Accionamientos por engranajes. Tecnología de diseño de engranajes con ruido reducido Ruido de engranajes

¿Por qué suenan las ruedas dentadas? La respuesta obvia es "porque las curvas". Obvio, pero no suficiente. Una rueda dentada es una pieza bastante compleja y su geometría se describe mediante muchos parámetros, y todos ellos afectan el ruido de la transmisión de diferentes maneras. Según las circunstancias, en cada caso concreto, algunos errores pueden afectar más al ruido, otros menos.

El concepto básico en esta pregunta es: error de transmisión cinemática o una rueda dentada. De acuerdo con GOST 1643-81 (Apéndice 1, cláusula 1).

Error de transmisión cinemática F i: la diferencia entre el ángulo de rotación real y nominal (calculado) de la rueda dentada accionada.

Suponga que el engranaje consta de un engranaje z 1 \u003d 20 y una rueda z 2 \u003d 40, es decir, relación de transmisión u \u003d 2. Si los engranajes están hechos con perfecta precisión, entonces cuando el engranaje se gira en un paso angular 360 ° / 20 \u003d 18 °, la rueda girará en un ángulo de 18 ° / 2 \u003d 9 °. Si se gira el engranaje dos pasos angulares de 36 °, la rueda girará 18 °, y así sucesivamente. Estos son los ángulos de rotación nominales (calculados) y para los engranajes ideales están relacionados por la relación de engranajes. En cualquier ángulo de rotación del engranaje, la rueda girará en un ángulo 2 veces menor.

ángulo de rueda \u003d ángulo de marcha / u

Pero en realidad, nada es perfecto. Todos los detalles tienen algunos errores. Por lo tanto, de hecho, la rueda motriz girará en un ángulo diferente del nominal (calculado) y el error se puede expresar de la siguiente manera:

F yo \u003d ángulo de rotación de la rueda - ángulo de rotación del engranaje / u

Aquellos. en realidad, la relación de transmisión no es constante, lo que significa que la velocidad de rotación de la rueda impulsada fluctuará. Y en el espectro de estas vibraciones, puede haber frecuencias con una amplitud suficientemente alta. Estas vibraciones pueden causar ruido.

Fabricación de engranajes de extrema precisión. Turetsky I.Yu., Lyubimkov L.N., Chernov B.V.

¿Por qué ocurre el error cinemático?

Las razones pueden ser muy diferentes:

• geometría de compromiso: interferencia o superposición subóptima. Estos errores pueden ocurrir tanto en la etapa de diseño del engranaje como durante la fabricación (por ejemplo, usando la herramienta incorrecta).
• Errores en la fabricación de ruedas que distorsionan el perfil del diente (involuta) y la uniformidad de los dientes (errores de paso)
• errores de montaje y piezas relacionadas (carcasa, ejes, cojinetes)
• deformaciones térmicas y deformaciones del diente bajo carga que distorsionan el perfil del diente

eje vertical: error cinemático, teniendo en cuenta la rigidez del diente a diferentes cargas.

eje horizontal: el ángulo de rotación de la rueda

El nivel de ruido medido por métodos acústicos dependerá de toda la estructura en su conjunto, no solo de las ruedas dentadas, sino también de los cojinetes, la carcasa, el montaje de la carcasa de la caja de cambios, la naturaleza de la carga, etc.

La esencia física del fenómeno se puede expresar esquemáticamente de la siguiente manera:

errores geométricos de ruedas

error de transmisión cinemática

masa, momento de inercia, rigidez y amortiguación

Vibraciones en compromiso

Fuerzas que actúan sobre los cojinetes

Masa, rigidez y amortiguación de partes del cuerpo.

Vibración corporal

Fijación de la caja de engranajes

Oscilación de toda la máquina

Actualmente no existe un método de cálculo único generalmente aceptado que tenga en cuenta el efecto de todos los errores en el ruido. Los cálculos se basan en dependencias empíricas o en algunos modelos con supuestos.

¿Por qué el engranaje recto hace ruido y el engranaje helicoidal no hace ruido?

