Вибрация вала с шестернями в переборных редукторах

К основным дефектам переборных редукторов, кроме дефектов подшипников, следует отнести:

- несоосность шестерен и валов, перекос шестерен,

- непараллельность валов, осевой сдвиг шестерен,

- смещение осей вращения в радиальном к осям направлении, в частности, из-за равномерного износа подшипников,

- износ зубьев шестерен,

- дефекты отдельных зубьев шестерен (сколы, трещины, отсутствие части зуба),

- дефекты муфт, соединяющих валы редуктора с двигателем и механизмом.

В прямозубых, косозубых и шевронных зубчатых зацеплениях влияние дефектов на вибрацию, в основном, аналогично, поэтому диагностические признаки одинаковых дефектов для разных видов шестерен выбираются идентичными. Практически такие же признаки дефектов используются в диагностике многозаходных (более двух заходов) червячных передачах.

Несоосность и перекос шестерен приводят к периодическому изменению нагрузки на зубья шестерен в зацеплении и на подшипники тех валов, на которые посажены эти шестерни. Как следствие модулируются амплитуды колебательных сил в зацеплении, основной частотой которых является зубцовая частота, и зубцовые составляющие вибрации. Кроме этого гармониками частоты вращения вала с дефектной шестерней модулируется нагрузка на подшипники, силы трения в них и высокочастотная вибрация, возбуждаемая силами трения в подшипниках.

Непараллельность валов и осевой сдвиг шестерен, а также смещение осей вращения в радиальном направлении приводят к смещению контактных пятен зубьев и в крутящем моменте, модулируя ток двигателя. Упругие муфты, особенно пластинчатые, даже при незначительных дефектах могут стать источником автоколебаний ротора срабочими колесами.

На каждый вал переборного редуктора насаживаются шестерни, и взаимодействие шестерен, входящих в зацепление, определяет основные колебательные силы в редукторе. Это силы кинематического происхождения, но они могут быть и периодическими, случайными, и ударными. Центробежные силы неуравновешенного вала с шестерней оказывают заметное влияние на вибрацию редуктора только в высокооборотных ступенях,

поэтому балансировка редукторов выполняется, как правило, лишь при изготовлении или капитальном ремонте.

Особенностью вибрации вала с шестерней является то, что при смене направления вращения или при переходе редуктора в режим торможения меняются и нагруженные поверхности зубьев в зацеплении шестерен. А это означает изменение формы, а, иногда и природы действующих колебательных сил.

Периодические колебательные силы в одной ступени редуктора (по одной шестерне на каждом из двух валов) имеют три ряда гармонических составляющих с частотами вращения каждого из валов и с зубцовыми частотами. Гармоники зубцовых колебательных сил одновременно являются гармониками высокой кратности сил, определяемых частотой вращения каждого из валов.

Увеличение числа ступеней редуктора на одну увеличивает количество рядов колебательных сил на два, определяемых частотой вращения нового (добавленного) вала и зубцовой гармоникой силы, определяемой новым зубчатым зацеплением.

Схема простейшего двухступенчатого переборного редуктора приведена на рис.2.6.

Рис. 2.6. Схема двухступенчатого переборного редуктора

В зубчатое зацепление входят по три зуба каждой шестерни. Частоты вращения валов редуктора пропорциональны числу зубцов шестерён входящих в зацепление между

ними валами:

где - частоты вращения ведущего (входного), промежуточного и ведомого(выходного) валов - количество зубьев на входной, промежуточных (основной и дополнительной) и выходной шестернях.

Самое сильное влияние колебательные силы в бездефектном зацеплении оказывают на вибрацию передачи с зубцовыми частотами, равными:

,

Вибрация высокооборотных переборных редукторов, в частности мультипликаторов, может иметь специфику из-за сильного влияния на нее крутильных резонансов вала с шестерней, которые передают не только постоянный крутильный момент, но и пульсирующие моменты с периодом вращения вала, действующие на каждый зуб в зацеплении. При близости частоты крутильных резонансов к одной из низших гармоник частоты вращения вала нагрузки на зубья шестерни перераспределяются, причем наиболее нагруженным оказывается, например, каждый третий зуб. В результате зубцовые гармоники вибрации могут быть слабее их субгармоник, а иногда в вибрации высокооборотной ступени редуктора могут присутствовать только субгармонические составляющие зубцовой частоты.

Пример расчёта основных частот вибрации переборного редуктора:

Параметры одноступенчатого переборного редуктора: ;

Скорость вращения ведущего вала: n= 331 об/мин.

1) Расчёт частоты вращения ведущего вала:

2) Расчёт частоты вращения ведомого вала:

3) Расчёт частоты зацепления зубцов шестерён: