Proučavanje buke u radu prijenosnika i načina njezina uklanjanja. Zaštita od buke i ultrazvuka

Lykov A.V., Lakhin A.M.U radu se ispituje problematika smanjenja buke pri radu prijenosnika. Provedena je analiza uzroka buke i vibracija u radu prijenosnika te su utvrđene glavne konstrukcijske i tehnološke metode za njezino smanjenje.

Ključne riječi:

prijenos zupčanika, buka, trošenje.

Uvod

Jedan od najvažnijih pokazatelja rada zupčanika je buka njihovog rada. U najvećoj mjeri, povećana buka zupčanika tipična je za brze i jako opterećene zupčanike, a ovaj pokazatelj u većini slučajeva također karakterizira pouzdanost i trajnost mehanizma s zupčanicima.

Glavni sadržaj i rezultati rada

Razina buke zupčanika ovisi o mnogim čimbenicima, od kojih su glavni točnost zupčanika, kao i parametri inercije i krutosti sustava. Greške zahvata uzročnici su prisilnih vibracija, a parametri inercije i krutosti određuju prirodne vibracije sustava.

Zbog razlike u stvarnim koracima pogonskog i pogonskog kotača, dolazi do sudara spojnih zuba u trenutku njihovog zahvata. To uzrokuje oscilatorni proces. Sila udara izravno ovisi o razlici u koracima zahvata i perifernoj brzini. Stoga, kako se povećava brzina vrtnje vratila s zupčanicima, povećava se i intenzitet buke.

Drugi razlog za vibracije i buku zupčanika je trenutna promjena krutosti zupčanika tijekom prijelaza iz zahvata dvopara zuba u jednoparni, kao i trenutna promjena sile trenja koja djeluje između radnih profila. zubaca u zahvatnom stupu. To uzrokuje širenje vibracija sa zupčanika na sve dijelove mehanizma zupčanika i stvaranje zvučnih valova.

Razmatrajući različite oblike kontaktne površine zuba, mogu se identificirati sljedeći karakteristični slučajevi (slika 1).

Slika 1 - Oblici kontaktne površine parova zuba

S oblikom kontaktne površine prikazanom na slici 1, a, zupčanik proizvodi tiho šuštanje i tiho zujanje, koje se praktički povećava s povećanjem periferne brzine. U tom slučaju, opterećenje se ravnomjerno raspoređuje preko zuba, a prijenos se smatra prikladnim. S oblikom kontaktne mrlje (slika 1, b), šuštanje se čuje bez opterećenja, a zavijanje se čuje pod opterećenjem, povećavajući se s povećanjem periferne brzine. Zupčanici s oblikom kontaktne površine prikazanim na sl. 1,c, kada rade bez opterećenja, ispuštaju lagano kucanje, koje se razvija u zavijanje i često isprekidano kucanje. U slučaju (slika 1, d), mjenjač emitira često isprekidano kucanje koje se razvija u zavijanje.

Kao što se vidi iz oblika kontaktne površine, buku uzrokuju i greške u obradi osnovnih rupa kućišta zupčanika, što uzrokuje iskrivljenje osovina i ležajeva tijekom ugradnje zupčanika. To uzrokuje rezultate slične obodnim pogreškama nagiba i smjera zubaca.

Na temelju uzroka buke u radu zupčanika moguće je odrediti glavne načine njezina smanjenja, među kojima ćemo istaknuti konstruktivne i tehnološke metode.

Konstruktivne metode uključuju metode koje se odnose na poboljšanje dizajna zupčanika, koje omogućuju eliminaciju udara i vibracija kada parovi zuba zahvate.

Kako bi se poboljšao nesmetan rad zupčanika, preporučljivo je koristiti spiralne, ševronske i zakrivljene zube umjesto ravnih zuba. Takvi zupčanici omogućuju svakom zubu da ne zahvati odmah cijelom svojom dužinom, obično uz udar, već postupno, glatko, uzrokujući elastične mikrodeformacije dijelova zuba, kompenzirajući pogreške u obodnom koraku i smjeru zuba. Prijelaz s ravnog zuba na spiralni ili zakrivljeni oblik zuba može smanjiti razinu buke za 10-12 dB.

