плавность и бесшумность работы зубчатой передачи обеспечивается за счет

Плавность работы передачи

Эта характеристика передачи определяется параметрами, погрешности которых многократно (циклически) проявляются за оборот зубчатого колеса.

Циклический характер погрешностей, нарушающих плавность работы передачи, и возможность гармонического анализа дали основание определять и нормиро­вать эти погрешности по спектру кинематической погрешности.

Под циклической погрешностью передачи f_zkor (рис. 1.72,а) и зубчатого колеса f_zkr (рис. 1.72,б) понимают удвоенную амплитуду гармонической составляющей ки­нематической погрешности соответственно передачи или колеса. Для ограниче­ния циклической погрешности установлены допуски:

Рис. 1.73

Для ограничения циклической погрешности с частотой повторения, равной час­тоте входа зубьев в зацепление f_zzor и f_zzr установлены допуски на циклическую погрешность зубцовой частоты в передаче f_zzo и f_zz. Эти допуски зависят от часто­ты циклической погрешности (равной числу зубьев колес z), степени точности, коэффициента осевого перекрытия ε_β и модуля т.

Коэффициентом осевого перекрытия косозубой цилиндрической передачи ε_β на­зывают отношение угла осевого перекрытия зубчатого колеса к угловому шагу.

Косозубые передачи со значительным коэффициентом осевого перекрытия ε_β по сравнению с прямозубыми имеют меньший зубцовый импульс (меньшую ампли­туду первой гармонической составляющей), поэтому с увеличением ε_β допуск f_zzo уменьшается.

Рис. 1.74

Местные кинематические погрешности передачи f’_ior и зубчатого колеса f’_ir опре­деляются наибольшей разностью между местными соседними экстремальными (минимальными и максимальными) значениями кинематической погрешности передачи или зубчатого колеса за полный цикл вращения колес передачи или в пределах оборота колеса j_полн (рис. 1.74). Эти погрешности ограничиваются до­пусками соответственно f’_io f’_io, причем f’_i= ÷ f’_pt÷ + f_ò

Рис. 1.75

Погрешности профиля вызывают неравномерность движения колес, дополни­тельные динамические нагрузки, а также уменьшают поверхность контакта зубь­ев. Предельная погрешность профиля регламентируется допуском f_ò.

Действительный профиль рабочего участка зуба может иметь срез у вершины головки, называемый фланком. Применение колес с фланкированными зубьями значительно улучшает плавность работы передачи, обеспечивая более плавный вход зубьев в зацепление и выход из него. Если плавность работы колес соответ­ствует требованиям стандарта, контроль плавности передач не обязателен, и, наоборот, если плавность передачи соответствует нормативам, плавность колес определять не обязательно. Отклонение шага (углового) в колесе f_ptr— это кине­матическая погрешность зубчатого колеса при его повороте на один номиналь­ный угловой шаг.

Рис. 1.76

Отклонение шага зацепления f_Pbr — разность между действительным Р_д и номи­нальным Р_н шагами зацепления (рис. 1.76).

Установлены верхнее и нижнее предельные отклонения шага ±f_Pl и шага зацеп­ления (основного) ±f_Pb. Вместо отклонения шага f_Ptr можно применять разность любых шагов f_uPtr причем допуск на разность любых шагов f_uPtr= 1,6 ÷ f’_pr÷

Колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе ¦»_ir — разность между наибольшим и наименьшим действительными межосевыми расстояния­ми при двухпрофильном зацеплении измерительного зубчатого колеса с контро­лируемыми при повороте последнего на один угловой шаг (рис. 1.71). Эти коле­бания ограничиваются допусками ¦»_i/

Измерительное межосевое расстояние на одном зубе может изменяться вследст­вие колебаний положения зуборезного инструмента относительно оси колеса, неравенства шагов зацепления (основных шагов) сопрягаемых колес, погрешно­стей в направлении зубьев колес и т. п.

Источник

Плавность работы зубчатых колес и передач,

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Зубчатые передачи служат для передачи моментов сил с одного вала на другой с заданным соотношением угловых скоростей.

