книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

Рис. 2.1 . Зависимость погрешности измерения от измерительного усилия

(т = 0,5 мм; а = 20е): 1- z = 40, Ь = 1,5 мм; 2 - z = 46, b = 2 мм; 3 - z = 46. b = 4 мм

Зависимость погрешности измерения от измерительного усилия при контроле зубча­ тых колес показана на рис. 2.1. Температурная погрешность зависит от термического ко­ эффициента линейного расширения материала детали и отклонений температуры изме­ рений от нормальной (20 °С).

2 .5 .2 . Расчет допускаемы х измерительных усилий при контроле пластмассовых зубчатых колес

Контактные средства и методы контроля зубчатых колес рассчитаны на измерение металлических колес, жесткость которых соизмерима с жесткостью измерительных эле­ ментов приборов. Использование приборов контроля со стандартными измерительными усилиями для измерения зубчатых колес из пластмасс может привести к существенным погрешностям вследствие вызванного измерительными усилиями перемещения зубьев, которое для пластмассовых колес соизмеримо с нормируемым отклонением контролируе­ мого параметра.

Из анализа схем измерения зубчатых колес (длины общей нормали, размера по роли­ кам, радиального биения с помощью конусного наконечника, двухпрофильной проверки с помощью измерительного зубчатого колеса) получены следующие расчетные зависимо­ сти для определения удельной нагрузки F/b [2]:

— для метода измерения длины обшей нормали

F / b - Æ /K

— для измерения размера по роликам

F/b=AE sin2 Y/Х!

— для остальных методов контроля

F/b = 2АЕ sin2 Y/X.

где А — величина перемещения измерительных элементов, обусловленная перемещения­ ми зубьев измеряемого колеса; Е — модуль упругости; х и у — соответственно безразмер­ ный коэффициент перемещений и угол давления в точке измерения; определяются с по­ мощью таблиц [3].

Методы и сродства контроля зубчатых колес и передач

Таким образом рекомендуется принимать удельную величину измерительного уси­

2.6.Контроль шума зубчатых передач

Шум зубчатых колес является серьезной проблемой для большинства их изготовите­ лей. В связи со снижением металлоемкости коробок передач и трансмиссий возрастают окружные скорости и нагрузки, что приводит, в свою очередь, к повышению уровня шума и вибраций.

Шум представляет собой совокупность звуков с различными частотами и уровнями давления. Звуковые волны распространяются в воздухе и вызывают его колебания с час­ тотами от 200 до 20 000 Гц, воспринимаемые человеком в виде звуков. Колебания с часто­ тами за пределом этих границ человеком, как правило, не воспринимаются.

Для измерения силы звука в акустике принята величина децибел (дБ), равная

X.=20lg— ,

Ро

где р, До — эффективное и минимальное (пороговое) значение звукового давления, вос­ принимаемого человеком.

На частоте 1000 Гц р0 - 2 • 10~5 Па (едва ощущаемый звук), р = 200 Па (на пределе бо­ левого ощущения). Диапазон воспринимаемого человеком звука составляет 140 дБ. При­ нято считать, что шум в 150 дБ для человека непереносим.

Кроме силы звука введено понятие «уровень громкости», единица измерения которо­ го названа фоном. Громкость является субъективным ощущением человека и учитывает чувствительность к звукам разной частоты. На частоте 1000 Гц уровень громкости совпа­ дает с силой звука. На других частотах зависимость уровня громкости от силы звука мож­ но определить по кривым равной громкости. Установлено, что наиболее остро звук вос­ принимается человеком па частотах от 2000 до 5000 Гц. С уменьшением либо увеличени­ ем частот от этого диапазона восприятие звука понижается.

Так как шум представляет собой сочетание звуков с различными частотами, графиче­ ское изображение его состава принято называть спектром шума.

Измерение и анализ спектра шума осуществляют с помощью микрофонов, усилите­ лей, фильтров, измерительного или записывающего оборудования и различных устройств (табл. 2.20).

