همه چیز در مورد صدای گیربکس

صدایی که پس از ساخت گیربکس صنعتی تولید می شود می تواند دلایل مختلفی داشته باشد .برخی مواقع ممکن است صدا کاملا طبیعی بوده در حالی که در مواقع دیگر ،صدا غیر معمول به نظر می رسد. یکی از روش های یافتن مشکل یا تشخیص وجود زمینه ی مشکل ساز در گیربکس ها توجه به صدای آن می باشد. هرچند برای تشخیص قطعی مشکل نباید فقط به صدا اعتماد کرد ولی توجه به آن می تواند به تشخیص وجود یک مشکل  در گیربکس کمک قابل توجهی کند. به هر حال اندازه گیری صدا ، سرنخ های مهمی را در اختیار اپراتور، سازنده ی گیربکس، تامین کننده(به عنوان واحدهای رسیدگی کننده) قرار می دهد.

این مطلب به طور خلاصه در مورد صدای گیربکس و چگونگی اندازه گیری آن صحبت می کند. به علاوه روشی برای مجزا کردن صدای گیربکس از محیط پیرامون آن یا محیط کاری آن معرفی می کند.

صدا چیست ؟

به خودی خود ،مطالعه در مورد صدا و صوت مطلبی پیچیده است. حرفه هایی وجود دارند که به طور تخصصی در مورد صوت و امواج صوتی مطالعه و فعالیت می کنند که سطح آن فراتر از این مقاله است.

تفاوت حائز اهمیتی بین (sound)صدا و (noise) نویز وجود دارد. بسیاری از افراد از این دو اصطلاح در جای نا مناسب و بجای یکدیگر استفاده می کنند ولی در اصل ماهیت این دو کلمه متفاوت است .

(sound) صدا به طور خاص و دقیق، حرکت رفت و برگشتی ذرات در یک محیط مانند هوا، آب یا جامد را زمانی که امواج صوتی از میان آن محیط عبور می کنند عنوان می کند. به دلیل خاصیت این ارتعاش، فشار صدا (sound pressure ) تشکیل می شود که میزان آن بر میزان نوسان فشار هوایی که منبع صدا در نظر گرفته می شود بستگی دارد.

به زبان ساده تر، زمانی که چیزی به ارتعاش در می آید این لرزش باعث می شود که ذرات نزدیک به آن نیز ارتعاش کنند و به این ترتیب ذرات به یکدیگر دور و نزدیک شده و امواج صوتی را تشکیل می دهند. زمانی که این امواج صوتی به گوش ما برسد ما صدا را می شنویم . از طرف دیگر،(noise) نویز،به عنوان صدای نامطلوب تعریف می شود .

به طور کلی می توان گفت برای هر موج صوتی (sound)،سه فاکتور باید موجود باشد:

1. منبع صدا یا ژنراتور 2. یک محیط برای انتشار صوت مانند هوا و 3. یک گیرنده صدا مانند گوش انسان.

صدا چگونه اندازه گیری می شود؟

صدا(فشار صدا) معمولا با واحد نیوتن بر متر مربع (N/m2) که به پاسکال معروف است عنوان می شود. کمترین صدایی که در حیطه شنوایی انسان 0.00002 پاسکال بوده و امواج بالای 20 پاسکال توسط گوش انسان شنیده نمی شود. به عبارت دیگر حیطه ی شنوایی انسان بین 20-0.00002 پاسکال است.

فرمول  زیر از سطوح فشار صدا (موج صوتی )،استفاده میشود در الگاریتم های ریاضی برای مقایسه فشار صدا در برابر یک فشار صدای تثبیت شده ی استاندارد .(استاندارد تثبیت شده)

فرمول زیر برای محاسبه ی سطح فشار صدا(صوت) بوسیله ی لگارتیم های فشار صوت مورد نظر و فشار استاندارد تعریف شده است :

که(P) در این معادله فشار صوت و (P0) فشار استاندارد است که 20µN/m2 در نظر گرفته می شود. (P0) نزدیک ترین عدد به پایین ترین محدوده ی شنوایی انسان بوده و به همین دلیل به عنوان مرجع در نظر گرفته می شود. (dB) با عنوان دسی بل و یک واحد بدون بعد است.

