Введение к работе
Актуальность проблемы. Эксплуатационные характеристики многих изделий машиностроения в значительной степени определяются техническим состоянием таних важнейших их узлов, как зубчатые механизмы. В ряде случаев их выход из строя приводит н невосполнимым потерям техники и к человеческим жертвам. Поэтому работы, направленные на создание современных приборов для их контроля и испытаний особо важны и актуальны.
Наиболее частым местом повреждений в передачах являются зубчатые колеса, а причины их дефектов возникают уже при проектировании и производстве. Ряд из них, а также переменная податливость, приводят к отклонению геометрии взаимодействующих поверхностей зубчатых колес от номинальной. Следствием этого является отклонение от теоретического закона преобразования вращательного реальным механизмом. Неравномерность вращения элементов передачи, и флуктуации силового взаимодействия зубчатых колес по величине и направлению ведут к снижению надежности, долговечности и повышенной виброактивности зубчатых механизмов.
Для выявления отклонений геометрии элементов передачи и их причин широко используется кинематическая погрешность. Под ней, в соответствии с ГОСТ 1643-81, понимают текущую разность между действительным и номинальным углами поворота ведомого зубчатого колеса передачи.
Важную роль при решении задач повышения качества и надежности зубчатых передач играют резупьтаты исследования кинематической погрешности при их работе на измерительных и эксплуатационных по частоте вращения привода и передаваемым крутящим моментам режимах. Велико их значение и при решении задач вибрационной диагностики. Измерение и спектральный анализ кинематической погрешности зубчатых передач в сборепрепусмотрены ГОСТ 8889-77.
Существовавшие до проведения настоящих исследований средства не позволяли получать сигнал о кинематической погрешности силовых передач и определять его спектральный состав как для измерительных, так и эксплуатационных режимов.
Связь работы с крупными научными программами и темами. Резу-
льтаты проведенных по теме диссертации исследований являются законченной частью работ по созданию методов и средств диагностического контроля состояния силовых установок, выполненых в Бепгосуш-верситете в рамнах Целевой комплексной программы Мшивиапрома, в соответствии с приказом Министра и Планом отраслевых работ.
Цепью работы явилась разработка метопов измерения и определения спектрального состава кинематичесной погрешности силовых многоступенчатых передач в сборе, в том числе для эксплуатационных режимов работы, и их реализация в цифровых приборах.
Для этого потребовалось решить следующие основные задачи:
-
Разработать и реализовать метод получения сигнала о кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач.
-
Исследовать влияние на точность измерения кинематичесной погрешности основных параметров импульсных преобразователей угла поворота при нал'-щи неравномерности вращения привода.
-
Разработать эффективную процедуру определения спектрального состава периодической компоненты кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач.
Методы исследования. Теоретические исследования по теме диссертационной работы проводились на основе методов теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов, математического анализа и теории чисел. Экспериментальные - имитационным моделированием на ЭВМ, а также на реальных изделиях и специально разработанных стендах.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:
1.Разработано математическое описание алгоритма преобразования информации, соответствующего новому методу получения пгнала кинематической погрешности - методу весового суммирования, выявленному по результатам анализа операций, выполняемых при получении сигнала кинематической погрешности зубчатых передач по ашгалам импульсных преобразователей угла поворота. С его помощью установлено, что новый метод является обобщением фазоимпульаюго метода на случай произвольного соотношения частот импульсных последовательностей каналов ведущего и ведомого звеньев, а также сформулированы условия сохранения однозначгого соответствия сигнала о кинематической погрешности. получаемого указанным методом. исследуемому процессу.
2.Установлено, что ошибки аппроксимации монотонно изменяющегося процесса по его квантованным значениям могут быть выражены через ошибки аппроксимации обратного ему равномерно даскретизиро-ванного процесса. Это позволило в случае импульсного, преобразователя усовершенствовать аналитические соотношения для ошибок аппроксимации угла поворота его вала способом линейной интерполяции, получить соотношения для ошибок аппроксимации способом линейной экстраполяции, а также для ошибок аппроксимации производных угла
- 5 -поворота.
-
Разработано обобщенное математическое описание алгоритма преобразования измерительной информации при подавлении вклада первичных погрешностей импульсных преобразователей в конечный результат измерений методом путевого усреднения.
-
Установлено, что спектральный состав периодической компоненты кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач может быть определаї путем спектрального анализа ее предварительно выделеных составляющих, имеющих периоды, равные периодам вращения отдельных звеньев исследуемого зубчатого механизма.
-
Установлено, что при наличии случайной компоненты точность измерения составляющих периодической компоненты нинематичесноЯ погрешности по сигналу измерительной информации, полученному методом весового суммирования, может быть повышена без уменьшения дискретности импульсных преобразователей при использоваига ступенчатой аппроношации угла поворота ведомого звена передачи за счет увеличения длительности обрабатываемой реализации исследуемого процесса.
Практическая ценность результатов заключается в том, что:
-
Результаты исследования метода весового суммирования и путей его- реализации обеспечили создание цифровых электронных устройств получения сигнала о кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач в сборе на эксплуатационных режимах при отсутствии стабилизации частоты вращения привода, используемых ЦИАН имени П.И.Баранова и ИНЛМАШ АНБ в составе специалгаїїрованньїх стендов, предназначенных для решашя задач диагностики, контроля и испытания зубчатых механизмов.
-
Предложенные способы предварительной обработки позволили практически решить задачу определения спектрального состава периодической компоненты кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач в условиях их испытания на эксплуатационных режимах работы при отсутствии стабилизации частоты вращения привода, в том числе по реализациям исследуемого процесса с длительностями, не зависящими сг периодов полных циклов пересопрлжения зубчатых :;олес контролируемых механизмов. Разработанные на их основе устройства предварительной обработки используются ЦИАМ имени П.И.Баранова и ИНДМАШ АНБ в составе специализированных стендов, предназначенных для решения задач диагностики, контроля и испытания зубчатых механизмов.
Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты
выполненных исследований использованы при разработке двух типов приборов для исследования кинематической погрешности силовых зубчатых передач: АНП-11407 и АДП-11411 и их модификаций. Указанные приборы используются в составе испытательных стендов на ряде предприятий Минавипрома и в ИНДМАШ АНБ. что подтверждено актами, приведенными в приложении н диссертационной работе. АДП-11411 прошел опытно-промышленную проверку на Минском автомобильном заводе.
Основные положения, представляемые к защите:
1.Метод весового суммирования. соответствующий ему алгоритм преобразования измерительной информации, а также функциональные структуры реализующих указанный метод устройств, как наиболее полно отвечающие условиям получения оігнала ниноматичесной погрешности многоступечатых силовых зубчатых передач при их испытаниях 'на различных, в том числе эксплуатационных, режимах работы по частоте вращения привода при отсутствии ее стабилизации.
-
Аналитические соотношения для ошибок определения непрерывных значений монотонно изменяющихся процессов и их производных, аппроксимируемых по квантованным значениям уназанных процессов, которые позволяют оценить влияние неравномерности вращения привода зубчатых передач на точность аппроксимации кинематической погрешности сигналом измерительной информации.
-
Обобщенный алгоритм преобразования измеріииіьной информации при подавлении вклада первичных погрешностей элементов импульсных датчиков угла поворота в получаемый с их помощью конечный результат, сводящий различные способы реализации метопа путевого усреднения к воздействию линейной системы со случайными параметрами на сигнал с амплитудной и угловой модуляцией или фазу его несущей и позволяющий оценивать совместное влияние первичных погрешностей и неидеалыюсш выполнения соответствующих указанному методу операций.
-
Предварительное выделение отдельных составляющих периодической компоненты кинематической погрешности силовых многоступенчатых зубчатых передач и их последующий спектральный анализ, а также разработанные способы их выделения, в том числе, по реализациям сигнала кинематической погрешности, не зависящим от периодов полі юга цикла пересопряжегаш зубчатых колес исследуемых передач, позволяющие решить задачу определения спектрального состава периодической компоненты.
Личный вклад соискателя. Приведенные в диссертационной работе новые научные результаты, заключения и выводы принадлежат лично
- 7 -соискателю. Им непосредственію и при его личном участии выполнении работы по реализации результатов выполненных исследовании в ряде приборов. Он танже принимал непосредственное участие в их внедрении на ряде предприятий.
Аппробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на III международном симпозиуме ИМЕКО по технической диагностике (Москва,1983г.); на международной конференции "Контроль и анализ вибрации" (Цюрих.1990г\); V Всесоюзном совещании по технической диагностике (Суздаль, 1982г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Несущая способность и качество зубчатых передач и редукторов машин" (Алма-Ата,1985г.); Республиканской научно-^ехничесной конференции "Повышение надежности и снижение металлоемкости зубчатых передач и редукторов общемашиностроительного применения" (Севастополь, 1983 г.); Межотраслерой научно-технической конференции "Высокое качество и надежность машино-строитеыюй продукции - через исследования, контроль и диагностику" (Москва, 1991 г.); Отраслевом научно-техническом совещании "Повышение несущей способности и диагностика зубчатых передач и редукторов" (Москва. 1983 г.). а также на совместном совещании Комитета технологии и средств контроля Секции зубчатых передач и редукторостроения Ц.П. НТО Машпром с ВНИИизмерения в денабре 1983г. и научных семинарах кафедры радиофизини Белгосуниверситета.
Публикации. По результатам исследований, представленным в диссертационной работе, опубликовано 29 работ, в том числе 9 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная раоота изложена на 139 страницах машішопиаюго текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 29 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 140 наименований на 15 страницах, а также трех приложений на 59 страницах.
