Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Зубчатые передачи, представляющие до сих пор основу большинства зубчатых приводов, являются элементами современных машин, которые определяют их эксплуатационные качества, являются основными источниками повышенных вибраций и шума и лимитируют в большинстве случаев их надежность.
Быстрая и достоверная оценка качества изготовления зубчатых колес, диагностика их погрешностей и дефектов не только в ходе изготовления, но и в составе машины в процессе эксплуатации без проведения ее разборки является одним из необходимых условий обеспечения заданной надежности и эксплуатационных характеристик как зубчатых передач, так и машины в целом в процессе всего срока ее эксплуатации.
Наряду со снижением ряда эксплуатационных показателей, ухудшение качества зубчатых колес, заключающееся в наличии у них погрешностей изготовления и монтажа, а также возникающих в процессе работы дефектов приводит к отклонению от теоретического закона преобразования вращательного движения ведущего звена во вращательное движение ведомого, т.е. находит свое отражение в кинематической погрешности передачи.
Как правило, при исследованиях кинематической погрешности она рассматривается лишь как характеристика точности передачи вращения с ведущего звена на ведомое. Но это далеко не исчерпывающая информация, которая может быть получена при кинематическом контроле. При соответствующей обработке сигнала кинематической погрешности в ходе исследований зубчатых передач, он может быть рассмотрен как комплексный источник ценной диагностической информации.
Резкий скачок в развитии информационных технологий позволяет усовершенствовать методы получения и обработки сигнала кинематической погрешности для увеличешія его информативности, что подразумевает возможность дальнейшего повышения эффективности и достоверности диагностики зубчатых передач по данному параметру.
Таким образом, исследование кинематической погрепптости, использование ее при разработке методов и средств диагностики зубчатых передач, расширение круга решаемых задач с помощью получаемой из нее информации представляет собой как научный, так и значительный практический интерес.
Связь работы с крупными программами и темами
Работа выполнялась в соответствии с заданиями Государственной научно-технической программы «Белавтотракторостроение» (1997-1998гг.).
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы является разработка методов и средств выявления дефектов зубчатых колес, а также критериев, определяющих плавность работы передачи на основе информации о ее кинематической погрешности.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
- На основе имеющихся представлений и математических моделей
сформировать диагностические признаки основных дефектов и погрешно
стей зубчатых колес и передач в сигнале кинематической погрешности.
- Сформировать на основе теоретических исследований функциональ
ные характеристики кинематической погрешности для оценки плавности
работы зубчатой передачи.
- Разработать общие принципы функционирования, а также алгоритмы
основных функций получения и обработки информации о кинематической
погрешности механизмов на основе зубчатых передач, необходимые для
создания современного контрольно-диагностического комплекса, отвечаю
щего основным требованиям, предъявляемым в настоящее время к прибо
рам кинематического контроля.
Провести с помощью созданного контрольно-диагностического комплекса экспериментальные исследования по выявлению погрешностей зубчатых колес по кинематическим параметрам передачи, а также с целью оценки влияния на кинематическую погрешность нагрузочных и скоростных режимов.
Провести экспериментальную проверку разработанных критериев плавности работы зубчатых передач по параметру кинематической погрешности путем оценки их влияния на виброактивность.
Объект и предмет исследования
В работе рассматривается кинематическая погрешность цилиндрических эвольвентных прямозубых зубчатых передач, на основе которой сформированы критерии выявления дефектов зубчатых колес и оценки плавности работы передачи.
Методология и методы проведенного исследования
В ходе проведения теоретических исследований использованы элементы теории эвольвентных зубчатых передач, кинематометрии, а также теории удара. Экспериментальные исследования заключались в непосредственном получении и обработке информации о кинематической погрешности и вибрации с помощью созданного в процессе выполнения работы контрольно-диагностического комплекса.
Научная новизна и значимость полученных результатов
Разработаны и научно обоснованы оригинальные алгоритмы ряда функций по обработке сигнала кинематической погрешности передачи, позволяющие извлекать из него необходимую информацию о состоянии зубчатых колес и характере протекания зацепления;
Получены теоретические зависимости, характеризующие как качественно, так и количественно кинематическую погрешность на участках эвольвентного и кромочного контакта;
Разработан критерий оценки плавности работы зубчатой передачи на основе данных кинематического контроля, характеризующий ударное взаимодействие профилей при пересопряжении зубьев;
Разработана методика экспериментального определения скорости удара, которая является одним из основных факторов, определяющих вибрационную активность передачи, на основе данных о кинематической погрешности передачи.
Проведены экспериментальные исследования кинематической погрешности зубчатых передач на рабочих режимах. Получены результаты, характеризующие влияние на кинематическую погрешность динамических явлений, возникающих при рабочих скоростях и нагрузках.
Практическая значимость полученных результатов
Полученные в результате выполнения диссертационной работы результаты использованы при создании контрольно-диагностического комплекса на основе микропроцессорного измерительного блока и ПЭВМ, отвечающего всем требованиям, предъявляемым к современным приборам кинематического контроля. Комплекс внедрен на ПО «Минский тракторный завод» и используется для проведения работ по оценке качества изготовления выявлению источников повышенной виброактивности, отработке конструкторско-технологических усовершенствований как отдельных зубчатых передач, так и узлов трансмиссий тракторов МТЗ;
Созданный комплекс и его программная система могут использоваться в качестве коммерческого продукта;
Получены результаты, позволяющие диагностировать ряд технологических и эксплуатационных дефектов цилиндрических зубчатых колес по параметрам кинематической погрешности;
- Получены экспериментальные данные, позволяющие сформулировать на основе данных кинематического контроля требования к уровню качества зубчатых колес, составляющих передачи с пониженной виброактивностыо;
На основе анализа полученных экспериментальных данных разработана методика определения резонанасных частот крутильных колебаний по данным кинематического контроля.
Основные положения, выносимые на защиту
Результаты теоретических и экспериментальных исследований кинематической погрешности зубчатых передач, устанавливающие качествен-ігую и количественную взаимосвязь основных элементарных погрешностей зубчатых колес и характеристик кинематической погрешности;
Методика расчета кинематической погрешности при погрешности шага зацепления на участках эвольвентного и кромочного контакта;
Критерий оценки плавности работы зубчатой передачи, получаемый по данным кинематического контроля и характеризующий ударное взаимодействие зубьев при их пересопряжении;
Основные принципы и алгоритмы получения и обработки сигнала кинематической погрешности зубчатых передач и механизмов на их основе, реализованные в контрольно-диагностическом комплексе;
Методика экспериментального определения скорости удара на основе данных о кинематической погрешности передачи;
- Результаты экспериментальных исследований кинематической погрешности зубчатых передач при рабочих режимах и разработанная на их основе методика определения резонансных частот крутильных колебаний механизма.
Личный вклад соискателя
Автором работы изучены и подробно проанализированы основные элементарные погрешности зубчатых колес, исследовано их проявление в сигнале кинематической погрешности, разработана методика расчета параметров кинематической погрешности при эвольвентном и кромочном контакте зубьев при наличии погрешности шага зацепления, разработаны методики оценки ударного взаимодействия зубьев при входе в зацепление и определения резонансных частот крутильных колебаний по данным кинематического контроля, разработан ряд алгоритмов обработки сигнала кинематической погрешности, реализованных в программной системе контрольно-даагаостического комплекса.
Выбор направлений исследований, постановка цели и задач осуществлялись совместно с научным руководителем д.т.н., с.н.с. Жуком И.В.
Разработка и создание контрольно-диагностического комплекса, его основных операций и функций, отладка и апробация проводились совместно с научным руководителем д.т.н., с.н.с. Жуком И.В., к.т.н., н.с. Скорохо-довым А.С., специалистами БГУ к.т.н., доцентом Чудовским В.А., с.н.с. Стецко Й.П., инженером Зеленко Е.В.
Проведение экспериментальных исследований кинематической погрешности зубчатых передач, анализ полученных данных осуществлялось совместно с научным руководителем д.т.н. Жуком И.В. и к.т.н. Скороходовым А.С.
Апробация результатов диссертации
Отдельные результаты и выводы, полученные в ходе выполнения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Зубчатые передачи-98» (Санкт-Петербург, 1998 г.), международной научно - технической конференции «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века» (Севастополь, 1998г.), 20-м международном симпозиуме молодых ученых (Зелена Гура, Польша, 1998г.), X юбилейной научно-технической конференции «Новые технологии в машиностроении и вычислительной технике» (Брест, 1998г.), международной научной конференции «Теория и практика зубчатых пере-дач-98» (Ижевск, 1998г.), X Всемирном конгрессе по теории машин и механизмов (Оулу, Финляндия, 1999г.).
Опубликованность результатов диссертации
Результаты диссертационной работы опубликованы в 9 научных работах в международных и республиканских изданиях. Из них 3 статьи, 6 публикаций в сборниках трудов и тезисов научных конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертация содержит 146 страниц машинописного текста, 72 рисунка, 8 таблиц. Она состоит из общей характеристики работы, основной части, состоящей из четырех глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 103 наименования и приложений на 15 страницах.