Классификация зубчатых передач:

1. отсчетные передачи (измерительные приборы, делительные цепи металлорежущих станков, счетно-решающие механизмы, кассы);

2. скоростные передачи (турборедукторы, зубчатые передачи автомобильных коробок скоростей);

3. силовые передачи (грузоподъемные механизмы, краны).

Основные точностные требования:

1. для отсчетных передач это согласованность углов поворота ведомого и ведущего колес;

2. для скоростных передач – плавность работы (отсутствие вибрации и шума);

3. для силовых передач, которые передают большие крутящие моменты и работают при малых скоростях, – прочностные требования.

Установлено двенадцать степеней точности для зубчатых колес: 1,2,3, …, 10, 11, 12. Для каждой степени точности установлены три нормы точности:

1. норма кинематической точности;

Кинематическая точность зубчатых колес и передач,

Ее нормирование

Кинематическая точность характеризуется с помощью кинематической погрешности.

Кинематическая погрешность передачи − это разность действительного и номинального углов поворота ведомого колеса передачи. Они выражаются в линейных единицах длиной дуги делительной окружности.

,

.

− наибольшая кинематическая погрешность передачи;

− допуск на наибольшую кинематическую погрешность передачи.

Кинематическая погрешность колеса − это разность действительного и номинального углов поворота колеса на его рабочей оси, ведомого точным измерительным колесом при отсутствии непараллельности и перекоса их осей.

1 − приводное зубчатое колесо;

2 – исследуемое зубчатое колесо;

3 – эталонное измерительное зубчатое колесо;

4 – датчик рассогласования углов поворота зубчатого колеса;

5 – регистрирующее устройство (самописец).

− наибольшая кинематическая погрешность зубчатого колеса;

− допуск на наибольшую кинематическую погрешность зубчатого колеса.

Кинематическая погрешность определяется параметрами, погрешности которых проявляются один раз за оборот колеса:

1. погрешность обката ;

2. накопленная погрешность шага ;

3. радиальное биение зубчатого венца ;

4. погрешность колебания длины общей нормали ;

5. колебание измерительного межосевого расстояния за один оборот .

, , , , − частные (дифференцированные) показатели.

, − комплексные показатели кинематической точности.

, , характеризуют тангенциальную составляющую кинематической погрешности, , − радиальную составляющую.

При контроле кинематической точности зубчатого колеса с помощью дифференцированных показателей используют комплексы из двух показателей, один из которых характеризует тангенциальную составляющую, а другой – радиальную. Например, и ; и .

Норма кинематической точности важна для отсчетных передач, т.к. она характеризует согласованность углов поворота ведущего и ведомого колес.

Плавность работы зубчатых колес и передач,

Ее нормирование

Плавность работы определяется наличием погрешностей, многократно циклически повторяющихся за оборот колеса и вызывающих скачкообразный характер кривой кинематической погрешности. Т.к. функция кинематической погрешности является периодической, то ее можно разложить в ряд Фурье аналитически или с помощью приборов-анализаторов.

,

где − это спектр амплитуд; k – номер гармоники.

Плавность работы характеризуется параметрами, погрешности которых многократно повторяются за оборот колеса. Например, погрешности шага, погрешности профиля зуба.

Для характеристики плавности работы используют разложение в ряд Фурье функции кинематической погрешности. Частота, амплитуда гармоник этого разложения позволяют характеризовать плавность работы.

Показателем плавности является циклическая погрешность передачи и циклическая погрешность колеса , равные удвоенной амплитуде соответствующей гармонической составляющей кинематической погрешности передачи или колеса. Эти показатели ограничены допуском на циклическую погрешность передачи и колеса . Данные показатели являются комплексными. Наиболее часто используется циклическая погрешность зубцовой частоты, у которой номер гармоники равен числу зубьев колеса k = z: и . Одним из показателей плавности работы является местная кинематическая погрешность , равная наибольшему скачку на кривой кинематической погрешности. Она ограничена допуском .

Плавность работы важна для скоростных передач.

Источник

Исследование шума в работе зубчатых передач и способов его устранения

Автор: Лыков А.В., Лахин А.М.
Источник: Студенческий научно-технический журнал ИНЖЕНЕР (№ 1(21)-2(22)’2016) – 2016 / Матерiали студентiв, аспiрантiв та молодих вчених. – Донецьк, ДонНТУ – 2016, Том 1, с. 146 – 148.

