Cara merancang peredaman kebisingan untuk transmisi gir

Jenis dan Material Gigi

1. Jenis giri

Dari sudut pandang transmisi yang halus dan kebisingan rendah, roda gigi silinder miring memiliki jumlah gigi yang bersentuhan secara simultan lebih banyak, menghasilkan perubahan kekakuan keseluruhan pada penggandaian yang lebih stabil. Oleh karena itu, getaran dan kebisingan dapat lebih rendah dibandingkan roda gigi silinder lurus, terkadang serendah sekitar 12 dB. Untuk roda gigi herringbone, karena membutuhkan alignment yang ketat, kesalahan kecil atau keausan tidak merata saja dapat memengaruhi distribusi beban dan kelancaran transmisi. Oleh sebab itu, di antara roda gigi silinder, roda gigi silinder miring merupakan tipe terbaik untuk mengurangi kebisingan. Dari tahun 1969 hingga 1987, Profesor A. Atfia dari Ain-Shams University di Kairo, Mesir, melakukan penelitian eksperimental terhadap roda gigi heliks berprofil involute, roda gigi busur lingkaran tunggal, dan roda gigi busur lingkaran ganda. Ia membandingkan kebisingan dari ketiga profil gigi tersebut di bawah beban dan kecepatan yang berbeda. Hasil penelitian menunjukkan bahwa di antara ketiga profil gigi tersebut, roda gigi heliks berprofil involute memiliki tingkat kebisingan terendah dan paling tidak terpengaruh oleh beban yang ditransmisikan dan kecepatan operasi, diikuti oleh roda gigi busur lingkaran tunggal, sedangkan roda gigi busur lingkaran ganda merupakan yang terburuk.

2. Bahan roda gigi

Perlakuan Panas, dan Metode Pelumasan: Faktor-faktor ini semua memengaruhi kebisingan sistem. Secara umum, menggunakan material dengan sifat peredaman yang baik untuk pembuatan roda gigi dapat mengurangi kebisingan. Namun, material dengan sifat peredaman yang baik umumnya memiliki kekuatan rendah dan tidak dapat digunakan dalam semua situasi. Sebagai contoh, resin fenolik dan nilon sering hanya digunakan untuk membuat roda gigi beban ringan pada mesin industri ringan seperti mesin jahit. Untuk mengurangi kebisingan, sulfidasi atau pelapisan tembaga dapat diterapkan pada permukaan gigi roda gigi baja yang menanggung beban. Tujuan dari sulfidasi permukaan gigi adalah untuk mengurangi koefisien gesekan. Pelapisan tembaga telah digunakan pada roda gigi turbin untuk meningkatkan akurasi kontak roda gigi. Perlakuan panas roda gigi juga memengaruhi kebisingan. Sebagai contoh, setelah proses pendinginan (quenching), sifat peredaman roda gigi memburuk, dan kebisingan meningkat sebesar 3-4 dB. Oleh karena itu, roda gigi dengan persyaratan kekuatan dan ketahanan aus yang rendah tidak perlu dikeraskan melalui quenching. Mengenai pengaruh oli pelumas dan metode pengisian, secara umum diyakini bahwa kebisingan berkurang seiring dengan peningkatan volume dan viskositas oli. Hal ini disebabkan oli pelumas memiliki efek peredaman, yang dapat mencegah kontak langsung antara permukaan gigi yang saling berkait. Saat menggunakan pelumasan bak oli, kebisingan roda gigi bervariasi tergantung pada ketinggian oli; artinya, tingkat pengisian oli optimal berbeda-beda untuk gearbox yang berbeda.

Parameter geometri roda gigi

1. Modul
Ketika mentransmisikan beban besar, eksitasi dinamis dari penggigian roda gigi terutama disebabkan oleh deformasi lentur pada gigi roda gigi, dan kekakuan lentur gigi roda gigi berbanding lurus dengan modul. Oleh karena itu, meningkatkan modul dapat mengurangi eksitasi dinamis pada gigi roda gigi, sehingga mengurangi kebisingan. Namun, ketika mentransmisikan beban kecil atau tanpa beban, situasinya berbeda. Pada saat ini, pengaruh kesalahan gigi roda gigi akan jauh lebih besar daripada deformasi gigi roda gigi. Kita harus mempertimbangkan pengaruh ukuran modul terhadap kebisingan dari sudut pandang kesalahan permesinan roda gigi. Sebagai contoh, kesalahan pitch ΔP dapat diperoleh dengan rumus berikut:
δP＝C1 +C2M+C3 (1)
dimana
do——diameter pitch circle roda gigi
M——modul
C1, C2, C3——konstanta terkait
Dan kesalahan profil gigi Δf dapat dihitung dengan rumus berikut:
δf＝C4M+C5 (2)
di mana C4 dan C5 adalah konstanta terkait.
Dapat dilihat dari rumus (1) dan (2) bahwa kedua kesalahan di atas secara langsung berkaitan dengan modul, dan semakin besar modulnya, semakin besar pula kesalahan profil gigi serta semakin tinggi tingkat kebisingannya. Oleh karena itu, saat mentransmisikan beban kecil atau tanpa beban, modul sebaiknya dibuat serendah mungkin, asalkan kekuatan roda gigi memungkinkan.

