نقش کلیدی طراحی گیربکس در کاهش نویز نورد گرم

تأثیر طراحی گیربکس‌ها بر کاهش نویز در نورد گرم

در صنعت نورد گرم، کاهش نویز تولیدشده توسط تجهیزات دوّار به‌ویژه گیربکس‌ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. نویز نه‌تنها باعث آلودگی صوتی محیط کار و خستگی شنوایی اپراتورها می‌شود، بلکه نشانه‌ای از عملکرد نامناسب یا نقص طراحی در سیستم انتقال قدرت است. شرکت جهان فولاد الماس، به‌عنوان یکی از طراحان و تولیدکنندگان پیشرو در زمینه تجهیزات خط نورد، با تمرکز بر طراحی گیربکس‌های بهینه، نقش مؤثری در کاهش نویز در خطوط تولید ایفا کرده است.

در این مقاله به‌صورت تخصصی و با رویکرد فنی، عوامل تأثیرگذار بر نویز گیربکس‌ها در نورد گرم بررسی شده و راهکارهای طراحی برای کاهش این نویز ارائه می‌شود.

منشأ نویز در گیربکس‌های مورد استفاده در نورد گرم:

نویز در گیربکس‌ها ممکن است به دلایل مختلفی ایجاد شود که برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

1- ارتعاشات ساختاری ناشی از انتقال نیرو بین اجزای داخلی

2- طراحی نامناسب دنده‌ها که باعث درگیری غیر یکنواخت و ایجاد ضربه می‌شود.

3- عدم هم‌راستایی شافت‌ها که منجر به ایجاد گشتاورهای اضافی و لرزش می‌شود.

4- عدم بالانس مناسب چرخ‌دنده‌ها که باعث نوسانات مکانیکی و تولید نویز می‌گردد.

مهندسین شرکت جهان فولاد الماس با تحلیل دقیق این عوامل، طراحی گیربکس‌هایی با کمترین سطح نویز را در دستور کار قرار داده‌اند.

انواع دنده‌های مؤثر در کاهش نویز گیربکس خط نورد :

انتخاب نوع دنده در طراحی گیربکس یکی از عناصر کلیدی در مدیریت نویز است:

دنده‌های مخروطی (Bevel): برای انتقال زاویه‌دار نیرو مناسب‌اند و در صورت طراحی دقیق نویز کمی تولید می‌کنند.

دنده‌های مارپیچ (Helical): دارای درگیری نرم و پیوسته هستند که سبب کاهش صدا و ارتعاش می‌شود.

دنده‌های جناغی (Helical): دارای دو ردیف دندانه مارپیچ با زاویه مخالف‌اند، که باعث حذف نیروی محوری و ایجاد حرکت روان‌تر و بدون لرزش در انتقال قدرت می‌شود.

متریال‌های توصیه‌شده برای گیربکس‌های کم‌نویز

1. پوسته گیربکس (Gearbox Housing)

هدف: کاهش انتقال ارتعاشات و نویز به بیرون

متریال	توضیحات
چدن خاکستری (Gray Cast Iron – Grade GG25 or GJL-250)	بهترین انتخاب برای جذب ارتعاشات به دلیل ساختار گرافیتی؛ ارزان و ماشین‌کاری‌پذیر
چدن داکتیل (Ductile Iron – GGG40/GJS400)	مقاومت بالاتر از چدن خاکستری، با کمی افت میرایی ارتعاش
آلومینیوم (Aluminium Alloys – AlSi10Mg, Al6061)	سبک و مقاوم در برابر خوردگی؛ برای گیربکس‌های کوچک؛ میرایی ارتعاش کمتر از چدن
فولاد ریختگی (Cast Steel)	مقاوم اما با میرایی پایین؛ در گیربکس‌های سنگین صنعتی استفاده می‌شود، نه برای کم‌نویز بودن

2. دنده‌ها (Gears)

هدف: کاهش صدای درگیری، دوام بالا

متریال	عملیات حرارتی
42CrMo4 ،  17یا  18CrNiMo7-6 (فولاد آلیاژی)	نیتراسیون یا کربوراسیون
20MnCr5	کربوراسیون
برنز (Bronze – CuSn12, CuAl10Ni5Fe5)	بدون عملیات برای کارهای سبک

3. شافت‌ها (Shafts)

هدف: مقاومت در برابر خمش و پیچش، بدون ایجاد نویز ناشی از ارتعاشات

متریال	عملیات حرارتی
C45 یا 42CrMo4	القایی یا کوئنچ و تمپر
17CrNiMo6 یا 18CrNiMo7-6	کربوراسیون
St52	بدون عملیات
CK45 , CK55 , CK60	عملیات حرارتی

نکات تکمیلی:

• دنده‌های سخت شده (Hardened gears) با دقت سنگ‌زنی بالا، صدای کمتری تولید می‌کنند.
• تماس مارپیچی (Helical or Herringbone gears) به‌جای دنده مستقیم باعث کاهش نویز می‌شود.
• روانکاری مناسب (Synthetic gear oils) نیز نقش مهمی در کاهش نویز دارند.

نقش طراحی (Housing) در کنترل نویز:

طراحی محفظه گیربکس یکی از مهم‌ترین عوامل در جلوگیری از انتشار نویز است. استفاده از دیواره‌های ضخیم، طراحی با ریب (Rib) داخلی برای مهار ارتعاش، و استفاده از متریال‌های آکوستیک، همگی می‌توانند نقش موثری در کاهش نویز داشته باشند.در ادامه مواردی که در کنترل نویز نقش دارند می پردازیم:

1. محصور سازی صدا: وظیفه اصلی محفظه، محصور کردن فیزیکی منبع نویز و جلوگیری از انتشار آزادانه امواج صوتی به محیط اطراف است. این کار با ایجاد یک مانع بین منبع نویز و شنونده انجام می‌شود.

2. انتخاب مواد: مواد مورد استفاده در ساخت محفظه برای کاهش نویز بسیار حیاتی هستند. مواد متراکم و سنگین مانند فولاد، آلومینیوم یا مواد کامپوزیتی در جلوگیری از انتقال صدا مؤثر هستند. محفظه باید از موادی با ضریب افت انتقال صدای بالا در یک محدوده فرکانسی وسیع ساخته شود.

3. یکپارچگی ساختاری و آب‌بندی: یک محفظه صلب و کاملاً آب‌بندی شده، نشت نویز از طریق لرزش‌ها و شکاف‌ها را به حداقل می‌رساند. هرگونه بازشو مانند پانل‌های دسترسی، ورودی و خروجی‌های تهویه و محل عبور کابل‌ها باید به درستی با واشرهای آکوستیک یا درزگیرها بسته شوند تا از خروج صدا جلوگیری شود.

4. درمان آکوستیک داخلی: در حالی که محفظه خود از انتقال مستقیم صدا جلوگیری می‌کند، امواج صوتی می‌توانند از سطوح داخلی آن منعکس شده و به طور بالقوه سطح نویز در خارج را افزایش دهند. استفاده از مواد جاذب صدا مانند فوم آکوستیک، فایبرگلاس یا پشم معدنی در سطوح داخلی محفظه می‌تواند این بازتاب‌ها را به طور قابل توجهی کاهش داده و منجر به کاهش انتشار کلی نویز شود.

5. جداسازی ارتعاش: نویز اغلب از قطعات ارتعاشی درون ماشین‌آلات ناشی می‌شود. نصب این قطعات بر روی جداکننده‌های ارتعاش (مانند پایه‌های لاستیکی، فنرها) در داخل محفظه می‌تواند از انتقال ارتعاشات به ساختار محفظه جلوگیری کرده و در نتیجه تابش نویز را کاهش دهد.

6. میرایی: استفاده از مواد میرایی بر روی پانل‌های محفظه می‌تواند نویز تولید شده توسط ارتعاش خود پانل‌ها را کاهش دهد. مواد میرایی انرژی ارتعاشی را جذب کرده و آن را به گرما تبدیل می‌کنند و از عمل کردن پانل‌ها به عنوان صفحات صدا که نویز را تقویت می‌کنند، جلوگیری می‌کنند.

7. طراحی برای جریان هوا و خنک‌سازی: ماشین‌آلات اغلب برای خنک‌سازی به تهویه نیاز دارند. طراحی محفظه باید مسیرهای جریان هوا را به گونه‌ای در نظر بگیرد که نشت نویز را به حداقل برساند. این امر می‌تواند از طریق استفاده از دریچه‌های دارای بافل، کانال‌های پوشش‌دار یا لوورهای آکوستیک حاصل شود.

8. ساختار دو جداره: برای کاربردهای با نویز بالا، یک محفظه دو جداره با فاصله هوایی و مواد جاذب صدا در بین آن‌ها می‌تواند کاهش نویز قابل توجهی را فراهم کند. فاصله هوایی به عنوان یک لایه جداکننده عمل می‌کند و از انتقال آسان ارتعاشات از یک دیوار به دیوار دیگر جلوگیری می‌کند.

