أثناء تشغيله ، يكون علبة التروس المستخدمة لنقل الطاقة من المحرك إلى العجلات صاخبة تمامًا. السبب الأول لهذا التأثير غير المرغوب فيه هو أن القوى العرضية والمحورية الناتجة عن انتقال الطاقة من عمود إلى آخر عن طريق الترس لها تأثير ميكانيكي غير مرغوب فيه على المحامل والإسكان. السبب الثاني هو مرونة المكونات المختلفة لعلبة التروس ، بما في ذلك المحامل والإسكان ، والتي يمكن أن تؤدي أيضًا إلى الاهتزاز. يؤدي الصلابة المتغيرة لقابض التروس في علبة التروس إلى اهتزاز مستمر ينتقل إلى السكن ، والذي بدوره يهتز أيضًا وينقل الطاقة إلى السائل المحيط ، على سبيل المثال ، زيت ناقل الحركة ، مما يؤدي إلى إثارة الموجات الصوتية فيه.
لتقليل مستوى الضوضاء بشكل فعال في هذه الأنظمة الديناميكية المعقدة في المراحل الأولى من التصميم ، يلجأ مهندسو التطوير غالبًا إلى المحاكاة العددية. تحت القاطع ، باستخدام مثال صندوق التروس الميكانيكي المتزامن ذي 5 سرعات ، نقوم بوصف وإظهار منهجية مثل هذه الدراسة في COMSOL Multiphysics ® ، والتي تتضمن تحليل قوة الاتصال الميكانيكي للتروس ، وتحليل ديناميكي لمجموعة علبة التروس متعددة الجسم والتحليل الصوتي للضوضاء الناتجة عن علبة التروس العاملة في المنطقة المحيطة.
تصور الصوت الناتج عن علبة تروس عاملة
الخطوة 1. حساب الاتصال الميكانيكي في التروس
التروس ، الذي سنعتبره مرنًا ، هو مصدر اهتزاز مستمر. لهذا السبب ، من الضروري تقييم صلابة التروس في المواقف المختلفة. تشوه الأسنان أثناء التشغيل ، ويتم إجراء سلسلة من حسابات القوة الثابتة لزوايا دوران مختلفة لتحديد كيفية تغير الصلابة أثناء دورة القابض. للحساب ، يتم تطبيق طريقة الجزاء على جهة الاتصال ، ويتم تحديد القيود لمحاسبة التواء التروس ، ونتيجة لذلك تنشأ قوى اتصال.
النتائج المميزة عند إخراج مثل هذا التحليل في شكل توزيع إجهاد ميزس في زوج التروس تظهر قيم إجهاد عالية عند نقاط الاتصال وفي قواعد الأسنان (الشكل 1 ، اليسار). بالإضافة إلى ذلك ، يسمح لنا الحساب بمراقبة وتحليل التغير في صلابة التروس أثناء دوران العمود (الشكل 1 ، اليمين).
التين. 1. اليسار: يزيد توزيع الإجهاد في زوج التروس. على اليمين: تغيير في صلابة قابض التروس أثناء دوران العمود.
الخطوة 2. تحليل نظام متعدد الجسم من الأعمدة والتروس والسكن
يتم إجراء تحليل للأنظمة متعددة الأجسام في المجال الزمني لدورة واحدة كاملة لعمود القيادة ، مع مراعاة صلابة قابض التروس ، المتوقع عند حساب الاتصال في الخطوة الأولى. هذا التحليل ضروري لحساب ديناميكيات التروس وقيم الاهتزازات الناتجة التي تنتقل إلى السكن. في هذا المثال ، يتم إجراء التحليل بسرعة محرك 5000 دورة في الدقيقة وعزم خرج 2000 نيوتن متر. يتم إجراء الحساب على افتراض أن الأعمدة والتروس جامدة تمامًا ، باستثناء القابض التروس ، الذي يتم أخذ صلابته من دراسة سابقة للتلامس الميكانيكي. يعتبر الجسم المصنوع من الفولاذ الهيكلي جسمًا مرنًا.
يظهر في الشكل توزيع الضغط في المساكن في السكن تحت تأثير القوى التي تنتقل عن طريق المحرك والأعمدة الوسيطة ، بالإضافة إلى التسارع الطبيعي للمبيت الاهتزازي ، وهو سبب إشعاع الضوضاء. 2.
التين. 2. اليسار: يزيد توزيع الإجهاد في السكن. على اليمين: تسارع طبيعي تم الحصول عليه على سطح الجسم.
في الشكل. يوضح الشكل 3 مخططًا زمنيًا للتسارع الطبيعي في إحدى النقاط في الجزء العلوي من الجسم وطيف تردده. الترددات التي تهتز فيها العلبة بأكبر اتساع تقع في النطاق بين 1500 و 2000 هرتز.
التين. 3. تسارع طبيعي عند نقطة على سطح الجسم. اليسار: مخطط توقيت. اليمين: طيف تردده.
