ZDROJE HLUKU OZUBENÝCH PŘEVODOVEK

Každá automobilová převodovka, která používá pro změnu převodového poměru ozubená soukolí, produkuje určitý hluk (obr. 31). Hlučnost převodovky je dnes jedním z důležitých aspektů hodnocení celého vozu. Je to parametr, který dokáže subjektivně rozeznat každý zákazník bez jakýchkoliv odborných znalostí. Hlučnost obecně patří mezi nejčastější negativní vlivy na kvalitu výrobku, nejen ve strojírenství.

Vibrační projev automobilové převodovky je úzce spojen s kvalitou navržené konstrukce a přesností výroby.

Konstruktéři automobilky KIA představili nedávno novou sedmistupňovou dvouspojkovou převodovku (DCT), kde se kromě zlepšení jízdního projevu zaměřili také na stránku projevu její hlučnosti a přenosu vibrací. Tyto projevy chtějí eliminovat pomocí nainstalovaného vnějšího tlumiče skříně převodovky.

Hluk může být popsán kvantitativně nebo kvalitativně. Kvantitativní veličiny jsou veličiny, které můžeme měřit (např. intenzita, frekvence, rytmus atd.) a jsou určeny číselnými hodnotami. Kvalitativní veličiny zahrnují subjektivní hodnocení, jsou určeny různými normami a dalšími předepsanými

metodikami. [13, 14]

2.1.1 Hluk od záběru ozubených kol

Hlavním obecným důvodem buzení vibrací od ozubení je dynamická síla, která může být variabilní vůči své amplitudě či místu působiště. Záběr ozubených kol se nesestává pouze ze samotného odvalu, ale také smýkání. Proto dalším častým důvodem, kterému se v minulosti přisuzoval velký význam, je buzení vibrací kvůli existenci kluzné rychlosti. Kvůli častým změnám smyslu této kluzné rychlosti jsou od záběru buzeny vibrace. Třecí síla se při průběhu záběru dynamicky mění. Nejdříve narůstá v jednom směru a po překonání valivého bodu, kde smyková síla mění svůj smysl, opět roste její velikost. Tento jev je významný hlavně u soukolí s přímým ozubením.

Obr. 32 Zdroje hluku v převodovce [6]

V dnešních automobilových převodovkách se však výhradně používají soukolí se šikmými zuby, která jsou ve stálém záběru. U těchto soukolí dochází k buzení vibrací, k nimž dochází vlivem rázů od zubové vůle volného kola (obr. 32).

Volné se rozumí kolo uložené otočně na hřídeli. K těmto rázům se také přidávají rázy od hnacího agregátu, tzv. „raslování“, kdy je hřídel namáhán torzními kmity. Ke snížení vlivu těchto torzních kmitů se proto s výhodou používají setrvačníky. [13, 14, 15]

Obr. 33 Vznik rázů vlivem boční vůle u volného kola [15]

Parametrické buzení ozubení je přímo ovlivněno velikostí součinitele trvání záběru ε. Výhodou je, pokud tento součinitel má celočíselnou hodnotu (např. 2), díky tomu nedochází ke skokové změně tuhosti v záběru, protože budou neustále v záběru přesně dva páry zubů.

Velká pozornost u ozubení automobilové převodovky by se měla věnovat stálému převodu – tedy ozubenému soukolí, které spojuje hnaný hřídel převodovky s diferenciálem. Protože tento převod je zatížen krouticím momentem při jakékoliv zařazené rychlosti. Tomu by měla odpovídat také jeho kvalita a životnost. Na ostatní převody, které jsou v tu chvíli bez zatížení, působí pouze pasivní odpory.

Na každém ozubeném kole se rozlišuje tzv. tažná a zpětná strana zubu.

Tj. strana zubu, která zabírá při tahu vozu, resp. při brzdění motorem. Obě z těchto stran mohou mít různě definované parametry ozubení (např. fhα, fhβ, Cα, Cβ).

A to z důvodu optimalizace záběrových podmínek a snížení hlučnosti daného převodu, jak při tahu tak při brzdění motorem.

Hluk, který vzniká při záběru ozubených kol, je výrazným zdrojem hluku v celé převodovce. Ozubení má značný dopad na celkovou hlučnost převodovky. Ve výrobě platí následující řada příčin: geometrie nástroje -> seřízení nástroje ve stroji ->

-> geometrie výrobku (ozubeného kola) -> hlučnost převodovky. Při zjištění zvýšené hlučnosti převodovky nad stanovený limit, se provádí analýza opačného postupu.

