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超靜音軸承,超高效設計:與客戶通力合作應對軸承噪音挑戰

2020-06-03
  眾所周知:靜音的軸承是優質的軸承。軸承越貼適軸承座,其運動就越平衡、越不可檢測,它可能就越持久耐用。
  在過去十年中,原始設備制造商(OEM)越來越多地在一般工業應用軸承的規格中添加靜音要求。
  “在許多情況下,客戶擔心噪音引起的振動會導致較大設備出現性能問題。”鐵姆肯公司的NVH(噪聲、振動與聲振粗糙度)高級工程專家李德勝(Victor Li)博士說道。他表示,在其他情況下,則是新的政府法規在發揮作用,主要是為了保護在重型設備周圍工作的操作人員的聽力或減少住宅社區的噪音污染。
李德勝(Victor Li)博士,NVH高級工程專家
  為了幫助應對嚴格的噪音、振動和聲振粗糙度(NVH)要求,同時延長軸承使用壽命降低維護成本,鐵姆肯公司研發團隊持續在該領域進行大量投資。當李博士于2012年加入鐵姆肯公司,他就開研究模擬噪音和振動的分析軟件工具,可供鐵姆肯公司工程師在設計流程的早期階段中使用,從而提高低噪音軸承的設計工藝的效率和精確度。
  鐵姆肯公司的NVH模擬分析軟件開發
  靜音的軸承是優質的軸承,那振動且產生噪音的軸承與不振動且不產生噪音的軸承之間有什么區別?鐵姆肯公司的團隊領導和技術專家Praveen Pauskar解釋說,當您用精密儀器觀察肉眼不可見的細節時,您會發現沒有完全平坦或光滑的表面。在制造過程中,一定程度的偏差是不可避免的。
  他說道:“表面上會有起伏,有波紋,還有一些凹凸不平的地方。鐵姆肯公司的工程師可以控制起伏或粗糙之處的數量,但一般來說,精度越高,制造工藝就越昂貴。”
  因此,我們的挑戰是設計既能滿足性能要求又能保證合理制造參數的軸承。如果沒有模擬分析軟件,工程師就得一次次重復這樣的一整個過程:軸承設計、制造物理零件、將它們放上試驗臺以及測量NVH。
  在完成一些客戶研究后,李博士開始在聲音測試實驗室中測量軸承噪音和振動,并利用這些數據來設計計算機建模軟件,以便設計人員可以使用該軟件更快速、更準確地找到NVH性能的“最佳聽音位置”。他一開始創建了一個動態的、基于時域的建模工具,該工具運行良好,但有時需要兩天的時間才能完成一次模擬。
  為了加快分析,李博士繼續開發了一種基于頻域的模型,即鐵姆肯公司現在的虛擬聲音測試系統(VSTS)。
  更短交期,更精確、更優質的軸承。
  經過一年的成功測試,我們的團隊開始與客戶合作使用VSTS系統。首先與一家制造商合作,其設計團隊對每個軸承部件(從內圈和外圈到單個滾子)都提出了嚴格的規格要求。
  鐵姆肯公司銷售和定制工程團隊與研發團隊合作,針對客戶的設計方案運行了VSTS系統。所得數據表明,與客戶要求的軸承相比,鐵姆肯公司提議的替代軸承將具有相當或更好的性能。
  在系統測試階段預測NVH
  鐵姆肯公司的工程師可以使用VSTS這一同步工程工具,在產品開發的最初階段就與OEM設計人員進行合作。李博士說道:“我們可以模擬軸承的所有設計特征,可以在不同的速度或不同的載荷條件下旋轉軸承。我們可以模擬外圈和內圈的旋轉方式,以及實際案例中的典型工作條件。”
  李博士表示,結合所有VSTS輸入數據,您可以模擬整個流程,而不僅僅是一個軸承的噪音和振動。在系統測試階段預測NVH可促進與OEM設計人員的合作,通常情況下,OEM設計人員在定制軸承時不會提供其實際案例的所有設計詳情。
  李博士說:“第一步始終是為客戶驗證VSTS模型,向他們展示模擬與現實的匹配度。”為此,他在套圈表面或滾子體上作了一微小的凹痕。然后,他在計量實驗室測量凹痕,并將測量值輸入預測振動的模型。最后,他在研發實驗室使用精密的聲音測試設備來驗證VSTS結果。
  與客戶合作解決NVH問題
  憑借鐵姆肯公司聲音測試設備升級的最新功能,公司現已能夠測試外徑高達60.96厘米的圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承、調心滾子軸承和球軸承。“我們正在開發一套更先進的測試NVH的設備。”鐵姆肯公司的研發總監Ryan Evans說道。
  他表示:“NVH診斷設備就像機器的心電圖儀。”有了它,李博士可以在現場或通過音頻分析聲音,測量NVH性能并識別聲音來源。“憑借李博士的專業知識和這些工具,鐵姆肯公司可為客戶提供解決NVH問題的獨特方法,無論這些問題是否與軸承有關。”Evans說道。
  他說道:“在鐵姆肯公司,我們很高興能夠在辦公室借助VSTS模擬在聲音分析領域為客戶提供幫助。我們將竭盡所能。隨著NVH對客戶的重要性日益增加,鐵姆肯公司期待與他們合作,以應對我們所在的每個行業所面臨的NVH挑戰。”
(來源:鐵姆肯公司)