Партнерство с клиентами для решения проблемы NVH

Виктор Ли, старший инженер по ШВХ

Всем известно: тихий подшипник — это качественный подшипник. Чем плотнее подшипник входит в свой корпус, чем более сбалансированы и незаметны его движения, тем выше вероятность, что он прослужит долгие годы.

За последнее десятилетие производители оригинального оборудования (OEM) все чаще добавляли требования по звуку к своим характеристикам подшипников для общепромышленного применения.

«Во многих случаях заказчики обеспокоены вызывающей шум вибрацией, которая может привести к снижению производительности в более крупной системе», — говорит Виктор Ли, старший технический специалист Timken по NVH. В других случаях, по его словам, играют роль новые правительственные постановления, защищая слух операторов, работающих с тяжелым оборудованием, или снижая шумовое загрязнение жилых районов.

Чтобы помочь удовлетворить строгие требования к шуму, вибрации и жесткости (NVH) при одновременном снижении затрат в течение срока службы подшипника, Timken Research and Development (R&D) продолжает вкладывать значительные средства в эту область. Когда Ли присоединился к Timken в 2012 году, он начал работать над программными инструментами, которые инженеры Timken могли использовать для моделирования шума и вибрации на ранних этапах процесса проектирования, чтобы сделать процесс проектирования подшипников с низким уровнем шума и вибрации более эффективным и точным.

Разработка программного обеспечения для моделирования NVH

Тихий подшипник — это качественный подшипник, но какая разница между подшипником, который вибрирует и издает шум, и подшипником, который не шумит? Правин Паускар, руководитель группы и технолог Timken, объясняет, что когда вы смотрите за пределы того, что может видеть невооруженный глаз, вы понимаете, что не существует такой вещи, как идеально ровная или гладкая поверхность. Во время производственного процесса все может подвергаться определенным изменениям.

«На поверхности есть неровности, волнистость и некоторая шероховатость», — говорит он. «Инженеры Timken могут контролировать степень волнистости или шероховатости, но в целом, чем выше точность, тем дороже производственный процесс».

Таким образом, задача состоит в том, чтобы спроектировать подшипники, которые отвечали бы требованиям к рабочим характеристикам и при этом оставались в пределах разумных производственных параметров. Без программного обеспечения для моделирования инженеры вынуждены выполнять повторяющийся процесс проектирования подшипников, изготовления физических деталей, установки их на испытательный стенд и измерения NVH.

Проведя некоторые исследования клиентов, Ли начал измерять шум и вибрацию подшипников в лаборатории звуковых испытаний, используя полученные данные в качестве входных данных для разработки программного обеспечения для компьютерного моделирования, которое дизайнеры могли использовать для более быстрого и точного определения «оптимального места» для характеристик ШВХ. Он начал с инструмента динамического моделирования на основе временной области, который работал хорошо, но иногда на одно моделирование уходило два дня.

Чтобы ускорить анализ, Ли разработал основанную на частотной области модель — то, что сейчас называется Virtual Sound Test System (VSTS) Timken.

Более короткие сроки выполнения заказа. Больше точности.

После года успешных испытаний команда начала использовать VSTS с клиентами. Они начали с производителя, команда дизайнеров которого запросила строгие спецификации для каждого компонента подшипника — от внутреннего и внешнего колец до отдельных роликов.

Команды продаж и индивидуального проектирования Timken вместе с отделом исследований и разработок работали над моделированием VSTS для сценариев, для которых проектировал заказчик. Они представили полученные данные как доказательство того, что предлагаемый Timken альтернативный подшипник будет иметь такие же или лучшие характеристики, чем тот, который запрашивал заказчик.

Прогнозы на системном уровне

VSTS как инструмент параллельного проектирования позволяет инженерам Timken работать с OEM-разработчиками на самых ранних этапах разработки продукта. «Мы можем смоделировать все конструктивные особенности подшипника, — говорит Ли, — вращая его с разными скоростями или при разных условиях нагрузки. Мы можем смоделировать, как вращаются внешнее и внутреннее кольца, а также типичные условия работы для варианта использования ».

По словам Ли, когда вы объединяете все входные данные VSTS, вы можете моделировать шум и вибрацию для всей системы, а не только для одного подшипника. Прогнозирование NVH на системном уровне упрощает работу с OEM-разработчиками, которые обычно не предоставляют все детали конструкции своего варианта использования при запросе подшипников.

«Первым шагом всегда является проверка модели VSTS для клиента, — говорит Ли, — чтобы показать им, насколько хорошо моделирование соответствует реальности». Для этого он создает крошечную вмятину на поверхности кольца или тела ролика. Затем он измеряет вмятину в метрологической лаборатории и использует ее в качестве входных данных для модели, которая прогнозирует вибрацию. Наконец, он использует сложное оборудование для тестирования звука в научно-исследовательских лабораториях для проверки результатов VSTS.

Расширенные возможности NVH

Последние дополнения к оборудованию для звуковых испытаний Timken расширяют возможности компании по испытанию больших подшипников с внешним диаметром до 24 дюймов (60,96 см) в конических, цилиндрических, сферических или шариковых подшипниках. «Мы разрабатываем набор передовых возможностей NVH, — говорит Райан Эванс, директор по исследованиям и разработкам Timken.

«Диагностическое оборудование NVH похоже на ЭКГ для машин», — говорит он. С его помощью Ли может анализировать звук на месте или с помощью аудиозаписи, чтобы измерить характеристики NVH и определить, откуда исходят звуки. «Благодаря опыту Виктора и этим инструментам Timken предлагает клиентам уникальный способ решения проблем NVH, независимо от того, являются ли они конкретно проблемами, связанными с подшипниками», — говорит Эванс.

«В Timken мы заинтересованы в помощи клиентам в полевых условиях с анализом звука и в офисе с помощью моделирования VSTS», — говорит он. «Мы покрываем весь спектр. Поскольку значение NVH для клиентов становится все более важным, Timken надеется на сотрудничество с ними для решения задач, которые он ставит перед каждой обслуживаемой нами отраслью ».

Published: 2021/03/11