Как да премахнете звука от скоростите. Изследване на шума при работа на предавки и начини за отстраняването му
Скоростите често са основният източник на вибрации и шум в различни машини. С увеличаването на скоростите на предавките проблемът с намаляването на вибрациите и шума става все по-важен. Нивото на шума е един от най-важните показатели за работата на скоростите и скоростните кутии.
Нивото на шума на зъбните колела се определя от точността на предавките, параметрите на инерцията и твърдостта на системата. Грешките в зацепването са причинители на принудителни вибрации, а параметрите на инерцията и твърдостта определят естествените вибрации на системата.
Обикновено действителните размери на главните стъпки на задвижващите и задвижваните колела са различни. Това кара свързващите зъби да се ударят, докато се зацепват. В резултат на това възниква колебателен процес. Силата на удара е в пряка зависимост от големината на грешката на зацепване, която се определя от разликата в главните стъпки на задвижващите и задвижваните колела и тяхната периферна скорост. С увеличаването на скоростта на въртене на вала интензитетът на шума съответно се увеличава.
Оптималното ниво на шума съответства не на нула, а на някаква положителна стойност на разликата в основните стъпки, определена от размера на еластичната деформация на зъбите. Друга причина за вибрациите и шума на зъбните колела е мигновена промяна в твърдостта на предавката по време на прехода от зацепване на двойна двойка зъби към една двойка, както и мигновена промяна в посоката на силата на триене, действаща между работните профили на зъбите в зацепващата лента.
Ориз. 38. Различни форми на контактното петно на зъбни двойки
Грешките в профила на зъбите, които възникват по време на процеса на рязане, както и срязването на профила на зъбите в резултат на прекъсване на процеса на рязане, причиняват ударни импулси.
Неправилното закрепване на инструмента и детайла при рязане на зъби също причинява циклични грешки в предавките и следователно интензивен шум и вибрации. Например, неперпендикулярността на краищата спрямо оста на детайла, когато той е фиксиран върху масата на машина за рязане на зъбни колела, причинява отклонение на геометричната ос на изрязания детайл спрямо оста на въртене на масата, което води до при грешка в посоката на зъбите. Тази грешка причинява незадоволителна форма на контактното петно (контактна зона) между свързващите зъби, което допринася за повишен шум и вибрации.
На фиг. Фигура 38 показва различни форми на контактните точки на зъбни двойки. С формата на контактното петно, показано на фиг. 38, а, зъбната предавка издава шумолене или леко тихо бръмчене; такива зъби могат да се считат за подходящи.
С формата на петна, показана на фиг. 38, b, шумолене се чува без товар и вой се чува при товар; тези зъби са безполезни. Представени са и дефектите и зъбите с формата на контактните петна, показани на фиг. 38, в и г. Без товар издават леко почукване, а под товар - вой и често прекъснато почукване, в другия - често прекъснато почукване без натоварване и вой под товар.
Появата на повишен шум се дължи на грешки при пробиването на основните отвори в корпуса на предавката. Когато зъбните колела са внимателно произведени, несъосността на валовете, върху които са монтирани, може да доведе до резултати, подобни на тези, получени от грешки в самите зъбни колела.
Намаляването на вибрациите и шума на предавките може да се постигне по следните начини.
![](https://i1.wp.com/delta-grup.ru/bibliot/16/19_html_597c1ed7.jpg)
![](https://i0.wp.com/delta-grup.ru/bibliot/16/19_html_m732c6075.jpg)
Ориз. 39 . Форма на зъбите:
а - обикновен; b - бъчвообразна
Първият метод е да се промени формата на зъбите (фиг. 39). Ако им се даде форма на варел, тогава в резултат на подобряване на контакта между зъбите и намаляване на влиянието на несъответствието на зъбите, шумът от взаимодействащите зъбни колела ще намалее с 3-4 dB.
Друг начин за намаляване на вибрациите и шума е фланкирането на профилите на зъбите, за да се компенсират грешките при производството и монтажа на зъбни колела, както и да се намали ефектът от деформация на зъбите, когато те работят под натоварване.
Характеристиките на вибрациите и шума на зъбните колела са подобрени в резултат на въвеждането на операция за бръснене на зъбите, което увеличава плавността на зацепването. Известно намаляване на вибрациите и шума може да се постигне чрез използване на довършителна операция - смилане в зъбите с помощта на специални обиколки.
Един от факторите, които определят способността на зъбната задвижваща система да потиска вибрациите, е материалът на колелото. Като замените поне едно колело от зъбна двойка с пластмасово, можете да постигнете значителен ефект в намаляването на нивата на шума. Изследванията установяват, че шумът на пластмасовите предавки при всички скоростни режими и натоварвания е по-нисък от шума на стоманените колела, а най-ефективното намаляване на шума се постига при високоскоростни трансмисии, при резонансни режими и при повишени натоварвания.
Промишленият шум е общ биологичен дразнител, който не само намалява слуха, но също така засяга сърдечно-съдовата и нервната система на човека.
Изследванията на въздействието на шума върху човешкото тяло показват, че дълготрайният и краткотраен шум, стабилният шум със същото общо ниво, но различен спектрален състав, както и импулсният шум с различно време на нарастване на интензитета до максимум имат различни ефекти върху човешкото тяло.
Въздействието на шума върху човека може да се раздели в зависимост от интензивността и спектъра на шума на следните групи:
Много силен шум с нива от 120...140 dB и повече, независимо от спектъра, може да причини механични увреждания на органите на слуха и да причини тежки увреждания на тялото;
Силен шум с нива от 100...120 dB при ниски честоти, над 90 dB при средни и високи честоти, 75...85 dB при високи честоти причинява необратими промени в органите на слуха, а при продължително излагане може да предизвика редица заболявания, предимно на нервната система;
По-ниски нива на шум от 60...75 dB при средни и високи честоти оказват вредно въздействие върху нервната система на човек, зает с работа, изискваща концентрирано внимание.
Санитарните стандарти разделят шума на три класа и установяват приемливо ниво за всеки от тях:
Клас 1 - нискочестотен шум (най-големите компоненти в спектъра са разположени под честотата 350 Hz, над която нивата намаляват) с допустимо ниво 90...100 dB;
Клас 2 - средночестотен шум (най-високите нива в спектъра са разположени под честотата 800 Hz, над които нивата намаляват) с допустимо ниво 85...90 dB;
Клас 3 - високочестотен шум (най-високите нива в спектъра са разположени над честотата 800 Hz) с допустимо ниво 75...85 dB.
Тези. шумът се нарича нискочестотен с честота на трептене не повече от 400 Hz, средна честота - 400 ... 1000 Hz, висока честота - повече от 1000 Hz. Въз основа на ширината на спектъра шумът се класифицира като широколентов, който включва почти всички честоти на звуково налягане (нивото се измерва в dBA), и теснолентов (нивото се измерва в dB). Освен това шумът се разделя на: въздушен, разпространяващ се във въздуха от източника на произход до точката на наблюдение, и структурен, предаван през структурни елементи и излъчван от техните повърхности.
Въпреки че честотата на акустичните звукови вибрации е в диапазона 20...20000 Hz, нормализирането й в dB се извършва в октавни ленти с честота 63...8000 Hz на постоянен шум. Характеристика на периодичния и широколентовия шум е нивото на звука в dBA еквивалент на енергия и възприятие от човешкото ухо. Таблица 4.1 показва стандартизираните параметри на звука в кабините на трактори и други самоходни машини в съответствие с GOST 12.2.120-88 и GOST 12.1.003-83. Обърнете внимание, че в съответствие с GOST 12.2.019-86 външният шум на машината не трябва да надвишава 85 dBA на разстояние 7,5 m от нейната ос, перпендикулярна на посоката на движение.
Таблица 5.1 - Стандартизирани параметри на звука в кабините на трактора
Трябва да се отбележи, че стандартите за шум се установяват на работното място на оператора, независимо дали има един източник на шум или няколко. Очевидно е, че ако звуковата мощност, излъчвана от един източник, отговаря на максимално допустимото ниво на звуково налягане на работното място, тогава ако тук са инсталирани няколко от същите източници, определеното максимално допустимо ниво ще бъде превишено поради добавянето им.
Нивата на шум, изразени в децибели, не могат да се събират аритметично и тук общото ниво на шум се определя според закона за сумиране на енергията.
Таблица 5.2 - Допълнение към функцията за разлика в нивото на източника
Разлика в нивата между два източника |
||||||
Както следва от горното, ако нивото на шума на един източник е с 8...10 dB (dBA) по-високо от нивото на друг източник, тогава ще преобладава шумът на по-интензивен източник, т.е. добавката към общото ниво на шум е незначителна.
Общото ниво на шум от източници с различна интензивност се определя по формулата:
Разликата между най-високото ниво и другите нива на шум от съществуващите източници на техния произход.
Изчисляването на промените в нивото на шума с промени в разстоянието от източника се извършва по формулата:
![](https://i2.wp.com/studbooks.net/imag_/41/114365/image050.png)
DB (dBA),
Където L u е нивото на шума на източника; r е разстоянието от източника на шум до обекта на неговото възприемане, m.
Наред с такива интензивни източници на шум при тракторите като двигателя и шасито, трансмисията е активен източник на шум.
Класификацията на средствата и методите за защита от шум е установена от GOST 12.1.029-80, според който проектът трябва да предвижда и взема предвид:
Средства за намаляване на механичния шум при неговия източник;
средства за намаляване на въздушния и структурния шум по пътя на неговото разпространение;
акустични средства за защита от шум (огради, паравани, кабини).
На първо място, отбелязваме, че шумът от предавките се причинява от работата на зацепени зъбни колела (зъбни колела) и лагери.
Причината за шума на лагера е ударът на топките (ролките) върху клетката и пръстените. В този случай шумът от лагера се увеличава с увеличаване на диаметъра на топките (ролките) и скоростта на въртене. Нивото на шума на такива лагери може да се изчисли по формулата:
DB (dBA),
n - честота на въртене на лагера, min;
L no - ниво на шума на лагера без натоварване, взето равно на 1...5 dB.
Тъй като лагерите са стандартни завършени продукти, за да се намали шумът им в конструкцията на зъбните колела, те трябва да се монтират без изкривяване на вътрешния пръстен и трябва да се използва висококачествено смазване, което елиминира сухото триене при търкаляне и е вид удар абсорбатор, когато сачмите (ролките) взаимодействат с други лагерни елементи . В този случай се използват както течни, така и гресни смазки, които дават малко по-голям ефект в сравнение с първия.
Що се отнася до шума, който възниква, когато зъбите на зъбните колела взаимодействат един с друг, трябва да се има предвид следното.
Имайте предвид, че говорим за зъби с еволвентен профил, който теоретично, когато зъбните колела влязат в контакт, трябва да осигури безударно и безплъзгащо търкаляне на един зъб по повърхността на съседния. За да се осигури въртящият момент и необходимата якост на зъба, се избират неговият модул и ширина. Предполага се, че контактът се осъществява по цялата ширина на зъба и теоретично „контактното петно“ трябва да заема цялата ширина на зъба със съответната му височина. Само по този начин може да се осигури изчислената ефективност на предаване.
