1. No category

cU betsgruppen mot
1
BULLER
inOlll verkstadsindustri11
MEDDELANDE
Nr4
1976
D4
Verkstadsföreningens och Metalls gemensamma organ för bullerbekämpning
Skrikljud vid svarvning
Pe12. Metoder att förhindra skrikljud
vid bearbetning av veka konstruktioner
Ingenjör Hass e Moss, tekn. lic. Per-Åke Berg samt civilingenj ör lars-Olof Rosell, Ingemanssons tngenjörsbyrå, Göteborg
Speciellt kraftiga skrikljud uppstår vid svarvning i tunnväggiga ämnen. Här visas tre metoder alt
minska ljudet, belysta av erhållna provres ultat.
Kraftig uppstyvning eller infästning a v ämnet kan ge god effekt,' men t tgärden är ofta svår att
genomföra b l. a. vid stora kåpor. Andring av skärhållarens infästning och användning av däm pade hållare ger vid rätt anpassning till det sva rvade ämnet möjlighet att elimin era skrikljuden.
En kon struktion av dämpad skärhå llare beskrivs i artikeln .
En intressa nt lösning är att motverka skärhållarens svängningar med en pulse rande kraft från
en separat kraftgivare.
:Bl.OH
D I föregåend e meddelande visades
att skrikljud en vid sva rvning utst rå las
628.5 17.2
må ste så ledes söka nya väga r. Här redov isas några exp mp e l på detta, men
först prese nt e ras i ko rth e t teo ri n bakom skrikfö rl o ppel.
från såvälskärhåll a re so m bearbetat
ämn e. Vid sva rvning av ämnen med
tunn väggi gt gods ell er and ra veka äm nen, dominerar i allmänh et ljudutstrålnin gen från arbe tsslyckf't. De tta b earbetningsfa ll kan ge svå ra skrikljud.
Här be ha ndlas metode r för alt ana lysera och lösa dyli ka prvbl em.
Skärkrafterna alstrar svängningar i verktyg och ämne
Problemställning
I föregående arti ke l (bild 61 presenterades exempel på ett ve kt ämne i form
aven svängh julskåpa för tra ktore l.
Vid bearbe tning av kåpan har sk rikljud med inten si teter på över 105 dB(AI
registre rats. Skrikljudet är således synnerlig en h örselskad ligt.
Med ändrade bear be lningsdata kan
»)s kr iken» of ta re duce ras, men en sådan å tgärd ka n sä ll an acce pte ras. Man
621.9
Bild 1. Skärkraftema sa mmansätls av
tre mot varandra vinkelräta kraft komp osanter.
De und e r bearbetn in g uppkomna s kärkrafterna kan uppdelas i tre kraftkomposa n te r, som ve rkar i o li ka rik tninga r, bi ld 1, Om d essa kra fte r vo re
stali sk t sta bi la sk ull e såvä l ämn e so m
skärhållare inta e tt stabilt jämvik tsläge. Beroende på spånbrytning, excentricit e t hos ämne och spi nd e l, inhomogen t m a te rial i arbetsstycket m. m.
vari e rar do ck skärkraft e rna till såvä l
storle k so m riktn ing.
Pulse rand e krafter påve rkar dä rför
ämne oc h skärhål la re så a lt dessa börjar svä nga, bild 2. Eft e rsom man har
fl era kra ft ri ktnin gar få r ver ktyge t en
Särtryck ur Ve rk staderna nr 5 /76
I bägge fallen gäller att man gen om
resonan s kan få en avsevärd förstä rk -
o
ning av egen svängningarna och därmed ljudutstrålningen.
Sådana svängningar uppträd e r vid
en e ll er flera frekvenser, som bestäms
av dimensionerna för och m a te rialet
i respektive konstruktion.
Skärhållaren fu ngerar so m en »stäm~
gaffe l»), där frä mst ska ftdim ensi on
och utliggning bes tämm er frekvensen.