El principio se encuentra a menudo: "Si el engranaje hace ruido, debe reemplazarse por un engranaje helicoidal"... Esto se debe principalmente al hecho de que ángulo de superposición en engranajes helicoidales, más que en engranajes rectos.

Ángulo de superposición - el ángulo de rotación de la rueda dentada desde la posición de los dientes que entran en el enganche hasta que sale del enganche.

La superposición se estima mediante la relación de superposición, la relación entre el ángulo de superposición y el paso de la rueda.

• Si la relación de superposición \u003d 1, entonces cada diente se desacopla exactamente en el momento en que encaja el siguiente diente.
• Si la relación de superposición< 1, то между выходом из зацепления одного зуба и входом в зацепления следующего зуба контакт между колёсам разрывается.
• Si la relación de superposición es\u003e 1, en cada momento hay dos o más dientes engranados. Cuantos más dientes estén enganchados simultáneamente, menor será la tensión en el engrane y menor deformación de los dientes, y el efecto de los errores de perfil se suavizará y promediará.

Reemplazar los engranajes rectos con engranajes helicoidales no es una panacea. En la vida real, es necesario evaluar diferentes opciones. En conjunto, reducir el ruido mejorando la precisión de los engranajes rectos o alguna otra medida puede ser más efectivo que simplemente reemplazarlos por engranajes helicoidales.

¿Cómo medir el error cinemático?

Como se describió al principio, medir el error cinemático es un negocio bastante caro. Esto requiere la capacidad de instalar sensores de ángulo con la precisión adecuada en el engranaje y la rueda. O necesita un dispositivo especial y un equipo de referencia. Estos métodos son buenos para la producción en masa o en grandes volúmenes. Al mismo tiempo, la medición del error cinemático en sí proporciona poca información sobre su origen. El error cinemático es un indicador complejo y está formado por diferentes errores que surgen de diferentes operaciones.

Con series pequeñas y producción única, a menudo es aconsejable realizar el control de acuerdo con varios parámetros individuales, que juntos permiten evaluar la precisión cinemática:

• Desviación radial F r
• Oscilación de la longitud de la normal común F vw
• error de paso fpt y error de paso acumulado F p
• error de perfil f f

Este artículo describe una tecnología de simulación que tiene como objetivo eliminar el ruido generado por los engranajes del tren de potencia. Se trata de un ruido de alta frecuencia bastante desagradable que resulta de desviaciones de rotación (errores de transmisión) debido a la forma del diente y defectos de fabricación. Para reducir el error de transmisión, es necesario determinar el perfil de diente adecuado, teniendo en cuenta la influencia de varios factores.

Esta tecnología de simulación de caja de cambios se ha utilizado en el diseño de productos desde 2012. El ejemplo muestra cómo reducir el error de transmisión y el ruido de los engranajes optimizando el perfil de los dientes utilizando la tecnología de simulación presentada.

1. Introducción

Como fabricante de componentes dentro del grupo de empresas Yanmar, Kanzaki Kokyukoki Mfg. Co., Ltd. diseña, fabrica y comercializa equipos hidráulicos y diversas transmisiones. La empresa tiene una amplia experiencia y tecnologías propias en una amplia variedad de áreas de diseño y fabricación, especialmente engranajes, que son los componentes principales de los sistemas cinemáticos. Además, en los últimos años, la tendencia hacia la mejora de la velocidad y el confort de los vehículos ha hecho imperativo reducir el ruido de las marchas, algo muy difícil de conseguir con la tecnología tradicional. Este artículo describe una tecnología de simulación para la reducción del ruido de los engranajes que está desarrollando Kanzaki Kokyukoki Mfg.

2. Tipos de ruido de engranajes

El ruido de los engranajes en las transmisiones generalmente se divide en 2 tipos: chirridos y crujidos (ver tabla 1). El silbido es un ruido sutil de alta frecuencia causado principalmente por pequeñas inexactitudes en el perfil y la rigidez de los dientes de los engranajes. El crujido es el sonido del contacto entre los flancos de los dientes de los engranajes, cuyas principales fuentes son las fluctuaciones en la carga que actúa sobre los engranajes y los espacios entre los flancos de los dientes (holguras laterales). Kanzaki Kokyukoki Mfg. El chirrido suele ser el problema principal, por lo que la empresa se centra en determinar el perfil correcto del diente durante el diseño, la construcción y el control de calidad de los engranajes producidos.

3. El mecanismo de los chillidos

El chirrido es causado por la vibración generada por pequeñas desviaciones de rotación debido a errores en el perfil de los dientes o defectos de fabricación, transmitidos a través de los cojinetes del eje del engranaje a la carcasa, lo que produce vibración de la superficie de la carcasa (ver Figura 1).

Estas desviaciones de rotación ocurren debido a errores en el ángulo de rotación de los dientes cuando engranan, lo que se denomina error de transmisión.

Las causas del error de transmisión, a su vez, se pueden dividir en factores geométricos y factores de rigidez dentaria. Si existen factores geométricos (ver Fig. 2), se produce una desviación del acoplamiento evolvente ideal debido a un error de instalación o al desplazamiento del eje, lo que provoca un retraso o adelanto en el ángulo de rotación del engranaje impulsado. Además, se producen desviaciones en el ángulo de rotación debido a la irregularidad de los flancos de los dientes.

En presencia de factores relacionados con la rigidez de los dientes (ver Fig.3), la rigidez del enganche cambia dependiendo de cuántos dientes estén en contacto en un momento dado, lo que resulta en desviaciones en el ángulo de rotación del engranaje impulsado.

En otras palabras, los factores geométricos y los factores de rigidez de los dientes trabajan juntos para influir en el error de transmisión y, por lo tanto, crean una fuerza excitante. Por lo tanto, al diseñar un engranaje con un nivel de ruido bajo, se deben considerar estos factores para seleccionar un perfil de diente adecuado.

4. Cómo reducir el error de transmisión

Como se señaló anteriormente, se deben considerar varios factores para reducir el error de transmisión en los engranajes.
En la Fig. 4 muestra la relación entre par y error de transmisión para un engranaje helicoidal con un perfil evolvente ideal (sin modificar) y otro engranaje con un perfil de diente especialmente modificado. Aquí, para cambiar el perfil de los dientes, se introduce especialmente una desviación del perfil evolvente ideal, como se muestra en la Fig. 4 (derecha). Una marcha sin cambios con un error de perfil más bajo tiene un rendimiento óptimo contra las fluctuaciones en el error de transmisión con un par de carga bajo, mientras que una marcha modificada funciona mejor cuando el par de carga está por encima de un cierto valor. Esto muestra cómo puede minimizar la variación en el error de transmisión cambiando el perfil de los dientes para que coincida con la carga en el engranaje.

Para predecir el impacto de varios fenómenos en el engranaje en el sistema cinemático y tenerlo en cuenta en la etapa de diseño, Kanzaki Kokyukoki Mfg. ha desarrollado una tecnología de modelado que ha estado utilizando en el diseño de productos desde 2012 (ver Fig. 5). Al utilizar datos sobre el perfil de los dientes para diferentes tipos de engranajes como datos de entrada, la tecnología permite estimar parámetros como la capacidad de carga y el error de transmisión en condiciones reales de funcionamiento mediante el análisis de la deformación del eje del engranaje y los cojinetes.

5. Un ejemplo de la aplicación de tecnología en el diseño de productos

El siguiente ejemplo muestra la reducción del error de transmisión en la transmisión de un vehículo utilitario. En este caso, el objetivo es reducir el error de transmisión analizando un posible cambio en el perfil tridimensional de los dientes del engranaje cónico en la etapa inicial de diseño, teniendo en cuenta las desviaciones del perfil del diente como resultado de la deformación del eje, cojinetes y otros componentes, como se muestra en la Fig. 6.