В реални условия, при производството на самите зъбни колела, валове за тяхното закрепване, чаши и отвори за монтиране на лагери, както и корпуси на зъбни колела, е невъзможно да се осигури идеална точност на размерите на тези елементи, тъй като има определен технологичен диапазон на допустими отклонения. . Това обстоятелство води до следното.
Действителното разстояние от център до център на делителния кръг на съседни зъбни колела е по-голямо от номиналното разстояние в рамките на допустимото отклонение. В резултат на това се нарушава идеалното зацепване на зъбните колела и първо има удар при съприкосновение на зъбите (придружен с почукване), а след това един зъб се плъзга по зъбната повърхност на съседното зъбно колело. Тъй като чистотата на зъбите не е идеална, това е придружено от "скърцане".
Тези явления се утежняват още повече от факта, че при производството на самите зъбни колела има допустими отклонения: за отклонение на делителния кръг спрямо оста на въртене, колебания в дебелината на зъбите, колебания в дължината на общата нормала на зъбните колела , за размерите на гладките и шлицови монтажни отвори на зъбните колела и т.н. Ако вземем предвид, че когато при пробиване на отвори за монтиране на лагери или чаши за лагери, валовете на зъбните колела не са успоредни, тогава поради произтичащите от това несъосности на валове, теоретичното „контактно петно“ върху зъбите на зъбното колело е изкривено, намалявайки площта и се измества по повърхността на зъбите. Това води до увеличаване на контактните напрежения върху повърхността на зъбите, в резултат на което шумът се увеличава.
Отбелязаното явление се проявява още повече, ако стените на корпуса на трансмисията не са достатъчно твърди и при работа под натоварване корпусът се деформира. В резултат на изкривявания в зъбното колело се получава пулсиращо сближаване и разминаване на съседни зъби по време на един оборот на зъбните колела, което кара трансмисията да "вие" по време на работа под товар.
От гледна точка на намаляване на шума на зъбните колела е очевидно, че е необходимо да се повиши тяхната точност и чистотата на повърхностната обработка на зъбите. Повишаването на точността на производство на зъбни колела води до намаляване на нивата на шума на трансмисията с 3...3,5 dBA в целия работен диапазон на натоварвания и скорости. Като се има предвид високата цена на мерките за пасивна защита от шум на работното място на водача на трактора, повишаването на точността на производството и монтажа на зъбните колела на скоростната кутия на трактора е необходимо и икономически най-осъществимо.
Нивото на шума на предавките в отворени, сухи (без смазване) предавателни кутии се изчислява по формулата:
където Lbn е нивото на шума на зъбни колела без товар (прието равно на 75...80 dBA, в зависимост от точността на производство и чистотата на повърхността на зъбите);
P - периферна сила, kg.
Както може да се види от формулата, намаляването на периферната скорост трябва да намали нивото на шума на предавката. За целта трябва да се използват зъбни колела с възможно най-малък диаметър, като се променя броят на зъбите и модула, като същевременно се увеличава тяхната ширина, за да се запази здравината на зъбите.
Смята се, че използването на достатъчно смазване на предавките намалява нивото на шума на предавките с не по-малко от DL oc = 6 dBA. Изолирането на вътрешната кухина на механизма с наличието на капак (с образуването на нещо като корпус) осигурява допълнително намаляване на шума с DL n = 5...7 dBA.
Така може да се намери нивото на шума, излъчван от корпуса на скоростната кутия:
![](https://i1.wp.com/studbooks.net/imag_/41/114365/image053.png)
Изчисляване на предавката за шум
Оценка на влиянието на шума, генериран от скоростната кутия, върху акустичната среда в кабината.
където е нивото на шума на зъбни колела без товар (взето равно на 75...80 dBA, в зависимост от точността на производство и чистотата на повърхността на зъбите);
V - периферна скорост на зъбни колела, m/s;
P - периферна сила, kN.
Шум от предавките:
Общ шум от предавките:
Изчисляване на лагери за шум
където d е диаметърът на топките (ролките), mm;
d r.st = 10 mm - за ролков лагер;
д р.с. = 16,5 mm - за сачмен лагер n - скорост на въртене на лагера, min -1;
L е нивото на шума на лагера без натоварване, взето равно на 1...5 dB (dBA).
За сачмен лагер:
За ролкови лагери:
Общото ниво на шум от източници с различна интензивност се определя по формулата:
къде е най-високото ниво на един от източниците;
![](https://i0.wp.com/studbooks.net/imag_/41/114365/image064.png)
Разлика между най-високото ниво и другите
![](https://i1.wp.com/studbooks.net/imag_/41/114365/image065.png)
Нива на шум от налични източници
![](https://i2.wp.com/studbooks.net/imag_/41/114365/image066.png)
възникване.
Нивото на шума, излъчван от корпуса на скоростната кутия, може да се намери:
Нека изчислим нивото на шума поради намаляването му поради отстраняването на корпуса на скоростната кутия от ухото на водача на разстояние Y, с изключение на кабината:
Модерна звукоизолирана кабина намалява нивото на шума с 20...30 dBA, ние определяме стойността му на работното място в кабината:
![](https://i0.wp.com/studbooks.net/imag_/41/114365/image069.png)
dBA<дБА на 17,6 дБА.
тъй като L k е значително по-малко от стандартизираната стойност L kn = 80 dBA, тогава шумът от скоростната кутия няма да влоши акустичната среда в кабината.