Hos d e l veka arbetsstycke t uppstår
en )ky rkkl ockseffe kb) med särskilt
kraftiga egensvängningar, vilka oftast
medför att ämne t dominerar Ijudut~
strålningen.
Bild 2. De pulserande skarkrafterna
ger upphov till svängningar ; arbets·
stycke och verktyg.
När yttre pulsera nd e krafter, l. ex.
s kärk rafter, påver ka r ett arb e tsstycke
sä tts della så ledes i svängning,
l ludtrvc ksn, va
dB rel.2 10'5 Pa
Beroe nde på de pålagda krafternas
frekv e ns erhålls svängningar med oli~
ka int e ns itet. Den högsta uppstår vid
ämnets egensvängningsfrekvenser, re ~
sonanssvängn inga r.
B' ~-----r---,---,-----,-,
70
-·-l! ~- -j . . ~ ~I-IltI+Il\.ffiHH
--
60
. .-+/--1- '-+--1
--
,
1000
2000
cera uppkommande skrikljud. I stort
kan man använda tre olika metod e r:
I. Föra ndra arbetsstyckets !:>vä ng~
nings~ och Ijudut strå[ning segenskaper
genom uppstyvning ell e r ändrad in~
spänn in g.
[I. Reducera skärhållarens möjlighet
till svängning dvs. minska utliggningen,
använd styva re eller alternativt dämpade skärhållare . Man kan även an bringa en yttre, motriktad pulse rande
kraft på skärhållaren.
III. Förändra skärhållarens svä ng ~
ningsege nskaper så att dess egenfrekvens ej överensstämmer med arbets ~
stycket s egenfrekvenser. Detta kan
Med oförändrad storlek på d en pålagda kra ften fås en skillnad i Ijudutstrålningen på tipp emot 35 dB. Av-
3~----~---+---4-----+~
500
De nämnda grundläggande erfarenh e terna ger principerna för att redu-
I bild 3 exemplifiera s ljudutstrålning
orsakad av sådana re sonanser. Det
gäller en sväng hjulskåpa som påverkats aven kraft, vars pul seri ng sfrekvens
gradvis justerats så att den bringats
att överen sstä mma med res p ekt ive
egensvängningar.
--.~
200
Principer för att undvika
eller dämpa skrikljud
Exempel
iH
'
IIf
50 -
Egensvängningar i arbetsstycke
och verktyg skapar skrikljud
Det under bearbetning av svä ng~
h ju lskåpan reg istrerade händelseförlo ppet visas schematiskt på bild 4,
nästa sida.
50008000
H,
', .. I.., ,,. ,s
Bild 3. LjudutstrMning frim e tt vekt
ämne. De markanta topparna visar Ijudnivåförhöjningen lill (öljd av resonans
(ämnet fritt upplagt).
ell ipsformad svängn ingsrbrelse. I am·
nel uppstår tangentiellt, radiellt o ch
axi e ll t rik tade svängningar, vi lka ger
upphov lillljudutstrålning.
Svängningarna i svarvstålet öve rför s
till maskinens övriga delar och kan
där på motsvarande sätt alstra ljud.
gränsade ton er, ))s krikljud )), har upp s tått då resonan s förelegat.
Vid 2 000 och 2 400 Hz , där de kraftiga ste egen svängni ngarna återfinns,
uppmättes ljudtrycksnivån på 0,5 m
avstånd till ca 75 dB vid en pålagd
kraft av 0,145 N. Vid reso nans krävs
det så ledes inga stora krafter för att
starta svängningar som utstrålar bu lle r.
på motsvarande sä tt so m vid ar ~
betsstycket kan skärhållarens egen~
svängningsfrekvens bestämmas. Man
finner därv id en karak te risti sk e gensvängn ing, vars frekven s i huvudsak
bestäms av skärhållare ns utliggning
2
Vi b rat ions ha s t ighet sn två
8
Lv ret,S·10· m /s
100 I
~
I - T-''
;j
!.
