, penyimpangan pemasangan, atau kecacatan bahan boleh ditukarkan kepada sumber getaran dan bunyi bising semasa penggigian. Bagi kotak gear kereta api, bunyi bising yang tinggi tidak sahaja menjejaskan keselesaan penumpang tetapi juga memburukkan lagi kerosakan keletihan pada komponen seperti bantalan dan gear, seterusnya memendekkan jangka hayat keseluruhan jentera. Tanpa mengubah bahan dan skema transmisi, melalui ujian dan pengoptimuman NVH yang saintifik, kita boleh mencapai faedah berganda iaitu pengurangan bunyi bising dan peningkatan jangka hayat.

Getaran dan bunyi yang dihasilkan dalam kotak gear disalurkan ke bahagian kenderaan yang lain melalui tindak balas rumah. Sumber gangguan utama adalah ralat transmisi, manakala laluan transmisi merangkumi gear-shaft-bearing-rumah dan gear-udara-rumah.

2. Sumber Utama Bunyi Gear

Ralat Profil dan Heliks: Penggigian tidak sekata yang disebabkan oleh ralat ini membawa kepada hentakan penggigian, seterusnya meningkatkan puncak bunyi bising.

Kekasar Permukaan Gear Berlebihan: Ia secara langsung mempengaruhi keadaan sentuhan penggigian dan menghasilkan bunyi bising berfrekuensi tinggi.

Kesipian Pemasangan dan Jangkauan Jejarian: Ini menyebabkan daya tidak sekata pada titik penggigian, seterusnya menghasilkan bunyi bising berkala.

Tindihan Frekuensi Resonan: Apabila frekuensi penggigian gear hampir sama dengan frekuensi resonan kotak gear, aci atau struktur luaran, bunyi bising akan digandakan secara ketara.

3. Kaedah Ujian Kebisingan Gear

3.1 Pengukuran Akustik

Gunakan mikrofon medan bebas untuk mengukur tahap tekanan bunyi (dB) kotak gear semasa operasi.

Analisis keamatan bunyi boleh mengenal pasti sumber utama kebisingan.

Ujian perlu dijalankan di dalam bilik serap suara atau persekitaran separuh serap suara bagi mengelak gangguan daripada kebisingan persekitaran.

Sebagai contoh, dalam ujian akustik kereta api, tatasusunan mikrofon digunakan untuk mengesan sumber kebisingan pada komponen seperti badan kereta api, struktur bogie dan unsur roda. Kawasan akustik merangkumi kotak gear, penutup bogie, dan sebagainya.

3.2 Analisis Getaran

Gunakan penggalak tiga paksi untuk merekod isyarat getaran dalam pelbagai arah pada kotak gear.

Melalui analisis FFT (Fast Fourier Transform), tukarkan isyarat getaran kepada imej spektrum untuk menentukan kehadiran komponen frekuensi yang tidak normal.

Ia boleh digabungkan dengan analisis turutan untuk membezakan frekuensi kemasan gear daripada getaran komponen mekanikal lain.

Spektrum frekuensi boleh menunjukkan amplitud yang sepadan dengan frekuensi berbeza, seperti 1x Gear, 1x Pinion, 1xGMF (Gear Meshing Frequency), 2xGMF, 3xGMF, dan sebagainya. Bagi gear spur, getaran jejarian adalah lebih ketara, manakala untuk gear heliks, getaran paksi lebih jelas.

3.3 Ujian Kekasar Permukaan

Gunakan meter kekasaran permukaan (seperti Taylor Hobson Talysurf) untuk mengukur parameter seperti Ra dan Rz pada permukaan gigi gear.

Kekasaran permukaan yang berlebihan tidak sahaja meningkatkan geseran, tetapi juga memperkuatkan kebisingan kemasan gear.

Bagi gear kelajuan tinggi, adalah disyorkan supaya Ra ≤ 0.4 μm untuk mengurangkan komponen bunyi bising frekuensi tinggi.

4. Strategi Pengoptimuman NVH

4.1 Pengoptimuman Pengubahsuaian Permukaan Gigi

Pelegaan Hujung dan Akar: Meredakan hentakan apabila akar gigi berkaitan.

Pembuatan melengkung: Mengurangkan kepekatan beban sepanjang arah gigi. Dengan mengoptimumkan pengubahsuaian, daya hentakan penjajaran boleh berkesan dikurangkan, menekan bunyi bising dari sumber.

Terdapat pelbagai kaedah pengubahsuaian, seperti gear heliks berkembar dengan profil parabola berbeza (parabola sekunder, quartik, dan seksitik), gear berkemuncak dengan ciri-ciri seperti pengurangan tekanan dasar dan kelegaan hujung, dll. Kaedah pengubahsuaian yang berbeza menghasilkan laluan sentuhan yang berbeza semasa penjajaran.

4.2 Peningkatan Kekasar Permukaan

Menggunakan teknologi penggilapan presisi, pengasah, atau penggilapan dan penggelekkan untuk mengurangkan kekasar permukaan.

Melalui pengukuhan berguling, bukan sahaja nilai Ra boleh dikurangkan, malah kualiti lapisan pengerasan permukaan gigi juga boleh dipertingkatkan.

Mengasah adalah satu proses yang berkesan. Paksi alat mengasah ditetapkan dengan sesuai, dan alat mengasah (gear dalam yang diperbuat daripada seramik abrasif seperti alumina dengan sudut heliks tertentu yang telah dimesin dengan tepat) memproses gear kerja. Semasa operasi, arah pemprosesan (sentuhan) pada permukaan gigi gear hampir sama dengan arah semasa penggigian sebenar gear.

4.3 Keseimbangan Dinamik dan Ketepatan Pemasangan

Jalankan ujian keseimbangan dinamik pada gear dan aci untuk mengurangkan sumber getaran.

Kawal anjakan jejarian (Fr) dan anjakan paksi (Fa) semasa pemasangan untuk mengelakkan beban tidak sekata.

5. Piawaian dan Keperluan Ujian

Piawaian antarabangsa dan industri mempunyai keperluan yang jelas terhadap prestasi NVH gear:

ISO 1328: Menentukan gred ketepatan gear dan julat ralat.

ISO 8579: Berkaitan dengan pengukuran bunyi transmisi gear.

ISO 10816: Merangkumi piawaian pemantauan dan penilaian getaran.

Dengan mengintegrasikan ujian NVH ke dalam kawalan kualiti keseluruhan proses pengeluaran, kedamaian dan kestabilan sistem transmisi dapat dijamin sebelum produk keluar dari kilang.

Ujian NVH gear bukan sahaja sebahagian daripada pemeriksaan kilang tetapi juga perlu merangkumi keseluruhan proses reka bentuk gear, pemprosesan, dan pemasangan. Melalui pengukuran akustik berstruktur, analisis getaran, dan pengukuran kekasaran permukaan, dikombinasikan dengan pengoptimuman pengubahsuaian dan teknologi pemprosesan presisi, kedamaian operasi serta jangka hayat kotak gear dapat ditingkatkan secara ketara tanpa peningkatan kos. Ini bukan sahaja menunjukkan daya saing produk, tetapi juga merupakan satu kecenderungan yang tidak dapat dielakkan dalam pembangunan berkualiti tinggi dalam pembuatan mesin moden.