Transcript Ljud & Vibrationer

mot buller
inom cellulosa- och
pappers i ndustri n
!l:r
15
BULLER FRÄN KUGGVÄXLAR
I detta meddelande r edovisas en sammanställning a v de fakterer
som inverkar pA buller fr ån kuggväxlar för transmissioner.
Sammanställningen har på uppdrag av arbetsgruppen gjorts av
Ingemanssons Ingenj örsbyrA AB , GöteborG, i samrå.d med ASE:'.,
av0elningen för mekaniska produkter , Hälsingberg.
Rapporten (H-1772-P), som främst bygger p~ litteraturstudier,
ge r ocksA fHrklarin~ar till varför störande buller uppst Ar
viG kuggväxlar samt förslag till åtgä rd er .
Stockholm, januari 1970.
Adr,
Arbetarskyddsnämndens kansF
Sveavögen 63
11359 STOCKHOLM
08/ 3495 BO
Ingemanssons Ingenjörsbyrå AB
Konsulter i akustik
Box S3 037 • 400 14 Göteborg S3
Telefon vx. 031/810960
Vasagatan 42 . Västgölagatan 5 . Våstgötagatan 11
Rapport H-1772-P
"Arbetsgruppen mot buller inom
cellulosa- och pappersindustrin".
Kuggväxelbuller. Faktorer som inverkar på bullernivån. Förslag till
bullerdämpande åtgärder.
Handlägges av
civilingenjör Per-Äke Berg
Göteborg den 3 oktober 1969
INGEMANSSONS INGENJöRSBYRÄ AB
Stig Ingemansson
~
J/t~~~,("
YHans Elvhammar
2
Kuggväxelbuller
Faktorer som inverkar på bullernivån. Förslag till bullerdämpande yt t re åtgärder.
Uppdragsgivare :
Arbetsgruppen mot buller inom cellulosa- och pappersindustrin
genom direktör Ni l s Lundgren, Klippanbruken AB, Stockholm.
Uppgift:
Att sammanställa och förklara de faktorer som inverkar på
buller
från transmissionsväxlar.
Underlag:
l. Litteraturstudier, huvudsakligen rörande bilväxellådor,
enligt förteckning.
2. Diskussioner med representanter för
ASEA, Hälsingborg.
Sammandrag:
Sedan växlar med härdade och slipade stålkugghjul börjat tillverkas kan mycket stora kuggkrafter per ytenhet överföras med
växel transmissioner. Detta medför att risken för kraftigt buller
är mycket sto r. Bullerrisken är' större för växlar som ligger
i tillverkningstoleransklasser av lägre kvalitet än högre. Bullret
från lika växeltyper i samma klass kan utfalla med en variation av
!
5 dB beroende på avvikelser i mikro- och makrotoleranser.
Ljudalstringen i kuggingreppet orsakas till stor del av avvikelser
i kuggingreppsprecisionen p.g.a. utböjning av hårt belastade
kuggar. Utböjningen medför att icke belastade kuggar som skall
träda i ingrepp erhåller ett kraftigt slag i sambimd med ingrepj:ets början. Genom s.k. toppavlättning kan bullret påverkas.
Bullret från
växlar beror dels av pålagt moment dels av på-
lagt varvtal. Vid högre värden på moment och framförallt varvtal
erhålles kraftigare buller.
3
Jämföres lika växlar (med samma moment och varvtal) men med rakkugg resp. med snedkugg, erhålles i det senare fallet en avsevärt
tystare växel. Skillnader på upp till 25 dB kan erhållas.
Bullret från växlar kan bekämpas efter i princip tre olika
huvudprinciper, nämligen att:
a)
Påverka ljuda1stringen i kuggingreppet.
b)
Genom stomljudsisolering och luftljudsisolering förhindra
vid kuggingreppet alstrat buller att utbreda sig till
omgivningen.
c)
Vid montage av nuvarande växelkonstruktioner dämpa
bullret med vibrationsis61ering mot underlaget och
förse växeln med en ljudisolering, t.ex. en kåpa.
I ritning nr H-1772-Pl sid. 9 beskrives ljudtransmissionsvägarna
i växlar och i ritning nr H-1772-P3 sid. 12
visa~
en samman-
ställning över samtliga principer för bullerdämpande åtgärder.
Utförda litteraturstudier beträffande hul l er från växlar visar
att främst ljuda1stringen, behandlats tämligen ingående och
att stor möda nedlagts för att lösa bullerproblemet vid serietillverkade bilväxellådor. Vid större växlar för industri och
fartyg begränsas bullret från dessa till en hittills accepterad
bullernivå genom att växlarna
till~erkas
med en viss precision,
bestämd av växel typen , storleken och kuggpåkänningen enligt
normerade toleransklasser.
Ibland inträffar det att bullret från industriväxlar och fartygsväxlar extremt överstiger den normalt accepterade bullernivån.
Detta har då uppfattats så att växeln icke uppfyller precisionskraven. Genom akustisk kartläggning konstateras bristerna
och i efterhand justeras växeln mekaniskt, så att ljuda1stringen
och ljudutstrålningen minskar.
4
Industriväxlar och fartygsväxlar ger ofta från hörselskaderisksynpunkt oacceptabla bullernivåer, men har trots detta
godtagits av köparna. Orsaken till detta torde vara att man
av ekonomiska skäl valt växlar av enklast tänkbara funktionella
utförande.
Det torde dock icke vara orimligt att efter utförligare
studier av den primära ljudalstringsmekaniken och metoderna
för bullerdämpning tillverka tystare från prissynpunkt konkurrenskraftiga industriväxlar. En prishöjning hos en tystare
växel kan också accepteras genom att yttre bullerdämpande
åtgärder bortfaller.
5
INNEHALL
Sid
A
Allmänt
6
B
Ljudtransmissionsvägar
10
c
Konstruktions- och tillverkningsfaktorers inverkan
på bullera1stringen i kuggingreppet
13
D
E
F
G
H
~
l.
Dynamiska påkänningar
ingreppet
2.
Kugghållfasthet
14
3.
Toppavlättning
15
4.
Snedkugg
5.
Tillverkningstoleranser
15
16
6.
Exempel på inverkan av mikro- och makrotoleren20
ser
7.
Materialval
13
2l
Bullerdämpande åtgärder hos drev och hjul utanför kuggingreppet
23
L
Kuggdrev
23
2.
Dämpåtgärder för kugghjul
24
Bullerdämpande åtgärder hos växelhus och lagringar
25
l.
Allmänt
2.
Metoder för stomljudsisolering mellan axlar och
växelhus
26
3.
Luftljudsisoleringen hos växelhuset
25
28
Montage av växlar . Synpunkter på bullerdämpande åtgärder
34
L
Stomljudsisolering till omgivningen
34
2.
Luftljudsisolering
36
Förslag till utvecklingsprogram för bullerdämpning
av växlar
37
L
Kuggingreppet
37
2.
Drev och hjul
37
3.
Växeljus och lager
37
4.
Montage
37
5.
Ljuddata
37
Litteratur
38
6
Kuggväxelbuller. Faktorer som inverkar på buller
Förslag till bulllerdämpande åtgärder
A. Allmänt
Bullret vid kuggväxlar orsakas av:
l . Den relativa glidningen mellan drev och hj ul under ingr·eppet.
2. Avvikelser från geometriskt riktiga data p.g.a. bristande
noggrannhet i tillverkningen.
3. Deformationer och dynamiska belastningar av kuggarna, speciellt
vid ingreppets början.
Kuggväxelbuller är mycket obehagligt
genom att det innehåller
smalbandskomponenter d.v.s. rena toner. Frekvensen hos dessa
överensstämmer med kuggfrekvensen
f
=
zl'
f Dl
= z2 . f D2
och multiplar av denna.
z
=
antal kuggar
fD
=
drevets eller hjulets varvtal per sek
index l anger drevet och index 2 anger hjulet.
Även frekvenser från delningsväxlar i fräsmaskinen kan framträda,
s.k. ondulationsfrekvens.
I figur l nedan visas en bullermätning aven kuggväxel med
oktavbandsanalys och i figur 2 visas en bullermätning av samma
kuggväxel med smalbandsanalys.
Figur l. Buller från vakuumpumpar med växel. Oktavbandsanalys.
7.
8ULLER FRÅN
"
liAKUUf1PUI1PAR MED "AXEL-.
"
\1 i.
"
,
.,
,
.... ...J
,
,~
63
.
630
Figur 2. Buller från vakuumpumpar med växel. Sma lbandsanal ys
Det u tst rå lade bullret från växlarna påverkas kraftigt av varvtalet
eller periferihastig heten.
Figur 3 visar samband mellan den relativa ljudtrycksnivån och
varvtalet för en växel.
de.(,,)
~p+20r----r----r---~~---.
Lp+ \5
r---t----t-.~e~~---i
~p+\O
Lp + 5 I---+------ic-----+--------i
500
1000
2000
SOOO
"~,,/min
Figur 3 . Ljud n ivån som fu nktio n av varvtalet.
8
Även det pålagda vridmomentets storlek påverkar ljudtrycksnivån
från en växel. Tendensen är att bullret ökar kraftigt vid
ändring av belastningen från tomgång till ca 25% belastning.
Vid ytterligare belastnings ökning hos växeln erhålles däremot
en obetydlig ändring av ljudtrycksnivån. Två exempel på hur
ljudtrycksnivån beror av belastningen visas, figur 4a avser
förhå l l and en vid en fartygsväxe l
ref.
[7J,
och fig. 4 b avser
förhål landen vid serietillverkade bilväxellådor ref.
dB(,..)
dB (Jo.)
Lpl+ 2.0,---.,.---,----.-----,
Lp2.+'lO
~
Lpl+IO
Lpl
~J.
/
,.~
/
Lp'l+IO
V
Lp2.
50
O
100
o
BELJo.STNIN6 '/.
F1S. ~a. .
Figur 4
~
so
100
&L~5TNING '/.
F16 . Lt b .
Exempel på ljudnivån Crel.) som funktion av nominellt momen t.
"
4a
f artygs v äxel 6000 hk, 125 varv/minut
"
4b:i\SS:
serieti ll verkade bilväxellådor
r -_ _~_ _---._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _---._ _ _ _ _ ~9~...
H- 177 2-P l
INGEMANSSONS
Lju4t~ans m ission s vagar ~
kUHgväxel
IN GENJÖRSBYRÅ AB
5 . 5 . 69
PAilIJOS
GÖTEBORG
@--;;j,l..--.-@
®
A-A
l.
Dynamisk påkänning ger svängningar i kuggbanan.
2•
Stom ljud i drevets och hjulets nav.
3•
Stomljud
4.
ax lar.
Luftljud utstrålas från kuggdrev och kuggh jul vilket påverkar
l
växelhuset .
s.
Stomljud överföres via lagren till växelhuset.
6.
Stomljud kan överföras via kopplingar till andra axlar.
7.
Stomljudet, som alstras i lagren öv er föres till växelhuset .
8.
Växelhusets vibrationer 4, 5 och 7 utstrålas som luftljud.
9.
Vibrationer överföres via växelhusets fötter till funda-
mentet.
lO. Fundament, maskinbädd, bjälklag utstrålar öve rfört stomljud
som luftljud.
Anm. Betr. bullerreduc erande åtgärder. se ritning nr. H-1772-P3.
10.
B. Ljudtransmissionsvägar.
I ritning nr. H-1772-P-l visas schematiskt transmissionsvägarna
för stomljudet från kugg ingreppet samt utstrålat luftljud från
en växeltransmiss ion· med växelhus .
Den dynamiska påkänningen ·i kuggingreppet bygger upp vibrationer i kuggbanan
~
vilka överföres som stomljud till drevets
och hjulets nav och axlar
~
(2) .
Från navet och axlarna erhålles luftljud till växe lhuset
~
.
Vibr atione rna i axlarna överföres de l vis via lagren till växelhuset ~ och delvis till axelkopplingarna och kan där påverka
tillkopplade maskiner
~.
Växelhuset påverkas dels av luftljud inifrån
tioner via lagren
rullningslager
~ dels av vibra-
~ dels av i lagren alstrade vibrationer t.ex.
(2) .
Den så uppbyggda vibrationsnivån i växel-
huset ger dels luftljudsutstrålning till omgivningen
~ dels
vibrationer till växelhusets fötter ~ . Från fötterna överföres vibrationerna till fundamentet
~ och vidare till under -
laget och kan ge upphov till störande stomljudsutstrålning.
11.
INGEMANSSONS
INGENJÖRSBYRÅ AB
H-1772-P2
Kuggingreppets geometri för två
5 .5 .69
cylindriska kugghjul .
pAs
GÖTEBORG
\
\,
\
J:ljul
\\
Drev
'.
\
,,
Figuren från Asea, ridlsingDorg.
12.
INGEMANSSONS
INGENJÖRSBYRÅ AB
H-1772-P3
Alternativa förslag till bullerreducerade åtgärder hos kuggväxlar.
GÖTEBORG
@~~l__
.-@
®
Bet. i fig.
Alt. förslag till bullerreducerin .
Behandlas i kap.
Kuggutformning och tillverkningsnoggrannhet.
l
C2-C4 sid . 14-20
Val av lager
5
El
2
Dl, D2 sid23-24
5
El
sid.
25
5
E2
sid.
26
4
E3
sid.
28
4. Vid montage av nuvarande växlar.
Vibrationsisolera mot bjälk9
laget.
Fl
sid.
35
F2
sid.
36
L
2 . Förhindra stomljudsutbredningen hos drev och hjul
Val av lager
3. Stomljudsisolera vid lagringar.
Ljudisolera växelhus
Luftljudsisolera kåpan.
I
Anm. Jämför ritning nr. H-1772-Pl.
8
sid.
25
13.
c.
Konstruktions- och tillverkningsfaktorers inverkan på buller-
a1stringen i kuggingreppet.
I ritning nr. H-1772-P-2 visas ett typiskt kuggingrepp för två
cylindriska kugghjul med rak evolventkugg.
Ingreppslinjen
~
i ritningen anger kontaktpunktens läge för
ett kuggpar under ingreppet.
g!~-~Y~~~!§~~_P~~~~~!~g~~_!_!~g~§pp§!_i~~~~~gg2
Växeln kan genom val av modul Ckuggstorlek) konstrueras så att
ett eller flera kuggpar ligger i ingrepp samtidigt. Detta anges
genom ingreppstalet [.
Studerar man kuggingreppet i tiden vid ett ingreppstal av t.ex.
E
= 1,75
innebär detta att en viss del av tiden
befinner sig
2 kuggar samtidigt i ingrepp medan återstående del av tiden
endast l kugg befinner sig i ingrepp.
Då kuggflankerna löper genom ingreppet - i regel på en bråkdel
aven sekund - tillkommer dynamiska faktorer. Kuggarna hinner
inte omlagra sin belastning enligt statiska fjädl'ingsb.eräkningar.
Låt oss studera kuggkrafterna under ingreppssträckan A-B.
Se figur 5.
:\
i : l.
.'
/
I·
I
i
I
l
.rvr\/ ,I.I
iJ
A
•
\V.
I
I
I
A
l
l
I
I
I
\
'-J'.
\
\
\
If
\
I
I
I
F.
\
I
\
\
I
'l \
i
I
I
~\ \
I
\';
I
I
c
C'
I
D
./1. '-
r
\.>.'
B
Figur 5. Kuggkraft, som funktion av tiden för ett kuggpar
ingrepp hos en cylindrisk växel med rakkugg.
l
14.
I ett ideellt fall skulle en "statisk" belastningsbild få
utseendet enligt den heldragna linjen i figur 5.
Eftersom AB genomlöpes på kort tid och då fel av olika slag kan
förekomma hinner inte denna ideella belastningsbild fullt utbildas utan man kan tänka sig en fördelning rnligt den streckade lin jen .
Vid mycket låga hastigheter kan dessa ideella fördelningar uppträda i verkligheten. Vid högre hastigheter inverkar fjädring,
deln ingsfel och ytojämnheter på kugghjulen, så att en "verklig "
belastningsbild en l igt den punktstreckade kurvan uppkommer, d.v . s.
ett svängningsförlopp, med en stöt vid ingreppsstarten i A.
Denna stöt betyd er mycket för det i kuggarna alstrade ljudet.
Stöten är mycket kraftig och exciterar egensvängningarna i hjulet.
~~ ~_ ~~ggb~!!!~§!b~!
Kuggarnas fjädring och hå llfasthe t bes tämmes av kugge ns form och
bredd d.v .s. vilken del av kuggevolventen som utnyttjas respektive
vilket böjmotstånd man har
~
kuggroten. Se figur 6.
2 =
/4
x=+O.3
k
Figur 5.
=
x=+O.b
?ro/;lfo'r~9'uln""'9s/cr,cIc:,,-
Exempel på kugg form med olika böjmotstånd
Strävan efter hög hållfasthet och lågt ljud g~r motsatta krav på
utformningen. En stark kugg blir styvare och får ett sämre
ingreppstal. Båda dessa faktorer bidrar till en försämrad
ljudnivå .
15.
Väsentligt för god funktion hos en kuggväxel är överensstämmelse
i ingreppsdelningen för drev och hjul samt dess regelbundenhet.
Genom belastningen och kuggutböjningen åstadkommes
variationer i denna delning. Topp- resp. fotavlättning tillgripes
för att eliminera eller minska dessa variationer. I figur 7
visas principen för toppavlätt ning samt dess inverkan på ljud-
n ivån.
dB (A)
Lp
Lp+Z
Lp+4
•
TOP?/lI.YU-TTNING
Lp+'Lp+8
O
\0
~O
~)-'m
TOPP......VLJlI.TTNING
20
Figur 7. Inverkan av toppavlättning.
Att åstadkomma en mot buller gynnsam toppavlättning kräver mera
ingående detaljanalyser och prov .
Teorierna för toppavlättning har tillämpats för mindre växlar
t.ex. i bilar. ASEA:s kuggfräsar har toppavlättning inbyggd i
verktygsprofilen .
Toppavlättning är sannolikt en av de viktigaste metoderna att
minska exciteringen av svängningar hos kuggbanan för att primärt
erhålla tystare växeltransmissioner.
g~.:._~!!§9ls~gg
Genom att använda snedkugg i stället för rakkugg erhåller man
alltid en ]amnare och mera succesiv belastning av kuggarna varv id även vibrationsnivån sjunker. Snedskurna kugghjul fungerar
populärt uttryckt som flera parallella vinkelförskjutna kugghjul alla med olika stadier av ingrepp på ingreppssträckan.
16.
I figur 8 neda n visas h ur sneds t ä ll ning av k u ggarn a inve r kar
på den a l stra de b ullernivån .
- - 900
"'min
---- 1450 v/min
- - 2000 v/min
Lp+25
Fig u r 8 .
Lp+2.0
~
Lp+15
1\
I n verkan av kuggarnas
snedställn i ng
b-S( mm
m- 3,
'~
\
Lp+IO
\
\
\
\
\
~- \
0:\
Lp+ 5
Lp
\
os
~ f::-~a1:.::,.....
ESp3
o~'----~~I·---'io-·---'~-·~---~~IO~·~~O
O
1
5
l
!S
"
SNE.t)ST""LLl'IING
~ - ~ ~-~~~~~~~ ~~ ~~g~ ! ~!~~~~ ~~~ ~
I nternationella rekommen dat ioner fö r t oleransklas s er för k uggv ä x l ar finn e s. Dessa innefattar såv ä l mikro - som makrotoleran s e r .
~~~~~!~ ~~~~ ~~~~ _ ~~~~E~ ~~
a) Ytfinhet hos kon t aktytor.
b ) Avvik e ls e r
i kuggformen.
~~~~~!~ ~~~~ ~~~~_~~~~E~~~
a) Ax el para l l e llitet.
Kr av p å par allel l i t e t
~
två dime nsioner .
b ) Skevhet ho s v äxe lh jul .
e) Or u nd het g enom kuggban ornas e xen tricitet.
17.
För vidare uppgift om krav hänvisas till:
SMS
1875 (Remiss)
AGMA
39 O. 02
DIN
3960, 3961, 3962, 3963, 3964, 3967
ISO
DRAFT ISO RECOMMENDATION No. 1328
as
436 samt 18 0 7 för turbinväxlar.
Tolv internationella klasser enligt ISO fin n s varvid siffran l
anger högsta kravet. Klass l kan icke uppnås med dagens bästa
verktygsmaskiner.
Tabellen i figur 9 visar hur toleransklasserna indelats efter
användningsområde. Av tabellen sid. 18 framgår det att växlar
för trä- och massaindustrin faller inom toleransklasserna 8 - 12.
För personbilar, vilka för övrigt måste anses vara
tysta ligger
toleransklassen vanligen vid 5 - 9 och i extrema fall vid 3 - 9.
Valet av klass påverkas också av periferihastigheten hos växeln.
Detta framgår av diagrammet i figur 10.
Pariferi
haslighet
mI.
2
3
5
6
7
8
9
10
Figur 10. Klassindelning efter periferihastighet
(kä l la SMS 1875, remiss 859, utgåva l).
Il
12
lass
18.
Tolerensklassindeln i ng efter använ d ningsområ de
lnväodningsomr~de
Kla.ss
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Hallterhjul
--... -- .--
Turbiner
Hätinstru~ent
Pers oobilar
r--- --
Vcrktyescaskincr
1--- ~--
Flygplan
ri.rulekan iaka produkter
Fartys
Bussar och lastbilar
I
PW'lpar
Lokomotiv och övriga
rälsbundoa fordon
Tryckericaskiner
PappersJ:laskiner
GuoDiindustrimaakiner
Valsverk
Mas kiner för
ke~i.9k
industri
Traktorer och dylika
arbet.smaskiner
Ångca~kiner
Textileaskiner
,
Lyft- och transportdon
KontorsDaskiner
ÖVriea
lantbruk~maskiner
Kvarnar
Cementindustricaskiner
Maskiner för trä- och
:;a:>saincu!ltri
i
- - - - Normal t förekorrunande
klasser.
-------Klasscr som endast anvands i spec iella fall.
Figur 9 .
Tolerenskl a sser enl i gt SMS 1875
SMS 859 utgiven l.
19.
Varje klass kräver Sln tillverkn i ngsmetod för att precisionskravet
skall innehål l as. I figur 11 framgår vil ka krav på verktygsutrustning som ställes. Verktygsutrustningens omfattning, kvalitet, kontroll och underhåll inverkar starkt på kuggväxelns tillverkningskostnad.
frästa samt med akärhjul
eller kamstål hyvlade hjul
luass, I
1
~
J
I
4
5
6
I
7
I
8
speciell
-utrustning
skavda
slipade
9
I
10
I
11
J
12
frästa, med skärhjul
eller kaestdl hyvlade och zedan härdade hjul. (Obs utan_
e!terbearbetn ll1g.)
Figur 11. Klassindelning efter tillverkn i ngsmetod
(källa SMS 1875, remiss 859, utgåva l).
Svensk mekanisk standard prefererar vissa klasser, som om möjligt bör tillämpas vid fabrikation.
Klass 6: Kuggväxlar med mycket hög precision.
Växlar med s t ora krav på tyst gång, i regel slipade eller
skavda kuggar, men även finfrästa kuggar i h j ulet. Periferihastigheter i regel högre än 15 m/s.
Klass 8: Precisionskuggväxlar.
Växlar med normala krav på tyst gång, kuggarna i regel finfrästa
eller finhyvlade, periferihastigh eter ca 4 - 1 5 m/s.
Klass 11: Kuggväxlar med lägre noggrannhetskrav.
Stora kugghju l med periferihastigheter i regel mindre än 4 m/s,
kuggarna frästa eller hyvlade.
2 O•
e6.
Exem2el 2å inverkan av mikro- och makrotole r anser
-------- --- ---------------------------------------Nedan visas ( ref. l) några diagram som påvisar inverkan
av mikrotoleranser på den alstrande relativa ljudutstrålningen
från en serie växellådor för bilar.
!~~~~~~~_~~_~~!~~~g~= _ ~~~_~~gg~~~!~!~!_E~_!1~~~~~~~~
I figur 12 visas inverkan av kuggavvikelse vid olika DIN-kvalitet.
Beteckningarna ff härrör från profilavvikelse och
F.",
f."
framkommer vid tvåflanksavrullning (totalt resp. per
l
l
delning) och innefattar ett flertal avvikelser såsom profilform- ,
ingreppsdelningavvikelse, excentricitet m.fl.
dB (I\)
Lp +10
dB( t>.)
Lr+~~,---r---r--.---.---.--,
Lp +8
Lp +"
Lp +4
Lp+4
Lp +'2
Lp
~
567
4
8
KUGG KVA.L.I "T ET
KUG.GAVVIKEL.5E
Figur 12. Inverkan av kuggavvike l ser och kuggkvalitet.
!~~~~~~~-~~-~~~~~g~
Det statistiska utfallsområdet för bul l er hos ett visst kugghjulsslag kan snävas in genom efterföljande honing.
Se figur 13.
UTFALL~oMRÅ.Oe
FÖR '30 % Av HJULEN
+4d B
-+ 'Z. dB
o
FÖRE \-\C1"\',"," EF'lER ,",eN'NG
"!: 4 dB
± '2 dB
O
- 'Z dB
-ltd B
IHSH:<'VHIHG c.EI'IOM
IN\lE~KAI'I
Figur 13. Inverkan av honing.
A.V
HeNING
21.
~~~ ~~ ~~~_~~ _~~ ~ E~~!~ ~ ~
I figur 14 visas olika slipmetoders inverkan på buller nivån
samt d e n relativa bea r b etnings.Kos.tnaden .
dB (A)
KOSTN~C
Lp+8
looi.
'" M/\./\.6 15·
B MINERV;"
C REI5HIWER
Lp+ "
Lp+~
~(J '
zol
Lp+Z
A
Lp
B
C
~
B
el
OLIK/\. SLIPMETOtlER
Figur 14 .
Inverkan av olika slipmetoder på ljudnivån
ASEA till ämpar de enligt 8MS- s tandar d rekommenderad e 3 klas s erna
fö r sin väx eltillver kning . Dessa ä r
6 , 8 och Il . Ska ll växel-
klasser med högre k r av väl jas erfordras oftast en h el t annan
k valit e t
hos verktyg smask in erna, kr a v på kon stant
t emperatur
i skärning s lokaler na samt e n mera omfat tande kontro l l .
Va let av toleransk l ass för e n kuggväxel inverkar mycke t p å
för sälj nin g spr i set, genom b l.a. följ ande fa k t orer.
a) Mera komp li cerade verktygsmaskiner , verktyg och lokaler.
b) Fler a ko n t rol l å t gärd e r .
c ) Ri sk för s t örre kassation.
d ) Flera arbetsop e rationer .
Mater ia lva l et t ill kugg h j u l kan också i nverka på det als t rade
lj ud e t.
Ge nom at t utnyttja plastmaterial kan väsentl i gt lägre b ul l er n i våer erhå l las.
22.
Plastmaterial
------------ -
Med plastmaterial kan man inte ta
upp lika stora yttryck och
kuggkraft er som med s t ålhjul.
Detta i nnebär i och för sig att man erhåller lägre intens i tet
hos v i brat i onsn i våer i kugghjulen.
Den största förde l en med plasten är den låga E-modulen och
plastens inre dämpn i ng vilken snabbt utsläcker svängningar
i kugghjulen och minskar vibrationsnivån.
Kugghjul av plast har Sln största användning vid maskiner där
man med krav på exakt "timi ng" mellan axlar ej kan använda t.ex.
kilrep.
I sådana transmissioner har man ofta låg påkänning och glapp
mel l an hjulen vid belastningsändringar och i tomgång. Om man
väljer plas thju l till sådana transmi ssioner erhåller man mycket
tyst gång.
f~~~E~~_E~_~~~~~~~~~g~~~~~~~~~
Kamaxeldrev i bilar .
Transmissionshj u l i pappersmaskiner.
Kugghjul i borrmaskiner.
Kuggh j ul i räknemaskiner, skrivmaskiner, instrument m.m.
~~E_~~_E~~~!~~!~~~~~~
Kanvasisolit.
Nylon.
Teflon.
Ultramid m.fl.
23.
D. Bullerdämpande åtgärder hos d rev och hjul utanför kuggingreppet.
Nedan visas tänkbara möjligheter för dämpning av kuggljud alstrat
utanför kuggingreppet. De flesta förslagen nedan är möj-
liga att utföra endast då en större omkonstruktion aven växel
skall göras. I ritning nr. H-1772-P3 s.8 sammanfattas de åtgärder
som visas nedan.
!!~!._!5~gg9r~y
Stomljuds transmi ssionen från kuggbanan t ill dreve ts axel kan
spärras t.ex. genom att utföra en fri yttre kuggbana som vulkas
fast medelst gummi eller k lis tras medelst plast till axeln.
Flera exempel på sådant utförande f innes.
Se figur 15 nedan .
- - - - /A
E
)
Fig. 15. Stomljudsdämpning av kugg drev.
A.
Kuggbana
B.
Nav
C.
Axel
D-F . Inre och yttre splines
E.
Dämpmellanlägg av gumml eller plast
24.
Figur 16. Olika möjligheter att dämpa ljudutstrålningen från
kugghjul.
Från hjulens nav och axlar kan betydande luftljud utstrålas
till växelhuset. Denna ljudutstrålning kan förhindras genom
följande tre olika typfall av dämpåtgärder.
A. Kuggbanan infästes elastiskt i princip som för drevet ovan
se figur 16.
B. Navets svängningar kan dämpas genom att utföra navet som en
sandwichkonstruktion av dämpmassa + plåt (gäller nav med
förhållandevis tunt
gods t.ex. svetsade hjul av plåt etc).
C. Ljudutstrålningen från navet kan förhindras genom avstrålningsskydd i form av plåt eller plastlock. Plåtlock av t.ex.
sandwichplåt (metall/plast/metall). Locken ligger an mot
kugghjulet medelst gummilist.
Metod A ger bäst resultat för mindre kugghjul.
Metod B rekommenderas för stora kugghjul av plåtkonstruktion
eventuellt i kombination med metod C. d.v.s. eventuella lätthål i stora kugghjul igensättes.
Metod C kan tillämpas på alla typer av större kugghjul och även
befintliga hjul.
25 •
E. Bull erdämpande åtgärder hos växelhus och lagringar.
E l. Allmänt.
Växelhuset utsättes dels för luftljud direkt från kuggdreven,
kugghju len och axlarna dels för stomljud från drevens och hjulens
axlar via lagren.
Luftljudets transmissionsväg förhindras av växelkåpans luftljudsisolering.
Stomljudets transmiss ionsväg förhindras av överföringsförluster
mellan axlar, lager, växelhusgods och kåpans infästning.
Vilken av dessa båda transmissionsvägar som betyder mest för
ljudutstrålningen från en växel kan icke direkt förutsägas utan
en analys av de separata transmissionsvägarna . Detta kan utföras
genom jämförande ljudprov med högtalare i växe lhuset i stället
för kugghjulen etc.
Även själva lagertypen kan inverka på ljudutstrålningen från ett
växelhus, speciellt om man har särskilt tystgående växlar t.ex.
fordonsväxlar.
dB(/>-)
Lp+~Or----R-U-LL--N-IN-G-5-L-AG--E-R------------------~
,
><><> ><
Figur 17.
Inverkan av godstjocklek och lager på bul lernivån.
26
I figur 17 visas den relativa ljudnivån orsakad av lagren
från en växel med kåpa av olika godstjocklek 5 och 15 mm, där
axlarna lagras dels med rullningslager dels med glidlager.
Generellt gäller att ett växelhus med tunnare gods utstrålar
. kraftigare buller än ett växelhus med tjockare gods. Detta förklaras av att det tunnare godset lättare kommer i böj svängning
än det tjockare godset. Detsamma gäller det buller som o rsakas
av stomljud som överföres från drev och hjul via lagren. Lager-.
typen torde även inverka på överföringen av stomljudet från
drev och hjul till växelhuset. Rull ningslager har genom rullkroppskontakten mindre överförings förlust för stomljud än
ett glidlager där oljefilmen dämpar överföringen. Dessa förhållanden har icke närmare undersökts,
varför prov och mät-
ningar rekommenderas.
~~~_~§!2g§~_fQ~_2!2~bj~g2~22b§~~~g_~§bb~~_~~b~~_2~b_Ye~~bb~2
Den vanligast.e lagringen för axlar är genom rullningslager.
Dessa medför att
betydande stomljud överföres mellan axlar
och växelhus.
Stomljudstransporten Vla axlarna från kugghjulen till växelhuse ts gods kan dämpas dels genom isolerade kuggbanor enligt
punkt Dl
och D2 dels genom att inf öra en elastisk lagring
mellan axlarna och växelhuset eller en elastisk lagring av
kåpan på en gemensam lagerram.
Se fi gur 18 (nästa sida).
27.
ck
, ... -
Rv.ll o. ~=-e.!:r_ _ _ _--t----l~
--
I
AxeL
V"
l~
'
---.- -L.
OIxe nus
' . ' ' --.1
'-.
--
Figur 18. Elastiskt infästa lager.
~~!~9_~~_~!~~!~~~_!~g~~~g_g~~~~_~~_g~~~~~~~_!~g~~e~~~~
Se fig. 19.
Axelcentreringen blir i detta fall fix. Locken till lagerhusen infästes till växelhuset
figur 19 . Elastisk lagring genom gemensam la gerbock.
28.
~~!~~_~ ~_ ~ ~~~!~~~_~~g~~~g _~~ _ ~~~~~~~~~!~_~~2~~~
Se fig.
2 O.
Ela.shskl in ;"slo...
---=.=...:::.
,'.=--- --- T-
"'''SQc!
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
- ---....if
f \
I
,
\
\
I
\
I
L
\
~\-\---+\-
\
\ \ \
\ __\\-1\ _ _\ \ __ _
\ \
-
..-
__ "
S+oJi li aVI e.ss o. t
.J t' bro.l iDVJ,s;J olcr i"j _
f:> r
_\~------------
Figur 20 , Elastisk lagring av växe lhusets kåpor.
Axlarna kan lagras i en gemensam ram. på denna ram anbringas
växelhusets kåpa med en elastisk infästning t . ex. gummilist
eller motsvarande . (Se fig . 20l. Kåporna kan utföras av pressad
plåt t.ex . dämpad plåt (sandwichp l åtl. Vid behov av stor lj ud isolering kan kåpan utföras som en dubbelväggskons t rukt i on .
~~ ~ _~~f!1i~g§~§21!~~Dg!D _ b2§_~~!!1b~§!!
Vibrationerna till växelhusets kåpa kan förhindras genom de
vibrations isolerande åtgärder som beskrivits i punkt E2 ovan.
Utföres sådana vibrations spärrar kan stomljudsutstrålningen
reduceras så mycket a t t hänsyn endast behöver tas till växel husets ljuftljudsisolering, dvs förmågan att hindra ingrepps ljud etc inifrån kåpa n att tränga ut .
s åsom luftljudsisolerande väggar för maskininbyggnad kan följande typkonstruktioner vara attraktiva:
al
Homogena enkelväggar utförda av stål , gjutgods, plast material etc.
bl
Böjsvaga sandwichkonstruktioner bestående av två plåtskikt med hög E-modul och ett mellanliggande dämpande
tunt skikt av plastmassa med viskoelastiska egenskaper
och hög inre friktion (s . k . dämpad plå t l , behandlas
som enkelvägg.
29.
c) Sammansatt vägg av flera skikt med mellanliggande dämpande
plastmass~
i princip enligt ovan.
d) Böjstyv sammansatt vägg av två yttre tunna skikt med relativt
"
hög E-modul, en stel distanshållande kärna, typ honungskaka.
~
Väggen hålles samman med en dämpande plastmassa.
e) Tilläggs isolering i form aven böjsvag enkelvägg eller böjsvag sandwichkonstruktion monterad med luftspalt mot grund\onstruktionens enkelvägg genom gummilister för att undvika
överföring av vibrationer.
I lu ftsp alten bör anordnas
absorberande material för att dämpa resonanssvängningar.
För befintliga växlar och växlar som ej modifieras enligt de
metoder som beskr ivits
ova~
kan både luft ljuds isolering och
stomljudsisolering erhål l as om växelhuset förses med en tilläggsis olering. Denna kan utgöras av
f) en fristående kåpa med en enkel ljudisolerande vägg, på
~n­
sidan försedd med ett ljudabsorberande skikt i luftspalten
mellan växel och kåpa.
g) en mjuk självklistrande beläggning bestående av ett kombinerat
absorberande och distanshållande skikt och en yttre böjsvag
tung och tät yta.
När luftljudsisoleringen för en väggkonstruktion skall beräknas
måste hänsyn tagas till ett stort frekvensområde och väggens typ.
Nedan följer en kortfattad redogörelse för hur luftljudsisoleringen
överslagsmässigt kan beräknas. Det framgår också hur ma n genom
materialdimensioner m.m. kan påverka luftljudsisoleringen så att
erforderlig isolering erhålles i önskvärt frekvensområde.
30.
~~~~~~~~~~~~_~i~~~~~~~~~~~~_~~~~~~!~
Växelhus som utföres med enkla homogena enkelväggar får en luftljudsisolering som beror av föllande faktorer.
R
{.
A
B
(.
D
E
F
Figur 21. Generellljudisoleringskruva för homogen vägg.
~L __ ~§9~§_§!YYb§!§2~~~9§!
Väggens böj styvhet dvs E x I bestämmer ljudisoleringen.
E
=
E-modul; I
=
tröghetsmoment.
Böjstyvheten och massan motverkar varandra så att resonans
uppstår med försämrad ljudisolering som följd. Resonansfrekvensen beror av ytans storlek, form och inspänning.
Ljudisoleringen bestämmes av väggens massa och uppnår ett maxvärde R som bestämmes av materialet. R
p
p
= platåhöjden.
Luftljudets våglängd överensstämmer med böj våglängden i väggen,
varför kraftig böj svängning uppstår, och kraftig ljudutstrålning
sker. Genom materialdämpning kan böj svängningen minskas och
därmed ljudisoleringen ökas.
31.
~~-~~~~-~!y~~~!~~~~~~~!~
Ljudisoleringen stiger kraftigt. Dämpade ko nstruktioner har
bättre ljudisolering än odämpade. Dämpningens storlek uttryckes med materialets förlus t faktor
~L_~~~E~~~~i2~§2~r~9~!·
Ljudisoleringen bestämmes av kompressionsvågen .
~~~~~~~~g_~~_~~E!~i~~~~~~~~~~~g~~_E~~_~~_~~~~~~~E~~
Massområdets (e) högsta punkt R är för stål och gjutjärn ca
p
40 dB. Den högsta punkten ligger vid ca 0,6 x koincidensfrekvensen f c ' Köincidens frek vensen för olika tjocka homogena
väggar av stål och gjutjärn framgår av diagrammet i figur 20.
TJOCkLEl(
mm
..
100
50
GJUTJARtJ
- - - - - - ---
.l,o
30
20
- -- - - - - - - - --
-la
-- - - -----~M~
n
115
150
500
1000
1000
4000
MITTFREKVENS H.
Fig. 22. Homogena skivors koincidensfrekvens.
8000
32.
Med kännedom om platåhöjd och koincidensfrekvens kan en generell ljudisoleringskurva för stål eller gjutjärn av viss väggtjocklek uppritas.
Rde,
fe..
2fc:.
Figur 23. Konstruktion av ljudisoleringen för en homogen vägg.
7
Förlustfaktorn
för stål
7
0,001
N
grått gj ut järn
? ""
? '"
dämpad plåt
är:
0,005
O, l.
~~~~E~!_!~_!~~~~~~~_~~_g~~~!i~~~!~~~
Ex . Luftljudsisoleringen för en 7 resp. 14 mm tjock vägg av
gjutjärn framgår av den heldragna resp, streckade kurvan i
figur 24.
R dl:> l \\ fll' '-' ~ -$,,so l
eYI~
,
50
Il,
•
~
-.... "
'
.....
."
... ... ~
I-'"
."
....
•
..
... ..
.'
/
f'"
...
'.
'I-'
.... I-'
,.
V
'"
/
17• ....
~
150
500
1000
H.
HITTf~EI(VENS
2000
4000
-
Figur 24. Luftljudsisol . för en 7 resp. 14 mm tjock gjutjärnsvägg .
33.
