Noise analysis of bevel gears for power transmission of electric industrial vehicles

Sound is a common part of our life; it allows us to listen to music, it enables spoken communication and it can alert or warn us. Nevertheless, there are many sounds that are unpleasant or unwanted; these are called noise. A large number of technical papers have been produced on gear noise as a consequence of an increase of applications where quiet gears are required, such as in the automotive field. The diffusion of silent electric motors generates the necessity to reduce the noise of gearboxes, which have become the major noise source. In this paper, the noise emitted by bevel gears for power transmission of electric industrial vehicles is measured and analysed. Many causes could be identified, but what is universally accepted is that transmission error is the main cause for gear noise and vibrations; therefore, a test rig for both noise and transmission error measurements has been set up, in order to allow future studies on their relationship. Incremental optical encoders and random incidence microphones have been used for the acquisitions, and specific Matlab codes have been developed for noise analysis. The study on emitted noise has been performed by varying five axial positions of the pinion and different values of speed and torque, considering two manufactured gear sets: Face Hobbing and Face Milling. Experimental results demonstrated that FH gears are generally quieter, but FM ones have a more stable noise behaviour. Furthermore, results showed that offset variation is not so relevant with respect to emitted noise, even though FH gears resulted to be more sensitive on that aspect; on the contrary, torque and speed demonstrated to give a great contribution to noise behaviour.

Il suono è una parte comune della nostra vita: ci permette di ascoltare musica, di comunicare e di allertarci o avvertirci. Tuttavia, ci sono molti suoni che sono sgradevoli o indesiderati; questi sono chiamati rumori. Sono stati prodotti numerosi documenti tecnici sul rumore degli ingranaggi come conseguenza dell’aumento delle applicazioni in cui sono richiesti ingranaggi silenziosi, come nel settore automobilistico. La diffusione di motori elettrici silenziosi genera la necessità di abbassare il rumore dei riduttori, che sono diventati la principale fonte di rumore. In questa tesi viene misurato e analizzato il rumore emesso dagli ingranaggi conici per la trasmissione di potenza dei veicoli industriali elettrici. Le cause possono essere molteplici, ma è universalmente accettato che l’errore di trasmissione è la causa principale del rumore e delle vibrazioni degli ingranaggi; pertanto, è stato allestito un banco di prova per la misurazione del rumore e dell’errore di trasmissione, al fine di consentire studi futuri sulla loro relazione. Per le acquisizioni sono stati utilizzati encoder ottici incrementali e microfoni ad incidenza casuale, mentre per l’analisi del rumore sono stati sviluppati codici Matlab specifici. Lo studio del rumore emesso è stato eseguito variando cinque posizioni assiali del pignone e diversi valori di velocità e coppia, considerando due set di ingranaggi fabbricati: Face Hobbing e Face Milling. I risultati sperimentali hanno dimostrato che gli ingranaggi FH sono generalmente più silenziosi, ma quelli FM hanno un comportamento acustico più stabile. Inoltre, i risultati hanno mostrato che la variazione di offset non è così rilevante rispetto al rumore emesso, anche se gli ingranaggi FH sono risultati più sensibili a questo aspetto; al contrario, la coppia e la velocità hanno dimostrato di dare un grande contributo al comportamento acustico.