Наибольшее распространение для акустических исследовании получили конденса­ торные микрофоны, имеющие хорошую линейность частотной характеристики. Для кон­ троля шума зубчатых колес следует применять микрофоны с круговой диаграммой на­ правленности. В зависимости от удаленности микрофона от основного прибора использу­ ются предусилители, устанавливаемые непосредственно за микрофоном и создающие возможность работы с удлинительными кабелями.

Шумомеры служат для измерения уровней звука. Электрический сигнал от микрофо­ на в шумомере подвергается частичной коррекции с целью приближения оценки звука к человеческому слуху. Коррекция сигнала может проводиться по одной из четырех час­ тотных кривых А, В, С или А детектироваться среднеквадратичным или пиковым детек-

тором. Кроме того, шумомсры снабжаются динамическими характеристиками «быстро» и «медленно». Показания обеспечиваются стрелочным прибором или цифровым инди­ катором.

При анализе шума зубчатых передач важно знать содержание в нем отдельных частот. Процесс их выделения называется частотным, или спектральным, анализом. Он осущест­ вляется с использованием фильтров, которые делятся в зависимости от ширины полосы пропускания на октавные, третьоктавные и узкополосные. Спектральный анализ может выполняться путем многократного исследования сигнала с помощью различных фильт­ ров, подключаемых поочередно. Такой анализ можно также осуществлять путем пропус­ кания сигнала через набор параллельных фильтров. По полученному таким образом спек­ тру шума можно определить частоты с наибольшей звуковой энергией.

В связи с огромным разнообразием и объемом информации о шуме зубчатых передач важное значение приобретают качественная запись спектров и их расшифровка. В этих це­ лях применяются самописцы уровня, цифровые н графические регистраторы, измеритель­ ные магнитофоны. Получают применение для хранения и обработки результатов анализа шума мини-ЭВМ, непосредственно включаемые в комплекс шумоизмерительной аппарату­ ры. Для проверки такой аппаратуры непосредственно в работе применяются пистофоны и калибраторы, создающие нормированный уровень шума определенной частоты.

Методы определения шумовых характеристик подразделяются на точные, технические и ориентировочные. Для точных методов требуется использование заглушенной или ревер­ берационной камеры; технических — свободного звукового поля над звукоотражающей плоскостью или в реверберационном помещении; ориентировочных — обычные помеще­ ния. При выборе метода измерения и помещения следует учитывать некоторые факторы, связанные с особенностями распространения звукового давления от источника шума.

Зону вокруг источника шума можно условно разделить на три области: ближнее, сво­ бодное и реверберационное поле. Ближнее поле равно длине волны самой нижней часто­ ты или удвоенному максимальному размеру источника шума. Волновой процесс в таком поле очень сложен, и поэтому измерять в нем шум не рекомендуется. При размещении ис­ точника шума в помещении происходит отражение звука от стен и возникает ревербера­ ционное поле. Оно определяется зоной, в которой интенсивность отраженного звука мож­ но сравнить с интенсивностью прямого. Между ближним и реверберационным полями располагается свободное поле. Наиболее пригодно для измерения шума зубчатых передач свободное звуковое поле заглушенных камер или обычных помещений.

Заглушенные камеры представляют собой самостоятельную строительную коробку, находящуюся на отдельном массивном фундаменте. В центре камеры находится виброизолироваиный фундамент для испытываемой машины, потолок и стены камеры имеют звукопоглощающую облицовку. Пол может быть поглощающим или отражающим. По га­ баритам заглушенные камеры делятся на четыре типа с максимальными размерами испы­ тываемого объекта 0,5; 1,3; 2,0 и 2,5 м.

