Współpraca z klientami w celu rozwiązania problemu NVH

Victor Li, starszy specjalista ds. Inżynierii NVH

Wszyscy wiedzą: ciche łożysko to łożysko wysokiej jakości. Im ściślej łożysko mieści się w obudowie, im bardziej zrównoważone i niewykrywalne są jego ruchy, tym bardziej prawdopodobne jest, że będzie ono działać przez lata.

W ciągu ostatniej dekady producenci oryginalnego wyposażenia (OEM) coraz częściej dodawali wymagania dotyczące dźwięku do specyfikacji łożysk do ogólnych zastosowań przemysłowych.

„W wielu przypadkach klienci obawiają się drgań powodujących hałas, które mogą prowadzić do problemów z wydajnością w większym systemie” – mówi Victor Li, starszy specjalista ds. Inżynierii NVH w firmie Timken. W innych przypadkach, mówi, nowe regulacje rządowe odgrywają rolę, chroniąc słuch operatorów pracujących przy ciężkim sprzęcie lub redukując hałas w społecznościach mieszkalnych.

Aby pomóc sprostać surowym wymaganiom dotyczącym hałasu, wibracji i szorstkości (NVH) przy jednoczesnym obniżeniu kosztów w całym okresie eksploatacji łożyska, firma Timken Research and Development (R&D) nadal dokonuje znacznych inwestycji w tej dziedzinie. Kiedy Li dołączył do firmy Timken w 2012 roku, zaczął pracować nad narzędziami programowymi, które inżynierowie firmy Timken mogliby wykorzystać do symulacji hałasu i wibracji na wczesnym etapie procesu projektowania, aby proces projektowania łożysk o niskim współczynniku NVH był bardziej wydajny i precyzyjny.

Opracowywanie naszego oprogramowania do symulacji NVH

Ciche łożysko to łożysko wysokiej jakości – ale jaka jest różnica między łożyskiem, które wibruje i hałasuje, a takim, które nie? Praveen Pauskar, lider grupy i technolog w firmie Timken, wyjaśnia, że patrząc poza to, co widzi gołym okiem, zdajesz sobie sprawę, że nie ma czegoś takiego jak idealnie płaska lub gładka powierzchnia. Wszystko podlega pewnym zmianom podczas procesu produkcyjnego.

„Na powierzchni widać falistość, falistość i pewną nierówność” – mówi. „Inżynierowie firmy Timken mogą kontrolować wielkość pofalowania lub chropowatości, ale generalnie im większa precyzja, tym droższy proces produkcji”.

Wyzwaniem jest zatem zaprojektowanie łożysk, które spełniają wymagania eksploatacyjne, a jednocześnie mieszczą się w rozsądnych parametrach produkcyjnych. Bez oprogramowania symulacyjnego inżynierowie są zmuszeni przejść przez powtarzalny proces projektowania łożysk, wykonywania części fizycznych, umieszczania ich na stanowisku testowym i pomiaru NVH.

Po przeprowadzeniu pewnych badań klientów, Li zaczął mierzyć hałas i wibracje łożysk w laboratorium testów dźwięku, wykorzystując dane jako dane wejściowe do projektowania oprogramowania do modelowania komputerowego, którego projektanci mogliby użyć do szybszego i dokładniejszego określenia „najlepszego punktu” wydajności NVH. Zaczął od dynamicznego narzędzia do modelowania opartego na domenie czasu, które działało dobrze, ale czasami pojedyncza symulacja zajmowała dwa dni.

Aby przyspieszyć analizę, Li opracował model oparty na domenie częstotliwości – obecnie nazywany Virtual Sound Test System (VSTS) firmy Timken.

Krótsze terminy realizacji. Większa precyzja.

Po roku udanych testów zespół zaczął używać VSTS z klientami. Zaczęli od producenta, którego zespół projektowy zażądał ścisłych specyfikacji dla każdego elementu łożyska – od pierścieni wewnętrznych i zewnętrznych po poszczególne rolki.

Zespoły ds. Sprzedaży i niestandardowych inżynierów firmy Timken współpracowały z działem badawczo-rozwojowym, aby przeprowadzić symulacje VSTS dla scenariuszy, dla których projektował klient. Przedstawili uzyskane dane jako dowód, że alternatywne łożysko proponowane przez firmę Timken będzie miało taką samą lub lepszą wydajność niż ta, o którą prosił klient.

Prognozy na poziomie systemu

Jako równoczesne narzędzie inżynierskie, VSTS umożliwia inżynierom firmy Timken współpracę z projektantami OEM na najwcześniejszych etapach rozwoju produktu. „Możemy symulować wszystkie cechy konstrukcyjne łożyska”, mówi Li, „obracając je z różnymi prędkościami lub przy różnych warunkach obciążenia. Możemy zasymulować, jak obracają się pierścienie zewnętrzne i wewnętrzne oraz typowe warunki pracy w przypadku użycia ”.

Gdy połączysz razem wszystkie dane wejściowe VSTS, mówi Li, możesz zasymulować hałas i wibracje dla całych systemów, a nie tylko jednego łożyska. Przewidywanie NVH na poziomie systemu ułatwia współpracę z projektantami OEM, którzy zazwyczaj nie podają wszystkich szczegółów konstrukcyjnych swojego przypadku użycia, zamawiając łożyska.

„Pierwszym krokiem jest zawsze zweryfikowanie modelu VSTS dla klienta”, mówi Li, „aby pokazać, jak dobrze symulacja pasuje do rzeczywistości”. W tym celu tworzy małe wgniecenie na powierzchni pierścienia lub korpusie wałka. Następnie mierzy wgniecenie w laboratorium metrologicznym i wykorzystuje je jako dane wejściowe do modelu, który przewiduje wibracje. Wreszcie, w laboratoriach badawczo-rozwojowych wykorzystuje wyrafinowany sprzęt do testowania dźwięku, aby zweryfikować wyniki VSTS.

Zaawansowane możliwości NVH

Najnowsze dodatki do sprzętu do badań dźwięku firmy Timken rozszerzają możliwości firmy w zakresie testowania większych łożysk o średnicy zewnętrznej do 24 cali (60,96 cm) w łożyskach stożkowych, cylindrycznych, kulistych lub kulkowych. „Opracowujemy pakiet zaawansowanych funkcji NVH” – mówi Ryan Evans, dyrektor działu badań i rozwoju w firmie Timken.

„Sprzęt diagnostyczny NVH jest jak EKG dla maszyn” – mówi. Dzięki niemu Li może analizować dźwięk na miejscu lub poprzez nagranie audio, aby zmierzyć wydajność NVH i zidentyfikować, skąd dochodzą dźwięki. „Dzięki doświadczeniu firmy Victor i tym narzędziom firma Timken oferuje klientom wyjątkowy sposób rozwiązywania problemów związanych z NVH, niezależnie od tego, czy są to konkretnie problemy związane z łożyskami” – mówi Evans.

„W firmie Timken jesteśmy zainteresowani pomaganiem klientom w terenie przy analizie dźwięku, aw biurze przy pomocy symulacji VSTS” – mówi. „Zajmujemy się całą gamą. Ponieważ NVH zyskuje na znaczeniu dla klientów, Timken z niecierpliwością czeka na współpracę z nimi, aby sprostać wyzwaniom, jakie stawia przed każdą branżą, którą obsługujemy ”.

Published: 2021/03/11