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超静音轴承,超高效设计:与客户通力合作应对轴承噪音挑战

2020-06-03
  众所周知:静音的轴承是优质的轴承。轴承越贴适轴承座,其运动就越平衡、越不可检测,它可能就越持久耐用。
  在过去十年中,原始设备制造商(OEM)越来越多地在一般工业应用轴承的规格中添加静音要求。
  “在许多情况下,客户担心噪音引起的振动会导致较大设备出现性能问题。”铁姆肯公司的NVH(噪声、振动与声振粗糙度)高级工程专家李德胜(Victor Li)博士说道。他表示,在其他情况下,则是新的政府法规在发挥作用,主要是为了保护在重型设备周围工作的操作人员的听力或减少住宅社区的噪音污染。
李德胜(Victor Li)博士,NVH高级工程专家
  为了帮助应对严格的噪音、振动和声振粗糙度(NVH)要求,同时延长轴承使用寿命降低维护成本,铁姆肯公司研发团队持续在该领域进行大量投资。当李博士于2012年加入铁姆肯公司,他就开研究模拟噪音和振动的分析软件工具,可供铁姆肯公司工程师在设计流程的早期阶段中使用,从而提高低噪音轴承的设计工艺的效率和精确度。
  铁姆肯公司的NVH模拟分析软件开发
  静音的轴承是优质的轴承,那振动且产生噪音的轴承与不振动且不产生噪音的轴承之间有什么区别?铁姆肯公司的团队领导和技术专家Praveen Pauskar解释说,当您用精密仪器观察肉眼不可见的细节时,您会发现没有完全平坦或光滑的表面。在制造过程中,一定程度的偏差是不可避免的。
  他说道:“表面上会有起伏,有波纹,还有一些凹凸不平的地方。铁姆肯公司的工程师可以控制起伏或粗糙之处的数量,但一般来说,精度越高,制造工艺就越昂贵。”
  因此,我们的挑战是设计既能满足性能要求又能保证合理制造参数的轴承。如果没有模拟分析软件,工程师就得一次次重复这样的一整个过程:轴承设计、制造物理零件、将它们放上试验台以及测量NVH。
  在完成一些客户研究后,李博士开始在声音测试实验室中测量轴承噪音和振动,并利用这些数据来设计计算机建模软件,以便设计人员可以使用该软件更快速、更准确地找到NVH性能的“最佳听音位置”。他一开始创建了一个动态的、基于时域的建模工具,该工具运行良好,但有时需要两天的时间才能完成一次模拟。
  为了加快分析,李博士继续开发了一种基于频域的模型,即铁姆肯公司现在的虚拟声音测试系统(VSTS)。
  更短交期,更精确、更优质的轴承。
  经过一年的成功测试,我们的团队开始与客户合作使用VSTS系统。首先与一家制造商合作,其设计团队对每个轴承部件(从内圈和外圈到单个滚子)都提出了严格的规格要求。
  铁姆肯公司销售和定制工程团队与研发团队合作,针对客户的设计方案运行了VSTS系统。所得数据表明,与客户要求的轴承相比,铁姆肯公司提议的替代轴承将具有相当或更好的性能。
  在系统测试阶段预测NVH
  铁姆肯公司的工程师可以使用VSTS这一同步工程工具,在产品开发的最初阶段就与OEM设计人员进行合作。李博士说道:“我们可以模拟轴承的所有设计特征,可以在不同的速度或不同的载荷条件下旋转轴承。我们可以模拟外圈和内圈的旋转方式,以及实际案例中的典型工作条件。”
  李博士表示,结合所有VSTS输入数据,您可以模拟整个流程,而不仅仅是一个轴承的噪音和振动。在系统测试阶段预测NVH可促进与OEM设计人员的合作,通常情况下,OEM设计人员在定制轴承时不会提供其实际案例的所有设计详情。
  李博士说:“第一步始终是为客户验证VSTS模型,向他们展示模拟与现实的匹配度。”为此,他在套圈表面或滚子体上作了一微小的凹痕。然后,他在计量实验室测量凹痕,并将测量值输入预测振动的模型。最后,他在研发实验室使用精密的声音测试设备来验证VSTS结果。
  与客户合作解决NVH问题
  凭借铁姆肯公司声音测试设备升级的最新功能,公司现已能够测试外径高达60.96厘米的圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承和球轴承。“我们正在开发一套更先进的测试NVH的设备。”铁姆肯公司的研发总监Ryan Evans说道。
  他表示:“NVH诊断设备就像机器的心电图仪。”有了它,李博士可以在现场或通过音频分析声音,测量NVH性能并识别声音来源。“凭借李博士的专业知识和这些工具,铁姆肯公司可为客户提供解决NVH问题的独特方法,无论这些问题是否与轴承有关。”Evans说道。
  他说道:“在铁姆肯公司,我们很高兴能够在办公室借助VSTS模拟在声音分析领域为客户提供帮助。我们将竭尽所能。随着NVH对客户的重要性日益增加,铁姆肯公司期待与他们合作,以应对我们所在的每个行业所面临的NVH挑战。”
(来源:铁姆肯公司)
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