Применение различных методов измерения шума связано также с допустимым уровнем помех, принятых для точного метода ДL = 1,5 дБА, технического — 2 дБА и ори­ ентировочного — 4 дБА. Кроме того, технический и ориентировочный методы преду­ сматривают определение постоянной величины к, учитывающей влияние отражения звука на результаты измерения. Для технического метода к ^ 2 дБ, ориентировочного (при использовании помещения) — к < 7 дБ. Таким образом, если принять в качестве объекта для исследования шума контрольно-обкатной станок мод. 5Г725 с установлен­ ными на нем зубчатыми колесами, то при применении точного метода потребуется за­ глушенная камера II типа с размером свободного пространства 10 х 9,5 м. При измерени­ ях шума зубчатых колес расстояние до микрофона должно быть 75-200 мм.

66 Г л а в а 2

Учитывая, что источником шума является зубчатая передача совместно с испытатель­ ным оборудованием (контрольно-обкатным станком, стендом), необходимо обеспечить разницу в уровне шума оборудования и измеряемой зубчатой передачи не менее 10 дБ при применении ориентировочного метода и 12—20 дБ —технического и точного методов.

Методики измерения шума зубчатых колес должны учитывать требования ГОСТ 12.1.024-81,12.1.026-80 и 12.1.028-80 при проведении измерений в заглушенной камере или отдельном помещении.

Шум зубчатой передачи обусловливается комплексом факторов, включающих конст­ руктивные параметры, особенности технологии изготовления, условия нагружения и экс­ плуатации.

К конструктивным факторам относятся: число зубьев, модуль и угол их наклона, коэф­ фициенты коррекции и перекрытия, материал, конструкция зубчатого колеса (цельная или сборная), исполнение баз, способы монтажа передачи, возможности регулировок, жесткость опор, условия смазки. Технологические факторы включают методы нарезания зубчатого венца (обкат, копирование), точность его изготовления и базовых поверхностей, качество химико-термической обработки, наличие отделочных (прнкатка, притирка) операций по подбору пар, модификации профиля зуба. К эксплуатационным факторам относятся пере­ даваемые крутящие моменты, окружные скорости, неравномерность нагрузок.

Шум зубчатых передач вызывается колебательными процессами. Для большинства зубчатых передач типичны колебания — по осям координат и крутильные, что приводит к появлению широкочастотного спектра во всем звуковом диапазоне — от нескольких герц до 20-25 кГц.

Однако на силу звука, создаваемого зубчатыми колесами, влияют главным образом крутильные колебания, излучающими же поверхностями являются боковые поверхности зубьев.

Крутильные колебания зубчатых передач могут обусловливаться как силовым, так и кинематическим взаимодействием зубьев. Силовое взаимодействие обычно возникает вследствие неравномерности крутящего момента и дисбаланса вращающихся частей. Оно имеет низкочастотный спектр шума.

Кинематическое взаимодействие предопределяется в основном пересопряжением на­ ходящихся в зацеплении зубьев, а также периодическим проявлением неточностей зацеп­ ления, обусловленных кратностью пересопряжений чередующихся зубьев. Кинематиче­ ское взаимодействие обычно имеет высокочастотный спектр шума, что объясняется нали­ чием кинематической погрешности сопрягаемых колес, приводящей к неравномерному их вращению, при этом возникают ускорения, колебания крутящего момента и усилий в за­ цеплении сопряженных зубьев. При превышении величины колебания усилия над его ве­ личиной от передаваемой нагрузки происходит размыкание зубьев. Как правило, это яв­ ление — результат достижения скоростей и частот пересопряжения зубьев, кратных резо­ нансным. Резонансные колебания возникают при совпадении частот колебаний самих колес передачи с привнесенными. Вследствие размыкания зубьев возрастают нагрузки в передаче, повышается интенсивность шума и вибраций, его спектр значительно расширя­ ется за счет дополнительных частот.