--1 -- " - - 1 - ·
i
80 . .
,
i
I
~l" lilJ.!
500
och styvhet.
Genom prov har vi konstat e rat att
om någon av det bearbetade äm nets
egenfrekvenser
råkar
samma nfall a
med eller ligga nära svarvstålets egen~
svängning erhålls und e r bea rb et ningen
et! nylt svängande system . Styrkan
och frekvensen för dessa nya svä ng ~
ningar b estäms bland an n at av hur
nära de ursprungliga frekvenserna låg
varandra, m e n även svängningsegen ~
ska p e r och styvhe tsförhålland en i re~
spektive grundsys tem inve rka r.
I
2000
8000 Hz
Frekvens
Uppstyvning av arbetsstycket
dess benägenhet att
svä nga. 1. Gummimellanlägg , 2. spån n~
band.
Bild 5.
kan
reducera
- - -- Vibralions11Ivaer utan uppstyvning
- - - - - Vibrationsnivaer med uppstyv~
ning
Ljudulstralningen reducerades med
4 dBIA)
.'
V,brat .onshast 'gne tsn , \18
Lv,ol.51O'm.l 5
dB
I ~ '- - - -"
A
r.
'4{)
130
120
I,,
-- - - ------*
H,
110
100
Ur l '99" ' ng L
1
,s
L
,\--,
,/
\,
/
.;
----
\
-..
./
..
--- - - , ---
I,
90
-
f-
--
--
----
V
\
'Z ,,
~,
80
."
"\.
.... '"
-~.... .....
".
Utligg n ing l2
V
V 1\
"---
70
- ---.---tH7
r
60
4 F'e~ ven,
10001250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000H ,
A
Frekvens
l Jvd l rvele sn,va
dB 'e l.2 10" Pa
---
14{)
'30
'20
110
100
90
......... ... .. ......
80
. - - - t H,
V '~ ~ /--
r
70
4 F.e h 'ens
)
.~;
Praktiska prov
M etod I
l fö regåpnde meddelande present erades några möjlighe ter att förändra
10001250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000Hz
Bild 6. Inverkan av förändrad utliggning pil skär-
halla ren vid svarvning av en svänghjulskapa.
A. Vibrationsnivae r
på 1 In avstånd.
av uppstyvn ing. Provet , som är en del
av de studi e r som utfört s på tidigare
svä nghjuls kåpa,
i
på skärh aIfaren, B. Ljud -
niv~e r
vändigt place rad gummiexpander.
på bild 5 visas exempel på inverkan
svängningsenergin
0
B
arbetsstyckets Ijudutst rå Iningsegenskaper. Vid bearbetning av cylindrisk a
rörämnen kunde skr ikljuden reduceras med ca 10 dB med hj älp av en in -
omnämnd
--
60
Bild 4. Skrikliud uppstar till fölid av sa mmanfallande re sonanser i arbetsstycke o ch skä rverktyg _
A Kara kteristiska egensvängningar rör uppspänt arbe tsstycke.
B Skärhid/arens egensvängning m ed utliggning L 1 re sp. L2
(L,>L,J.
C Om skarhallarens egenfrekvens f 3 ligger nära arbet sstyckets egenfrekvens (2 uppstar e n resulterande svängning fs vars
storlek uch frekvens bl. a. b es täms av avstandet mellan f3 och f 2 ,
Skärha lJaren med utliggning L 1 orsakar här utpräglat skrik liud .
D Skärhållaren m ed utliggning L, gor I do ll a exempel ei
upphov till utpräglat skrikliud .
bl. a. ske genom fö rändrad utliggning
o ch/ell er förändrade skaftdimensioner
på skärhålla ren .
Metod II och 111 innebär sålede s
delvis samma åtgä rd er, men e ftersom
motiven fö r metoderna skilj er sig, har
vi valt att rE'dovisa dem var för sig.
