Шум редуктора мостового крана: аналіз ексцентриситету шестерні та рішення

Шум редуктора мостового крана може виникати під час підйому та обробки матеріалів у цехах, впливаючи на нормальну роботу крана. У цій статті аналізується аномальний шум з точки зору похибки ексцентриситету зубчастої пари. На основі результатів розрахунку структурного шуму, отриманих за допомогою моделювання, також пропонуються відповідні рішення як орієнтир для покращення. мостовий кран операційна продуктивність.

1. Аналіз збудження шестерні за умови похибки ексцентриситету

Мостовий кран, проаналізований у цій статті, являє собою модель LD10 т-28,5 м, оснащену трифазним асинхронним двигуном потужністю 13 кВт. Редуктор використовує чотириступінчасту косозубу зубчасту передачу з паралельними валами. При врахуванні похибки ексцентриситету аналіз спочатку починається з однієї пари зубчастих коліс та довжини її лінії зачеплення.

1.1 Модель пари шестерень

Коли враховується ексцентриситет шестерні, за відправну точку використовується ексцентриситет ведучої та веденої шестерень. Виходячи з відомої кількості зубців шестерні та швидкості ведучої шестерні, можна отримати криву часово-частотної характеристики швидкості веденої шестерні та порівняти її з результатом за припущення відсутності ексцентриситету. Модель ексцентричної пари шестерень показана на рисунку 1.

О1 і О2 – геометричні центри зубчастої пари за припущення відсутності ексцентриситету. Після врахування ексцентриситетів Е1 і Е2 відбуваються, геометричні центри шестерень стають О11 і О22Видно, що незалежно від значення ексцентриситету, лінія сітки, утворена з'єднанням точок дотику T1(xT1, yT1) і T2(xT2, yT2) завжди має динамічну точку перетину M(xM, yM) з лінією, що з'єднує геометричні центри шестерень.

Враховуючи зміщення, лінія зачеплення зубчастої пари має характеристики, що змінюються в часі. Її рівняння можна виразити так:

Коли початок координат розміщено в точці О11, динамічна поперечна координата точки М можна виразити як:

Миттєве передавальний коефіцієнт зубчастої пари становить:

У фактичному розрахунку динамічна точка перетину М має певний зв'язок з лінією зачеплення, кутом між напрямком руху та миттєвою швидкістю лінії зачеплення шестерні. Після визначення діапазону ексцентриситету та вхідної кутової швидкості, формули (1) - (3) можна використовувати для отримання кутової швидкості веденої шестерні та подальшого розрахунку динамічного збудження зубчастої пари під дією похибки ексцентриситету.

У реальному виробництві, ексцентричності Е1 і Е2 можна приблизно прийняти однаковим. При ексцентриситеті косозубої зубчастої пари 20 мкм під відомим класом точності, розрахована крива час-частотної характеристики веденої шестерні показана на рисунку 2.

Якщо не враховувати похибку ексцентриситету, кутова швидкість веденої шестерні представлена рожевою прямою лінією на рисунку 2a. Коли існує похибка ексцентриситету, кутова швидкість веденої шестерні демонструє очевидні та регулярні коливання, зосереджені в діапазоні 40,5-41,5 рад/с. Результат у частотній області після перетворення Фур'є відображає частоту обертання вхідного вала 25 Гц та частоту обертання вихідної веденої шестерні 6,5 Гц. Це вказує на те, що коливання ексцентриситету вхідної зубчастої пари може продовжувати передаватися через зубчасту систему та випромінюватися назовні коробки передач.

2 Чисельний розрахунок збудження шестерні в редукторі мостового крана від шуму

2.1 Диференціальне рівняння вібрації

Диференціальне рівняння вібрацій зубчастої передачі в редукторі мостового крана є важливою основою для вивчення її динамічних характеристик. Зменшуючи порядок та розраховуючи силу динамічного зачеплення передачі, можна чисельно моделювати такі характеристики вібрації, як інтенсивність вібрації та структурний шум. Необхідне диференціальне рівняння другого порядку має вигляд:

Рівняння часу динамічної координати М замінюється на θ, а для розв'язання задачі динамічної сили зачеплення високошвидкісної зубчастої пари використовується принцип зниження порядку Рунге-Кутти. На рисунку 3 показано результати розрахунку сили зачеплення для вхідного каскаду та кінцевого вихідного каскаду.

2.2 Результати аналізу вібрації

На рисунку 4 показано конструкцію редуктора. Для розрахунку вибрано положення посадкових місць підшипників на вхідному та вихідному кінцях, а також отримано криві коливальних характеристик у частотній області за умови похибки ексцентриситету 20 мкм.

Як показано на рисунку 5, після врахування похибки ексцентриситету, частота обертання вхідного вала 25 Гц впливає на інші пари шестерень на різних етапах, особливо на кривій переміщення. Розрахунок шуму на основі результатів вібрації може показати вплив похибки ексцентриситету на аномальний шум редуктора.