2. Jumlah gigi roda gigi
Jika modul tetap tidak berubah, mengubah jumlah gigi akan mengubah diameter roda gigi dan luas permukaan roda gigi. Dengan demikian, perubahan pada area radiasi kebisingan roda gigi akan menyebabkan perubahan pada tingkat kebisingan. Secara umum, besarnya kebisingan terutama ditentukan oleh luas radiasi kebisingan, bukan oleh energi sumber getaran. Berdasarkan prinsip akustik, jika roda gigi dianggap sebagai pelat bundar, daya suara WR yang diradiasikan ke udara dapat dihitung dengan
rumus berikut:
(3) Di mana: F——nilai efektif dari gaya eksitasi yang berubah menurut hukum sinus
R——diameter pelat bundar
o——kerapatan permukaan
p——kerapatan udara
ω——frekuensi sudut
C——konstanta
Dari rumus (3), dapat dilihat bahwa seiring dengan meningkat diameter pelat bundar, kebisingan akan meningkat tajam. Oleh karena itu, dalam perancangan roda gigi, diameter roda gigi sebaiknya dikurangi sebisa mungkin. Selain itu, dari rumus (1) dan (2) terlihat bahwa kesalahan jarak bagi gigi berhubungan dengan diameter roda gigi, sedangkan kesalahan profil gigi tidak berhubungan dengan diameter. Oleh karena itu, pengurangan diameter tidak akan memperberat kesulitan dalam mencapai akurasi permesinan roda gigi.

3. Lebar gigi
Alasan mengapa perubahan lebar gigi menyebabkan perubahan kebisingan terletak pada perbedaan redaman energi. Oleh karena itu, roda gigi dengan lebar gigi yang lebih besar memiliki kinerja redaman yang lebih baik, sehingga menghasilkan kebisingan yang lebih rendah.

4. Rasio kontak
Meningkatkan rasio kontak: Rasio kontak dapat mengurangi kebisingan transmisi roda gigi. Pertama, meningkatkan rasio kontak mengurangi beban pada sepasang gigi tunggal. Hal ini mengurangi benturan beban selama penggabungan dan pelepasan gigi, sehingga menurunkan kebisingan roda gigi. Kedua, dengan bertambahnya jumlah gigi yang bersinggungan, kesalahan transmisi pada satu pasang gigi dirata-ratakan, sehingga mengurangi eksitasi dinamis pada gigi. Selain itu, hampir semua parameter roda gigi yang memengaruhi kebisingan roda gigi sebenarnya disebabkan oleh pengaruhnya terhadap rasio kontak. Sebagai contoh, untuk roda gigi silindris dengan rasio kontak 1-3, mengurangi sudut tekan, mengurangi modul, dan sedikit meningkatkan addendum semuanya mengurangi kebisingan roda gigi karena meningkatnya rasio kontak. Tentu saja, mengurangi sudut tekan juga meningkatkan kelenturan gigi dan mengurangi eksitasi dinamis, yang bermanfaat bagi pengurangan kebisingan.

5. Sudut heliks
Karena roda gigi heliks secara bertahap masuk ke dalam kaitan dari satu ujung gigi, dampak kaitannya kecil dan kebisingannya rendah. Secara umum, semakin besar sudut heliks, rasio kontak akan meningkat dan kebisingan berkurang. Namun, efek pengurangan kebisingan menjadi lebih buruk ketika sudut heliks lebih besar dibandingkan saat sudut heliks lebih kecil. Hal ini karena sudut heliks yang lebih besar membuat proses pemesinan dan pemasangan menjadi lebih sulit, sehingga memengaruhi tumpang tindih aktual.

6. Modifikasi gigi, pembentukan, dan perpindahan
Dalam kondisi kerja aktual roda gigi, deformasi gigi, poros penggerak, dan kotak roda gigi dapat menyebabkan gangguan dan benturan selama pengkaitan, yang menghasilkan getaran kuat dan kebisingan. Oleh karena itu, modifikasi, pembentukan, dan perpindahan dapat digunakan untuk mengompensasi deformasi pengkaitan guna mengurangi getaran dan kebisingan.