CC BY
4
Siraev Robert Igorevich, student, savorr9@gmail.com, Russia, Kazan, Kazan National Research University- Kazan Aviation Institute named after A.N. Tupolev (KNRTU-KAI),
Khabibullin Fanil Fargatovich, candidate of technical sciences, docent, fan-il_arsk@,mail.ru, Russia, Kazan, Kazan National Research University- Kazan Aviation Institute named after A.N. Tupolev (KNRTU-KAI),
Mudrov Alexandr Petrovich, candidate of technical sciences, docent, mudrov.aleks@yandex.ru, Russia, Kazan, Kazan National Research University- Kazan Aviation Institute named after A.N. Tupolev (KNRTU-KAI),
Krymova Victoria Nikolaevna, student, vikulka_18_01@,mail.ru, Russian Federation, Kazan, Kazan National Research University- Kazan Aviation Institute named after A.N. Tupo-lev (KNRTU-KAI)
УДК 658.345 + 06
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-391-397
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИСОЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРОВ ШУМА ЗУБОФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
О.Г. Харламов
В данной статье приведены результаты экспериментальных исследований шума зубофрезерных станков проведенные в условиях их промышленной эксплуатации на холостом ходу и при различных технологических нагрузках.
Ключевые слова: уровни шума, фрезерование, зубофрезерные станки, экспериментальные исследования, виброакустические характеристики.
Экспериментальные исследования виброакустических характеристик проводились при различных условиях промышленной эксплуатации, для различных компоновок станков [1,2]. Измерения проводились как для вертикальных зубофрезерных станков моделей 5310 (рис. 1), 5303ПВ, 5304В и 53А10, производящих нарезание зубчатых колес обкаткой червячной фрезы и обработку заготовки методами попутного или встречного фрезерования, так и для горизонтальных зубофрезерных станков моделей 5В370, 5А370, 5Г370, 5В373, 5С373, 5В375 (рис. 2) предназначающихся для нарезания изделий малого размера и имеющих специальный подвижной стол, который используется для поддержки изделия и перемещается по горизонтали [3-5].
Объект и методы исследования. Рассматриваемая гамма станков характеризуется существенными различиями не только геометрических размеров обрабатываемых изделий, но мощностью приводов главного движения и частотами вращения режущего инструмента (40.. .4000 об/мин).
В первой серии экспериментов исследовались уровни шума зубофрезерных станков на холостом ходу, когда анализировался процесс шумообразования колебательной системой самого станка при воздействии вибраций на элементы станка от кинематики соответствующих приводов формообразующих движений.
391
Рис. 1. Вертикальный зубофрезерный станок модели 5310
Рис. 2. Горизонтальный зубофрезерный станок модели 53В30П
В следующей серии экспериментов изучались спектры шума и вибрации при реализации технологического процесса зубошлифования стальных и чугунных колес.
При определении закономерностей формирования спектров шума холостого хода зубофрезерных станков результаты измерений у наиболее высокоскоростных станков моделей 5303 и 5303ПВ (рис. 3) на рабочих местах станочников показали превышения санитарных норм уровней звукового давления в среднечастотной части спектра.
^ дБ 110
100
90
80
70
60
31,5
63
125
250
500
1000 2000 4000
8000
I Гц
Рис. 3. Спектр шума станков 5303 и 5303ПВ: 1 — предельно-допустимые уровни; 2 — при холостом режиме работы станков
Уровни звукового давления превышают предельно-допустимые значения в пятой - седьмой октавах на 3.. .5 дБ. Следует отметить, что в восьмой октаве уровень звукового давления на 1.1,5 дБ ниже санитарной нормы, что фактически сравнимо с точностью измерительной аппаратуры. Эти данные позволяют предположить, что повышенные уровни шума создаются корпусом фрезерной стойки, возбуждение вибраций которой создается элементами кинематики привода вращения фрезы, а не приводом поворота стола с обрабатываемой заготовкой. Уровни звукового давления в частотном
диапазоне 31,5...125 Гц существенно ниже санитарных норм. В четвертой же октаве уровни звукового давления незначительно ниже (на 2.2,5 дБ) ниже предельно-допустимой величины.
Аналогичные данные получены для станков моделей 5304В и 53А10 (рис.4).
L дБ 110
100 90 80 70 60
1
Ji 1 2
Г-"*'" ■ 41 — — 3
1
31,5
63
125
250
500 1000 2000 4000 8000
f, Гц
Рис. 4. Спектры шума холостого хода: 1 — предельно-допустимые уровни; 2 — станка 5304В; 3 — станка 53А10
Уровни звукового давления станка 5304В превышают санитарные нормы также в пятой, шестой и седьмой октавах и составляют 2-3 дБ. Действительно, частота вращения фрезы составляет 1600 об/мин, что в три раза меньше, чем у станков моделей 5303. Уровни звукового давления станка модели 53А10 не превышают санитарные нормы во всем нормируемом диапазоне частот, но в пятой и шестой октавах находятся на предельно-допустимых значениях, а в седьмой октаве только 2 дБ меньше предельно-допустимого значения.
У всех остальных станков уровни звукового давления предельно-допустимых значений во всем нормируемом диапазоне частот. Их спектральный состав практически идентичен. Разница в уровнях звукового давления составляет 2-4 дБ, что соответствует различиями в частотах вращения режущего инструмента. Спектры имеют четко выраженный низкочастотный характер. На рис. 5 приведены спектры шума на рабочем месте станков 5В312 и 53А50.
31,5 63 125 250 ^500 ^1000 2000 4000 8000
Рис. 5. Спектр шума: 1 — предельно-допустимые уровни;
2 — спектры холостого хода станков 5В312 и 53А50
Следует отметить, что у этих станков уровни звукового давления в области низких частот 31,5.125 Гц существенно выше, чем у станков 5303 и 5304, достигают значений 84.90 дБ, что также намного ниже санитарных норм. В области частот 250.3000 Гц уровни звукового давления на 4.7 дБ ниже предельно-допустимых величин.
При исследовании закономерностей формирования октавных уровней звукового давления вышеуказанных моделей станков проводился в условиях реализации технологического процесса Результаты измерений уровней шума при обработке стальных колес на станках модели 5303 представлен на рис. 6.
393
31,5 63 125 250 50^1000 2000 4000 8^0^
Рис. 6. Спектр шума: 1 — предельно-допустимые уровни;
2 — спектры станков 5303 при обработке стальных колес
Спектр характеризуется достаточно равномерным распределением интенсивности звукового излучения в четвертой, пятой и шестой октавах, так как разница в уровнях звукового давления не превышает 1,5 дБ. Максимальный уровень звукового давления зафиксирован в седьмой октаве. Фактически уровни звукового давления превышает санитарные нормы в широкой полосе частот 500.8000 Гц. В частности, в пятой октаве уровень звукового давления на 4 дБ выше нормативной величины, в шестой на 6 дБ, в седьмой на 10 дБ, восьмой на 6 дБ и в девятой на 7 дБ.
У станков моделей 5304 и 53А10 максимальные уровни звукового давления возникают в седьмой и восьмой октавах (рис. 7), причем уровни звукового давления превышают санитарные нормы в интервале 500.8000 Гц.
Рис. 7. Спектр шума станков 5304 и 53А10:1 — предельно-допустимые уровни;
2 — спектры станков 5304 и 53А10
Величины превышений составляют 4 дБ - в пятой октаве, 7 дБ - в шестой октаве, 12 дБ в седьмой октаве, 12 дБ - в восьмой октаве и 6 дБ - в девятой.
Спектр шума на рабочих местах станков моделей 53А20, 5В312 и 5К324А представлен на рис. 8.