3 Прогноз випромінюваного шуму для мосту з віссю візка

3.1 Акустична модель

Згідно з цитованими посиланнями, акустика належить до галузі дослідження рідин. Отже, рівняння акустичної хвилі можна вивчати з рівняння нерозривності рідини. З точки зору стану середовища, його можна виразити як:

У формулі, ρ, в, стр., і с – густина, швидкість, звуковий тиск та ентропія повітря, тоді як f і q є зовнішніми джерелами збудження повітряного середовища.

На основі вібраційної реакції редуктора мостового крана результат розрахунку прискорення обробляється за допомогою перетворення Фур'є та обробки в одну третину октави. Результат розрахунку структурного шуму посадкового місця підшипника високошвидкісного ступеня редуктора показано на рисунку 6.

Якщо врахувати похибку ексцентриситету, структурний шум редуктора помітніше зростає в діапазоні низьких частот 0-100 Гц. Згідно з акустичною теорією, різниця в 6 дБ являє собою одноразову різницю в рівні енергії. На рисунку 6 різниця шуму в деяких діапазонах частот сягає приблизно трьох разів, що показує, що похибка ексцентриситету має значний вплив на низькочастотну вібрацію редуктора. Чіткі піки також з'являються на частотах 500 Гц та 1000 Гц, що спричинено частотою зачеплення зубчастих коліс вхідного каскаду.

3.2 Заходи щодо зменшення аномального шуму

Ексцентриситет 20 мкм, який використовується в розрахунку, вибрано відповідно до класу точності зубчастої передачі. У реальній експлуатації може існувати більша похибка ексцентриситету, яка може суттєво впливати на зниження вібрації та шуму редуктора. На основі аналізу та висновків цієї статті, аномальний шум можна зменшити з таких міркувань:

1. Покращення вибору класу точності передачі зубчастих передач. Багато мостових кранів використовують гвинтові шестерні 8 класу. Звичайні кранові редуктори не враховують подальшу точну обробку, тому похибка ексцентриситету може призвести до вищого випромінюваного шуму. Якщо на етапі остаточної обробки враховується гартування та шліфування шестерень, притирання поверхні зубців або подібна обробка, можна досягти 7 або 6 класу точності. Це може бути кращим варіантом для цехів із суворішими вимогами до контролю шуму.

2. Оптимізація системи зубчастої передачі. З точки зору системи передачі, слід враховувати такі обмеження, як міцність на втому в замкнутому контакті зубчастої передачі, передавальне відношення та коефіцієнт ширини торця. Генетичний алгоритм може бути використаний для незначного коригування модуля зубчастої передачі, ширини зуба та кількості зубів ведучої шестерні без суттєвої зміни цих обмежень, щоб частота передачі шуму редуктора була подалі від діапазону, чутливого до людського слуху. Конкретний метод потребує відповідних програм та випробувань для перевірки оптимальних параметрів шестерні.

3. Оптимізація конструкції корпусу редуктора. Основною метою оптимізації корпусу є покращення його власної частоти. Перші десять власних частот багатоступеневої системи передачі з паралельними валами, як правило, низькі, зазвичай у діапазоні 50-500 Гц, і можуть легко перетинатися з частотою обертання ведучої шестерні та її гармоніками, спричиняючи резонанс. Завдяки конструкції редуктора матеріал можна видаляти з певних положень. Це не тільки економить витрати на матеріали, але й може збільшити власну частоту редуктора та ефективно зменшити аномальний шум, спричинений похибкою ексцентриситету.

4 Висновок

У цій статті об'єктом дослідження є мостовий кран та його редуктор, а також аналіз впливу похибки ексцентриситету зубчастої пари на аномальний шум редуктора. Висновки такі:

1. Якщо врахувати похибку ексцентриситету, кутова швидкість веденої шестерні демонструє регулярні коливання. Діапазон коливань зосереджений у межах 40,5-41,5 рад/с. Це відображає частоту обертання вхідного вала 25 Гц та частоту обертання вихідної веденої шестерні 6,5 Гц і продовжує впливати на передачу наступної зубчастої пари.

2. За умови ексцентриситетної похибки структурний шум редуктора помітніше зростає в діапазоні низьких частот 0-100 Гц. Максимальна різниця досягає 15 дБ, а рівень шуму збільшується в 2,5 рази, що помітно посилює аномальний шум коробки передач.

3. Запропоновано кілька рішень, включаючи покращення ступеня точності передачі, оптимізацію параметрів зубчастих передач та збільшення власної частоти конструкції.

Сінді

WhatsApp: +86 191 3738 6654

Електронна пошта: cindywang@hndfcrane.com

Мене звати Сінді, я маю 10-річний досвід роботи в крановій промисловості та накопичив багаті професійні знання. Я вибрав задовільні крани для 500+ клієнтів. Якщо у вас є якісь потреби або запитання щодо кранів, будь ласка, не соромтеся зв’язатися зі мною, я використаю свої знання та практичний досвід, щоб допомогти вам вирішити проблему!