Jak navrhnout tiché převodové motory: Zapojení převodovky, geometrie skříně a další

Jaké aplikace vyžadují tiché převodové elektromotory? Odpověď by vás mohla překvapit – protože lidské ucho dokáže detekovat hluk o 10 dB nižší než okolní úroveň a mnoho převodových motorů pracuje v těsné blízkosti lidí. V tomto technickém článku načrtneme nedávný výzkum a vývoj inženýrů pracovníků v problematice (a potenciálních řešeních) pro hluk převodových motorů.


Zvuk je vibrace částic v médiu vytvořeném při průchodu vlnou. Hluk je nežádoucí zvuk. Tlak zvuku je definován logaritmy, které srovnávají akustický tlak s normou akustického tlaku decibelu (dB) 0,00002 Pa = 20 µN / m2 v blízkosti dolní hranice slyšitelnosti člověka. Jeden decibel je jedna desetina (deci-) jednoho bel, pojmenovaný na počest Alexander Graham Bell.

Hluk z převodových elektro motorů není jen problém s převodovkou – je to systémový problém. Fyzická interakce mezi ozubenými koly může rozrušit dynamiku systému, takže většina hluku z převodovek nepochází z ozubených kol. Ozubená kola jsou tvořena ozubenými koly, když se pletou a jsou zesílena rezonancemi v žebrech, nosnících a stranách skříně. Převodovka je zvuk, který je vzrušený zdrojem řízení, jako je elektromotor. Každé zařízení má své období rotace a tak jedinečnou základní frekvenci.

Simulace pro optimalizaci navrhovaného návrhu tichého převodového motoru může zkrátit celkovou dobu návrhu až o 75% – a 3D modely, které zcela definují převodový motor, mohou být využity týmy kvality, výroby a zadávání zakázek pro analýzu, stavbu a kontrolu převodového motoru.


Proč navrhovat tiché převodové motory? Zvažte, kde musí převodové motory pracovat ve veřejných prostorách. Tady, řízení pohybu v kostelech, knihovnách, sálech a divadlech potřebují tiché převodové motory pro záclony, pódia a jeviště, která potřebují otáčet, zvedat nebo sklouzávat, bez povšimnutí diváků. Vše ovplyvňuje také frekvekční měnič

Naproti tomu vojenské vybavení potřebuje pro stealth operace tiché převodové motory. Zdravotnické vybavení těží z tichých převodových motorů pro zvýšení pohodlí a jistoty pacienta. Rezidenční nastavení – například v systémech vytápění biomasou – těží z tichých převodových motorů. Zde musí být skladované dřevní štěpky nebo pelety dopravovány do kotle šnekem pomocí motoricky poháněného rotačního podavače – a odstraňování popele je prováděno stejným způsobem.
Základy převodových motorů: Funkce a dnešní proces navrhování

Převodový motor poskytuje vysoký točivý moment při nízkých otáčkách. Je to kombinace reduktoru a elektromotoru. Stručně řečeno, převodové motory pohánějí motor a snižují jeho rychlost při zvětšování momentu. Dva nejdůležitější faktory na výstupním hřídeli převodového motoru jsou otáčky a točivý moment. Jakmile je znám požadavek na vstupní a točivý moment, dalším krokem je výpočet potřebného výkonu motoru.

Hluk vzniká při zařazených rychlostních stupních

Výběr převodů a motorů je věda. Dokonce i vhodná ozubená kola vydávají hluk. Komplikované záležitosti spočívají v tom, že hluk převodovky je v mnoha typech. K řešení problémů s hlukem z převodovky je prvním krokem určit typ hluku, který je nežádoucí. Co je považováno za hluk, závisí na rychlosti provozu. Použijte kvalitativní a kvantitativní termíny k popisu, jak konstrukční faktory a výrobní chyby hrají v rovnici šumu. Poté projednejte s projektovým týmem (a potenciálními dodavateli) problematiku hluku, dynamiky, měření a modelování.

Dalším výchozím bodem pro návrh převodovky je definovat provozní faktor – včetně hodin za den a požadavků na rázy nebo vibrace. Převodovka s nepravidelným rázovým profilem (například u vojenského provedení) vyžaduje vyšší provozní faktor než převodovka, která běží přerušovaně.