Pro správnou zpětnou analýzu je především nutné správně pracovat s naměřenými daty. Zejména je nutné aktuálně sledovat nástroj, stroj, materiálovou tavbu a kalící pec. V současných automobilových převodovkách se používají ozubená kola se šikmým ozubením, která v praxi vykazují hlučnost menší zhruba o 5 dB než ozubení přímá.

2.1.2 Buzení vibrací od valivých ložisek

Vibrace jsou buzeny součástmi, které konají rotační nebo přímočarý periodický pohyb. Mezi takové součásti patří také ložiska. Ta jsou součástí každé převodovky a slouží pro rotační uložení hřídelů nebo také pro uložení volných (řazených) ozubených kol. Ložiska se u dnešních automobilových převodovek užívají spíše valivá s různými tvary valivých elementů. Valivá ložiska sama o sobě jsou zdrojem dynamického buzení.

Podstatou samotných ložisek je zachycení radiálního popř. axiálního zatížení pomocí valivých elementů, které se rovnoměrně odvalují po kruhových drahách mezi vnitřním a vnějším kroužkem ložiska. A právě při tomto pohybu může docházet k narušení rovnoměrnosti pohybu díky nerovnostem (trhlinky, pitting, geometrické odchylky) vzniklým v povrchu materiálu ložiskového kroužku vinou špatné výroby nebo opotřebení. Takové opotřebení vzniká při provozu ložiska, kde mohou vznikat různé příčiny: vysoké zatížení, hranice životnosti, nesouosost, špatná údržba – špatné mazání, vibrace a další. Příčina hluku valivých ložisek spočívá ve vzniku dynamických rázů, vznikajících právě díky zmíněným nerovnostem, které se šíří součástmi a budí vibrace až do skříně převodovky.

Z hlediska hlučnosti mají tyto vibrace různou frekvenci při různých fázích poškození ložiska. Poté lze určit, díky vibrodiagnostice, o jaké poškození ložiska se jedná. Frekvence se v první fázi poškození ložiska pohybuje ve vyšších řádech a s postupným zhoršováním stavu se projevuje v nižších řádech frekvence vibrací.

Na výslednou hlučnost převodovky má také vliv opracování dosedací plochy ložiska na hřídeli, resp. její kruhovitost. Pokud počet vln po obvodu této plochy je násobkem počtu valivých elementů ložiska, tak dochází k interferenci vibrací a tím ke zvýšení hladiny hlučnosti.

Vzhledem k tomu, že ložisko je součást poměrně malých rozměrů může se stát účinným zdrojem vibrací pouze v případě, kdy je dokonale mechanicky vázáno s okolní konstrukcí zařízení, ve kterém pracuje. Chvění se poté přenáší do dalších součástí stroje. Tento jev je nadále zvýrazněn zejména, pokud některá součást má vlastní frekvenci kmitání shodnou s některou složkou chvění samotného ložiska. [13, 16, 18]

2.1.3 Ostatní zdroje vibrací v převodovce

Mezi další součásti, které mohou být také zdrojem hluku, nejčastěji patří různé součásti zajišťující řazení (synchronizační kroužky, objímky, řadicí vidlice atd.).

Mechanizmus řazení patří mezi nepřímé zdroje vibrací. Pokud řadicí vidlička zůstane v kontaktu s ozubeným kolem, tak dojde k přenosu vibrací z kola do celého řadícího mechanizmu. Hřídele, přenášející krouticí moment, jsou namáhány nejen na krut, ale také značně na ohyb - jejich zkroucení, průhyby a špatně zajištěná rovnoběžnost jsou také častým důvodem vzniku vibrací.

Všechny tyto zdroje hluku přenáší vzniklé vibrace do skříně převodovky.

Protože převodovka je uzavřený akustický systém, tak se hluk převodovky šíří zejména vibracemi povrchu skříně nebo připojených komponentů do okolního prostředí. Proto na celkovou hlučnost převodovky má také významný vliv. Hodnota vlastních kmitů převodové skříně by se neměla shodovat s diskrétními složkami frekvence ozubení,

ložisek či dalších součástí, které mohou být zdrojem dynamického buzení. [15]