Ще изчисля външния шум на автомобила на разстояние 7,5 m от неговата ос, перпендикулярна на посоката на движение:
L r = L u - 20lg r - 8 = 93,9 - 20 lg7,5 - 8 = 68,4 dBA
Заключение по раздел
Разглеждат се въпроси, свързани с охраната на труда: шум, въздействие на човека, нормативна уредба, причини за възникване в трансмисията, мерки за намаляването му, оценка на въздействието на шума от трансмисията върху акустичната среда в кабината и външния шум на машината.
Външният шум на машината не трябва да надвишава 85 dBA, в нашия случай 68,4 dBA, следователно условието е изпълнено.
Обсъжданият раздел показва, че този дизайн отговаря на изискванията за безопасност.
Защо зъбните колела все още тракат? Очевидният отговор: „защото са криви“. Очевидно, но не достатъчно. Зъбното колело е доста сложна част и нейната геометрия се описва от много параметри, всички от които имат различен ефект върху шума от трансмисията. В зависимост от обстоятелствата, във всеки отделен случай някои грешки могат да повлияят на шума повече, други по-малко.
Основната концепция в този въпрос е грешка в кинематичната трансмисияили предавка. Съгласно GOST 1643-81 (Приложение 1, точка 1).
Кинематична грешка на предаване F i е разликата между действителния и номиналния (изчислен) ъгъл на въртене на задвижваното предавателно зъбно колело.
Да кажем, че трансмисията се състои от зъбно колело z 1 =20 и колело z 2 =40, т.е. предавателно отношение u = 2. Ако зъбните колела са направени с перфектна точност, тогава когато зъбното колело се завърти на една ъглова стъпка от 360° / 20 = 18°, колелото ще се завърти на ъгъл от 18° / 2 = 9°. Ако зъбното колело се завърти на две ъглови стъпки от 36°, колелото ще се завърти на 18° и т.н. Това са номиналните (изчислени) ъгли на завъртане и за идеалните предавки те са свързани с предавателно отношение. При всеки ъгъл на въртене на предавката колелото ще се завърти под ъгъл 2 пъти по-малък.
ъгъл на колелото = ъгъл на предавката / u
Но в действителност нищо не е перфектно. Всички детайли имат някои грешки. Следователно всъщност задвижваното колело ще се завърти под ъгъл, различен от номиналния (изчисления) и грешката може да се изрази, както следва:
Еаз= ъгъл на въртене на колелото - ъгъл на въртене на предавката / u
Тези. В действителност предавателното отношение не е постоянно, което означава, че скоростта на въртене на задвижваното колело ще варира. И в спектъра на тези вибрации може да има честоти с доста висока амплитуда. Тези вибрации могат да причинят шум.
Производство на високо прецизни зъбни колела. Турецки И.Ю., Любимков Л.Н., Чернов Б.В.
Защо възниква кинематична грешка?
Причините могат да бъдат много различни:
- геометрия на мрежата: възникват смущения или неоптимално припокриване. Тези грешки могат да възникнат както на етапа на изчисляване на предавката, така и по време на производството (например използване на грешен инструмент).
- Грешки при производството на колело, нарушаващи профила на зъбите (еволвентни) и еднаквостта на зъбите (грешки на стъпката)
- грешки в монтажа и свързаните с него части (корпус, валове, лагери)
- термични деформации и деформации на зъбите при натоварване, нарушаващи профила на зъбите
вертикална ос - кинематична грешка, като се вземе предвид твърдостта на зъбите при различни натоварвания.
хоризонтална ос - ъгъл на завъртане на колелото
Нивото на шума, измерено чрез акустични методи, ще зависи от цялата конструкция като цяло - не само от зъбните колела, но и от лагерите, корпуса, закрепването на корпуса на скоростната кутия, естеството на натоварването и др.
Схематично физическата същност на явлението може да се изрази по следния начин:
геометрични грешки на колелата
грешка в кинематичната трансмисия
маса, инерционен момент, твърдост и затихване
Вибрации в предавките
Сили, действащи върху лагерите
Маса, твърдост и амортизация на частите на тялото
Вибрации на тялото
Закрепване на корпуса на скоростната кутия
Вибрация на цялата машина
Понастоящем няма единен общоприет метод за изчисление, който да отчита влиянието на всички грешки върху шума. Изчисленията се основават или на емпирични зависимости, или на някои модели с допускания.
Защо цилиндричното зъбно колело издава шум, а винтовото зъбно колело не?
Често срещан принцип: „ако зъбното колело е шумно, трябва да се смени със спираловидно“. Това се дължи преди всичко на факта, че ъгъл на припокриванепри спирално зъбно колело, повече отколкото при цилиндрично зъбно колело.
Ъгъл на припокриване- ъгълът на въртене на трансмисионното зъбно колело от позицията, в която зъбите влизат в захващане, докато не се освобождават.
Припокриването се оценява чрез коефициента на припокриване - съотношението на ъгъла на припокриване към ъгловата стъпка на колелото.
- Ако коефициентът на припокриване = 1, тогава всеки зъб се освобождава точно в момента, в който се зацепи следващият зъб.
- Ако коефициентът на припокриване< 1, то между выходом из зацепления одного зуба и входом в зацепления следующего зуба контакт между колёсам разрывается.
- Ако коефициентът на припокриване е > 1, тогава във всеки даден момент два или повече зъба са в мрежа. Колкото повече зъби са в мрежата едновременно, толкова по-малко напрежение в мрежата и по-малко деформация на зъбите и влиянието на грешките в профила се изглаждат и осредняват.