9. شکل و اندازه: شکل و اندازه محفظه نیز می‌تواند بر سطح نویز تأثیر بگذارد. اشکال گرد یا نامنظم می‌توانند به پراکنده کردن امواج صوتی کمک کنند، در حالی که اندازه باید برای محصور کردن منبع نویز بدون ایجاد بازتاب‌های داخلی بیش از حد کافی باشد.

10. نگهداری و دسترسی: طراحی محفظه باید امکان دسترسی آسان به ماشین‌آلات برای نگهداری و تعمیرات را بدون به خطر انداختن قابلیت‌های کاهش نویز آن فراهم کند. پانل‌های قابل جابجایی با درزگیرهای آکوستیک مطمئن ضروری هستند.

تأثیر روانکاری و خنک‌کاری بر نویز:

روانکاری مؤثر در گیربکس‌ها نقش بسزایی در کاهش نویز ایفا می‌کند. با ایجاد یک لایه نازک از روغن بین سطوح درگیر دنده‌ها، تماس مستقیم فلز با فلز به حداقل می‌رسد که این امر به طور قابل توجهی اصطکاک و حرارت تولیدی را کاهش می‌دهد. در نتیجه، عملکرد گیربکس نرم‌تر و روان‌تر شده و از ایجاد صداهای ناشی از سایش و ضربه بین دنده‌ها جلوگیری می‌شود. به عبارت دیگر، روانکاری مناسب، حرکت اجزای داخلی گیربکس را تسهیل کرده و ارتعاشات و صداهای ناخواسته را به میزان چشمگیری کاهش می‌دهد.

علاوه بر روانکاری، خنک‌کاری صحیح نیز در کنترل نویز گیربکس‌ها اهمیت دارد. عملکرد مداوم گیربکس‌ها منجر به تولید حرارت می‌شود. اگر این حرارت به طور مؤثر دفع نشود، می‌تواند باعث ایجاد تنش‌های حرارتی در دنده‌ها و سایر اجزای گیربکس شود. این تنش‌ها ممکن است منجر به تغییرات ابعادی و مکانیکی در قطعات شده و در نتیجه، عملکرد نامنظم و تولید نویز را به دنبال داشته باشند. بنابراین، یک سیستم خنک‌کاری کارآمد با حفظ دمای مناسب، از ایجاد این تنش‌های حرارتی جلوگیری کرده و به عملکرد بی‌صداتر و پایدارتر گیربکس کمک می‌کند.

کاهش نویز و افزایش عمر مفید خط نورد:

کاهش نویز در خطوط نورد، فراتر از ایجاد یک محیط کار آرام‌تر، تأثیر مستقیمی بر طول عمر و کارایی تجهیزات دارد. صداهای بلند اغلب نشانه‌ای از وجود اصطکاک، لرزش و تنش‌های غیرطبیعی در دستگاه‌ها هستند. با کاهش این عوامل مولد نویز، از آسیب دیدن قطعات حساسی مانند بیرینگ‌ها (یاتاقان‌ها) و شافت‌ها (محورها) جلوگیری می‌شود. این امر به نوبه خود، فرسایش و استهلاک قطعات داخلی گیربکس و سایر اجزای خط نورد را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

در نهایت، کاهش نویز منجر به افزایش فاصله زمانی بین نیاز به تعمیرات و سرویس‌های دوره‌ای می‌شود. وقتی قطعات تحت فشار و تنش کمتری کار می‌کنند، دیرتر دچار خرابی می‌شوند و نیاز به تعویض یا تعمیر پیدا می‌کنند. این امر به طور مستقیم هزینه‌های نگهداری و تعمیرات خط نورد را کاهش داده و زمان در دسترس بودن و بهره‌وری کلی خط را افزایش می‌دهد. به عبارت دیگر، سرمایه‌گذاری در کاهش نویز، در بلندمدت به افزایش عمر مفید تجهیزات و کاهش هزینه‌های عملیاتی منجر خواهد شد.

عوامل مؤثر در طراحی گیربکس بر تولید نویز

چندین عامل طراحی در شدت یا کاهش نویز گیربکس تأثیر مستقیم دارند:

عامل طراحی	تأثیر بر نویز
چیدمان دنده‌ها	چیدمان مارپیچ یا سیاره‌ای می‌تواند درگیری یکنواخت‌تری ایجاد کند و صدا را کاهش دهد
هندسه دنده	پروفیل دنده‌های دقیق با درگیری بهینه از ایجاد ضربه‌های مکانیکی جلوگیری می‌کند
انتخاب بیرینگ مناسب	بیرینگ‌هایی با صلبیت بالا و دقت بالا باعث کاهش لرزش‌های جانبی می‌شوند
طراحی پوشش (هاوسینگ)	پوسته گیربکس با استحکام بالا و طراحی ضد ارتعاش، از انتشار صدا جلوگیری می‌کند
روانکاری مناسب	لایه روانکار از تماس مستقیم فلز با فلز جلوگیری کرده و اصطکاک و نویز را کاهش می‌دهد

اگر به دنبال طراحی و ساخت گیربکس‌هایی کم‌نویز و با دوام برای خط نورد خود هستید، با متخصصین شرکت جهان فولاد الماس مشورت کنید.

ابزارهای نرم‌افزاری مورد استفاده در طراحی گیربکس کم‌نویز:

امروزه برای شبیه‌سازی و طراحی دقیق گیربکس‌ها، نرم‌افزارهای مهندسی زیر کاربرد دارند:

KISSsoft: تحلیل بارگذاری، طراحی دنده و محاسبه خطای درگیری.

RomaxDESIGNER: تحلیل ارتعاشات، رزونانس و نویز در گیربکس‌ها.

ANSYS Mechanical: تحلیل المان محدود برای بررسی مودال، استاتیک و فرکانس طبیعی سیستم.

Matlab/Simulink: مدل‌سازی دینامیکی سیستم انتقال قدرت.

استفاده هم‌زمان از این ابزارها باعث می‌شود در مرحله طراحی، نویزهای احتمالی پیش‌بینی شده و اصلاحات ساختاری صورت گیرد

استانداردهای بین‌المللی مرتبط با نویز در گیربکس:

استاندارد	شرح
ISO 6336	تحلیل تنش و عمر دنده‌ها
AGMA 6006	ارزیابی نویز و ارتعاش در سیستم‌های چرخ‌دنده
DIN 3990	طراحی و آنالیز دنده‌های صنعتی

تجربه شرکت جهان فولاد الماس در طراحی گیربکس‌های کم‌صدا:

شرکت جهان فولاد الماس با سال‌ها تجربه در طراحی، ساخت و راه‌اندازی گیربکس‌های صنعتی مخصوص نورد گرم، توانسته است با:

• طراحی اختصاصی برای هر پروژه بر اساس بار و سرعت عملکرد
• استفاده از آلیاژهای ضد ارتعاش در ساخت پوسته گیربکس
• اعمال تست‌های ارتعاش‌سنجی پیش از نصب
• طراحی ماژولار برای کاهش ارتعاشات بین قطعات

موفق به کاهش سطح نویز گیربکس‌های خود تا زیر 85 دسی‌بل در شرایط کاری شده است.

نتیجه‌گیری

نویز در گیربکس‌های نورد گرم نه‌تنها نشانه‌ای از مشکلات عملکردی است بلکه مستقیماً با دوام، کارایی و ایمنی تجهیزات مرتبط است. طراحی دقیق با استفاده از تحلیل دینامیکی، بالانس دقیق اجزا، انتخاب درست دنده و یاتاقان، و روانکاری مناسب می‌تواند به‌طور چشمگیری این نویز را کاهش دهد. شرکت جهان فولاد الماس، به‌عنوان یک مرجع تخصصی در طراحی و ساخت تجهیزات نورد، توانسته با به‌کارگیری دانش مهندسی و تجربه صنعتی، گیربکس‌هایی مطابق با استانداردهای جهانی و کم‌صدا ارائه دهد.

پرسش‌های متداول :

1. چرا نویز در گیربکس‌های نورد گرم اهمیت دارد؟
نویز بالا می‌تواند باعث آسیب به شنوایی کارکنان، اختلال در عملکرد تجهیزات مجاور و کاهش طول عمر قطعات شود.

2. کدام نوع دنده برای کاهش نویز مناسب‌تر است؟
دنده‌های هلیکال با زاویه تماس مناسب بهترین گزینه برای کاهش ضربه و صدا هستند.

3.چه روش‌هایی برای کنترل نویز پس از نصب وجود دارد؟
کنترل دمای روغن، تراز کردن دقیق شفت‌ها، استفاده از لرزه‌گیر در پایه‌ها و سرویس دوره‌ای.

برای دریافت مشاوره فنی رایگان یا سفارش ساخت گیربکس اختصاصی برای خط نورد خود، با تیم مهندسی شرکت جهان فولاد الماس تماس بگیرید.