:.--- \
-- -:::.,
kåpan
vi sar at!
ha r
re-
du ce ra ts ino m det tör detta arbet sstyc ke specie llt känsl iga resonansområd et 2000- 4000 Hz. En bull ersänk -
ning om ca 4 dB IA) noterades. För att
helt elimin era skrik tonen hade yt terligare uppstyvn ing behövts, men vi
valde att utprova metode rna Il och
III.
Det är självfa llet svårt att ge gene rellt giltiga anvisninga r för uppstyv ning altern ativt yttre dämpning, eftersom åtgä rdern a styrs av m ånga
olika faktor er. Arbetsstyckets fo rm ,
dess uppspänn ing i chuck , fixtur, etc.
varierar inom så vida g ränser at! endast direkta försök kan ge den rätta
lösningen. D essutom ska ll åtgärd~n
anpassas till produktionen. Man maste dock bea kta all stora fas tspänn ingskrafter och fixtu re r av styv ko n stru ktion er fordras för att min ska resonan ssvangn inga rn a .
Metod II
Min skad e svängn ingar i skärhållaren
kan lältast ås tadkomm as om man re -
du cerar
bea rbe tni ngsdata.
Effekten
redovi sa d es i föregående meddelande.
Där kons ta te rad es bl. a. att e n ha lverin g av
skärhastigh eten kan
ge
12
dB(A) i bu ll e rsä nknin g. Emeller tid är
lä gre bea rb e tning sda ta oftast oaccep-
Bild 7, Dämpad skä rhåffare, konstruk tio nsexemp el.
1, Moi skikt av likflän sigl L-järn med 2-3 mm tj ocklek, 2, dämpmassa ( BeckerAkuslik TK301-S50SJ.
tabla . Alt e rnativa möjligheter måste
därför tillgripas.
lju dlr v<: k s n ,,,;j
dB rel2 10 ~ p,
Minska skörhållare ns utliggning
Man bör i allm änhe t sträva efte r alt
håll a skärhå ll are n s ut liggning så liten
som mö jl igt. För att belysa e ffekten av
fö rä ndrad utl iggn in g visas i b ild 6
ex em pel på den inverka n, som erhöll s
vid bear be tning av svänghjulskåpan.
Regis tre rin ga rn a, so m utfördes vid
svarvning av fl änse ns innerdiameter,
vi sa r en k ra fti g sänkning av skärh ållarens svängning, då utliggningen änd rad es från 78 mm til l 56 mm. In-
om frekve nso mråd e t 2000-4000 Hz
sän kt es svä ngnin garna me d upp till 20
dB , I d e tt a fall inn e bar det att skrikljudet kund e eli min e ra s.
Om skärhåll arens utliggn ing redan
är liten kan en ökn ing av skaftd imensio nen i svängn ingsriktnin gen ge sam·
ma effe kt.
D ämpade skärh ållare kan vara
en lösning
Som fr am gick
lande
,.,
>3,
, >O
J1\
>O,
1/
"
,
,, V
A
t;; f\..,
~
If'ii'
1.",
1250
1600
2000
2500
3150 4 000
5000 631il0
effekt, om skrikljuden domineras av
ut str~lnin g från h ålla ren.
Vid bpa rb etn ing av veka ämnen ,
dvs. d ~ ut strålnin gen domineras av
a rb et ss tycke t, kan dylika skärhå ll a re
också ver ka så a lt skri ken reduceras.
3
Dett a beror då p å att de på skär hål-
att red uce ra skärkra fterna me d däm pade kons trukt ioner bör dock provas
fö rst se dan håll arens utliggn ing har
gjorts s~ lit en som möjlig t, alt erna tiv t
5
2
Prov med dämpade skärhållare vid
bearbetning av svänghju lskåpan visade
att skrik lonen kunde redu ce ras me d
laren s skaf t b livit ve kare.
