Исследование шума в зубчатых ременных передачах (ЗРП) Текст научной статьи по специальности «Физика»

Исследование шума в зубчатых ременных передачах (ЗРП) Сабанчиев Х.Х.1, Гапова М.А.2

'СабанчиевХусейн Хажисмелович /Sabanchiyev Khusein Khajismelovitch - доктор технических наук, профессор; 2Гапова Марина Анатольевна / Gapova Marina Anatolevna - учебный мастер, кафедра машиноведения, Кабардино-Балкарский государственный университет, г. Нальчик

Аннотация: актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью снижения уровня шума в быстроходных зубчатых ременных передачах. Приведены экспериментальные исследования уровня шума в зависимости от параметров передачи.

Abstract: the relevance of the topic chosen due to the need to reduce the level of noise in high-speed toothed belt transmissions. The experimental study of the noise level as a function of the transmission parameters.

Ключевые слова: шум, ремень, колесо, передача, зуб, уровень шума. Keywords: noise, belt, wheel, gear, tooth, the noise level.

Экспериментальными исследования установлено, что работа зубчатых ременных передач аналогично зубчатым, цепным и ременным передачам сопровождается возникновением шума и вибраций.

Возникновение шума при работе ЗРП обусловлено динамическими процессами, происходящими в кинематических парах в связи с неизбежными неточностями изготовления их элементов. Основные причины возникновения шума в ЗРП могут быть разделены на следующие виды: технологические, силовые, вибрационные и аэродинамические. Так, из анализа технологических причин возникновения шума в ЗРП следует, что погрешности изготовления и монтажа передачи и упругие деформации элементов ремня приводят к возникновению в системе периодически действующих сил, совпадая с собственными частотами крутильных колебаний ЗРП системы или с собственными частотами ветвей ремня, приводит к возникновению резонансных колебаний элементов передачи, которые вызывают интенсивные вибраций и шума ЗРП.

Аэродинамическая причина возникновения шума в передаче связана с возбуждением колебаний воздуха во время движения ремня и колес, а также вытеснением воздуха из зоны зацепления между полотном ремня и колесами. Этот вид колебаний воздуха является неизбежным источником шума.

Другим источником возбуждения шума являются силовые причины. Силовое возбуждение шума связано с возникновением динамических усилий контактирующих зубьев ремня под действием переменной полезной нагрузки, которая приводит к увеличению звукоизлучения в передаче.

Особенностью ЗРП является то, что процесс пересопряжения зубьев в зацеплениях приводит к возникновению возмущающей силы, действующей на динамическую систему, частоты проявления которых образуют спектр частот возмущающих сил в передаче. Совпадение одной из составляющих возмущающих сил с одной или несколькими составляющими спектра собственных частот колебаний передачи приводит к появлению в частотном спектре шума резонансных зон.

На основании проведенных исследований по выявлению источников шума в ЗРП можно отметить, что главной причиной возникновения шума могут быть: технологические погрешности ремня и колес и удар зубьев ремня при входе в пазы зубьев колес. Несоосность и колебания колеса также способствуют увеличению ударной нагрузки и являются причиной того, что боковая поверхность ремня ударяется и трется о поверхности фланцев колес, вызывая при этом повышение уровня шума. Кроме того, причиной шума являются вибрации, возникающие из-за неуравновешенности и кинематической погрешности колес, а также наличия трения между контактирующими парами на дугах обхвата колес.

Исследования шума ЗРП проводились с учетом специальных кожухов, обладающих звукопоглощающими и звукоизолирующими свойствами. Спектральный состав шума в диапазоне частот - 31,5.. .8000 Гц найден с помощью анализатора шума типа АШ - 2М.

Исследование ЗРП модулем 3.7 мм показало, что уровень шума существенно возрастает с увеличением предварительного натяжения ремня. Однако чрезмерное повышение Fo приводит к резкому повышению уровня шума и доходит до 90 дБ, что, по-видимому, связано с влияющим на зацепление изменением шага зубьев ремня. Аналогично при слабом натяжении F0 наблюдается повышение шума, обусловленное хлопаньем ветвей, приводящее к возрастанию ударной нагрузки зубьев.

Также изучено влияние скорости ремня на шумообразование. При этом полученные результаты исследования показывают, как и следовало ожидать, что с увеличением скорости вращения колеса, независимо от погрешности передачи, предварительного натяжения и передаваемой нагрузки, уровень шума возрастает. Объясняется это тем, что в передаче возникает вибрация с частотой, кратной числу зубьев и скорости вращения колеса. Естественно, с увеличением скорости возрастает сила удара между зубьями ремня и колеса, что приводит к увеличению уровня шума.

На основе экспериментальных исследований получена эмпирическая формула, связывающая между собой искомый уровень шума (L) и частоты вращения колеса n:

L = L0 + klog-—, где L0 - уровень шума в дБ при произвольно выбранной частоте вращения колеса no, об/мин; к -п0

коэффициент, значения которого зависят от степени точности изготовления передачи At и от ее передаваемой нагрузки Р.

В передаче, когда n=const, зависимость влияния нагрузки Р на уровень шума, выражается формулой: p

L = L + k log —, где L - искомый уровень шума; L0 - измеренный уровень шума при нагрузке Р0; к1 - экспериментальный

0 1 р

p0

коэффициент.

Значение коэффициента к1 определяется по измеренным значениям L1 и L2 при двух произвольно выбранных окружных силах Р1 и Р2 по формуле:

ki = (L -L2)/log(Pi /P2).

Проведенные эксперименты показали существенное влияние на величину к1 соотношения шагов ремня tp и колеса tk при наличии разношаговости At. При tp>tk c увеличением At = tp — tk значение коэффициента к1 возрастает. Если же tp< tk, то с увеличением нагрузки Р коэффициент к1 уменьшается. Такое явление можно объяснить влиянием соотношения шагов на процесс нагружения контактирующих пар зубьев на дуге обхвата.

Выводы

1. Установлено, что главной причиной шумообразования в ЗРП является ударное зацепление зубьев ремня с зубьями колес.

2. Найдены формулы, выражающие зависимость уровня шума ЗРП от частоты вращения колеса и передаваемой нагрузки.

3. Выявлена зависимость уровня шума от таких параметров передачи: предварительное натяжение ремня, разношаговость зубьев ремня и колеса, точность изготовления и монтажа передачи.

Литература

1. Сабанчиев Х.Х., Карданов Х.А. Шум и вибрация в зубчато-ременных передачах. Изв. СКНЦ В.Ш. сер. «Технические науки», -Ростов-на Дону, 1981, №2, с. 11.

2. Сабанчиев Х.Х., Гапова М.А. К вопросу об исследовании шума зубчато-ременной передачи. Нальчик: Доклады адыгской (черкесской) международной академии наук, 2012. Том 14, №3, 73-76 с.