~~~~E~~_~~_~~~~~5~~_~~_~~~E~i~g~
I figur 25 framgår hur materialets dämpfaktor inverkar på
ljudisoleringen inom koincidensområdet och vid högre frekvenser
för 14 mm tjock vägg . Den prickstreckade kurvan visar luftljudsisoleringen för en stålkonstruktion och den punktade
kurvan d:o för en konstruktion av dämpad plåt.
R
Lu{HjlAdsis~leri.,.,q
.•
de
70
D'
;0
f;j
50
30
20
... I-'"
.,
., ...
...
-
~i
""
"
1..- +- ~. •
•
.
-
.
lå
.•
i"-
.
•
l"
.'
./
.1/
-
,
V
l"- St 'l
;
10
O
63
125
250
soo
1000
2000
1000
MITTFREKVENS H.
Figur 25
Jämförelse av ljudisoleringen för dämpad plåt,
gjutjärn och stål av tjockleken 14 mm.
Växelhusens godstjocklekar ligger vanligen mel l an 7 - 14 mm.
Detta gör att koincidensfrekvensområdet faller vid 1250 Hz _
2500 Hz inom vilket frekvensområde man kan finna kuggingreppets
grundtoner vid mindre växellådor med högre varvtal men vanligen
endast övertoner vid industriväxellådor vars varvtal ligger lägre.
Det kan falla sig så att man för en viss växel erhåller en sammanfallande koincidensfrekvens och multioel av kuggfrekvensen.
Ligger ljuda1stringen högt för kuggingreppet kommer växeln att
avge en mycket hög luftlludsstörning.
Det är således mycket viktigt att vid val av husets godstjocklek tillse att koincidensfrekvensen ej sammanfaller med kuggfrekvensen. Ljudisoleringen hos växelhuskåpan och effekten av
den dåliga ljudisoleringen vid koincidensfrekvensen kan förändras
till det bättre genom en ökad dämpning av vä~elhuset. Detta
kan göras på en befintlig konstruktion genom dämpning av ytan
med en sandwichkonstruktion av gjutgods, plast och en tunn stålplåt.
34
Dubbelväggar
Önskas ännu högre ljud isole ring än va d som nås med enkel
konstruktion kan kåp an utföras som en dubbelväggskonst r uktion.
Sådana konstruktioner har ofta en mycket god värmeisolering
varför man i sådana fall kan kräva en separat kylning av oljan hos växeln.
Någon enkel och tillförli tlig metod för beräkning av dubbelväggars ljudisolering finns ej. Uppställda teorier behandlar oändligt stora , frå n varandra hel t skilda väggst o mmar. Dessa
fal l uppnås a l drig i praktiken varför man är helt hänvisad
till experiment och erfarenheter. Vid jämförelser mellan olika
ko ns t.' uktioner har man trots allt god hjäl p av de teorier
s om finns för dubbelväggar .
Det skulle leda för l ångt att här ingåen de redogöra för dubbelvägg ens teorier , inverkan av tilläggsisolerande skikt etc. varför
läsaren hänvisas till litterat uren t.e x. L L Beranek ref .
[ SJ.
Praktiska b eräkn ingsmetoder för i nverkan av tilläggsisolering
redovisas av bl.a. Zaborov och Nikolskij
[9J .
Multipelväggar
Enkelväggens teorier kan gälla med
V1SS
modifiering även för
sandwichväggar av olika slag.
På senare tid har ut f örliga stud i er av sandwichväggar med hög
ljudisolering och hög dämpning studerats av bl . a . Kurtze och
Watters [lOJ samt av Ford, Lor d och Walker [l lJ.
F. Montage av växlar. Syn punkter på
bullerdämpande åtgärder
~~ _ ~!2~~j~9§ ~ §2~~~~~g_!~~~ _ 2~g~~~~~g~~
Växlarnas montage medför oftast att betydande stomljud över föres till anslutna maskine r, fundament etc . Om växlarna
kon~true­
ras me d isolerade kuggbanor enligt punkt Dl och D2A ovan torde
inga besvär med stomljud till omgivningen erhållas.
För växlar utföraa på traditionellt
V1S
kan stomljudet till
omgivningen förhindras genom föl j ande förslag till åtgärd er .
35.
Axlar.
Elastiska kopplingar kan anbringas mellan maskin oc h växel.
Se figur 26.
Figur 26 . Exempel på elastisk axelkoppling.
~~~~!b~~~!~_~EE~!~!!~~~g~
a) Om växeln ko nstrueras som en s.k. tappväxel undvikes kontakt
mellan växelhus och fundament.
Staget som skall uppta momentet kan vibrationsisoleras eller
dämpas så att stomljudstransmissionen förhindras.
b) För växlar som skall stå på fötter på ett fundament kan
man konstruera en stel vibrations isolering som effektivt
isolerar störfrekvenser i frekvensområdet
~500
Hz.
Sådan vibrationsisolering kan åstadkommas medelst refflade
gummirnattor. Se exempel i figur 27.
Figur 27. Förslag till stomljudsisolering av fot.
37
G. Förslag till utvecklingsprogram för bullerdämpning av växlar
Närmare studium göres av konstruktions- och tillverkningsfaktorers inverkan på bullera1stringen hos kuggingreppet enligt
anvisningarna i kap. C.
Experiment och lju dmätningar planlägges för att pröva de huvudförslag till åtgärder som framgår av kap. D.
Ljudtransmissionsvägarnas be tyd else undersökes ingående genom
luftljuds- och stomljudsanalyser, se ritning H-1772 - Pl .
Prov med dämpning av stomljudet och lagr ingar utföres. Se kap. E3.
Montageinstruktioner för nuvarande växeltyper utarbetas. Hänsyn
til l stomljudsisolering och luftljudsisolering med bullerredu cerande kåpor.
Katalog utarbetas över ljuddata för olika växeltyper. De olika
typernas ljudspridningsområde , samt bullerändring vid varvtalst- och momentförändring undersöks.