Бондаренко Вероника Александровна. Снижение шума и вибрации редукторов

Краткое описание

Бондаренко Вероника Александровна. Снижение шума и вибрации редукторов: диссертация ... кандидата технических наук: 05.26.01 / Бондаренко Вероника Александровна;[Место защиты: Донской государственный технический университет].- Ростов-на-Дону, 2014.- 150 с.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ
СООБЩЕНИЯ»
На правах рукописи
Бондаренко Вероника Александровна
СНИЖЕНИЕ ШУМА И ВИБРАЦИИ РЕДУКТОРОВ
Специальность: 05.26.01 – Охрана труда (в машиностроении)
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Чукарин А.Н.
Ростов-на-Дону, 2014

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 7
1.1. Анализ работ по снижению шума электродвигателей и ременных передач 8
1.2. Анализ существующих исследований по снижению шума зубчатых передач 9
1.3. Анализ исследований виброакустических характеристик подшипниковых узлов 14
1.4. Существующие способы снижения виброакустической активности корпусных деталей 18
1.5. Выводы по главе и задачи исследования 29
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ВОЗБУЖДЕНИЯ ВИБРАЦИЙ И ШУМООБРАЗОВАНИЯ РЕДУКТОРНЫХ
СИСТЕМ… 31
2.1. Вывод зависимостей звуковой мощности при эксплуатации редукторов вне помещений 31
2.2. Вывод зависимостей звуковой мощности при эксплуатации редукторов внутри помещений 33
2.3. Вывод зависимостей уровней звукового давления редуктора 38
2.4. Моделирование динамических явлений привода редуктора .. 42
2.5. Вывод зависимостей скорости колебаний кольца подшипникового узла 61
2.6. Выводы по главе 63
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК РЕДУКТОРОВ 65
2

3.1. Расчетная схема асинхронного электродвигателя 67
3.2. Расчетная схема механической составляющей привода 69
3.3. Податливость валов на кручение 73
3.4. Крутильная податливость соединения вал-ступица 74
3.5. Расчет податливости зубчатой передачи 75
3.6. Расчет податливости опор 76
3.7. Расчет изгибной податливости валов 77
3.8. Учет демпфирующих характеристик элементов привода 78
3.9. Расчет скоростей изгибных колебаний колец подшипников .. 81
3.10. Выводы по главе 83
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА И
ВИБРАЦИЙ РЕДУКТОРОВ. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ 84
4.1. Экспериментальные исследования шума и вибрации серийных редукторов… 84
4.2. Конструкция блочно-модульного подшипника скольжения .. 91
4.3. Эффективность снижения вибраций и шума редукторов 104
4.4. Выводы по главе 107
5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 109
ЛИТЕРАТУРА 110
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 15
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 31
3

ВВЕДЕНИЕ
Редукторные системы получили широкое распространение в машиностроении и технологических машинах различного функционального назначения. Например, в различных типах кранов, в механизмах подъема груза и перемещения, транспортных устройствах, таких как конвейерные системы, электровозы и тепловозы и т.д. Характерной особенностью редукторов является наличие в их кинематике зубчатых передач (конических, цилиндрических, червячных), что фактически и определяет их повышенные виброакустические характеристики.
Несмотря на большое количество исследований по шумообразованию зубчатых передач обращает на себя внимание недостаточность научных материалов по процессам возбуждения вибраций и шумообразованию редукторных систем в целом с учетом динамических явлений в приводных механизмах. Необходимо отметить, что учет динамических явлений в приводе редукторов позволит существенно уточнить расчеты структурной доли шума, излучаемой элементами корпусных деталей на стадии проектирования.
Таким образом, задача снижения виброакустических характеристик различных типов редукторов, в особенности при их проектировании, является актуальной и имеет важное научно-техническое и социально-экономическое значение для машиностроительной отрасли.
Целью настоящей работы является изучение закономерностей формирования спектров вибрации и шума редукторов и снижение уровней звукового давления путем совершенствования подшипниковых узлов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана математическая модель динамической системы
редуктора с учетом зазоров в зубчатых передачах, что уточняет зависимость силового возмущения по сравнению с линейной моделью.
4

2. Изучены динамические явления в приводе редуктора и их влияние на величину вводимой вибрационной мощности, что раскрывает закономерности формирования спектров вибрации и шума.
3. Полученные аналитические зависимости уровней звукового давления корпусов редукторов позволяют теоретически обосновать конструктивные и физико-механические параметры узлов подшипников, исходя из санитарных норм шума.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Разработана методика инженерного расчета виброакустических характеристик на стадии проектирования редукторов, согласно их компоновки, конструктивного исполнения всех элементов приводной структуры и условий эксплуатации.
2. Предложена конструкция блочно-модульного подшипникового узла скольжения валов редуктора с повышенными виброизолирующими свойствами, обладающего высокой износостойкостью и долговечностью.
Реализация работы в промышленности:
Результаты исследований внедрены на ЗАО «Специальное
конструкторское бюро автоматических линий и металлорежущих станков» (г. Краснодар).
Методы исследований:
Теоретическое исследование процессов шумобразования редукторов проводились с использованием положений технической виброакустики, динамики машин и теории колебаний.
Апробация работы:
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Транспорт – 2013» г. Ростов-на-Дону, 2013 г., «Инновационные технологии в машиностроении и металлургии», г. Ростов-на-Дону, 2013 г.
5

Публикации:
По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе две в журналах, входящих в «Перечень ведущих научных журналов и изданий».
Структура и объем диссертации:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 88 наименований, имеет 37 рисунков, 6 таблиц и изложена на 119 страницах машинописного текста основной части и 31 страницах приложений. В приложения вынесены уравнения энергетического баланса всех элементов корпусных деталей редукторов, программа расчета уровней шума и вибрации и сведения о внедрении.

Список литературы

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Результаты исследований можно представить следующими выводами:
1. Установлено, что превышение уровней звукового давления редукторов над санитарными нормами определяется структурной долей шума корпусных деталей.
2. Разработана обобщенная модель акустической системы редукторов, учитывающая динамические явления в элементах кинематики, что существенно уточняет закономерности формирования виброакустических характеристик.
3. Теоретически обоснован выбор геометрических и диссипативных параметров подшипниковых узлов редукторных систем по критерию соответствия создаваемых уровней шума предельным спектрам.
4. Разработана методика инженерного расчета спектров вибрации и шума на этапе проектирования редукторных систем технологических машин различного функционального назначения.
5. Предложена конструкция блочно-модульного подшипника скольжения с повышенными диссипативными свойствами, характеризуемыми эффективным коэффициентом потерь колебательной энергии наружной обоймы.
6. Экспериментальные исследования редукторов различных типов подтвердили правильность теоретических исследований и достоверность методики расчета виброакустических характеристик.
7. Результаты исследований редукторов с опорами скольжения показали их улучшенные виброакустические характеристики, соответствующие нормативам, и повышенные показатели работоспособности (износостойкость, жесткость).
Результаты исследований внедрены на ЗАО «СКБ АЛМС» с ожидаемым годовым социально-экономическим эффектом от снижения уровней шума 27 000 рублей (в ценах 2013 года).
109

ЛИТЕРАТУРА
1. Юдин, Е.Я. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов, И.В. Горенштейн и др.; под. общ. ред. Е.Я. Юдина. – Машиностроение, 1985. – 400 с.
2. Волков, Л.К. Вибрации и шум электрических машин малой мощности / Л.К. Волков, Р.Н. Ковалев, Г.Н. Никифорова и др. – Л.: Энергия, 1979. – 205 с.
3. Скрипницкий, В.Я. Эксплуатация промышленных гидроприводов / В.Я. Скрипницкий, В.А. Рокшевский. – М.: Машиностроение, 1984. – 169 с.
4. Шевченко, В.М. Проектирование и изготовление малошумовых направляющих труб с пружиной переменного диаметра / В.М. Шевченко, Б.Г. Заверняев. – М.: НИИмаш, 1983. – 60 с.
5. Чукарин, А.Н. Звукоизлучение направляющей трубы. / А.Н. Чукарин, Б.Г. Заверняев, Б.Г. Фуга. / Совершенствование вибрационной технологии и оборудования: Межвузовский сб. науч. трудов. – Ростов н/Д, 1988. – С. 137-142.
6. Сухоруков, Ю.Н. Модификация эвольвентных цилиндрических зубчатых колес / Ю.Н. Сухоруков. – Киев: Техника, 1992. – 197 с.
7. Виброакустическая активность механизмов с зубчатыми передачами / под. ред. М.Д. Генкина. – М.: Наука, 1971. – 253 с.
8. Айрапетов, Э.Л. Возбуждение колебаний в планетарных механизмах / Э.Л. Айрапетов, В.И. Апархов, М.Д. Генкин и др.//Колебания механизмов с зубчатыми передачами. – М.: 1977. – С. 24-31.
9. Айрапетов, Э.Л. Возбуждение колебаний в зубчатых передачах / Э.Л. Айрапетов, В.И. Апархов, М.Д. Генкин и др. // Динамические процессы в механизмах с зубчатыми передачами. – М.: 1977. – С. 44-50.

110

10. Иоффе, Р.Л. Зависимость сил возбуждения в косозубой зубчатой передаче от накопленной ошибки шага / Р.Л. Иоффе, В.Г. Кудинов, Ю.Н. Федосеев // Методы создания машин в малошумном исполнении. – М.: 1978. – С.37-42.
11. Чукарин, А.Н. Звукоизлучение зубчатой передачи / А.Н. Чукарин, Б.Г. Заверняев, В.Г. Трембач // Металлорежущие станки и прогрессивные методы обработки металлов резанием: Сб. ст. – Ростов н/Д, 1977. – С. 48-51.
12. Opitz, H. Noise of Gears/ Royal Society of London// Philosopical Transfaction. – Ser. A. – 1968. – P. 17-25.
13. Васильев, В.А. Выявление основных возбудителей шума коробок приводов металлорежущих станков/ В.А. Васильев. – М.: ЭНИМС, 1962. – 40 с.