NVHを解決するために顧客と提携する

シニアNVHエンジニアリングスペシャリスト、ビクターリー

誰もが知っている：静かなベアリングは高品質のベアリングです。 ベアリングがハウジングにぴったりと収まるほど、バランスが取れて動きが検出されなくなり、何年も続く可能性が高くなります。

過去10年間で、相手先ブランド供給（OEM）は、一般的な産業用アプリケーションのベアリング仕様に健全な要件をますます追加してきました。

「多くの場合、顧客は、より大きなシステムでパフォーマンスの課題につながる可能性のある騒音を引き起こす振動について懸念しています」と、ティムケンのシニアNVHエンジニアリングスペシャリストであるビクターリーは述べています。 他のケースでは、新しい政府規制が役割を果たし、重機の周りで作業しているオペレーターの聴覚を保護したり、住宅地域の騒音公害を減らしたりします。

ベアリングの寿命全体にわたってコストを削減しながら、厳しい騒音、振動、ハーシュネス（NVH）の要件に対応するために、ティムケンの研究開発（R＆D）はこの分野に多大な投資を続けています。 Liは2012年にTimkenに入社したとき、Timkenのエンジニアが設計プロセスの早い段階で騒音と振動をシミュレートするために使用できるソフトウェアツールの開発を開始し、低NVHベアリングの設計プロセスをより効率的かつ正確にするのに役立てました。

NVHシミュレーションソフトウェアの開発

静かなベアリングは高品質のベアリングですが、振動して音を立てるベアリングとそうでないベアリングの違いは何ですか？ ティムケンのグループリーダー兼技術者であるPraveenPauskarは、肉眼で見える範囲を超えて見ると、完全に平らで滑らかな表面などは存在しないことに気付くと説明しています。 すべては、製造プロセス中にある程度の変動の影響を受けます。

「表面にうねり、うねり、粗さがあります」と彼は言います。 「ティムケンのエンジニアは、うねりや粗さの量を制御できますが、一般に、精度が高いほど、製造プロセスのコストが高くなります。」

したがって、課題は、妥当な製造パラメータの範囲内にとどまりながら、性能要件を満たすベアリングを設計することです。 シミュレーションソフトウェアがないと、エンジニアはベアリングの設計、物理部品の作成、テストリグへの配置、NVHの測定という繰り返しのプロセスを経ることを余儀なくされます。

顧客調査を行った後、Liはサウンドテストラボでベアリングの騒音と振動の測定を開始し、データを入力として使用して、設計者がNVHパフォーマンスの「スイートスポット」をより迅速かつ正確に見つけるために使用できるコンピューターモデリングソフトウェアを設計しました。 彼は、動的な時間領域ベースのモデリングツールから始めましたが、これはうまく機能しましたが、1回のシミュレーションに2日かかることもありました。

分析をスピードアップするために、Liは周波数領域ベースのモデルを開発しました。これは現在Timkenの仮想サウンドテストシステム（VSTS）です。

短いリードタイム。 より正確に。

1年間のテストが成功した後、チームは顧客とのVSTSの使用を開始しました。 彼らは、設計チームが内輪と外輪から個々のローラーまで、すべてのベアリングコンポーネントに厳しい仕様を要求したメーカーから始めました。

ティムケンの営業チームとカスタムエンジニアリングチームが協力して、R＆Dと協力し、顧客が設計したシナリオのVSTSシミュレーションを実行しました。 彼らは、ティムケンが提案した代替ベアリングが顧客が要求したものと同じかそれ以上の性能を持つことの証拠として、得られたデータを提示しました。

システムレベルの予測

コンカレントエンジニアリングツールとして、VSTSを使用すると、Timkenのエンジニアは製品開発の初期段階でOEM設計者と協力できます。 「ベアリングのすべての設計機能をシミュレートできます」とLi氏は言います。「さまざまな速度またはさまざまな負荷条件でベアリングを回転させます。外輪と内輪がどのように回転しているか、およびユースケースの一般的な作業条件をシミュレートできます。」

Li氏によると、すべてのVSTS入力データを組み合わせると、1つのベアリングだけでなく、システム全体の騒音と振動をシミュレートできます。 システムレベルでNVHを予測すると、OEM設計者との共同作業が容易になります。OEM設計者は通常、ベアリングを要求するときにユースケースのすべての設計詳細を提供するわけではありません。

「最初のステップは、常に顧客のVSTSモデルを検証することです」と、Li氏は言います。「シミュレーションが現実とどの程度一致しているかを示すためです。」 そのために、彼はリング表面またはローラー本体に小さなへこみを作成します。 次に、彼は計測学研究室でへこみを測定し、それを振動を予測するモデルの入力として使用します。 最後に、彼は研究開発研究所で洗練された音響試験装置を使用して、VSTSの結果を検証しています。

高度なNVH機能

ティムケンの最新の音響試験装置の追加により、テーパー、円筒、球形、またはボールベアリングの外径が最大24インチ（60.96センチメートル）の大型ベアリングをテストする同社の機能が拡張されました。 「私たちは一連の高度なNVH機能を開発しています」とTimkenのR＆DディレクターであるRyanEvansは述べています。

「NVH診断装置は機械のEKGのようなものです」と彼は言います。 これにより、Liはオンサイトまたはオーディオ録音を通じてサウンドを分析し、NVHパフォーマンスを測定し、サウンドがどこから来ているかを特定できます。 「ビクターの専門知識とこれらのツールにより、ティムケンは、特にベアリング関連の問題であるかどうかにかかわらず、NVHの問題に対処するための独自の方法を顧客に提供します」とエバンスは言います。

「ティムケンでは、音の分析で現場の顧客を支援し、VSTSシミュレーションでオフィスの顧客を支援することに関心があります」と彼は言います。 「私たちは全範囲をカバーしています。 NVHの重要性が顧客にとって高まる中、ティムケンは、NVHがサービスを提供する各業界にもたらす課題に対応するために、顧客と提携することを楽しみにしています。」

Published: 2021/03/11