1. Pentingnya NVH di Gearbox
Selama transmisi gigi, kesalahan geometrik kecil apa pun, penyimpangan perakitan, atau cacat material dapat diubah menjadi sumber getaran dan kebisingan selama penyambungan. Untuk gearbox kereta api, kebisingan yang tinggi tidak hanya mempengaruhi kenyamanan penumpang tetapi juga memperburuk kerusakan akibat kelelahan pada komponen seperti bantalan dan roda gigi, sehingga memperpendek umur servis seluruh alat berat. Tanpa mengubah skema material dan transmisi, melalui pengujian dan optimalisasi NVH ilmiah, kita dapat mencapai manfaat ganda yaitu pengurangan kebisingan dan peningkatan masa pakai.
Getaran dan kebisingan yang dihasilkan di gearbox disalurkan ke bagian lain kendaraan melalui respon housing. Sumber eksitasi sebagian besar adalah kesalahan transmisi, dan jalur transmisi mencakup rumah-poros-bantalan-gigi dan rumah-udara-gigi.
2. Sumber Utama Kebisingan Roda Gigi
Kesalahan Profil Gigi dan Helix: Penyambungan yang tidak merata yang disebabkan oleh kesalahan ini menyebabkan dampak penyatuan, yang mengakibatkan peningkatan puncak kebisingan.
Kekasaran Permukaan Roda Gigi yang Berlebihan: Secara langsung memengaruhi status kontak penyambungan dan menghasilkan kebisingan-frekuensi tinggi.
Eksentrisitas Perakitan dan Runout Radial: Hal ini menyebabkan gaya yang tidak merata pada titik-titik penyatuan, yang menyebabkan kebisingan secara berkala.
Superposisi Frekuensi Resonansi: Ketika frekuensi penyatuan roda gigi mendekati frekuensi resonansi kotak, poros, atau struktur eksternal, kebisingan akan diperkuat secara signifikan.
3. Metode Pengujian Kebisingan Roda Gigi
3.1 Pengukuran Akustik
Gunakan mikrofon{0}}bidang bebas untuk mengukur tingkat tekanan suara (dB) gearbox selama pengoperasian.
Analisis intensitas suara dapat menemukan sumber kebisingan utama.
Pengujian harus dilakukan di ruang anechoic atau lingkungan semi-anechoic untuk menghindari gangguan dari kebisingan lingkungan.
Misalnya, dalam pengujian akustik trem, rangkaian mikrofon digunakan untuk mendeteksi sumber kebisingan di komponen seperti badan trem, struktur bogie, dan elemen-set roda. Daerah akustik melibatkan gearbox, penutup bogie, dll.
3.2 Analisis Getaran
Gunakan akselerometer triaksial untuk merekam sinyal getaran di berbagai arah gearbox.
Melalui analisis FFT (Fast Fourier Transform), mengubah sinyal getaran menjadi spektogram untuk mengetahui adanya komponen frekuensi abnormal.
Hal ini dapat dikombinasikan dengan analisis urutan untuk membedakan frekuensi penyambungan roda gigi dari getaran komponen mekanis lainnya.
Spektrum frekuensi dapat menunjukkan amplitudo yang sesuai dengan frekuensi yang berbeda, seperti 1x Gear, 1x Pinion, 1xGMF (Gear Meshing Frekuensi), 2xGMF, 3xGMF, dll. Untuk roda gigi pacu, getaran radial lebih menonjol, sedangkan untuk roda gigi heliks, getaran aksial lebih jelas.
3.3 Pengujian Kekasaran Permukaan
Gunakan pengukur kekasaran permukaan (seperti Taylor Hobson Talysurf) untuk mengukur parameter seperti Ra dan Rz pada permukaan gigi.
Kekasaran permukaan yang berlebihan tidak hanya meningkatkan gesekan tetapi juga memperkuat kebisingan penyambungan.
Untuk gigi-kecepatan tinggi, disarankan agar Ra Kurang dari atau sama dengan 0,4 μm untuk mengurangi komponen kebisingan-frekuensi tinggi.
4. Strategi Optimasi NVH
4.1 Optimasi Modifikasi Permukaan Gigi
Tip dan Root Relief: Mengurangi dampak saat akar gigi menempel.
Crowning: Mengurangi konsentrasi beban sepanjang arah gigi. Dengan mengoptimalkan modifikasi, kekuatan benturan meshing dapat dikurangi secara efektif, sehingga menekan kebisingan dari sumbernya.
Ada berbagai metode modifikasi, seperti roda gigi heliks{0}}mahkota ganda dengan profil parabola yang berbeda (parabola sekunder, kuartik, dan sextik), roda gigi mahkota kontur dengan fitur seperti pengurangan tekanan bawah dan jarak bebas ujung, dll. Metode modifikasi yang berbeda menghasilkan jalur kontak yang berbeda selama penyambungan.
4.2 Peningkatan Kekasaran Permukaan
Gunakan teknologi penggilingan, pengasahan, atau pemolesan dan penggulungan yang presisi untuk mengurangi kekasaran permukaan.
Melalui penguatan rolling, tidak hanya nilai Ra yang dapat dikurangi, tetapi kualitas lapisan pengerasan permukaan gigi juga dapat ditingkatkan.
Mengasah adalah proses yang efektif. Sumbu alat asah disetel dengan tepat, dan alat asah (roda gigi internal yang dibuat dengan mesin presisi dan terbuat dari keramik abrasif seperti alumina dengan sudut heliks tertentu) memproses roda gigi benda kerja. Selama pengoperasian, arah pemrosesan (kontak) permukaan gigi roda gigi hampir sama dengan proses penyambungan roda gigi sebenarnya.
4.3 Keseimbangan Dinamis dan Presisi Perakitan
Melakukan uji keseimbangan dinamis pada roda gigi dan poros untuk mengurangi sumber getaran.
Kontrol runout radial (Fr) dan runout aksial (Fa) selama perakitan untuk menghindari beban yang tidak merata.
5. Standar dan Persyaratan Pengujian
Standar internasional dan industri mempunyai persyaratan yang jelas untuk kinerja NVH roda gigi:
ISO 1328: Menentukan tingkat akurasi roda gigi dan rentang kesalahan.
ISO 8579: Berhubungan dengan pengukuran kebisingan transmisi gigi.
ISO 10816: Meliputi standar pemantauan dan evaluasi getaran.
Dengan mengintegrasikan pengujian NVH ke dalam kendali kualitas seluruh proses produksi, ketenangan dan stabilitas sistem transmisi dapat dipastikan sebelum produk meninggalkan pabrik.
Pengujian Gear NVH tidak hanya merupakan bagian dari inspeksi pabrik tetapi juga harus dilakukan melalui keseluruhan proses desain, pemrosesan, dan perakitan roda gigi. Melalui pengukuran akustik sistematis, analisis getaran, dan pengukuran kekasaran permukaan, dikombinasikan dengan optimasi modifikasi dan teknologi pemrosesan presisi, ketenangan operasional dan masa pakai gearbox dapat ditingkatkan secara signifikan tanpa menambah biaya. Hal ini bukan hanya merupakan perwujudan daya saing produk namun juga merupakan tren yang tak terelakkan dalam-perkembangan manufaktur mesin modern yang berkualitas tinggi.