در رابطه ی بالا، ضرایبی برای اندازه گیری دقیق تر در نظر گرفته می شود. این ضرایب با A ،B ،C بیان می شوند. معمولا در صنعت، A ضریب وزنی پرکاربردی در معادله (LP) و مسائل مربوط به سطوح فشار صوت می باشد. همانطور که می دانید انسان فرکانس های بالا را بهتر از فرکانس های پایین می شنود و این ضرایب وزنی جهت تاکید بر فرکانس های پایین تر از محدوده ی شنوایی است.

(dBA) نشان دهنده یک سطح فشار صوت اندازه گیری شده با ضریب وزنی A است.

در بحث اندازه گیری عملی صدا، کارخانه های زیادی تجهیزات تخصصی ای صرفا جهت اندازه گیری سطوح فشار صوت ارائه کرده اند. ویژگی های عملکردی این تجهیزات دارای تنوع بالایی بوده و همچنین از نظر قیمت و هزینه در رنج های متفاوتی قرار میگرند. در محیط های صنعتی استفاده از ابزارهای دستی برای ارزیابی ها و اندازه گیری صدا متدوال است. نام این ابزار ها دسی بل (ِDecibel) یا به اختصار dB است. این تجهیز یک وسیله ی ساده سبک و قابل حمل است که سطوح فشار صدا را به سادگی اندازه گیری می کند.به این صورت که با سنسورهای داخلی موجود در دستگاه ضرایب وزنی A،B،C  اندازه گیری و نمایش داده می شوند. مانند تمام ابزارهای اندازه گیری، کالیبره کردن این تجهیز هم ضرورری می باشد. لذا دستگاه های کالیبراسیون این ابزار ها نیز موجود می باشند.

صداهای گیربگس صنعتی

در گیربکس های صنعتی چندین منبع تولید صدا وجود دارد که حین کار باعث ایجاد سرو صدا می شوند. مانند :درگیری بین چرخ دنده ها، چرخش بیرینگ ها، پاشش روانکار ها و روغن گیربکس، پمپ های روغن، و …

با در نظر گرفتن چرخ دنده ها به عنوان یک عامل مهم برای ایجاد صدا، دندانه های چرخدنده و کیفیت سطح پایانی آن، یک عامل قابل توجه در میزان تولید صدا حین کارکرد گیربکس های صنعتی می باشد. به عنوان مثال چرخ دنده های هلیکالی که فقط دنده زنی شده اند در مقایسه با چرخ دنده ای با همان سایز و شکل که پس از دنده زنی عملیات پرداخت ( مانند سنگ دنده ) روی آن اجرا شده است صدای بیشتری تولید می کند.

سنگ دنده فرآیند پرداخت دندانه ها بوده که می تواند زائده های روی پروفیل دنده را کم کرده یا به کلی حذف کند. سطح دندانه هایی که با هاب تولید می شوند اغلب خشن هستند و نیاز به فرآیند سنگ دنده دارند. لازم به ذکر است که در رابطه با اثر کیفیت سطح پایانی دندانه ها در تولید صدا در گیربکس صنعتی، سرعت چرخش محور های گیربکس نیز نقش مهمی ایفا می کند. به عنوان مثال صدایی که توسط چرخدنده هایی که سنگ دنده زده شده اند و چرخدنده هایی که بعد از دنده زنی پرداخت نشده اند در حالی که هر دو با سرعت کم(مثلا 30RPM) و مشخصات هندسی یکسان در حال دوران هستند تفاوت چشمگیری ندارند. در مقابل اگر سرعت دورانی چرخدنده ها افزایش یابد، صدایی که توسط چرخدنده هایی با سطح پرداخت ضعیف ایجاد می شود در مقایسه با صدایی که از چرخدنده هایی با هندسه و سرعت یکسان ولی کیفیت سطح خوب تولید می شود بسیار بیشتر است.