При работе зубчатой передачи в режимах, предшествующих размыканию зубьев, в частотном спектре присутствуют основные частоты, обусловленные главным образом кинематической погрешностью зубчатых колес передачи / , и / 2, связанные с биением и дисбалансом зубчатых колес. Наиболее выражена и практически всегда имеется в спектре частота пересопряжения / г и ее гармоники г/г. При анализе шума зубчатых колес коэффи­ циент г принимают равным целым числам в пределах 2-7. Особое место в спектрах шума занимает вторая гармоника 2/г, которая во многих случаях проявляется более четко, чем

Г л а в а 2

зубчатых передач (косозубые, конические с круговыми зубьями, гипоидные) могут иметь ряд специфических частот.

В настоящее время в результате ряда исследовании выявлены основные зависимости шума зубчатых колес от геометрических параметров и режимов нагружения. Установле­ но, что при минимальных нагрузках спектр шума передачи не имеет четкого характера, он стабилизируется при достижении определенного уровня нагружения. При дальнейшем же увеличении нагрузки примерно одинаково возрастают амплитуды составляющих частот­ ного спектра. Можно сделать вывод, что при испытаниях на шум зубчатых колес следует устанавливать минимальную нагрузку, обеспечивающую его стабильность и четкое выде­ ление в нем отдельных составляющих. С увеличением окружной скорости возрастает уро­ вень общего звукового давления передачи, а значит, повышаются значения высших гармо­ ник и амплитуда основной гармоники / г Коэффициент перекрытия е в диапазоне от 1,2-1,9 не оказывает существенного воздействия на шум. При е = 1,9-2 он снижается. Весьма благоприятно на снижение уровня шума влияет применение передач с осевым пе­ рекрытием (косозубых, конических с круговым зубом), а также фланкирование головки и подрез ножки зуба. Применение продольной модификации зуба в виде «бочки» не дает за­ метного снижения шума.

В конечном счете в спектре шума зубчатой передачи можно выделить три основные его составляющие: равномерный широкополосный шум, связанный с демпфирующими свойствами материала зубчатых колес; узкополосный импульсный шум, источником ко­ торого являются циклические погрешности изготовления; узкополосный шум как следст­ вие упругих деформаций зубьев. На человека наиболее неблагоприятно воздействует вы­ сокочастотный узкополосный импульсный шум. Поэтому при анализе спектра шума каж­ дой конкретной передачи нужно в первую очередь обращать внимание на пиковые значения импульсных составляющих в диапазоне высоких частот и искать пути снижения их величин. Это довольно сложная техническая задача. Ее решение под силу только ком­ плексной группе, включающей конструктора зубчатой передачи, технологов по кузнеч­ ной, термической, механической обработке зубчатых колес и сборке передач в узле, спе­ циалистов по зубообрабатывающему инструменту, акустике, наладчиков зубообрабаты­ вающего оборудования, испытателей коробок передач или трансмиссий. Кроме того, для проведения работ по созданию объективного метода определения уровня шума требуется достаточно оснащенная лабораторная и измерительная база для оценки геометрических и шумовых характеристик передачи, а также зубообрабатывающее оборудование для наре­ зания зубчатых колес, обеспечивающее возможность изменения различных параметров.

Литература

1.Пластмассовые зубчатые колеса в механизмах приборов. Расчет и конструирование / В. Е. Старжинский, Б. П. Тимофеев, Е. В. Шалобасв, А. Т. Кудинов. СПб - Гомель: ИММС НАНБ, 1998. 538 с.

2.Старжинский В. Е., Кудинов А. Т„ Фараонов Г. Т. / / Bean АН БССР. Серый ф1з.-тэхи. павук. 1979.

№4. С. 43-45.

3.Старжинский В. Е., Дорошкипа Т. А., Можаровский В. В. и др. / / Bcciii АН БССР. Ссрыя ф|‘з.-тэхн. павук. 1977. № 4. С. 116-117. Дсн. в ВИНИТИ, ч. I, per. № 1066-77, ч. II, per. № 1067-77.

4.Zannrâdcr aus thcrmoplastischcn Kunststoffcn / / VDI 2545. Düsseldorf, 1976.

ЧАСТЬ II

ТЕХНОЛОГИЯ

ПРОИЗВОДСТВА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС