Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что вследствие кинематической погрешности зубчатые передачи являются существенным источником внутренней виброактивности машины. Колебания, вызываемые ими, могут приводить как к размыканию сопрягающихся профилей зубьев, так и к перекладке боковых зазоров между зубьями колес. Эти явления происходят даже при передаче постоянного момента сил сопротивления, и в этом случае зубчатая передача является источником интенсивных колебаний. Нарушение контакта сопрягающихся профилей зубьев приводит к резкому увеличению уровней шума и вибраций, излучаемых машиной, динамические нагрузки, возникающие в приводе, могут в несколько раз превосходить нагрузки от момента сил сопротивления, приложенных к рабочему органу машины.
Для предотвращения вышеперечисленных, нежелательных явлений необходимо иметь методы, которые позволили бы еще на стадии проектирования машинного агрегата определить требуемую точность входящих в него передач. При этом в сферу рассмотрения должны включаться машинный агрегат в целом, включая двигатель, и рабочий процесс.
Из-за наличия бокового зазора зубчатая передача является существенно нелинейным объектом, поэтому для адекватного описания процессов происходящих в машинном агрегате, необходимо применять методы нелинейной динамики машин. В современном машиностроении все более широкое применение находят управляемые маишиы, включающие в себя малоинерционные двигатели и системы обратных связей. В связи с эти становится актуальной задача прогнозирования развития колебательных процессов, возбуждаемых зубчатой передачей, в таких системах.
В настоящее время не существует расчетных методик, которые бы в полной мере позволили предсказать возможные нелинейные динамические эффекты в машинных агрегатах, содержащих зубчатые передачи.
Целью работы является:
всестороннее исследование динамических эффектов в машинном агрегате, вызванных кинематической погрешностью зубчатой передачи, а также взаимовлияния колебаний, вызванных кинематическим и параметрическими возмущениями. При этом зубчатая передача рассматривается, как один из элементов системы, включающей в себя двигатель, упругие валы, контуры обратных связей, рабочий орган с приложенной к нему нагрузкой;
разработка методов, позволяющих еще на ранних стадиях проектирования, когда известны предварительные параметры системы, предсказать допустимую циклическую погрешность зубцовой частоты передачи, а поскольку последняя регламентируется степенью точности по критерию плавности (ГОСТ 1643-81), определить необходимую степень точности передачи;
разработка методов выбора бокового зазора, исключающих возникновение в передаче нелинейных колебаний с ею перекладкой.
Методика исследований. При проведении исследований использовались: меюды теории механизмов и машин; методы нелинейной динамики машин; ме-юды іеоріш линейных и нелинейных колебаний: операторный метод, методы исследования устойчивости системы, метод малого параметра, метод гармонической линеаризации, метод последовательных приближений: методы теории ав-
2 тематического управления; геометрическая теория эвольвент пых зубчатых передач. Помимо перечисленных аналитических методов в работе широко использовались методы компьютерного моделирования.
Научная повита. В работе зубчатая передача рассматривается, как нелинейный элемент, вносящий возмущение в динамическую систему, включающую в себя двигатель, соединительные валы, рабочий орган с приложенной к нему полезной нагрузкой. В ней показано, что
амплитуда возмущающего момента, вызванного погрешностями передачи, может превосходить постоянную составляющую момента сил сопротивления, определяемую условиями прочности передачи, в зацеплениях, выполненных даже в соответствии с 7м или б-2* степенью точности по критерию плавности работы. На определенных частотах вызванные им колебания могут резонансно усиливаться;
из-за существенной нелинейности упругой характеристики передачи, колебания в ней, сопровождающиеся нарушением контакта между сопрягающимися профилями зубьев, могут возникать и быть устойчивыми, даже если при рассмотрении линейной модели они не обнаруживаются. Получены условия их возникновения;
нелинейность системы может приводить к возникновению в ней устойчивых субгармонических колебаний, а также неустойчивых стохастических колебаний, получены условия их возникновения.
В работе выявлены условия возникновения в системе нелинейных режимов колебаний, возбуждаемых кинематической погрешностью передачи, при преодолении машинным агрегатом переменного момента сил сопротивления;
рассмотрено поведение системы при одновременном действии на нее кинематического и параметрического возмущений;
исследовано влияние на колебания в передаче свойств двигателя и цепей обрат
ных связей.
Практическая ценность. Предложены методы прогноза необходимой точности зубчатой передачи, при которой кинематические возмущения зубцовой и оборотных частот, а также параметрическое возмущение, не вызовут нелинейных колебаний, сопровождающихся размыканием зубьев, выбора бокового зазора, исключающего возникновения в передаче нелинейных колебаний с его перекладкой.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 1\ш симпозиуме по динамике виброударных систем, РАН, Москва-Звенигород,
-
г.; на научном семинаре кафедры механотроники ИТМО, Санкт-Петербург,
-
г; на научных семинарах кафедры теории механизмов и машин СПбГТУ, Санкт-Петербург, 1994-96 г. Работа выиграла грант для молодых ученых фонда фундаментальных исследований, 1994 г.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в трех печатных работах, одна работа принята к печати.
Структури її объем работы. Диссертация содержит введение, пять глав, выводы, список литературы из 68 наименований. Работа изложена на 151т сгра-ницах машинописного текста, включая 48 рисунков и 3 таблицы.