Ako konstrukcija zupčanika iz nekog razloga ne dopušta korištenje kosog ili zakrivljenog oblika zuba, smanjenje buke može se postići modificiranjem oblika zuba. Ovdje se mogu razlikovati dvije metode: uzdužna modifikacija i modifikacija oblika profila zuba. Uzdužna modifikacija sastoji se od glatke promjene dimenzija poprečnog presjeka zuba po njegovoj dužini, a najčešće se svodi na upotrebu bačvastih zuba. Kod takvih zupčanika širina zuba se smanjuje od sredine prema rubovima vijenca. Time je moguće smanjiti utjecaj neusklađenosti zuba zbog neparalelnosti osi vratila i pogrešaka u smjeru zuba, dok je buka zupčanika smanjena za 3-4 dB.

Modifikacija oblika evolventnog profila zuba najčešće se svodi na flankiranje glave i stabla zuba - ciljano uklanjanje dijela profila zuba radi ravnomjernijeg rasporeda zuba na kolu i smanjenja grešaka u glavnom koraku. Time je moguće pojednostaviti ugradnju zupčanika u prijenos i smanjiti učinak deformacije zuba pri radu pod opterećenjem. Kao rezultat flankiranja, kontakt zuba izvan linije zahvata zamjenjuje se teoretski ispravnim kontaktom duž linije zahvata, zbog čega se povećava kontaktna površina zuba i smanjuje razina buke zupčanika.

Također je poznato da je jedan od faktora koji određuju sposobnost zupčanika da priguši vibracije materijal kotača. Zamjenom barem jednog zupčanika mjenjača plastičnim kotačićem može se značajno smanjiti razina buke, što se najviše postiže kod mjenjača velikih brzina, u rezonantnim režimima rada, a također i pri povećanim opterećenjima. Buka prijenosnika bez snage može se značajno smanjiti upotrebom čelika niske površinske tvrdoće, metalnog praha itd. Dobra kombinacija u zupčaničkom prijenosu je uporaba zupčanika od čelika visoke tvrdoće i brušenih zuba s kotačićem od mekšeg čelika i zubaca za brijanje.

Za tiši i glatkiji rad prijenosa zupčanika pod stalnim uvjetima opterećenja, treba odrediti minimalni modul zupčanika. Ovo povećava omjere aksijalnog i aksijalnog preklapanja, poboljšavajući glatki rad i smanjujući vibracije u mreži. Istodobno, zbog smanjenja poprečnog presjeka baze zuba uključenog u zahvat, smanjuje se razina dopuštenih opterećenja na zubu. Da bi se nadoknadio ovaj nedostatak, potrebno je povećati promjer koraka, širinu venčanog zupčanika, korištenje višeparnog zupčanika itd.

Buka zupčanika također se može smanjiti pružanjem omjera preklapanja zuba cijelog broja. Testovi su pokazali da omjer preklapanja od 2,0 osigurava najtiši rad prijenosa.

Na buku zupčanika utječe opterećenje zuba. Kako se faktor opterećenja povećava, dinamičko opterećenje u mreži se smanjuje. Istodobno se povećavaju elastične deformacije u zahvatu, kompenzirajući neizbježne pogreške koraka zuba, povećava se glatkoća prijenosa i smanjuje razina buke.

Osim toga, na buku utječu dizajn i materijal kućišta mjenjača koji bi trebao spriječiti širenje zvuka u okolinu. U pravilu, lijevana kućišta bolje prigušuju vibracije od zavarenih. Kvalitetu maziva također određuje njegova sposobnost prigušivanja vibracija. Viskoznija maziva omogućuju tiši rad, ali u isto vrijeme smanjuju učinkovitost mjenjača. Vrsta ležaja vratila zupčanika također utječe na razinu buke prijenosa. Kotrljajući ležajevi, koji pri velikim brzinama rade s uljnim filmom, osiguravaju tiši rad zupčaničkog prijenosa, ali imaju značajno veće gubitke trenja u odnosu na kotrljajuće ležajeve. Stoga se kotrljajući ležajevi preporučuju za korištenje u prijenosima velikih brzina.

Među tehnološkim metodama za smanjenje buke pri radu zupčanika, razmotrit ćemo glavne tehnološke operacije završne obrade zuba. Kao što je prethodno objašnjeno, glavni utjecaj na buku zupčanika ima točnost i kvaliteta zubnih površina. Smanjenje buke zupčanika za neotvrdnute zupčanike može se najučinkovitije postići brijanjem. Istodobno su značajno smanjene pogreške u obodnom koraku, smjeru zuba i odstupanju profila zuba. Za ojačane zupčanike, najučinkovitija i najučinkovitija metoda kontrole buke je honanje zupčanika, koje smanjuje buku prijenosa za 2-4 dB. Brušenje zupčanika osigurava najveću točnost parametara prstenastog zupčanika i najnižu razinu buke prijenosa. Međutim, ova metoda je najmanje produktivna.

zaključke

Općenito, studija je utvrdila da su glavni izvor buke u radu zupčanika udarci i vibracije koje proizlaze iz netočnosti elemenata zupčanika. Identificirali smo glavne konstrukcijske i tehnološke metode za smanjenje buke u radu prijenosnika.

Popis korištene literature

1. Kudryavtsev V. N. Zupčanički prijenosnici. - M.: Mashgis, 1957. - 263 s.
2. Kosarev O. I. Metode smanjenja pobude i vibracija u zupčanicima s cilindričnim zupcima. / O. I. Kosarev // Bulletin of machineering. - 2001. - br. 4. str. 8-14.
3. Rudnitsky V. N. Utjecaj geometrijskih parametara zupčanika na buku u zupčanicima / V. N. Rudnitsky. sub. Umjetnost. Doprinos znanstvenika i stručnjaka nacionalnom gospodarstvu / BGITA - Bryansk, 2001. - str. 125-128.

U članku je opisana tehnologija simulacije čija je svrha eliminirati buku koju stvaraju prijenosnici snage. To je prilično neugodna buka s prevladavanjem visokih frekvencija, koja je posljedica rotacijskih odstupanja (pogreške u prijenosu) zbog oblika zuba i grešaka u proizvodnji. Da bi se smanjila pogreška prijenosa, potrebno je odrediti odgovarajući profil zuba, uzimajući u obzir utjecaj nekoliko čimbenika.

Ova tehnologija simulacije mjenjača koristi se u dizajnu proizvoda od 2012. Primjer pokazuje smanjenje pogreške prijenosa i buke zupčanika optimizacijom profila zuba pomoću predstavljene tehnologije simulacije.

1. Uvod

Kao proizvođač komponenti unutar grupe tvrtki Yanmar, Kanzaki Kokyukoki Mfg. Co, Ltd. dizajnira, proizvodi i prodaje hidrauličku opremu i razne prijenosnike. Tvrtka ima veliko iskustvo i vlastite tehnologije u širokom rasponu područja dizajna i proizvodnje, posebno zupčanika, koji su glavne komponente kinematičkih sustava. Osim toga, posljednjih godina trend povećanja brzine i udobnosti vozila čini imperativom smanjenje buke mjenjača, što je vrlo teško postići tradicionalnim tehnologijama. Ovaj članak opisuje tehnologiju simulacije za smanjenje buke zupčanika na kojoj Kanzaki Kokyukoki Mfg. trenutno radi.

2. Vrste buke zupčanika

Buka zupčanika u mjenjačima obično se dijeli na 2 vrste: cviljenje i pucketanje (vidi tablicu 1). Zviždanje je tanka, visokofrekventna buka prvenstveno uzrokovana malim greškama u profilima zuba zupčanika i njihovoj krutosti. Pucketanje je zvuk dodirivanja bočnih površina zuba zupčanika, čiji su glavni izvori fluktuacije opterećenja koja djeluju na zupčanike i razmaci između bočnih površina zuba (bočni razmaci). U proizvodima Kanzaki Kokyukoki Mfg. Glavni problem je često škripanje, pa se tvrtka fokusira na određivanje odgovarajućeg profila zuba tijekom faze projektiranja, konstrukcije i kontrole kvalitete proizvedenih zupčanika.

3. Mehanizam cviljenja

Uzrok cviljenja je pojava u kojoj se vibracije uzrokovane malim rotacijskim odstupanjima zbog pogrešaka u profilu zuba ili grešaka u proizvodnji prenose kroz ležajeve osovine zupčanika na kućište, što rezultira vibracijama površine kućišta (vidi sliku 1).

Ova rotacijska odstupanja nastaju zbog pogrešaka u kutu rotacije zuba dok se zahvaćaju, što se naziva pogreška prijenosa.

Uzroci pogreške prijenosa mogu se pak podijeliti na geometrijske faktore i faktore krutosti zuba. Ako su prisutni geometrijski čimbenici (vidi sliku 2), dolazi do odstupanja od idealne evolventne mreže zbog pogreške ugradnje ili neusklađenosti vratila, što dovodi do zaostajanja ili pomaka u kutu zakreta gonjenog zupčanika. Osim toga, odstupanja u kutu rotacije nastaju zbog neravnina bočnih površina zuba.

U prisutnosti čimbenika povezanih s krutošću zuba (vidi sliku 3), krutost zahvata mijenja se ovisno o tome koliko je zuba u kontaktu u određenom trenutku, što rezultira odstupanjima u kutu rotacije gonjenog zupčanika.

Drugim riječima, geometrijski faktori i faktori krutosti zuba djeluju zajedno kako bi utjecali na pogrešku prijenosa i time stvorili uzbudljivu silu. Stoga, pri projektiranju zupčanika s niskom razinom buke, ovi se čimbenici moraju uzeti u obzir kako bi se odabrao odgovarajući profil zubaca.

4. Kako smanjiti grešku u prijenosu

Kao što je gore navedeno, potrebno je uzeti u obzir nekoliko čimbenika kako bi se smanjila pogreška prijenosa u zupčanicima.
Na sl. Slika 4 prikazuje odnos između momenta i pogreške prijenosa za zupčanik s kosim zupčanikom s idealnim evolventnim profilom (nemodificiranim) i drugi zupčanik s posebno modificiranim profilom zuba. Ovdje se za promjenu profila zuba posebno uvodi odstupanje od idealnog evolventnog profila, kao što je prikazano na sl. 4 (desno). Nemodificirani zupčanik s manjom pogreškom profila ima optimalnu izvedbu u smislu fluktuacija pogreške prijenosa pri niskom momentu opterećenja, dok zupčanik s modificiranim profilom radi bolje kada je moment opterećenja iznad određene vrijednosti. Ovo pokazuje kako se varijacije u pogrešci zupčanika mogu minimizirati promjenom profila zuba da odgovara opterećenju zupčanika.

Kako bi predvidio utjecaj različitih pojava na zupčanik u kinematičkom sustavu i uzeo ga u obzir u fazi projektiranja, Kanzaki Kokyukoki Mfg. je razvio tehnologiju modeliranja koju koristi u dizajnu proizvoda od 2012. (vidi sliku 5). Koristeći podatke o profilu zuba za različite tipove zupčanika kao ulazne podatke, tehnologija može procijeniti parametre kao što su nosivost i pogreška prijenosa u stvarnim radnim uvjetima analizirajući deformaciju osovine zupčanika i ležajeva.

5. Primjer primjene tehnologije u dizajnu proizvoda

Donji primjer pokazuje smanjenje greške prijenosa u mjenjaču komunalnog vozila. U ovom slučaju, cilj je smanjiti pogrešku prijenosa analizom moguće promjene u trodimenzionalnom profilu zuba konusnog zupčanika u početnoj fazi projektiranja, uzimajući u obzir odstupanja profila zuba koja su posljedica deformacije vratila, ležajeva i drugih komponenti. , kao što je prikazano na sl. 6.

