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Enfoque experimental para resolver el ruido de banda lateral de un reductor planetario en miniatura

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Los espectros de vibración y ruido de las transmisiones planetarias en miniatura suelen presentar componentes a distintas frecuencias en torno a la frecuencia de la malla del engranaje (paso del diente) y sus armónicos superiores, denominados bandas laterales de modulación.

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Constituyen una parte importante de las vibraciones y el ruido generados por la transmisión. Las bandas laterales influyen en las medidas de calidad del ruido y tienen un gran potencial para proporcionar valiosas pistas sobre las combinaciones de dientes de los engranajes, el desfase de los planetas, los errores de fabricación como la excentricidad, la excentricidad presente en el conjunto de engranajes, el error de posición de los pasadores planetarios, etc. El primer paso crítico en el diseño y control de la actividad de las bandas laterales de una transmisión planetaria es desarrollar un enfoque compresivo para analizar las bandas laterales de modulación, así como describir los mecanismos que causan las bandas laterales. El artículo describe la investigación de las bandas laterales, la correlación con los resultados de las pruebas y la solución para minimizar el ruido.

INTRODUCCIÓN

Hoy en día, las soluciones de movimiento a través de motores y reductores en miniatura se utilizan en varias aplicaciones como las médicas, industriales, robóticas, aeroespaciales, etc. La mayoría de estas aplicaciones utilizan reductores planetarios debido a su alta relación potencia-densidad, pero aumenta la complejidad del sistema y puede contribuir a los problemas como el ruido. Algunos de los problemas relacionados con el ruido surgen debido a la presencia de bandas laterales. Dado que estos productos son utilizados por los seres humanos en su entorno de trabajo, es necesario abordar los aspectos críticos del ruido y las vibraciones. Las bandas laterales asimétricas se observan con frecuencia en los problemas de ruido de los engranajes planetarios y son diferentes de las bandas laterales típicas que son simétricas en torno al orden de la malla del engranaje (o la frecuencia de la malla). Las bandas laterales asimétricas son causadas por diferencias de fase entre los diferentes puntos de malla. Las ubicaciones de las bandas laterales pueden calcularse conociendo los parámetros del conjunto de engranajes. Las posiciones de los engranajes afectan al ruido de los engranajes de varias maneras. Una de ellas es la generación de bandas laterales (causadas por la modulación) en torno a las frecuencias de engrane o a los órdenes de malla, siempre que los conjuntos de engranajes se hayan agotado, se hayan producido errores de paso, errores de posición del pasador planetario y/o desequilibrios [1,2].

Existen tres tipos de modulaciones: modulación de amplitud (AM), modulación de frecuencia (FM) o modulación de fase (PM). Randall describió la AM y la FM en la medición del ruido de los engranajes [3]. La AM crea dos bandas laterales simétricas alrededor del orden de la malla.

(frecuencia central), una a cada lado, que generalmente se denominan bandas laterales inferior y superior. La FM o PM crea un número efectivamente infinito de bandas laterales. Cuando varios pares de engranajes se engranan al mismo tiempo, como en los conjuntos de engranajes planetarios muy utilizados en las transmisiones planetarias, se ha observado con frecuencia un fenómeno: las bandas laterales dejan de ser simétricas y aparecen en un solo lado del orden de malla. Además, la amplitud del ruido en el orden de malla es significativamente menor que la(s) banda(s) lateral(es) o incluso cercana a cero. McFadden y Smith ofrecieron una explicación matemática [4] sugiriendo que las diferentes relaciones de fase entre los puntos de engranaje causan las bandas laterales asimétricas. Las diferentes relaciones de fase entre los puntos de engranaje causan las bandas laterales asimétricas. En un conjunto típico de engranajes planetarios, cada punto de malla genera ruido. Aunque cada ruido tiene la misma frecuencia y amplitud, sus fases no son idénticas debido a la diferencia de tiempo de malla entre los puntos de malla.

En este artículo se presenta un enfoque experimental para resolver el ruido de banda lateral planetaria mediante la medición de NVH y las técnicas de análisis de desmontaje. El documento destaca el enfoque "Best of Best" (BOB) y "Worst of Worst" (WOW) para comparar 5 muestras Best y 5 Worst realizando mediciones de ruido y vibración. La firma de ruido y vibración pone de manifiesto la presencia de ruido de banda lateral en las muestras WOW, que luego se llevan a cabo para el análisis de desmontaje para identificar la causa raíz del ruido de banda lateral.

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