Para confirmar el rendimiento mejorado del perfil de diente mejorado, se midieron los perfiles de diente, el error de transmisión y el ruido de engranaje del engranaje en producción y la versión mejorada.
Los resultados del error de transmisión se muestran en la Fig. 7. Las medidas se muestran a la izquierda y los resultados del análisis de estas medidas con seguimiento del orden de acoplamiento se muestran a la derecha. Los resultados de la comparación del orden de engrane muestran que el engranaje mejorado tiene menos desviación en el error de transmisión.
Las mediciones de ruido de malla que se muestran en la Fig. 8 muestran una reducción de ruido significativa en el engranaje mejorado a frecuencias de engranaje de segundo y tercer orden.

6. Conclusión

Este artículo describe la tecnología de simulación desarrollada por Kanzaki Kokyukoki Mfg, un grupo de empresas. para reducir el ruido del engranaje. Esta tecnología se utiliza en nuevos diseños para ayudar a predecir el rendimiento durante la fase de diseño. En el futuro, se espera que esta tecnología de simulación continúe impulsando mejores soluciones para los clientes al reducir el tamaño y aumentar la producción de energía y la confiabilidad del producto.

Los engranajes son a menudo la principal fuente de vibración y ruido en una variedad de aplicaciones. Con el aumento de la velocidad de los engranajes, el problema de reducir la vibración y el ruido se vuelve cada vez más importante. El nivel de ruido es uno de los indicadores de rendimiento más importantes de engranajes y cajas de cambios.

El nivel de ruido de los engranajes está determinado por la precisión de los parámetros de engranajes, inercia y rigidez del sistema. Los errores de mallado son los agentes causantes de las vibraciones forzadas, y los parámetros de inercia y rigidez determinan las vibraciones naturales del sistema.

Por lo general, las dimensiones reales de los pasos principales de las ruedas motrices y motrices son diferentes. Esto hace que los dientes de acoplamiento golpeen cuando se enganchan. El resultado es un proceso oscilatorio. La fuerza de impacto es directamente proporcional al error de engrane causado por la diferencia entre los pasos principales de las ruedas motrices y motrices y su velocidad periférica. A medida que aumenta la velocidad de rotación del eje, la intensidad del ruido aumenta en consecuencia.

El nivel de ruido óptimo corresponde no a cero, sino a algún valor positivo de la diferencia entre los pasos principales, determinado por el valor de la deformación elástica de los dientes. Otra razón para las vibraciones y el ruido de los engranajes es un cambio instantáneo en la rigidez del engranaje durante la transición de un acoplamiento de dos pares a un par único, así como un cambio instantáneo en la dirección de la fuerza de fricción que actúa entre los perfiles de trabajo de los dientes en la banda de acoplamiento.

Figura: 38. Varias formas de parche de contacto de pares de engranajes

Los errores en el perfil de los dientes que surgen en el proceso de corte, así como el tallado del perfil de los dientes como consecuencia de la discontinuidad del proceso de corte, provocan impulsos de choque.

La sujeción incorrecta de la herramienta y la pieza de trabajo durante el corte también es la causa de errores cíclicos en los engranajes y, por lo tanto, de ruidos y vibraciones intensos. Por ejemplo, la no perpendicularidad de los extremos con respecto al eje de la pieza de trabajo cuando se fija en la mesa de una máquina cortadora de engranajes provoca una desviación del eje geométrico de la pieza de trabajo que se corta con respecto al eje de rotación de la mesa, lo que resulta en un error en la dirección de los dientes. Este error conduce a un parche de contacto insatisfactorio (área de contacto) entre los dientes de contacto, lo que contribuye a un aumento del ruido y la vibración.

En la Fig. 38 muestra las diferentes formas de los puntos de contacto de los pares de engranajes. Con la forma del punto de contacto que se muestra en la Fig. 38, a, la transmisión de engranajes emite un susurro o un leve zumbido de tono bajo; tales dientes pueden considerarse buenos.

Con la forma de punto que se muestra en la Fig. 38, b, se oye un susurro sin carga y un aullido bajo carga; estos dientes son inutilizables. También representan desechos y dientes con las formas de los puntos de contacto que se muestran en la Fig. 38, adentro y d. Sin carga, emiten un pequeño golpe, y bajo carga - un aullido y golpe frecuente intermitente, en el otro - un golpe frecuente intermitente sin carga y aullido bajo carga.

El aumento de ruido se debe a errores en la perforación de los orificios de la base en la carcasa del engranaje. Cuando los engranajes se fabrican con cuidado, la inclinación de los ejes en los que están montados puede dar lugar a resultados similares a los obtenidos con errores en los propios engranajes.

La reducción de la vibración y el ruido de los engranajes se puede lograr de las siguientes maneras.

Figura: 39 ... Forma de diente:

a - ordinario; b - en forma de barril

La primera forma es cambiar la forma de los dientes (fig. 39). Si se les da una forma de barril, como resultado de un mejor contacto entre los dientes y una disminución en la influencia de la inclinación de los dientes, el ruido de los engranajes que interactúan disminuirá en 3-4 dB.

Otra forma de reducir la vibración y el ruido es flanquear los perfiles de los dientes para compensar los errores en la fabricación e instalación de los engranajes, así como para reducir el efecto de deformación de los dientes durante su funcionamiento bajo carga.

Las características de vibración y ruido de los engranajes se mejoran como resultado de la introducción de la operación de afeitar los dientes, lo que aumenta la suavidad del acoplamiento. Se puede lograr cierta reducción de la vibración y el ruido utilizando una operación de acabado: rechinar los dientes con un lapeado especial.

Uno de los factores que determina la capacidad de amortiguación de vibraciones de un sistema de transmisión por engranajes es el material de la rueda. Reemplazando al menos una rueda del par de engranajes por una de plástico, puede lograr un efecto significativo en la reducción del nivel de ruido. Los estudios han establecido que el ruido de los engranajes de plástico en todos los modos de velocidad y cargas es menor que el ruido de las ruedas de acero, y la reducción de ruido más efectiva se logra en engranajes de alta velocidad, en modos de resonancia y cargas aumentadas.

El ruido de los engranajes es causado por las vibraciones de las ruedas y sus estructuras asociadas. Las razones de estas oscilaciones son la colisión mutua de los dientes al entrar en el enganche, la deformación variable de los dientes provocada por la inconstancia de las fuerzas que se les aplican, los errores cinemáticos de las ruedas dentadas y las fuerzas de fricción variables.

El espectro de ruido ocupa una amplia banda de frecuencia; es especialmente significativo en el rango de 2000-5000 Hz. En el contexto del espectro continuo, hay componentes discretos, los principales de los cuales son las frecuencias causadas por la colisión mutua de los dientes, la acción de errores en el mallado y sus armónicos. Los componentes de vibración y ruido por deformación de los dientes bajo carga tienen un carácter discreto con una frecuencia fundamental igual a la frecuencia de reconexión de los dientes. La frecuencia del error de marcha acumulado es un múltiplo de la velocidad de rotación. Sin embargo, hay casos en los que el error de paso circunferencial acumulado no coincide con la velocidad de rotación; en este caso, habrá una frecuencia discreta más igual a la frecuencia de este error.

Las oscilaciones también se excitan con frecuencias determinadas por los errores del par de engranajes (desalineación axial, desviación de la distancia de centro a centro, etc.). El engranaje es un sistema con parámetros distribuidos y tiene una gran cantidad de frecuencias de vibración natural. Esto lleva al hecho de que en casi todos los modos de funcionamiento del engranaje se produce la aparición de oscilaciones a frecuencias resonantes. La reducción del nivel de ruido se puede lograr reduciendo la magnitud de las fuerzas alternas que actúan, aumentando la impedancia mecánica en los lugares donde se aplican las fuerzas alternas, reduciendo el coeficiente de transmisión de las vibraciones sonoras desde los lugares de origen a los lugares de radiación, disminuyendo las velocidades de oscilación mejorando el diseño del cuerpo oscilante, reduciendo la superficie de radiación al aumentar la fricción interna del material ruedas Para la fabricación de engranajes se utilizan principalmente aceros al carbono y aleados. En aquellos casos en los que es necesario asegurar un funcionamiento menos ruidoso de la transmisión, se utilizan materiales no metálicos para los engranajes. Anteriormente, para este propósito, se fabricaban engranajes de madera y cuero; actualmente están hechos de textolita, plásticos de madera, plásticos de poliamida (incluido nailon).