Kako bi se potvrdila poboljšanja performansi poboljšanog profila zuba, izmjereni su profili zuba, pogreške prijenosa i buka mreže proizvodnog zupčanika i njegove poboljšane varijante.
Rezultati za grešku prijenosa prikazani su na slici. 7. Mjerenja su prikazana lijevo, a rezultati analize tih mjerenja s praćenjem redoslijeda mreže prikazani su desno. Rezultati usporedbe redoslijeda zahvata pokazuju da poboljšani zupčanik ima manje odstupanje pogreške prijenosa.
Rezultati mjerenja šuma mreže prikazani na Sl. Slike 8 pokazuju značajno smanjenje buke u poboljšanom zupčaniku na frekvencijama zahvata drugog i trećeg reda.

6. Zaključak

U članku se opisuje tehnologija modeliranja koju je razvila tvrtka Kanzaki Kokyukoki Mfg, dio grupe tvrtki. za smanjenje buke zupčanika. Ova se tehnologija koristi u novim dizajnima gdje pomaže u predviđanju performansi tijekom faze dizajna. U budućnosti se očekuje da će ova tehnologija simulacije nastaviti pridonositi razvoju boljih rješenja za kupce smanjenjem veličine i povećanjem izlazne snage i pouzdanosti proizvoda.

Zašto zupčanici i dalje zveckaju? Očigledan odgovor: "zato što su krivulje." Očito, ali ne i dovoljno. Zupčanik je prilično složen dio i njegova geometrija je opisana mnogim parametrima, od kojih svi imaju različite učinke na buku prijenosa. Ovisno o okolnostima, u svakom pojedinom slučaju, neke pogreške mogu utjecati na buku više, druge manje.

Osnovni koncept u ovom pitanju je greška kinematičkog prijenosa ili zupčanik. Prema GOST 1643-81 (Dodatak 1, klauzula 1).

Kinematička prijenosna pogreška F i je razlika između stvarnog i nazivnog (izračunatog) kuta zakreta gonjenog prijenosnog zupčanika.

Recimo da se prijenosnik sastoji od zupčanika z 1 =20 i kotača z 2 =40, tj. prijenosni omjer u = 2. Ako su zupčanici izrađeni sa savršenom preciznošću, tada kada se zupčanik zakrene za jedan kutni korak od 360° / 20 = 18°, kotač će se zakrenuti za kut od 18° / 2 = 9°. Ako se zupčanik zakrene za dva kutna koraka od 36°, kotač će se zakrenuti za 18°, i tako dalje. To su nazivni (izračunati) kutevi zakreta i za idealne prijenosnike povezani su prijenosnim omjerom. Pri bilo kojem kutu rotacije zupčanika, kotač će se okrenuti za 2 puta manji kut.

kut kotača = kut zupčanika / u

Ali u stvarnosti ništa nije savršeno. Svi detalji imaju neke greške. Stoga će se zapravo pogonski kotač okretati pod kutom koji se razlikuje od nominalnog (izračunatog), a pogreška se može izraziti na sljedeći način:

Fja= kut rotacije kotača - kut rotacije zupčanika / u

Oni. U stvarnosti, prijenosni omjer nije konstantan, što znači da će brzina vrtnje pogonskog kotača fluktuirati. A u spektru tih vibracija mogu postojati frekvencije s prilično visokom amplitudom. Ove vibracije mogu uzrokovati buku.

Izrada visokopreciznih zupčanika. Turetsky I.Yu., Lyubimkov L.N., Chernov B.V.

Zašto dolazi do kinematičke pogreške?

Razlozi mogu biti vrlo različiti:

• geometrija mreže: dolazi do smetnji ili neoptimalnog preklapanja. Ove se pogreške mogu pojaviti iu fazi izračuna zupčanika i tijekom proizvodnje (na primjer, korištenje pogrešnog alata).
• Pogreške u proizvodnji kotača koje narušavaju profil zuba (evolute) i uniformnost zuba (pogreške nagiba)
• greške u montaži i pripadajućim dijelovima (kućište, osovine, ležajevi)
• toplinske deformacije i deformacije zuba pod opterećenjem koje narušavaju profil zuba

okomita os - kinematička pogreška uzimajući u obzir krutost zuba pod različitim opterećenjima.

horizontalna os - kut zakreta kotača

Razina buke mjerena akustičkim metodama ovisit će o cijeloj konstrukciji u cjelini - ne samo o zupčanicima, već i o ležajevima, kućištu, pričvršćivanju kućišta mjenjača, prirodi opterećenja itd.

Shematski se fizička suština fenomena može izraziti na sljedeći način:

geometrijske greške kotača

greška kinematičkog prijenosa

masa, moment tromosti, krutost i prigušenje

Vibracije u prijenosniku

Sile koje djeluju na ležajeve

Masa, krutost i prigušenje dijelova tijela

Vibracije tijela

Pričvršćivanje kućišta mjenjača

Vibracija cijelog stroja

Trenutno ne postoji jedinstvena općeprihvaćena metoda proračuna koja bi uzela u obzir utjecaj svih pogrešaka na buku. Izračuni se temelje ili na empirijskim ovisnostima ili na nekim modelima s pretpostavkama.

Zašto čelični zupčanik stvara buku, a spiralni zupčanik ne?

Princip koji se često susreće: “ako je zupčanik bučan, onda ga treba zamijeniti helikoidnim”. To je, prije svega, zbog činjenice da kut preklapanja kod zupčanika s kosim zupcima, više nego kod zupčanika s čeonim zupcima.

Kut preklapanja- kut zakretanja prijenosnog zupčanika od položaja u kojem zupci ulaze u zahvat do trenutka otpuštanja.

Preklapanje se procjenjuje koeficijentom preklapanja - omjerom kuta preklapanja i kutnog koraka kotača.

• Ako je omjer preklapanja = 1, tada se svaki zub odvaja točno u trenutku kada zahvati sljedeći zub.
• Ako je omjer preklapanja< 1, то между выходом из зацепления одного зуба и входом в зацепления следующего зуба контакт между колёсам разрывается.
• Ako je koeficijent preklapanja > 1, tada su u bilo kojem trenutku dva ili više zuba u mreži. Što je više zuba u mreži u isto vrijeme, to je manja napetost u mreži i manja je deformacija zuba i utjecaj pogrešaka profila se izravnava i usrednjava.

Zamjena kotača s ravnim zubima spiralnim nije lijek za sve. U stvarnim uvjetima potrebno je procijeniti različite opcije. Sve u svemu, smanjenje buke povećanjem točnosti čeličnih zupčanika ili nekim drugim mjerama može biti učinkovitije od njihove jednostavne zamjene spiralnim zupčanicima.

Kako izmjeriti kinematičku grešku?

U obliku kako je opisano na početku, mjerenje kinematičke pogreške prilično je skupa stvar. Za to je potrebno na zupčanik i kotač moći ugraditi senzore kuta odgovarajuće točnosti. Ili vam je potreban poseban uređaj i referentni zupčanik. Ove metode su dobre za masovnu ili veliku proizvodnju. Istodobno, samo mjerenje kinematičke pogreške daje malo informacija o njenom izvoru. Kinematička pogreška je složen pokazatelj i sastoji se od različitih pogrešaka koje nastaju u različitim operacijama.

Za male serije i pojedinačnu proizvodnju često je preporučljivo izvršiti kontrolu pomoću nekoliko pojedinačnih parametara, koji zajedno omogućuju procjenu kinematičke točnosti:

• Radijalno odstupanje F r
• Kolebanje duljine zajedničke normale F vw
• greška koraka fpt i akumulirana greška koraka F p
• pogreška profila f f