Замяната на колелата с прави зъби със спирални не е панацея. В реални условия е необходимо да се оценят различни варианти. Като цяло намаляването на шума чрез увеличаване на точността на цилиндричните зъбни колела или някои други мерки може да бъде по-ефективно от простото им заместване със спирални зъбни колела.
Как да измерим кинематичната грешка?
Във формата, описана в началото, измерването на кинематичната грешка е доста скъпо нещо. За да направите това, е необходимо да можете да инсталирате ъглови сензори с подходяща точност на предавката и колелото. Или имате нужда от специално устройство и референтна предавка. Тези методи са добри за масово или широкомащабно производство. В същото време самото измерване на кинематичната грешка дава малко информация за нейния източник. Кинематичната грешка е сложен показател и се състои от различни грешки, които възникват при различни операции.
За малки партиди и единично производство често е препоръчително да се извършва контрол с помощта на няколко отделни параметъра, които заедно позволяват да се оцени кинематичната точност:
- Радиално биене F r
- Флуктуация на дължината на общата норма F vw
- стъпка грешка fpt и натрупана стъпка грешка F p
- грешка в профила f f
Ликов А.В., Лахин А.М.Статията разглежда въпросите за намаляване на шума при работа на предавки. Извършен е анализ на причините за шума и вибрациите при работа на предавки и са определени основните конструктивни и технологични методи за неговото намаляване.
Ключови думи:
предавка, шум, износване.
Въведение
Един от най-важните показатели за работа на предавките е шумът от тяхната работа. В най-голяма степен повишеният шум на зъбните колела е типичен за високоскоростни и силно натоварени предавки, като този показател в повечето случаи характеризира и надеждността и издръжливостта на механизъм със зъбни колела.
Основно съдържание и резултати от работата
Нивото на шума на предавките зависи от много фактори, основните от които са точността на предавката, както и параметрите на инерцията и твърдостта на системата. Грешките в зацепването са причинители на принудителни вибрации, а параметрите на инерцията и твърдостта определят естествените вибрации на системата.
Поради разликата в действителните стъпки на задвижващите и задвижваните колела, ударите на свързващите зъби се появяват в момента на тяхното зацепване. Това предизвиква колебателен процес. Силата на удара е в пряка зависимост от разликата в стъпките на зацепване и периферната скорост. Следователно, с увеличаване на скоростта на въртене на валовете със зъбни колела, интензитетът на шума също се увеличава.
Друга причина за вибрациите и шума на зъбните колела е мигновената промяна в твърдостта на предавката по време на прехода от зацепване на двойна двойка зъби към една двойка, както и мигновена промяна в силата на триене, действаща между работните профили на зъбите в зацепващия стълб. Това причинява разпространение на вибрации от зъбните колела към всички части на зъбния механизъм и генериране на звукови вълни.
При разглеждане на различни форми на зъбното контактно петно могат да се идентифицират следните характерни случаи (фиг. 1).
Фигура 1 - Форми на контактното петно на двойки зъби
С формата на контактното петно, показано на фиг. 1, а, зъбната предавка издава тихо шумолене и тихо бръмчене, което практически се увеличава с увеличаване на периферната скорост. В този случай натоварването се разпределя равномерно върху зъбите и предаването се счита за подходящо. С формата на контактното петно (фиг. 1, b) се чува шумолене без натоварване и виене при натоварване, което се увеличава с увеличаване на периферната скорост. Зъбни колела с формата на контактното петно, показана на фиг. 1,в, при работа без натоварване издават леко почукване, което прераства във вой и често прекъсващо почукване. В случая (фиг. 1, d) трансмисията издава често прекъсващо чукване, което се развива във вой.
Както се вижда от формата на контактното петно, шумът се причинява и от грешки в обработката на основните отвори на корпуса на зъбното колело, което причинява изкривявания на валовете и лагерите по време на монтажа на зъбното колело. Това води до резултати, подобни на грешки в периферната стъпка и посока на зъбите.
Въз основа на причините за шума при работата на предавките е възможно да се определят основните начини за намаляването му, сред които ще подчертаем конструктивните и технологичните методи.
Конструктивните методи включват методи, свързани с подобряване на дизайна на зъбни колела, които позволяват да се елиминират ударите и вибрациите при зацепване на двойки зъби.
За да се подобри плавната работа на зъбната предавка, е препоръчително да се използват спираловидни, шевронни и извити зъбни колела вместо прави зъби. Такива зъбни колела позволяват на всеки зъб да се включи не веднага по цялата му дължина, обикновено с удар, но постепенно, плавно, причинявайки еластични микродеформации на зъбните секции, компенсирайки грешките в периферната стъпка и посоката на зъба. Преходът от прав зъб към спираловидна или извита форма на зъб може да намали нивото на шума с 10-12 dB.
Ако дизайнът на предавката по някаква причина не позволява използването на наклонена или извита форма на зъбите, намаляването на шума може да се постигне чрез модифициране на формата на зъбите. Тук могат да се разграничат два метода: надлъжна модификация и модификация на формата на профила на зъба. Надлъжната модификация се състои в плавна промяна на размерите на напречното сечение на зъба по дължината му и най-често се свежда до използването на бъчвообразни зъби. При такива зъбни колела ширината на зъбите намалява от средата към краищата на зъбния венец. Това позволява да се намали влиянието на несъответствието на зъбите поради неуспоредност на осите на валовете и грешки в посоката на зъбите, докато шумът на предавката се намалява с 3-4 dB.
