Predstavitev šuma v gonilih po standardu VDI 2159

Presentation of gear noise emission values according to VDI 2159 standard

Kazalo

1. Področje veljavnosti
2. Pogoji merjenja in konstantne veličine
3. Opis uporabljenih simbolov
4. Postopek merjenja
5. Prikaz šuma v gonilih

1. Področje uporabe

Standard opisuje šum v gonilih, ki se uporabljajo za prenašanje moči. Gonila so v standardu razdeljena v tipske skupine, glede na konstrukcijske značilnosti prenosnih elementov. Tipske skupine gonil so naslednje:

industrijska gonila z čelnimi zobniki
turbo gonila z čelnimi zobniki
gonila z stoščastimi in čelnimi zobniki
planetna gonila
polžasta gonila
brestopenjski, jermenski in verižni prenosniki

Podrobnejši opis posameznih skupin gonil je naveden v nadaljevanju, kjer so opisane in predstavljene tehnične značilnosti po katerih so gonila razvrščena v posamezne skupine.
Gonila, ki so sestavljena iz večih komponent in vsaka komponenta predstavlja svoj tip gonila, je potrebno obravanavati posebej tako, da se vpošteva medsebojni vpliv in izračuna skupno emisijo šuma. Za ovrednotenje hrupa v sestavljenih gonilih so v tem standardu podane smernice za določitev skupne emisije hrupa za gonila vseh močnostnih razredov.

Namen merjenja emisije hrupa v gonilih je bil določiti mejne vrednosti emisije, katere se lahko uporabljajo v praksi pri načtovanju prostorov kjer bodo obratovala gonila. V standardu je emisija predstavljena kot Nivo zvočne moči L_WA v odvisnosti od prenesene moči.

2. Pogoji merjenja in konstantne veličine

Pogoji obratovanja gonil med izvajanjem meritev:
Emisijske vrednosti za posamezne tipe gonil, so določene na podlagi merjenja določenega števila gonil enakega tipskega razreda. Gonila, ki so imela konstantno prestavno razmerje in so bila konstruirana za delovanje v eni delovni točki, so bila v več kot 80% vseh meritev merjena pri imenskih pogojih obratovanja.

Gonila, ki so bila konstruirana za različne pogoje obratovanja, so bila merjena pri naslednjem pogoju:

jakost zvoka je bila merjena, ko se je izstopna gred vrtela z vrtljaji, ki so imeli vrednost aritmetične sredine med n_max in n_min .
navor je ustrezal imenskemu navoru pri srednjih vrtljajih.

Konstantne veličine:
Konstantne veličine in referenčne vrednosti, ki se uporabljajo pri določevanju emisijskih vrednosti, so predstavljene v naslednji točki , kjer so predstavljeni vsi simboli.

3. Opis uporabljenih simbolov

A	-	regresijski koeficient
A	m²	ekvivalentna absorbcijska površina
B	-	regresijski koeficient
C	-	regresijski koeficient
DdB	dB	upad zvočne jakosti pri podvojitvi razdalje
d	m	razdalja
d_a	mm	premer tekalnega kroga-zunanji obroč
d_i	mm	premer tekalnega kroga-notranji obroč
f	Hz	frekvenca
f_w	Hz	frekvenca vrtilne osi
f_z	Hz	frekvenca ozobja
G(f)	-	spekter
i	-	parameter
i_ges	Hz	prestavno razmerje
K₁	dB	korekcijski faktor pritajenega šuma
	dB	povprečni korekcijski faktor pritajenega šuma
K₂	dB	korekcijski faktor šuma okolice
L	dB	nivo zvočne jakosti
	dB	povprečni nivo zvočnega tlaka na ekvivalentni površini po A-metodi
	dB	nivo zvočnega tlaka na ekvivalentni površini po A-metodi
L'_pA	dB	izmerjeni nivo zvočnega tlaka na ekvivalentni površini po A-metodi
L'_p	dB	izmerjeni nivo zvočnega tlaka na ekvivalentni površini
L_S	dB	ekvivalentna površina
L_V	dB	nivo hitrosti
L_W	dB	nivo zvočne moči
L_WA	dB	nivo zvočne moči po A-metodi
L_WKS	dB	nivo povprečnega prostorskega tlaka
M	Nm	navor
M₀	1 Nm	standardna referenca za navor
M_D	Nm	vrtilni navor
n	-	števec
n	min^-1	vrtila hitrost
n₀	min	vrtila hitrost prostega teka
n₀	min	standardna referenca za vrtilno hitrost
P	W	zvočna moč
P	kW	moč gonila
P₀	10^-12kW	standardna referenca za zvočno moč
P₀	1 kW	standardna referenca za moč gonila
p	N/m²	zvočni tlak
p₀	2x10^-5N/m²	standardna referenca za zvočni tlak
r²	-	determinacijski koeficient
S₀	1 m²	standardna referenca za površine
S_KS	m²	površina pri merjenju hitrosti zvočnih delcev
V	m³	volumen prostora
v	m/s	hitrost zvoka
v₀	5x10^-8m/s	standardna referenca za hitrost zvoka

4. Postopek merjenja

Postopek merjenja je odvisen od postopka določitve korekcijskih faktorjev K₁ in K₂ . Korekcija K₁ zajema zvoke, ki izhajajo iz priključenih elementov in temeljev, kakor tudi zvoke, ki ne izhajajo iz gonila vendar jih povzroča samo gonilo.
Za določitev faktorja K₁ se v osnovi uporabljata dve poti:

izvajanje meritev v zvočno izoliranih sobah, kjer so posamezni agregati med seboj ločeni
izvajanje posebnih merilnih postopkov s katerimi se pridobi podatke, ki so primerni za nadaljno analizo

Korekcija K₁ je velikostnega razreda 1 - 10 dB, v praksi pa je srednja vrednost 4 dB.

Korekcijski faktor šuma okolice K₂ ima v praksi vrednost 1 - 6 dB, srednja vrednost se nahaja pri 2 dB. Določiti ga je mogoče s pomočjo standardiziranega izvora zvoka ali merjenjem v odmevnih sobah.

5. Grafični prikaz šuma v gonilih

Vrednosti, prikazane v diagramih, temeljijo na merjenju emisije zvoka na skupno 149 gonilih različnih tipov.

V diagramih je prikazana odvisnost emisije zvoka od moči, ki se prenaša preko gonola. Vrednosti imajo obliko logaritenske funkcije, ki je v osnovi takšna, kot na enačbi spodaj:
Lwa

Ozadje te enačbe je fizikalni odnos med vloženo energijo, ki se kaže preko moči in proizvedenega hrupa. Za ocenitev predvidene emisije hrupa zadošča linija 80%, istočasno pa je za informacijo prikazana tudi 50% linija.

5.1.Gonila s čelnimi zobniki

Ta skupina gonil zajema eno ali večstopenjske prenosnike z valjastimi zobniki z zunanjim ozobjem, ki delujejo samostojno ali v kombinaciji z hidrodinamičnimi elementi (sklopke in pretvorniki).
Gonila so razdeljena v dva tipska razreda:

industrijska gonila
turbo gonila

5.1.1. Industrijska gonila

Poznano je polje emisije za gonila z močjo od 0,7 kW do 2400 kW in navorom na izhodni gredi od 100 do 200000 Nm. Vrtilna hitrost vstopne gredi znaša od 1000 do 5000 min^-1. Slika 1 prikazuje polje emisije za industrijska gonila. Pri merjenju teh gonil se je pokazal zelo majhen raztros meritev, gonila pa so bila v večini primerov uležajena z valčnimi ležaji.

Gonila, ki se uporabljajo v ladijski tehniki pri meritvah niso bila vljučena, vendar pa se za ocenitev hrupa lahko uporablja polje emisij za industrijska gonila. Hrupnost ladijskih gonil za večje moči, kot jih navaja standard za ta tip gonil,se ne more oceniti s tem standardom.

slika1. Značilne lastnosti in polje emisije zvoka za industrijska gonila

Tip:Gonila z čelnimi zobniki z zunanjim ozobjem
Ohišje:.................lito Uležajenje:...........valčni ležaji Mazanje:.............s potapljanjem Postavitev:............togo vpeto na jekleno ali betonsko podlago
Moč:...................................................0,7 - 2400 kW Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...1000 - 5000 min^-1 Največja obodna hitrost.......................1 - 20 m/s Navor na izhodni gredi:.......................100 - 200 000 Nm Št. stopenj gonila:................................1 - 3
Podatki za ozobje: najhitrejša stopnja poševno ozobje (beta=10 do 30 stopinj) kaljeno, brušeno kvaliteta ozobja po DIN: 5 - 8

5.1.2. Turbo gonila

Določeno je polje emisije za gonila z močjo od 380 do 42000 kW. Gonila so eno ali dvostopejska, obodna hitrost na ozobju hitrejše stopnje je po pravilih več kot 35 m/s. Uležajenje je izvedeno z drsnimi ležaji, ohišja so večinoma ulita.

Merjenje emisije hrupa pri turbogonilih je pogosto težavno, ker se pojavlja močan pritajen žum. Zato se meritve izvajajo v zvočno izoliranih prostorih v katerih so ločeno postavljeni pogoski stroj, gonilo in gnani stroj. Le tako lahko zadostimo pogoju, da je merilna negotovost manjša od ⁺- 3 dB.
Na sliki 2 je prikazano polje emisij za to skupino gonil.

slika 2. Značilne lastnosti in polje emisije zvoka za turbo gonila

Tip:Gonila z čelnimi zobniki z zunanjim ozobjem
Ohišje:.................lito Uležajenje:...........drsni ležaji Mazanje:.............olje pod tlakom Postavitev:............togo vpeto na jekleno ali betonsko podlago
Moč:...................................................380 - 42000 kW Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...1000 - 12700 min^-1 Največja obodna hitrost.......................> 35 m/s Navor na izhodni gredi:.......................3600 - 460 200 Nm Št. stopenj gonila:................................1 - 2
Podatki za ozobje: dvojno poševno ozobje (beta=10 do 30 stopinj) kaljeno, brušeno kvaliteta ozobja po DIN: 3 - 5

5.2. Gonila s stožčastimi zobniki in kombinacijo čelnih in stožčastih zobnikov

Določeno je polje emisij za gonila z močjo od 2do 1800 kW. Pri večstopenjskih gonilih obstaja pravilo, da je hitrejša stopnja na vstopu sestavljena iz stožčastih zobnikov, za njo pa je še ena ali dve stopnji sestavljeni iz čelnih zobnikov.

V večini primerov so ta gonila gnana z asinhronskim motorjem; tako je vrtilna hitrost na vstopni gredi 1000 min^-1 pri velikih močeh in 1500 min^-1 pri srednjih in majhnih močeh. Prestave so večje od ena, v več kot polovici primerov je prestavno razmerje med 8 in 16.

slika 3. Značilne lastnosti in polje emisije zvoka za gonila s stožčastimi
in kombinacijo stožčastih in čelnih zobnikov

Tip:Gonila z stožčastimi zobniki
Ohišje:.................lito ali varjeno Uležajenje:...........valčni ležaji Mazanje:.............s potapljanjem Postavitev:............togo vpeto na jekleno podlago
Moč:...................................................2 - 1800 kW Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...970 - 3000 min^-1 Največja obodna hitrost.......................2 - 24 m/s Navor na izhodni gredi:........................800 - 190000 Nm Št. stopenj gonila:................................1 - 3
Podatki za ozobje: najhitrejša stopnja vijačno ozobje kaljeno, lepano

5.3. Planetna gonila

Na sliki 4 je prikazano polje emisij za planetna gonila moči od 6 do 12500 kW. Posebna planetna gonila z cikloidnimi zobniki so zajeta v to skupino.
Območje emisij leži v majhnem področju med 85 in 105 dB.

slika 4. Značilne lastnosti in polje emisije zvoka za planetna gonila

Tip:Planetni prenosniki moči
Ohišje:.................lito Uležajenje:...........valjčni (počasnejše stopnje) in drsni ležaji Mazanje:.............olje pod tlakom Postavitev:............togo vpeto na jekleno ali betonsko podlago
Moč:...................................................6 - 12 500 kW Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...350 - 16 500 min^-1 Navor na izhodni gredi:.......................1000 - 330 000 Nm Št. stopenj gonila:................................1 - 2
Podatki za ozobje: počasnejša stopnja: ravno ozobje hitrejša stopnja: poševno ozobje (beta=10 do 30 stopinj) sončni in planetni zobniki kaljeni kvaliteta ozobja odvisna od vrtilne hitrosti

5.4. Polžasta gonila

Polje emisije zajema polžasta gonila za prenos moči od 0,7 do56 kW in velja za čiste polžaste prenosnike (1 stopnja). Večina takih gonil je gnana z asinhronskim motorjem, ki ima 1500 obr/min v prostem teku. Polje emisije pri takih pogonih leži med 58 in 92 dB.

slika 5. Značilne lastnosti in polje emisije zvoka za polžasta gonila

Tip:Polžasta gonila

Ohišje:.................lito (normlizirano)
Uležajenje:...........valjčni ležaji
Mazanje:.............s potapljanjem
Postavitev:............togo vpeto na jekleno podlago

Moč:...................................................0,7 - 56 kW
Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...1360 - 1480 min^-1
Navor na izhodni gredi:.......................67 - 3800 Nm
Št. stopenj gonila:................................1
Število vijačnic na polžu:.......................1 - 6

Podatki za ozobje:
plož kaljen in brušen
polžno kolo iz cinkovega brona

Tip:Polžasta gonila
Ohišje:.................lito (normlizirano) Uležajenje:...........valjčni ležaji Mazanje:.............s potapljanjem Postavitev:............togo vpeto na jekleno podlago
Moč:...................................................0,7 - 56 kW Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...1360 - 1480 min^-1 Navor na izhodni gredi:.......................67 - 3800 Nm Št. stopenj gonila:................................1 Število vijačnic na polžu:.......................1 - 6
Podatki za ozobje: plož kaljen in brušen polžno kolo iz cinkovega brona

5.5. Brezstopenjska jermenska gonila in verižni prenosniki

Polje emisije za to vrsto gonil ni predstanljeno zaradi premajhnega števila merjenih gonil. V diagramih na slikah 6-8 je vrisanih le nekaj izbranih vrednosti, ki lahko služijo kot orientacijske vrednosti za oceno emisije zvoka. Preizkušana gonila so bila dimenzionirana za prenašanje moči od 0,5 do 38 kW.
Gonila so razdeljena v dve konstrukcijski skupini:

jermenski prenosniki v odprti in zaprti konstrukciji
v celoti iz kovine zgrajeni prenosniki (torna gonila, vklopne sklopke). Verižni prenosniki so zaradi pomena in velike uporabe izključeni iz te skupine in so posebej predstavljeni na sliki 8.

Vsa gonila v tej skupini so bila merjena pri srednji vrtilni hitrosti in največjem momentu, ki nastane pri tej hitrosti.

slika 6. Značilne lastnosti in polje emisije zvoka za jermenska gonila

Tip:Jermenska gonila

Ohišje:.................lito, motor pritrjen neposredno s prirobnico
Uležajenje:...........valčni ležaji
Postavitev:............togo vpeto na jeklene plošče ali betonski temelj

Moč:...................................................1 - 10 kW
Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...1500 min^-1 (asinhronski motor)
Največja vrtilna hitrost izstopne gredi:...300 - 4000 min^-1
Navor na izhodni gredi:.........................5 - 150 Nm
Prestavno razmerje:...............................1:5 - 1:8,25

Medij za prenos moči: klinasti jermen

Nivo zvočne moči se meri pri srednji vrtilni hitrosti

Tip:Jermenska gonila
Ohišje:.................lito, motor pritrjen neposredno s prirobnico Uležajenje:...........valčni ležaji Postavitev:............togo vpeto na jeklene plošče ali betonski temelj
Moč:...................................................1 - 10 kW Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...1500 min^-1 (asinhronski motor) Največja vrtilna hitrost izstopne gredi:...300 - 4000 min^-1 Navor na izhodni gredi:.........................5 - 150 Nm Prestavno razmerje:...............................1:5 - 1:8,25
Medij za prenos moči: klinasti jermen
Nivo zvočne moči se meri pri srednji vrtilni hitrosti

slika 7. Značilne lastnosti in polje emisije zvoka za popolno kovinska gonila (torna gonila, sklopke)

Tip:V celoti iz kovine zgrajeni prenosniki (torna gonila, vklopne sklopke)
Ohišje:.................lito Uležajenje:...........valčni ležaji Postavitev:............togo ali elastično vpeto na jekleno ploščo
Moč:...................................................0,5 - 3,5 kW Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...1450 , 2900 min^-1 Največja vrtilna hitrost iztopne gredi:...0 - 1500 min^-1 Navor na izhodni gredi:.......................1 - 360 Nm Prestavno razmerje:.............................1:3 - 1:~
Prenos moči: s trenjem
Nivo zvočne moči se meri pri srednji vrtilni hitrosti

slika 8. Značilne lastnosti in polje emisije zvoka za verižna gonila

Tip:Verižni prenosniki
Ohišje:.................lito Uležajenje:...........valčni ležaji Postavitev:............togo vpeto na jekleno ploščo
Moč:...................................................0,5 - 38 kW Največja vrtilna hitrost vstopne gredi:...950 , 1450 min^-1 Največja vrtilna hitrost iztopne gredi:...200 - 3500 min^-1 Moment na izhodni gredi:.....................3 - 700 Nm Prestavno razmerje:................................1:4 - 1:10
Medij za prenos moči: kovinske verige
Nivo zvočne moči se meri pri srednji vrtilni hitrosti