Hluk ozubení je generován přenosem zátěže mezi zubem a zubem, který způsobuje, že tlakové pulsy vyzařují přes převodovku a skříň motoru. Frekvence hluku je součinem rychlosti otáčení ozubeného kola a počtu zubů ozubených kol. Většina typů hluku převodovky se vyskytuje na frekvenci zubů nebo harmonických v slyšitelném rozsahu. To znamená, že hluk může také nastat jako nízkofrekvenční modulace vyššího šumu kmitočtu zubů. To má za následek fenomén zvaný sidebands.

Hluk převodovky může být velmi nepříjemný – i když to není nejvýznamnější zdroj hluku. To proto, že se vyskytuje jako čisté tóny, které lidské ucho dokáže detekovat dokonce o 10 dB nižší než celková hladina hluku.

Asymetrické spektrum šumu ozubeného kola vzniká z amplitudové a frekvenční modulace excitace ozubených sítí, která je způsobena výrobními a montážními chybami s nízkou frekvencí. K celkovému generovanému zvuku přispívají zvuky převodových motorů z ozubeného kola, otáčení ložiska, pohyb maziva, vibrace motoru a interakce skříně.

Tlumení vibrací lze minimalizovat vysoce kvalitním šroubovicovým převodem a optimalizovaným zapojením ozubených kol.

Šroubovité zuby postupně zapadají přes čelní plochy zubů pro klidnější a hladší chod než čelní ozubená kola a mají vyšší nosnost.

Přitlačovací síla je bočním kmitáním síly zubové sítě podél profilu, protože dvojice zubů prochází procesem záběru. Oscilační síla může způsobit dynamické buzení systému převodovky. Vzhledem k tomu, že se vyskytuje na frekvenci sítě, přispívá k odezvě na hluk převodovky. U dvojitých šroubovicových převodů je tato axiální síla eliminována.

Převodovka uvnitř převodového motoru znásobuje točivý moment ze strany motoru na výstupní hřídel. Toto je poměr převodovky a je číslo, které určuje násobení točivého momentu ze vstupu. 30: 1 znamená, že výstupní točivý moment je 30krát větší než vstup, což neznamená ztráty vnitřní účinnosti.

Převodovka s pravoúhlým nebo paralelním hřídelem může být kombinována s jednosměrnými, stejnosměrnými indukčními motory nebo s bezkartáčovými stejnosměrnými motory. Pokročilá technologie převodových motorů zahrnuje použití nových materiálů, nátěrů, ložisek a provedení ozubených kol optimalizovaných pro snížení hluku, pevnost a delší životnost v menších prostorech.

Konstrukce převodových motorů je určena pro specifické provozní podmínky a rozsahy zatížení. Takže na začátku stroje sestavte se známými problémy nebo příležitostmi ke zlepšení (včetně možného ekonomického zisku nebo zlepšení toho, jak personál nebo uživatelé vnímají převodový motor), zvažte komponenty pohybu a funkce (včetně možností převodového motoru), které by mohly fungovat. Pak zúžte možnosti na proveditelné alternativy. Dále identifikujte ty, kteří mají nejlepší rovnováhu mezi výkonem a ekonomikou, aby dosáhli cíle návrhu. V neposlední řadě integrujte nejvhodnější, nejrizikovější a ekonomicky životaschopné vlastnosti a možnosti do produktů s formou i funkcí.

Takový přístup je nyní snazší než kdy jindy. V minulosti se návrhy často začaly u strojních inženýrů a pak předávaly elektrotechnikům týmu a nakonec řídicím technikům. Do konce, všechny nedostatky byly pečené do designu. Naopak standardem je integrovaný design podporovaný mechatronickým modelováním. Ale s holistickým přístupem k návrhu musí inženýři pochopit požadavky na přesnost celého elektromechanického systému. Dalším upozorněním je, že řídicí systém, pohony a převodovky a mechanická spojení musí být pečlivě vybírány tak, aby byly využity všechny možnosti všech komponent. To vyžaduje konstrukční přístup, který začíná od měniče zpět k motoru.