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Рис. 8. Спектр шума станков 53А20, 5В312 и 5К324А: 1 — предельно-допустимые
уровни; 2 — спектры станков
394
Уровни звукового давления превышены в четвертой октаве уровень звукового давления превышает санитарную норму на 2 дБ. В пятой - девятой октавах превышения уровней звукового давления намного больше и составляют: 11 дБ - пятой октаве, 15 дБ - в шестой, 14 дБ - в седьмой, 14 дБ - в восьмой и 15 дБ - в девятой. К характерным особенностям спектрального состава следует отнести тот факт, что в пятой - девятой октавах величины превышений различаются не более, чем 1 дБ. Таким образом, спектр шума не имеет ярко выраженного максимума.
Максимальные уровни звукового давления зафиксированы на рабочих местах станков 53А50 м 53А80 (рис.9), а уровни звукового давления превышены в интервале 250 - 8000 Гц.
^ дБ 110
100 90 80 70 60
г— " -1 к" ^ ............ / (
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Рис. 9. Спектр шума станков 53А50 м 53А80:1 — предельно-допустимые уровни;
2 — спектры станков
Причем величины превышений составляют: 3 дБ в четвертой октаве, 6 дБ - в пятой, 16 дБ в шестой, 17 дБ в седьмой и восьмой и 14 дБ - в девятой.
Все вышеприведенные данные получены для условий обработки стальных колес. В машиностроении используются и чугунные колеса в большинстве случаев крупногабаритные. Поэтому ниже приведены результаты измерений уровней шума при фрезеровании местных зубчатых колес из чугуна диаметром 500 мм на станке 5К324А и диаметром 800 мм на станке 53А80. (рис. 10, а, б).
100 90 80 70 60
31,5
АсдБ 100 90 80 70 60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 I, Гц б)
Рис. 10. Спектры шума при обработке чугунных колес: а — на станке 5К324А;
б — на станке 53А80
395
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 I Гц
а)
Выводы. Измерения показали, что при практически полной идентичности спектрального состава уровни звукового давления на 5-6 дБ меньше чем при обработке стальных колес. Аналогичные результаты получены при измерении уровней шума на станках, реализующих технологический процесс зубошлифования методом копирования [6].
Список литературы
1. Чукарин А.Н. Теория и метода акустических расчетов и проектирования технологических машин для механической обработки. Ростов н/Д, Издательский центр ДГТУ, 2004. 152 с.
2. Балыков И.А. Акустическая модель режущего инструмента при фрезеровании // Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем: Сб. ст. Ростов н/Д, 1996. С.116-122.
3. Методика и техническое обеспечение проведения экспериментальных исследований определения шума на рабочих местах / Финоченко Т.А., Баланова М.В., Яицков И.А. // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2019. № 1(46). С. 5-7.
4. Экспериментальные исследования шума и вибрации при местном упрочнении деталей шарико-стержневым упрочнителем / Морозов С.А., Чукарин А.Н., Финоченко Т.А. // Российский научно-технический журнал «Мониторинг. Наука и Технология» 2019. № 1 С. 65-69.
5. Моделирование виброакустической динамической системы "обрабатываемые заготовки-ползун" токарно-карусельных станков / А.Н. Чукарин, В.Ф. Безъязычный, П.В. Чумак. Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 12 (204). С. 531-536.
6. Солдатов А.Г., Харламов О.Г., Финоченко Т.А. Идентификация факторов производственного процесса при работе на зубообрабатывающих станках // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2021. № 2 (55). С. 118121.
Харламов Олег Геннадьевич, аспирант, smspal@mail.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE NOISE SPECTRA OF GEAR MILLING MACHINES
O.G. Kharlamov
This article presents the results of experimental studies of the noise of hobbing machines carried out in the conditions of their industrial operation at idle and at various technological loads.
Key words: noise levels, milling, hobbing machines, experimental studies, vi-broacoustic characteristics.
Kharlamov Oleg Gennadievich, postgraduate, smspal@,mail. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