Промяната на формата на еволвентния профил на зъбите най-често се свежда до фланкиране на главата и стеблото на зъба - целенасоченото отстраняване на част от профила на зъба за по-равномерно подреждане на зъбите върху колелото и намаляване на грешките в основната стъпка. Това позволява да се опрости инсталирането на зъбни колела в трансмисията и да се намали ефектът от деформация на зъбите при работа под натоварване. В резултат на фланкирането, контактът на зъбите извън линията на зацепване се заменя с теоретично правилен контакт по протежение на линията на зацепване, в резултат на което контактното петно на зъбите се увеличава и нивото на шума на предавката намалява.
Известно е също, че един от факторите, определящи способността на зъбното колело да потиска вибрациите, е материалът на колелото. Чрез замяната на поне една трансмисия с пластмасово колело нивото на шума може да бъде значително намалено, което се постига най-много при високоскоростни трансмисии, в резонансни режими на работа, а също и при повишени натоварвания. Шумът на немощните трансмисии може да бъде значително намален чрез използване на стомани с ниска повърхностна твърдост, метални прахове и др. Добра комбинация при зъбна трансмисия е използването на зъбно колело от стомана с висока твърдост и шлифовани зъби с изработено колело от по-мека стомана и бръснещи зъби.
За по-тиха и плавна работа на зъбното предаване при условия на постоянно натоварване трябва да се определи минимален модул на зъбното колело. Това увеличава съотношенията на аксиално и аксиално припокриване, подобрявайки плавната работа и намалявайки вибрациите в мрежата. В същото време, поради намаляването на напречното сечение на основата на зъба, ангажиран в зацепването, нивото на допустимите натоварвания върху зъба намалява. За да се компенсира този недостатък, е необходимо да се увеличи диаметърът на стъпката, ширината на зъбния венец, използването на многочифтни зъбни колела и др.
Шумът от зъбните колела също може да бъде намален чрез осигуряване на коефициент на припокриване на цяло число на зъбите. Тестовете показват, че коефициентът на припокриване от 2,0 осигурява най-тихата работа на трансмисията.
Шумът на предавките се влияе от натоварването на зъбите. С увеличаването на коефициента на натоварване динамичното натоварване в мрежата намалява. В същото време еластичните деформации в зацепването се увеличават, компенсирайки неизбежните грешки на стъпката на зъбите, гладкостта на предаването се увеличава и нивото на шума намалява.
В допълнение, шумът се влияе от дизайна и материала на корпуса на зъбното колело, което трябва да предотврати разпространението на звука в околната среда. По правило лятите корпуси потискат вибрациите по-добре от заварените. Качеството на лубриканта се определя и от способността му да потиска вибрациите. По-вискозните смазки осигуряват по-тиха работа, но в същото време намаляват ефективността на предавката. Видът на лагерите на зъбния вал също влияе върху нивото на шума на трансмисията. Търкалящите лагери, работещи с маслен филм при високи обороти, осигуряват по-тиха работа на зъбната предавка, като същевременно имат значително по-високи загуби от триене в сравнение с търкалящите лагери. Поради това търкалящите лагери се препоръчват за използване във високоскоростни трансмисии.
Сред технологичните методи за намаляване на шума при работа на зъбни колела ще разгледаме основните технологични операции на довършителни зъби. Както беше обсъдено по-рано, основното влияние върху шума от предавките е точността и качеството на зъбните повърхности. Намаляването на шума от предавките за незакалени зъбни колела може най-ефективно да се постигне чрез бръснене. В същото време грешките в периферната стъпка, посоката на зъбите и отклоненията в профила на зъбите са значително намалени. За закалените зъбни колела най-ефективният и ефикасен метод за контрол на шума е хонинговането на зъбните колела, което намалява шума от трансмисията с 2-4 dB. Шлифоването на зъбни колела осигурява най-висока точност на параметрите на зъбния венец и най-ниско ниво на шум при трансмисията. Този метод обаче е най-малко продуктивен.
заключения
Като цяло проучването установи, че основният източник на шум при работата на зъбната предавка е ударът и вибрациите, произтичащи от неточността на елементите на зъбната предавка. Идентифицирахме основните конструктивни и технологични методи за намаляване на шума при работа на предавката.
Списък на използваната литература
1. Кудрявцев В. Н. Зъбни предавки. - М.: Машгис, 1957. - 263 с.
2. Косарев О. И. Методи за намаляване на възбуждането и вибрациите при цилиндрични зъбни колела. / О. И. Косарев // Бюлетин по машиностроене. - 2001. - № 4. стр. 8-14.
3. Рудницки В. Н. Влияние на геометричните параметри на зъбните колела върху шума в зъбните колела / В. Н. Рудницки. сб. Изкуство. Принос на учени и специалисти в народното стопанство / БГИТА - Брянск, 2001. - с. 125-128.
Шумът от предавките се причинява от вибрациите на колелата и структурните елементи, свързани с тях. Причините за тези вибрации са взаимното сблъскване на зъбите при влизане в мрежата, променливата деформация на зъбите, причинена от непостоянството на приложените към тях сили, кинематични грешки на зъбните колела и променливи сили на триене.
Спектърът на шума заема широка честотна лента, особено значителен е в диапазона 2000-5000 Hz. На фона на непрекъснат спектър има дискретни компоненти, основните от които са честоти, причинени от взаимния сблъсък на зъбите, ефектът от грешките в зацепването и техните хармоници. Компонентите на вибрациите и шума от деформацията на зъбите под натоварване са дискретни по природа с основна честота, равна на честотата на повторно свързване на зъбите. Честотата на действие на натрупаната грешка на предавката е кратна на скоростта на въртене. Въпреки това, има случаи, когато натрупаната кръгова грешка на стъпката не съответства на скоростта на въртене; в този случай ще има друга дискретна честота, равна на честотата на тази грешка.
Трептенията се възбуждат и при честоти, определени от грешките на зъбната двойка (несъосност на осите, отклонение от разстоянието между центъра и др.). Предавката е система с разпределени параметри и има голям брой собствени вибрационни честоти. Това води до факта, че в почти всички режими работата на предавката е придружена от възникване на трептения на резонансни честоти. Намаляването на нивото на шума може да се постигне чрез намаляване на величината на действащите променливи сили, увеличаване на механичния импеданс в местата, засегнати от променливи сили, намаляване на коефициента на предаване на звуковите вибрации от местата на произход до местата на излъчване, намаляване на осцилаторните скорости чрез подобряване на дизайна на осцилиращото тяло, намаляване на радиационната повърхност чрез увеличаване на вътрешното триене на материалните колела Въглеродните и легираните стомани се използват главно за производството на зъбни колела. В случаите, когато е необходимо да се осигури по-малко шумна работа на трансмисията, за зъбни колела се използват неметални материали. Преди това зъбните колела са били направени от дърво и кожа за тази цел; В момента те се произвеждат от текстолит, дървопластмаси и полиамидни пластмаси (включително найлон).
Зъбните колела, изработени от пластмаса, имат редица предимства пред металните: устойчивост на износване, тиха работа, способност за възстановяване на формата след деформация (при ниски натоварвания), по-проста технология на производство и др. Заедно с това те имат значителни недостатъци, които ограничават площта тяхното приложение, относително ниска якост на зъбите, ниска топлопроводимост и висок коефициент на линейно термично разширение. Най-широко използваните за производството на зъбни колела са термореактивните пластмаси на основата на фенолформалдехидна смола. Издръжливите продукти от тях се получават чрез въвеждане на органичен пълнител в материала. Като пълнител се използва памучен плат в количество от 40-50% от теглото на готовата пластмаса или дърво в количество от 75-80%, както и фибростъкло, азбест и влакна.
Ламинираните пластмаси се произвеждат от два вида: текстолит и дървесно-ламинирана пластмаса (ПДЧ). Продуктите от тези пластмаси се получават в повечето случаи чрез механична обработка. Сред термопластичните смоли, полиамидните смоли са широко използвани. Те съчетават добри леярски качества, доста висока механична якост и нисък коефициент на триене. Зъбните колела се изработват изцяло от полиамиди или в комбинация с метал. Използването на полиамиди за джанти с метални главини позволява да се намали вредното влияние на високия коефициент на линейно термично разширение на полиамидните смоли върху точността на предаване на зъбните колела. Зъбните колела от полиамидни материали не могат да работят дълго време при температури над 100 °C и под 0 °C, тъй като губят механична якост. За да се увеличи механичната якост, зъбните колела от пластмаса се подсилват чрез въвеждане на специални части от метал, фибростъкло или друг материал с якост по-висока от тази на пластмасата. Усилващата част е изработена от лист 0,1-0,5 мм, възпроизвеждащ формата на зъбно колело, но значително по-малък по външни размери. Частта е оборудвана с отвори и жлебове за преминаване на пластмаса и е монтирана във формата, така че да е напълно покрита с пластмаса. В зависимост от дебелината на колелото се въвеждат една или повече такива части. По този начин могат да бъдат подсилени не само цилиндрични зъбни колела, но и глобоидни зъбни колела, както и червяци и гърбици.
Сравнителните тестове на предавки с пластмасови колела и стоманени колела, проведени от ЦНИИТМАШ, потвърдиха ефективността на използването на пластмаса за намаляване на шума. По този начин нивото на звуково налягане на двойки стомана-найлон намалява с 18 dB в сравнение с нивото на звуково налягане на двойки стоманени зъбни колела. Увеличаването на натоварването на пластмасовите зъбни колела води до по-малко увеличение на шума, отколкото на стоманените зъбни колела. Сравнителната оценка на шума на зъбните двойки стомана-найлон и найлон-найлон във всички режими на работа показва, че за намаляване на шума от зъбни колела е практически достатъчно да се замени една предавка с пластмасова.
Ефективността на намаляването на шума поради използването на пластмасови колела е по-висока при високи честоти, отколкото при ниски честоти. Каучукът се превърна в материал, който намира все повече нови области на приложение в съвременните технологии. Силата, надеждността и издръжливостта на гумените части се определят от правилния избор на дизайн, оптимални размери, марка каучук и рационална технология за производство на части. Практиката показва ефективността на използването на еластични зъбни колела, както и колела с вътрешна изолация на вибрациите. Като елементи на такива продукти се използват гъвкави гумени съединения. Еластичността на предавката се постига чрез укрепване на гумените вложки между главината и короната на колелото. Това спомага за омекотяване и намаляване на ударните натоварвания върху зъба на колелото.
Технологията на производство на зъбни колела, принципът на формиране на зъбите, видът на режещия инструмент, допустимите допустими стойности на обработката и точността на машинните инструменти не само определят качеството чрез отклонения в отделните зацепващи елементи, но и предопределят кинематичното взаимодействие на зацепващите елементи. Натрупаните грешки в периферната стъпка на зъбните колела и комбинацията от тези грешки обикновено причиняват нискочестотни трептения.
Нискочестотните възбуждания на системите също се причиняват от локални натрупани и единични грешки в профила на зъба, чието местоположение по протежение на въртенето на колелото е произволно. Дефекти в работата на червячната предавка на машина за рязане на зъбни колела (неточност на стъпката на червячното колело, изтичане на червея) причиняват образуването на издигания или преходни зони (вълни) на повърхността на зъбите. Разстоянието по периферията между линиите на неравностите съответства на стъпката на зъбите на индексното колело на машината и следователно честотата на вибрациите от този тип зависи от броя на зъбите на индексното колело на машината за рязане на зъбни колела. Интензивният шум във високочестотната област се причинява от отклонения от еволвентата, размера, формата и стъпката на зъбите. В тези случаи посоката на действие на силите, приложени към зъбите; може да се различава от посоката на теоретичното действие на силите при идеално зацепване. Това води до появата на други форми на вибрации. торсионни, напречни с честоти, различни от разглежданите.
В допълнение към разглежданите грешки на натрупване, които са циклични по природа, съществуват така наречените грешки при натрупване. Един от начините за намаляване на вибрациите и шума на зъбните колела е да се подобри прецизността на тяхното производство.
В резултат на използването на тези операции се намалява големината на циклично действащите грешки и по този начин значително се намалява генерирането на шум (с 5-10 dB). Не се препоръчва дълготрайно изпиляване на зъби, тъй като води до недопустимо изкривяване на профила им. Елиминирането и намаляването на цикличните грешки в зацепващите елементи на зъбните колела се постига чрез увеличаване на точността на изработване на профила на зъбите и точността на основната стъпка. Основната грешка на стъпката трябва да бъде по-малка от деформацията на натоварването или термичната деформация и следователно няма да доведе до значително допълнително динамично натоварване. В някои случаи вредните ефекти от цикличните грешки също могат да бъдат намалени чрез фина настройка на контактните точки по време на тестване и увеличаване на подаването на масло. Нивото на шума ще бъде намалено, ако зъбите на колелото са направени възможно най-еластични поради висока корекция или ако са модифицирани според височината на профила. Важен фактор за подобряване на качеството на зъбните колела е повишаването на прецизността и кинематичността на веригата за движение и захранващата верига на зъбофрезните машини, както и осигуряването на постоянна температура по време на процеса на рязане на зъбни колела.
Големината на цикличната грешка на колелото, което се реже, бързо намалява с увеличаване на броя на зъбите на индексното колело на машината. Поради това се използват машини с голям брой зъби на индексните колела. Когато зъбният механизъм работи при ниски скорости на въртене без отвори или удари, честотният спектър на шума съответства на спектъра на кинематичната грешка на зъбното предаване. Амплитудите на компонентите на спектъра се определят от големината на допустимите грешки и условията за излъчване на звукови вълни в околната среда. Когато предавката работи с отваряне, което се случва при високи скорости и променливи натоварвания, възникват краткотрайни импулси с широк честотен спектър, които допринасят за повишаване на нивото на шума в някои случаи с 10-15 dB. Големината на тези импулси и интервалите между тях могат да бъдат променливи. При постоянна скорост на въртене удвояването на предавания въртящ момент води до удвояване на линейните деформации и амплитудата на трептенията. Излъчената звукова мощност е пропорционална на квадрата на товара. Следователно шумът и вибрациите зависят от товара почти по същия начин, както от скоростта на въртене. Намаляването на шума от трансмисията може да се постигне чрез намаляване на скоростта на въртене на предавките. Инсталационните и експлоатационните дефекти също оказват значително влияние върху повишаването на нивото на шума на предавките. Инсталационните дефекти включват увеличени хлабини в лагерите, несъосност на осите, неспазване на междуцентровите разстояния на съчетаните зъбни колела, неточно центриране на тях, изтичане на съединителите Експлоатационните фактори, влияещи върху шума на зъбните колела, включват промени в предавания въртящ момент (по-специално , неговите колебания), режими на износване и смазване и количество смазка. Промяната в предавания въртящ момент поражда ударен характер на взаимодействието на зъбите в мрежата.
Липсата или недостатъчното количество смазочни материали на метални зъбни колела води до повишено триене и в резултат на това повишаване на нивата на звуково налягане с 10-15 dB. Намаляването на интензивността на нискочестотните шумови компоненти се постига чрез повишаване на качеството на сглобяване и динамично балансиране на въртящите се части, както и чрез въвеждане на еластични съединители между скоростната кутия и двигателя, скоростната кутия и задвижващия механизъм. Въвеждането на еластични елементи в системата намалява динамичните натоварвания върху зъбите на зъбните колела. Разполагането на зъбните колела в близост до опорите върху двулагерни валове, където е възможно в неподвижно закрепване без празнини в опорите, също води до намаляване на шума.
Използването на специални амортисьори както в самите зъбни колела, така и в целия механизъм като цяло измества максималната звукова енергия към средните честоти. Намаляването на празнините между зъбите значително намалява амплитудата на вибрациите на зъбните колела, причинени от външни причини, но намаляването на разликата до стойности, по-малки от разрешените от стандартите, ще доведе до забележимо влошаване на работата на трансмисията.
За намаляване на нивата на шум и вибрации е необходим навременен и качествен ремонт на зъбни колела, при който хлабините във всички стави са приведени в рамките на определените допуски. Корпусите са с малки размери, а вътрешната въздушна кухина на зъбните системи принадлежи към класа на „малките” акустични обеми, чиито размери са по-малки от дължината на вълната при ниски и средни честоти. Ограждащите конструкции са здраво свързани с метални носещи конструкции; общото ниво на шум, излъчван от системите на предавките, се определя от нивото на шума, излъчван от тънкостенни оградни капаци; обикновено размерите на излъчващите огради са съизмерими с разстоянията до зоните, в които персоналът по поддръжката е разположен.