روش تولید چرخ دنده نیز در میزان صدای تولیدی گیربکس اهمیت بالایی دارد. به عبارت دیگر کیفیت یک چرخ دنده اساسا به پارامترهای دندانه از جمله پروفیل دنده، عرض دنده، گام وابسته است.

سازمان های مربوطه استاندارد هایی مانند AGMA و DIN برای رتبه بندی کیفیت بر اساس پارامترهای مختلف دنده منتشر کرده اند. با توجه به این استاندارد ها و تاثیر هر کدام بر شکل دهی دندانه ها ، می توان  گفت که با در نظر گرفتن ابعاد و مشخصه های یکسان، چرخدنده هایی که طبق استاندرادها تولید شده اند در مقابل چرخ دنده ای با روش تولید غیر استاندراد و بی کیفیت صدای کمتری تولید می کند.

عوامل قابل توجه در طراحی گیربکس به نحوی که تولید صدا در گیربکس ها کمتر شود به موارد ذکر شده محدود نمی شود. پارمترهای زیادی وجود دارد که یک طراح برای کمتر شدن صدای چرخ دنده ها و به طور کلی گیربکس حین کار می تواند مدنظر قرار دهد.

از طرفی مجموع همه فعالیت هایی که منجر به کاهش صدا می شوند، ممکن است پیامد های نا مطلوبی بر سایر پارمترهای چرخ دنده ها (در طراحی) به دنبال داشته باشد. لذا یک طراح باید در طراحی خود به تمام نکات و پارمترهای اساسی چرخ دنده دقت کرده و با اولویت بندی پارامترهای گوناگون اقدام به طراحی کند. درک صحیح مفاهیم مکانیکی و طراحی به طراح کمک می کند که با در نظر گرفتن تمامی نکات و پارمترها و توجه به جنبه های مختلف مانند کاربرد چرخ دنده و گیربکس و همچنین توجه به طول عمر و صرفه ی اقتصادی بهترین طراحی انجام دهد .

به طور کلی سر و صداهایی که حین کار گیربکس شنیده می شود می تواند نشانگر یک وضعیت نامطلوب(یا وجود یک مشکل) در گیربکس باشد. به عنوان مثال سرو صدایی در چرخ دنده ها که مانند صدای کلیک کردن است) به راحتی می تواند بیانگر در گیری نامناسب بین چرخ دنده ها باشد.

سازندگان گیربکس بعد از مونتاژ و قبل از ارسال آن به کارفرما(مشتری) عملکرد گیربکس را به چندین روش تست می کنند. هدف از این تست ها، اطمینان همه جانبه از عملکرد نرمال و طبیعی گیربکس است. برای مثال تکنولوژی درایو (Drive)، آزمایشهای جامعی را روی هر مجموعه مونتاژ شده ی گیربکس قبل از خروج از کارخانه انجام می دهد.

حین تست صدا، داده ها(که شامل صوت می باشند) اندازه گیری شده و به منظوری ارزیابی دقیق، مقادیر با اندازه های اسمی و استاندارد مقایسه می شوند تا از عملکرد صحیح گیربکس اطمینان حاصل شود.

چگونه صدای گیربکس را اندازه گیری کنیم؟

تا اینجای بحث در مورد صدا و نقش آن در عیب یابی گیربکس ها و تعمیر گیربکس صنعتی صحبت شد ولی سوالی که ایجاد می شود این است که این تئوری ها چگونه به مرحله عملی برسند ودر صنعت و سایر محیط ها استفاده شوند . همانطور که ذکر شده کلمه ی سرو صدا(noise) می تواند خیلی کلی و شامل موارد زیادی باشد.