الخطوة 3. الحساب الصوتي لإشعاع الضوضاء من السكن
يمكن بعد ذلك استخدام تسارع البدن الطبيعي الذي يتم الحصول عليه عن طريق تحليل ديناميكيات الأنظمة متعددة الأجسام في البحث الصوتي كمصدر ضوضاء. باستخدام البحث في مجال التردد ، يمكنك التنبؤ بمستوى ضغط الصوت خارج علبة التروس. نظرًا لأنه يتم الحصول على قيم التسارع العادية في المجال الزمني ، يتم استخدام تحويل فورييه السريع المباشر (FFT) لتحويلها إلى مجال التردد. لحساب الضغط الصوتي ، يجب أن تكون علبة التروس محاطة بمنطقة هوائية ، ولتقليل حجم منطقة الحساب دون تقليل دقة النتائج ، يتم تطبيق حالة إشعاع من نوع Sommerfeld لجبهات الموجات الكروية على الحدود الخارجية لمنطقة الهواء بحيث يمكن للموجات الصوتية الصادرة مغادرة منطقة المحاكاة بأقل قدر من الانعكاس.
يتيح لك الحساب الحصول على بيانات حول مستوى ضغط الصوت على سطح السكن والمنطقة القريبة (الشكل 4) ، ومن قطع المنطقة البعيدة في مستويات مختلفة وعلى مسافة 1 متر ، يمكنك العثور على الاتجاه السائد لإشعاع الضوضاء عند تردد محدد (الشكل 5).
التين. 4. مستويات ضغط الصوت على سطح السكن (يسار) وفي المنطقة القريبة (يمين) بتردد 1500 هرتز.
التين. 5. مستوى ضغط الصوت (dB) في المنطقة البعيدة في الطائرات xy و xz و yz ، على التوالي ، على مسافة 1 متر لتردد 1500 هرتز.
الخلاصة
في هذه الملاحظة ، درسنا منهجية لنمذجة الضوضاء من علبة التروس باستخدام مزيج من التحليل الثابت الميكانيكي للتروس ، والدراسة الديناميكية لنظام متعدد الأجسام ، والحساب الصوتي اللاحق.
ستتيح لك الوظيفة الفعلية لحزمة COMSOL Multiphysics ® تسجيل ضوضاء علبة التروس المدروسة وإعادة إنتاجها بتنسيق صوتي ، مما يجعل المحاكاة أقرب إلى تجربة فعلية حقيقية.
يمكن استخدام هذه التقنية قبل بدء عملية الإنتاج لإنشاء علب تروس أقل ضوضاء في نطاق سرعة العمل ، وكذلك للنمذجة المعقدة لآليات العمل الأخرى في المعدات الصناعية والموسيقية.
معلومات إضافية
تعتمد هذه المادة على المواد التالية:
يمكن الاطلاع على درس فيديو مفصل باللغة الروسية حول تجميع نماذج من هذه الفئة للاهتزاز المشترك والتحليل الصوتي لعلبة التروس العاملة هنا . يمكنك أيضًا طلب إصدار تجريبي من COMSOL في التعليقات أو على موقعنا على الإنترنت والتعرف بشكل مستقل على النموذج الموضح في هذه المذكرة والتعليمات خطوة بخطوة لتجميعه .
يمكن العثور على المزيد من الأمثلة على استخدام COMSOL ® في الحسابات الصوتية من قبل فرق البحث من B&K و Knowles و ABB و HARMAN و NASA في إصدار COMSOL NEWS 2017: Acoustics باللغة الروسية.
ملخص COMSOL NEWS 2017: إصدار خاص من الصوتيات- الضبط الظاهري لنظام صوت السيارة. هارمان ، فرنسا
- تطوير الميكروفونات الصناعية والقياسية. Bruel & Kjaer ، الدنمارك
- حساب الخصائص الصوتية لمتوسط التدفق في أنظمة الصواريخ. ناسا ، الولايات المتحدة الأمريكية
- تخفيض ضوضاء الدراجة النارية. ماهيندرا وايلرز ، الهند
- دراسة التأثيرات المغناطيسية والضوضاء في محولات الطاقة. ABB ، السويد
- تحليل الاهتزازات للضوضاء الناتجة عن علبة تروس السيارة. COMSOL ، الولايات المتحدة الأمريكية / السويد
- بحث سمعي متقدم عن المواد الخام. جامعة ديوك ، الولايات المتحدة الأمريكية
- تأثيرات الاهتزاز على المباني القريبة من المطارات. NGI ، النرويج
- تطوير السمع. نولز ، الولايات المتحدة الأمريكية
- التحكم الصوتي غير المدمر في أنابيب المياه. علم البيئة ، كندا
- تصميم جديد لسماعات الكهرباء الساكنة. الحادي عشر للهندسة ووات ، المملكة المتحدة
ملف GIF النهائي:
