CC BY
5УДК: 534.21: 621.92 OECD: 1.03 А А
Обоснование систем снижения шума и вибраций шлифовальных
кругов
Солдатов А.Г.1, Чукарин А.Н.2, Финоченко T.A.3* 1 Аспирант
2 Д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Основы проектирования машин» 3 К.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» 1,2,з ростовскиц государственный университет путей сообщения, Ростов-на-Дону, РФ
Аннотация
Процесс шлифования является динамической технологической операцией обработки деталей, фактически и определяющей точность макро и микрогеометрию поверхности изделия. Известно, что воздействие повышенных уровней шума не только негативно влияют на состояние здоровья станочников, но и производительность труда и повышает брак выпускаемой продукции. Поэтому проблема снижения акустического дискомфорта наиболее актуальная для станочников шлифовальной группы. Особо следует выделить варианты обработки тонкими шлифовальными кругами, имеющими сравнительно низкую изгибную жесткость, что характерно для профильно-шлифовальных станков и зубошлифовальных станков, по методу копирования, а также шлифовального инструмента машин для ручной обработки. В статье приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований виброакустических характеристик шлифовальных кругов, на основе которых и разработаны способы снижения шума и вибрации тонких шлифовальных кругов.
Ключевые слова: шлифовальный круг, шум, вибрация, коэффициент колебательной энергии, звукоизоляция, вибропоглощение.
Substantiation of systems for reducing noise and vibrations of grinding wheels
Soldatov A.G.1, Chukarin A.N.2, Finochenko T.A.3* 1 Postgraduate Student 2 DSc, full Professor, Head of the Department of 'Fundamentals of Machine Design' 3 PhD, Associate Professor, Head of the Department of 'Life Safety' 1,2,3 Rostov State Transport University, Rostov-on-Don, Russia
Abstract
The grinding process is a dynamic technological operation for processing parts, which actually determines the accuracy of the macro and microgeometry of the surface of the product. It is known that exposure to elevated noise levels not only negatively affects the health of machine operators, but also labor productivity and increases the rejection of products. Therefore, the problem of reducing acoustic discomfort is the most relevant for machine operators of the grinding group. Of particular note are the options for processing with thin grinding wheels that have a relatively low bending stiffness, which is typical for profile grinders and gear grinders, according to the copying method, as well as grinding tools for manual processing machines. The article presents the results of experimental and theoretical studies of the vibroacoustic characteristics of
*E-mail: fta09@bk.ru (Финоченко T.A.)
Солдатов А.Г., Чукарпп А.Н., Фппочспко Т.А Обоснованно систем сппжсппя шума и вибраций шлифовальных кругов
grinding wheels, on the basis of which methods have been developed to reduce uoise and vibration of thin grinding wheels.
Keywords: grinding wheel, noise, vibration, vibration energy coefficient, sound insulation, vibration absorption.
Введение
В качестве модели источника шума применительно к шлифовальным кругам принимается крупная пластина, закрепленная в центре. Звуковое давление и уровни звукового давления данной модели согласно данным исследования |1-4| приведены к виду:
2¿Укк [Ё т ¿Укк ( Е 4 0,5
Р = "7^V рк; Ь'= ™я 15-5 [7к
где й - диаметр круга, м; Ук - скорость колебаний шлифовального круга на
к
колебаний; г - расстояние от расчетной точки до шлифовального круга, м; Е - модуль упругости, Па; р - плотность, кг/м3; к - толщина шлифовального круга, м.
1. Расчет скорости колебаний шлифовального круга
Расчет скорости колебаний Ук основан на расчётной схеме, приведенной на рис.1
Рис. 1. Расчетная схема колебаний шлифовального круга
Давление (Р) действующее на шлифовальный круг определяется следующим выражением:
P
(Fp sin 0,017nt + ф)
п • Rh ^
ph{R2H — r2) Rh + Rb
т0 = ' * 2°Дя " Я 2 ■
где Ян и Яь ~ наружный и внутренний диаметр шлифовального круга, м; к -толщина шлифовального круга, м.
Продольное усиление (М) возникающее в источнике - шлифовальном круге, определяется но форму не:
N = Е^Я, (2)
где Г = п(Я2н - Я2Ь)
Так как шлифовальный круг вращается с частотой т воздействует радиальная сила:
Гпад = шо(УВ)2п
и +
EF m0R2
- (VR)2
и
Fp 2Rh
sin(0,17nt + ф)
VR, то на него
(3)
Действительная часть скорости колебаний определяется выражением:
- (УД)Ь! со8(0,17П + ф)
Re{V }
Fp0,17n
EF moR2
(vr)2] +(moi?)2
(4)
2. Коэффициент потерь колебательной энергии для шлифовального круга
На основе полученных теоретических зависимостей расчетным путем определяются октавные уровни звукового давления, при сравнении которых с продольно-допустимыми нормами и определяет необходимую акустическую эффективность системы (АЬ) как:
АЬ = Ь - Ьс,
где Ь - теоретически рассчитанные уровни звукового давления, дБ; Ьс - предельно-допустимые уровни звукового давления, дБ,
Полученные зависимости, позволяют сделать вывод, что инженерный расчет уровней звукового давления возможен при известных значениях частотно-зависимого коэффициента потерь колебательно энергии п- Эти данные в настоящее время задаются только но экспериментальным данным. Поэтому дня шлифовального круга толщиной к мм проведены экспериментальные исследования согласно методике, изложенной в работах |5-7|, Результаты выполненных измерений, шлифовального круга толщиной 6 мм, коэффициентов потерь колебательной энергии, подвергнуты математической обработке и представлены в графическом виде на рис,2,
Рис. 2. Коэффициент потерь колебательной энергии шлифовального круга толщиной 6
мм на шпинделе
Регрессионный анализ, выполнен нелинейными функциями, его результаты представлены в табл. 1, а графики аппроксимации нелинейными функциями на рис, 3,
Солдатов А.Г., Чукарпп А.Н., Фппочспко Т.А Обоснованно систем снижения шума и впбранпп шлифовальных кругов
Таблица 1
Результаты регрессионного анализа нелинейными функциями
Название кривой Уравнение ско
Экспоненциальная П = 0,2е-1,66'10~4/ 5,58-10-2
Степенная П = 0,838/-0,278 2,71-10-2
Гиперболическая 1 тина П = 0,123+ 6468 5,21-10-2
Гиперболическая 2 тина П = Б,22+0,0014f 5,65-10-2
Гиперболическая 3 тина / П = -262,7+9,41/ 1,72-10-1
Логарифмическая П = 0,438 - 0,043 • 1и/ 2,53-10-2
Б-образпая 2,17+ П = е ' 6,73-10-2
Обратпо.ногарифмическая П = -6,08+2,04- 1п/ 8,63-10-2
Рис. 3. Графики аппроксимации нелинейными функциями для шлифовального круга
толщиной 6 мм на шпинделе
Регрессионный анализ выполненный иолииоминальными функциями приведен в табл. 2, а графики зависимости аппроксимации полиномами представлен на рис. 4.
Таблица 2
Результаты регрессионного анализа иолипоминальными функциями
Степень Уравнение ско
1 П = 0,498 - 0,0998(1/) 2,70 ■ 10-2
2 П = 0,537 - 0,18(lg/) + 0,0148(lg/)2 2,76 ■ 10-2
3 П = 0,019 + 0,462(lg/) - 0,235(lg/)2 + 0,0308(lg/)3 2,67 ■ 10-2
4 П = -2,35 + 4,4(lg/) - 2,587(lg/)2 + 0,632(1/)3 - 0,0556(lg/)4 2,42 ■ 10-2
5 П = -13,815 + 28,203(lg/) - 21,75(lg/)2 + 8,118(1/)3-1,478(lg/)4 + 0,1053(lg/)5 1,78 ■ 10-2
6 П = -18,034 + 38,684(lg/) - 32,34(lg/)2 + 13,692(lg/)3-3,091(lg/)4 + 0,349(lg/)5 - 0,015(lg/)6 2,17 ■ 10-2
7 П = 254,66 - 748,02(lg/) + 921,58(1/)2 - 616,86(lg/)3+ +242,46(1/)4 - 56,026(1/)5 + 7,056(lg/)6 - 0,374(lg/)7 1,145 ■ 10-2
D.3 0,25 0.2 0.15 0.1
3,35
я
31,5 33 125 250 530 1330 2033 4030 3333
Рис. 4. Графики аппроксимации полиномами для шлифовального круга толщиной 6 мм
Наименьшее среднеквадратичное отклонение из всех функций является иолшюмииалыюй функцией седьмой степени, то регрессионная зависимость, изображенная на графике, имеет следующий вид |7-8|:
П = 254,66 - 748,02(/д/) + 921,58(1/)2 - 616,86(1/)3 + 242,46(1/)4-- 56,026(1/)5 + 7,056(1/)6 - 0,374(1/)7
3. Система снижения шума от шлифовального круга
Полученное уравнение регрессии и позволяет выполнить расчет уровней звукового давления шлифовального круга. Процесс шлифования реализуется при малых значениях глубины резания. Поэтому предлагаемая система снижения шума (рис.5) представляет собой устанавливаемые с двух сторон шлифовального круга шайбы, диаметр которых на 8-10 мм меньше диаметра шлифовального круга |9-11|.
Солдатов А.Г., Чукарпп А.Н., Фппочспко Т.А Обоснованно систем снижения шума и вибраций шлифовальных кругов
Рис. 5. Узел крепления шлифовального круга: а) 1 - двухслойные пластины; 2 - резина губчатая толщиной 2-=-3 мм;
3 - стеклопластик толщиной 2 мм; б) ЗБ модель
Сами шайбы представляют собой двухслойную систему, состоящую из намагниченной резины марки 1002, имеющей величину п = 0,6 и толщиной 6 мм [6,7], Дня предотвращения воздействия стружкой с наружной стороны виброноглощающий слой закрывается стальными шайбами толщиной 0,5^0,8 мм.
Для круга к х й = 6 х 250 мм икхй = 13х 250 мм диаметр шайбы составляет 230 мм, причем но мере износа шлифовального круга до критических размеров шайбы соответственно меняются (с учетом того, что диаметр шайбы меньше диаметра круга на 20 мм).
Для круга к х й = 6 х 250 мм снижение шума за счет уменьшения площади звукового излучения составляет 12 дБ. Снижение уровней звукового давления от эффекта виброноглощения определяется по формуле:
_ . 4 ■ 109 ■ 2,16 ■ 10-7 ■ 0,05 + 2 ■ 107 ■ 2,16 ■ 10-7 ■ 0,6 _ 7 _ 9 (2 ■ 109 ■ 2,16 ■ 10-7 + 2 ■ 107 ■ 2,16 ■ 10-7)0'05 _ Д
Таким образом, учитывая сложение величин снижение уровней звукового давления круга к х й = 6 х 250 мм составляет 13 дБ.
Для круга к х й = 13 х 250 мм снижение уровней звукового давления от снижения площади звукоизлучающей поверхности составляет 13 дБ, а за счет эффекта вибропоглощения - 6 дБ.
Заключение
Следует отметить, что эффект снижения шума получаемый за счет частичной звукоизоляции значительно больше, чем от виброног.нощепия, однако снижение уровней вибрации шлифовальных кругов обеспечивается именно виброноглощающими элементами, а это приводит к существенному улучшению качества обрабатываемых поверхностей, которые достигается при финишной обработке шлифованием.
Список литературы
1. Иванов Н.И., Никифоров А,С, Основы виброакустики, СПб.: Политехника, -2000. - 482 с.
2. Чукарин А.Н. Теория и метода акустических расчетов и проектирования технологических машин для механической обработки. Ростов н/Д, Издательский центр ДГТУ. - 2004. - 152 с.
3. Balanova МЛ'.. Finoehenko Т.A., Pereverzev I.G. Physical factors affecting the reliability of rail crane operators. Dependability. 2019; 19 (1). P. 36-39. https://doi.org/ 10.21683/1729-2646-2019-19-1-36-39
4. Chukarin A.N., Beskopvlnv A.N., Isaev A.G. Studies of vibroacoustic characteristics in the operator's work area during abrasive treatment of welds // Work safety in industry. 2019. 11. - P. 7-12. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-11-7-12
5. Общемашиностроительные нормативы режимов резани. Справочник: в 2-х т. / А.Д. Локтев, 11.Ф. Гущин, В.А. Батуев и др.// М,: Машиностроение, 19991. - 640 с.
6. Borisova А.V., Finoehenko Т.A., Finoehenko V.A. The Use of the Expert Method in Solving the Issues of Choosing the Instrumentation of the Procedure for Controlling Production Factors. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science; IOP Publishing ([Bristol, UK], England) - 2021. Vol. 666, № 2. D01:10.1088/1755-1315/ 666/2/ 022022.
7. Theoretical study of the vibration excitation and noise generation processes of the grinding wheels of thread and spline grinding machines / Курченко П.С., Шашурин А.Е., Разаков Ж.П., Чукарин А.Е. // AKUSTIKA. 2021 Vol. 39. С.175-178. DOI 10.36336/ akustika202139173,
8. Звукопоглощающие материалы и конструкции. Справочник. М,: Связь, 1970.
- 124 с.
9. Характеристики шумового дискомфорта в рабочей зоне прутковых токарных станков / ТА. Финоченко, И.А. Я никои. А.Н. Чукарин, С.А. Раздорский / / Российский научно-технический журнал «Мониторинг. Наука и Технология». - 2018,- .V" 3 С. 10-13
10. Снижение шума металлорежущих станков / ТА. Финоченко, Н.М. Яицкова, И.Г. Переверзев // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения.
- 2020. - № 2 (51). - С. 112-117.
11. Теоретическое обоснование способов снижения шума и вибраций крупногабаритных шлифовальных кругов / Т. А. Финоченко, А. Н. Чукарин, А. Г. Солдатов, Т. К. Суворова // NOISE Noise Theory and Practice. 2022.Том 8 №2. С.35-44
References
1. Ivanov N.I., Nikiforov A.S. Fundamentals of vibroaeousties, St. Petersburg: Polytechnic. - 2000. - 482 p.
2. Chukarin A.N. Theory and method of acoustic calculations and design of technological machines for machining. Rostov n/a, DSTU Publishing Center. - 2004. - 152 p.
3. Balanova MA'.. Finoehenko T.A., Pereverzev I.G. Physical factors affecting the reliability of rail crane operators. Dependability. 2019; 19 (1). P 36-39. https://doi.org/ 10.21683/1729-2646-2019-19-1-36-39
4. Chukarin A.N., Beskopvlnv A.N., Isaev A.G. Studies of vibroacoustic characteristics in the operator's work area during abrasive treatment of welds // Work safety in industry. 2019. 11. - E. 7-12. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-11-7-12
5. Borisova A.V., Finoehenko T.A., Finoehenko V.A. The Use of the Expert Method in Solving the Issues of Choosing the Instrumentation of the Procedure for Controlling Production
Солдатов А.Г., Чукарин А.Н., Финоченко Т.А Обоснование систем снижения шума и вибраций шлифовальных кругов
Factors, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science; IOP Publishing ([Bristol, UK], England) - 2021. Vol. 666, No. 2. DOL10.1088/1755-1315/666/2/022022.
6. Kurchenko P.S., Shashurin A.E., Razakov Zh.P., Chukarin A.E. Theoretical study of the vibration excitation and noise generation processes of the grinding wheels of thread and spline grinding machines. // AKUSTIKA. 2021 Vol. 39. P.175-178. DOI 10.36336/akustika202139173.
7. General engineering standards for cutting modes. Directory: in 2 vol. / A.D. Loktev, I.F. Gushchin, V.A. Batuev and others // M,: Mashinostroenie, 19991. - 640 p.
8. Sound-absorbing materials and structures. Directory. M,: Communication, 1970. -
124 p.
9. Characteristics of noise discomfort in the working area of bar lathes / T.A. Finochenko, I.A. Yaitskov, A.N. Chukarin, S.A. Razdorskv // Russian scientific and technical journal "Monitoring. Science and Technology" 2018. № 3. P. 10-13
10. Noise reduction of machine tools / T.A. Finochenko, N.M. Yaitskova, I.G. Pereverzev //Proceedings of the Rostov State University of Communications. 2020. No. 2(51). P. 112-117
11. Finochenko T. A., Chukarin A. N,, Soldatov A. G,, Suvorova T. K. Theoretical substantiation of methods for reducing noise and vibrations of large-sized grinding wheels // NOISE Noise Theory and Practice. 2022.Vol. 8 №2. P. 35-44