هنگامی که اپراتور یا سازنده ی گیربکس ادعا کند گیربکس صدا دارد، اگر نتواند این گفته را به صورت کمی با داده های دقیق بیان کند گزارش سودمندی نخواهد بود. به کمک روابط ریاضی می توان مقدار فشار صوت را اندازه گیری کرد. این فرمول ترکیب چند عملیات کاربردی ریاضی است که به بررسی کمی و واضح تر صدای گیربکس کمک می کند. فرمول زیر علاوه بر توضیح روش محاسبه ی شدت صوت، در مورد صدای محیط اطراف گیربکس و حذف اثر آن در اندازه گیری نیز توضیح می دهد.

به این ترتیب سطح فشار صوت به دست آمده و می توان با رابطه ی ریاضی زیر آن را اثبات کرد:

در واقع این فرمول توانایی محاسبه ی صدا از یک منبع را زمانی که Lp(Total) و Lp(Back) در دسترس باشد دارا است . به منظور تخمین و بررسی صدایی که گیربکس تولید می کند، ابتدا لازم است کل صدای محیطی که گیربکس در آن کار می کند را اندازه گیری کرد. در این مورد باید به 2 نکته اشاره کرد.

اول : گیربکس باید در حالی شروع به کار کند که دستگاه اندازه گیری در حال کار است و دوم اینکه ابزار صدا سنج معمولا باید در فاصله ی 3 فوتی(1 متر) از نقطه ی مورد نظر نگه داشته شود . این اندازه برداری به عنوان Lp(Total) در نظر گرفته می شود. سپس گیربکس را خاموش کرده و مجددا  اندازه گیری در همان مکان و با همان موقعیت مکانی قبلی ابزار(موقعیت ثابت و یکسان) انجام شده و مقدار بدست آمده به عنوان Lp(Back) یادداشت می شود .

اکنون برای محاسبه ی صدای تولید شده از گیربکس(Lp(Source))، کافی است مقادیر بدست آمده از دو مرحله ی پیشین را در فرمول ذکر شده قرار داد. بسته به شرایط و اطلاعات مورد نظر، این امکان وجود دارد که صدای موتور گیربکس را از صدای کارکرد گیربکس با روش و فرمول های ذکر شده محاسبه کرد.

به این منظور ابتدا لازم است اتصال گیربکس از ماشین درایو (ِ Drive machine) قطع شود . یک بار بدون اتصال به آن و با موتور در حال کار صدا را اندازه گیری کرده و مقدار به دست آمده را به عنوان Lp(Total) یادداشت می کنیم. سپس موتور گیربکس را جدا کرده و بار دیگر اندازه گیری صدا را در حالی که موتور به تنهایی روشن است(که در اصل صدای تولید شده توسط خود موتور است) انجام داده که Lp(Back) به دست می آید. با جانمایی این دو مقدار در فرمول سابق، به راحتیLp(Source)) بدست می آید.

برای نصب تجهیزات جدید، توصیه می شود که اندازه ی صدای پایه(صدای ثابت گیربکس) مستند سازی شده و به عنوان مرجع یادداشت شود تا با اضافه کردن هر تجهیز به گیربکس و اندازه گیری مجدد صدا، با این مقدرا پایه مقایسه شده و جهت ارزیابی ها و بررسی کارکرد گیربکس استفاده شود .

نتیجه گیری

واضح است که شرایطی وجود دارد که مشکلات موجود در گیربکس به راحتی با اندازه گیری صدای تولید شده توسط آن قابل تشخیص است و در مقابل، در برخی شرایط تشخیص اینکه صدای گیربکس طبیعی است یا نشانگر وجود مشکلی در آن است کمی پیچیده و مشکل می شود .

با استفاده از فرمول، تکنیک و ابزارهای معرفی شده در این مقاله و شناختن صدا می توان میزان صدای گیربکس را به صورت کمی تشخیص داده و عملکرد آن را بهتر درک کرد. این اندازه گیری ها و محاسبات به خودی خود ممکن است ابزار تشخیص دقیقی نباشند. اما به هر حال در دسترس بودن این اطلاعات می تواند نشانه های قابل توجهی را در اختیار سازندگان گیربکس قرار دهد و خود شروع تحلیل و ریشه یابی مشکلات و دلایل ایجاد در آن باشد.