Dämpad skärhåll a re molverkar ej
effekten av resonan s
Man bör do ck inte und e rlåta at! på pek a att n ämnd a skärhållare är opti-
® ,. J
80 00 H I""
,
~l
1S
merad för d en aktu ella bearbetn ingen.
Detta gä ll e r sto rl eken av d en y ta som
läcks av dämpskik te t sa mt d ess tjock lek och kvalit e t. M en äve n håll are ns
skaft dimensione r, utl iggning och infästn ing ä r anpassa d e till a rbetss tyc ket s svängn ing segenskape r.
Om n ~gon ell er några av dessa fak torer ändras kan det inträffa at t skärhålla rens egenfre kven s förskjuts, så
all den samma n fa ll er med arbctssty<:-ket s reso nansom råde. Den ogynnsam -
ma e ffckle n av dett a fra mgå r av bil d
8, ku rva C. Oka d tj ockl ek på mo tskikt
och dämp sk ikt sam t m inskad skaft dim ension be tyder all skä rhållaren C
får en egenfrekvens vid 1 900 Hz.
Kåpans reso na nssvängning vid 1 250
ska ftet h ar först yva ts e n ligt metod III.
ca 5 dB, bild 8 kurva B, trots att hål-
,
Bild IL Uppmätta ljudnivåer vid svarvning med odämpad respek tive dämpade
skärMffare, Utliggning 78 mm , mätavslånd 1 m , Haffare A är a v typ T-ma x L 181 ,
3 -2525- 19. Hal/are B och C är av samma typ men med moddlerat skafl enligt
bilden , 1, L-järn , 2, dämpmassa,
i föregåen de medde-
m e di e t 2 m el lan själva hållarskaftet
o ch prof il järnet 1, bild 7, Möjlig he ten
~
l
\
he k"ens
ka n dämpade skärhållare ge
laren verkande pul se rande skärkraftema dämpas i d e t energ i upptagande
I~
f.L
~'~
6
,
,
1000
)
Hz
fö rs tärks
kraftig t av
de
högre
skärkrafter , som erhålls i närhe ten av
håll aren s reso nanssvängning.
Bild 9. Schema lisk uppbyggnad av
självregleringssys tem tör motkrafts dämpning.
1. Skärhä/lare, 2. vibrationsgiva re , 3.
fasvändare, 4. vibralOr (kraf/alstrare),
5. drivstång.
Beräkning av dämpade
skärhåll are
Vid kon slrukl ionen av dämpade skärhåll are måst e så ledes en mängd fa ktorer beak tas. l reg el bör m an av prak-
....
)
Ljudtrycksntvå
dB rel.2 ·1O·s Pa
70'+0-0-0- +- ;';00
1200
Bi/d 10. Arrangeman g lör prov med
', motkraftsdämpning,
utförande
för
praktiskt bruk.
1. Ram för vibrator, 2. vibrator, 3.
drivstå ng, 4 . skärhållare med vibra tion sgivare, 5. verktygsfäste, 6. svänghju/skåpa.
ti ska sk äl utgå från den befinl1iga skärhållarens grundd imensio n, dvs. hål larens s ka ftdimension behålls sedan
dämp ski ktet pålag ts. Skaftet sli pas så-
ledes ned före dämpningen. I detta
fall har fö lj ande konstruktion anvä nts:
I två mot varandra vi nk e lrä ta plan
anb rin gas dämpmassan och motskik ·
tet, som i d e tta fall utgörs av e n vinkel·
proril. Massan, vars tjocklek inte bör
öve rstiga 2 m m, kan vara av fabr.
Becke r-Akust ik typ TK301-SS0S. Genom att motskiktet
lik flänsigt l -ja m
utförs so m
etl
(tjock lek 2- 3 mm )
optimeras hå ll arens styvhet.
Dämp-
m assan måst e också anpassas till skärhåll a rens arbetstemperatur. Den angivna massan har relativt s lort tempe . ralurområd e och är effektiv inom
+20- +60'C.