Аннотация

Лыков А.В., Лахин А.М. В работе рассмотрены вопросы снижения шума в работе зубчатых передач. Выполнен анализ причин возникновения шума и вибраций в работе зубчатых передач, определены основные конструкторские и технологические методы его уменьшения.

Ключевые слова:

зубчатая передача, шум, износ.

Введение

Одним из важнейших эксплуатационных показателей работы зубчатых передач является шум их работы. В наибольшей степени повышенная шумность зубчатых передач характерна для высокоскоростных и тяжелонагруженных передач, и данный показатель в большинстве случаев также характеризует надежность и долговечность механизма с зубчатыми колесами.

Основное содержание и результаты работы

Уровень шума зубчатых колес зависит от многих факторов, главными из которых являются точность зубчатого зацепления, а также инерционные и жесткостные параметры системы. Погрешности зацепления являются возбудителями вынужденных колебаний, а инерционные и жесткостные параметры определяют собственные колебания системы.

Вследствие разности фактических шагов ведущего и ведомого колес, возникают удары сопряженных зубьев в момент входа их в зацепление [2]. Это вызывает колебательный процесс. Сила удара находится в прямой зависимости от разности шагов зацепления и окружной скорости. Поэтому при возрастании скорости вращения валов с зубчатыми колесами, возрастает и интенсивность шума.

Другой причиной вибраций и шума зубчатых передач является мгновенное изменение жесткости зубчатого зацепления при переходе от двухпарного зацепления зубьев к однопарному, а также мгновенное изменение силы трения, действующей между рабочими профилями зубьев в полюсе зацепления. Это вызывает распространение вибрации от зубчатых колес ко всем деталям механизма зубчатой передачи и возникновение звуковых волн.

При рассмотрении различных форм пятна контакта зубьев можно выделить следующие характерные случаи (рис.1).

Рисунок 1 – Формы пятна контакта пар зубьев

При форме пятна контакта, представленной на рис.1, а, зубчатая передача издает тихий шелест и низкое гудение, практически на увеличивающееся с ростом окружной скорости. В данном случае нагрузка распределяется равномерно по зубьям, и передача считается годной. При форме пятна контакта (рис. 1, б), без нагрузки слышен шелест, а код нагрузкой вой, увеличивающийся с ростом окружной скорости. Передачи с формой пятна контакта показанной на рис. 1,в, при работе без нагрузки издают мелкий стук, перерастающий в вой и частый перемежающийся стук. В случае (рис.1, г) передача издает частый перемежающийся стук, перерастающий с вой.

Как видно из форм пятна контакта, возникновению шума способствуют также погрешности обработки базовых отверстий корпуса зубчатой передачи, что вызывает перекосы валов и подшипников при монтаже зубчатой передачи. Это вызывает результаты, аналогичные погрешностям окружного шага и направления зуба [1].

Исходя из причин возникновения шума в работе зубчатых передач, можно определить основные способы его снижения, среди которых выделим конструктивные и технологические методы.

К конструктивным методам можно отнести методы связанные с совершенствованием конструкции зубчатых колес, которые позволяют устранить удары и вибрации при зацеплении пар зубьев.

Для повышения плавности в работе зубчатой передачи целесообразно использовать косозубые, шевронные и колеса с криволинейным зубом вместо прямозубых. Такие зубчатые передачи позволяют каждому зубу входить в зацепление не сразу по всей длине, как правило с ударом, а постепенно, плавно, вызывая упругие микродеформации участков зуба, компенсирующие погрешности окружного шага и направления зуба. Переход от прямозубой к косозубой или криволинейной форме зуба позволяет снизить уровень шума на 10–12 дБ.

Если конструкция зубчатой передачи по какой либо причине не позволяет применение косо- или криволинейной формы зуба, снижения шума можно достичь за счет модификации формы зуба. Здесь можно выделить два способа: продольная модификация и модификация формы профиля зуба. Продольная модификация заключается в плавном изменении размеров сечения зуба по его длине, и чаще всего сводится к применении зубьев бочкообразной формы. В таких зубчатых колесах ширина зуба уменьшается от середины к краям зубчатого венца. Это позволяет уменьшить влияние перекоса зубьев вследствие непараллельности осей валов и погрешностей направления зуба, при этом шум зубчатой передачи снижается на 3–4 дБ.

