nieuws

Kogellagers zijn bron van geluidsoverlast

bouwbreed

Klimaatinstallaties trillen en maken daardoor geluid. Deze trillingen ontstaan onder meer in de kogellagers van de elektromotor. De kogeltjes in deze lagers zijn nooit perfect rond. Ook de binnen- en buitenringen hebben geen perfecte vorm. J. Wensing (*) ontwikkelde een computerprogramma om de relatie tussen de oneffenheden en het trillingsgedrag te bepalen. De onderzoeker noemt het model beter dan de tot nog toe gebruikte programma’s.

De bevindingen gaan op voor alle apparaten waarin kogellagers zitten. Inzicht in het gedrag van deze lagers geeft de aanzet tot het ontwerp van stillere machines. De praktijk bood al eerder programmatuur met simpele lagermodellen. Die onderzoeken lager en apparaat echter niet in een systeem. Veel bestaande pakketten bieden ook geen goede beschrijving van de lagers omdat de fabrikanten deze gegevens geheim houden.

Wensing trok uit zijn simulaties de conclusie dat kogels trillingen veroorzaken omdat ze niet perfect rond zijn. De oorzaak daarvan ligt in het productieproces. De afwijkingen bedragen doorgaans niet meer dan enkele nanometers maar kunnen toch aanzienlijke trillingen opwekken. Diezelfde trillingen veroorzaken afwijkingen in de nauwkeurigheid van machinaal gereedschap.

Rekenmethode

Hij ontwikkelde tevens een rekenmethode om problemen met bewegende contactbelastingen op flexibele lichamen te voorspellen. De kogel loopt in het lager langs een ring. Het principe komt overeen met dat van een treinwiel op een spoorstaaf. De methode geeft nauwkeurig aan welke vervormingen bij dergelijke belastingen in de ring optreden. Tot nog toe werden kogellagers altijd berekend met onvervormbare ringen. De mate waarin kogellagers trillingen overdragen hangt grotendeels af van de stijfheid en demping van de smering en het contact tussen de kogels en de geleideringen. De krachtenverdeling en de vervormingen van het hele systeem bepalen de stijfheid van dit contact. De geluidsoverlast in kunststof lagerbehuizingen is aanmerkelijk minder dan in stalen behuizingen.

‘Waviness’

Zelfs een perfect ronde kogel veroorzaakt trillingen. Die ontstaan door de rotatie van een beperkt aantal belaste rollende contacten tussen de kogels en de geleideringen. De zogeheten waviness ofwel golving is een belangrijke bron van trillingen in het hoorbare bereik. Die ontstaan door afwijkingen in het kogeloppervlak. Bemeting van dit oppervlak geeft inzicht in de te verwachten trillingen. Elke kogellager heeft een ander oppervlak. Maar omdat ze over het geheel genomen allemaal uit dezelfde machine komen, hebben alle oppervlakten iets gemeen. Meetresultaten van een lager gelden in hoge mate ook voor andere.

(*) J. Wensing verwerkte zijn bevindingen in het proefschrift ‘Dynamic behaviour of ball bearings’ voor de faculteit Werktuigbouwkunde van de Universiteit Twente.

Reageer op dit artikel
Lees voordat u gaat reageren de spelregels