Skärhållarens svängning
kan dämpas med yttre kraft
Ett anna l sätt att förändra samverkande svän gning ar i ämn e och skärhållare
är alt man låter en yttre pul se rand e
kraft , s tyra , skärhåll are n. Med hjälp
av e lt ~iä l vrcglerandc sys te m tills es
att kraften sä tts in så, att d e n molverkar svarvstålets svängningsrörelse,
bild 9. Härigenom minskar h älla rens
möjlighet alt li piska)) igång svängningar i ämnet. Eftersom styrsystemet är
regl e rbart är det möjligt alt lägga en
maximal motriktad kraft på skärhålla -
~-'8QC ----
. .- - . -- +-- +---1
2 500
3000
1400 2000
4000
50006300 Hz
Frek vens
Bi/d 11. Resultat - sma/bandsana/ys - från prov med motkraftsdämpning . Mätavsl~ndet
- - - - -
var 1 m.
Ljudnivåer utan motkraftsdämpning
Ljudnivåer m ed motkra/tsdämpning
ren inom eller i närh e ten av arbetsstyck e ts känsliga reson ansom rå de.
Bild 10 visar sc hemat is kt hur e tt dylikt styrsystem arrangerats vid plansvarvning aven svänghjulskäpa. En
ram, i vilken den e lek trom e kaniska
kraf la lslr aren (»vibralorn ») är monlerad, skruvades fast i skärhå ll arfästet.
Mellan vibratorn och centrum stiftet
för skärplaIlan monterades en drivstång oc h med hjälp ave n vibrationsgivare på skärhållarens baksida registreras hållar e ns svängningsfrekvens
och styrkan hos svängningarna. Signa len från givaren fasvänd s och förstärks,
varefter den pMörs vibratorn. Drivstången överför den pulse rand e kraften till skä rh ~lIaren.
Genom fa svä ndning en trycker drivstången skärh~lIaren från vibratorn,
när hållaren strävar att svänga mol
den sam ma.
Resultat med d etta arrange mang
framgår av bild 11. Maximal kra ft från
vibratorn vid ca 2600 Hz reducerade
skrikljudet m e d ca 6 dB.
Den använd a vibratorn avger en
myck e t begränsad kraft varför de t är
nödvändigt all öka den då man önskar
stor däm pnin g, dvs. har utpräglade
resonanser.
Den na m e tod all m inska skrikljuden behöver utve cklas yn e rligare,
bl. a . måste skä rhållarens svän gn ingsmönste r studeras så att den motrikta de kraften kan sä ttas in på rätt sä tt.
Metod 1/1
D€t är oflllst mycket svårt alt beräkningsmässig t fastställa va r skärhålla rens
och arbetss tyckets ege nsvängnings frekven se r uppträder. I många fall är
det lättast att på försök ändra skärhå llarens utliggning och skaf tets styvhet,
så alt dess egenfrekvens förskjuts från
arbetsstyckets känsliga omdde.
Detta innebär dock ett arb ete på
måfå. Ett betydligt bättre underlag
för åtgärder e rhåller man genom undersökning m ed speciell mätulruslning. Med denna kartläggs svängningsbenägenheten hos arbetsstycke och
s kärhållare. Resultatet aven dylik mät ning fra mgår av följand e exe mp e l:
Exempe/
Den pu lserande kraften från en vibrator har använts för a lt försätta skärhållaren i svängn ing. Kraft e n har hå llits
kon stant inom aktu e llt resonansfrekvensområde. Me d hjälp aven vibralionsgivare har svängningsbenägenhelen ho s tre hållare med olika utförand e registrerats.
Bild 12 visar att skärhållarna A och
B har en egensvängn in g v id ca 4 200
Hz, m e dan däre mot ege nfrekvense n
för hållare C är ca 1 900 Hz.
på sa mma sätt uppmättes egenfrekvenserna fö r e n i fixtu r fas tspänd
svänghjulskåp a. Utpräglade reso nan -