Модификация формы эвольвентного профиля зуба чаще всего сводится к фланкированию головки и ножки зуба – направленном удалении части профиля зуба для более равномерного расположении зубьев на колесе и уменьшения ошибок основного шага. Это позволяет упростить монтаж зубчатых колес в передаче и уменьшить влияние деформации зубьев при работе под нагрузкой. В результате фланкирования контакт зубьев вне линии зацепления заменяется на теоретически правильный контакт по линии зацепления, в результате чего увеличивается пятно контакта зубьев и снижается уровень шума зубчатой передачи.

Также известно, что одним из факторов определяющих способность зубчатой передачи гасить колебания является материал колеса. За счет замены хотя бы одного зубчатого колеса передачи на колесо из пластмассы можно значительно снизить уровень шума, что в наибольшей степени достигается для высокоскоростных передач, на резонансных режимах работы а также при повышенных нагрузках. Существенно снизить шумность несиловых передач можно за счет применения сталей с низкой поверхностной твердостью, металлических порошков и т. п. Хорошей комбинацией в зубчатой передаче является использование шестерни из стали повышенной твердости и шлифованными зубьями с колесом из более мягкой стали и шевингованными зубьями.

Для более бесшумной и плавной работы зубчатой передачи при постоянных условиях нагружения следует назначать минимальный модуль зубчатых колес [3]. Это увеличивает торцовый и осевой коэффициенты перекрытия, повышая плавность работы и снижая вибрации в зацеплении. При этом, вследствие уменьшения сечения основания зуба, входящего в зацепление уменьшается уровень допускаемых нагрузок на зуб. Для компенсации этого недостатка следует увеличивать делительный диаметр, ширину зубчатого венца, использования многопарного зацепления и т. д.

Шум передачи также можно снизить за счет обеспечения коэффициента перекрытия зубьев равного целому числу. Испытания показали, что коэффициент перекрытия 2,0 обеспечивает наиболее бесшумную работу передачи.

На шумность зубчатой передачи влияет нагрузка на зубья. При увеличении коэффициента нагрузки, снижается динамическая нагрузка в зацеплении. При этом увеличиваются упругие деформации в зацеплении, компенсируя неизбежные погрешности шага зубьев, повышается плавность работы передачи и снижается уровень шума.

Кроме того на шумность влияет конструкция и материал корпуса зубчатой передачи, который должен препятствовать распространению звука в окружающую среду. Как правило, литые корпуса лучше демпфируют колебания чем сварные. Качество смазочного материала также определяется их способностью демпфировать колебания. Более вязки смазочные материалы обеспечивают более бесшумную работу, однако снижая при этом КПД зубчатой передачи. Тип подшипников валов зубчатых колес также влияет на шумность работы передачи. Подшипники качения, работая с масляной пленкой при высоких скоростях, обеспечивают более бесшумную работу зубчатой передачи, имея при этом, однако, значительно большие потери на трение по сравнению с подшипниками качения. Поэтому подшипники качения рекомендуется использовать в высокоскоростных передачах.

Среди технологических методов снижения шума в работе зубчатых передач рассмотрим основные технологические операции отделочной обработки зубьев. Как рассматривалось ранее, основное влияние на шум зубчатой передачи оказывает точность и качество поверхностей зубьев. Уменьшение шума зубчатой передачи для незакаленных зубчатых колес наиболее эффективно можно обеспечить шевингованием. При этом значительно уменьшаются погрешности окружного шага, направления зуба и отклонения профиля зуба. Для закаленных зубчатых колес наиболее эффективным и производительным методом борьбы с шумом является зубохонингование, обеспечивающее снижение шума передачи на 2–4 дБ. Зубошлифование обеспечивает наиболее высокую точность параметров зубчатого венца и наименьший уровень шума передачи. Однако данный метод наименее производителен.

Выводы

В целом в ходе исследовании установили что основным источником шума в работе зубчатой передачи являются удары и вибрации возникающие вследствие неточности элементов зубчатой передачи. Определили основные конструкторские и технологические методы уменьшения шума в работе зубчатой передачи.

Список использованной литературы

Источник