Las ruedas dentadas hechas de plástico tienen una serie de ventajas sobre las metálicas: resistencia al desgaste, funcionamiento silencioso, la capacidad de restaurar la forma después de la deformación (a bajas cargas), una tecnología de fabricación más simple, etc. su aplicación, resistencia relativamente baja de los dientes, baja conductividad térmica, alto coeficiente de expansión térmica lineal. Los más utilizados para la fabricación de engranajes son los plásticos termoendurecibles a base de resina de fenol-formaldehído. Los productos duraderos de ellos se obtienen mediante la introducción de un relleno orgánico en el material. Como relleno, la tela de algodón se usa en una cantidad del 40-50% a la masa de plástico o madera terminados en una cantidad del 75-80%, así como fibra de vidrio, asbesto y fibras.

Los plásticos laminados están hechos de dos tipos de textolita y plástico laminado de madera (aglomerado). Los productos de estos plásticos se obtienen en la mayoría de los casos mediante procesamiento mecánico. De las resinas termoplásticas, las resinas de poliamida se utilizan ampliamente. Combinan buenas propiedades de fundición, resistencia mecánica suficientemente alta y bajo coeficiente de fricción. Los engranajes están fabricados íntegramente en poliamidas o en combinación con metal. El uso de poliamidas para llantas con bujes metálicos permite reducir el efecto nocivo del alto coeficiente de expansión térmica lineal de las resinas de poliamida sobre la precisión de la transmisión por engranajes. Los engranajes fabricados con materiales de poliamida no pueden funcionar durante mucho tiempo a temperaturas superiores a 100 ° C e inferiores a 0 ° C, ya que pierden su resistencia mecánica. Para aumentar la resistencia mecánica, los engranajes de plástico se refuerzan mediante la introducción de piezas especiales de metal, fibra de vidrio u otro material con una resistencia superior a la del plástico. Una pieza de refuerzo está hecha de una hoja de 0,1-0,5 mm, que reproduce la forma de una rueda dentada, pero mucho más pequeña en dimensiones exteriores. La pieza está provista de orificios y ranuras para el paso del plástico y se instala en el molde de manera que quede completamente cubierta de plástico. Una o más de estas piezas se introducen en función del grosor de la rueda. De manera similar, es posible reforzar no solo engranajes rectos, sino también ruedas globoidales, así como gusanos y levas.

Las pruebas comparativas de engranajes con ruedas de plástico y ruedas de acero realizadas por TsNIITMASH confirmaron la eficacia del uso de plásticos para reducir el ruido. Por lo tanto, el nivel de presión sonora de los pares de acero-nailon disminuyó en 18 dB en comparación con el nivel de presión sonora de los pares de engranajes de acero. El aumento de carga de los engranajes de plástico provoca un menor aumento de ruido que los engranajes de acero. Una evaluación comparativa del ruido de los pares de engranajes de acero - nailon y nailon - caprón en todos los modos de funcionamiento muestra que para reducir el ruido de los engranajes es prácticamente suficiente reemplazar un engranaje por uno de plástico.

La eficiencia de la reducción de ruido debido al uso de ruedas de plástico a altas frecuencias es mayor que a bajas frecuencias. El material que encuentra cada vez más nuevas áreas de aplicación en la tecnología moderna es el caucho. La resistencia, confiabilidad y durabilidad de las piezas de goma están determinadas por la elección correcta del diseño, las dimensiones óptimas, el grado de goma y la tecnología racional para la fabricación de piezas. La práctica ha demostrado la efectividad del uso de engranajes elásticos, así como ruedas con aislamiento de vibración interno. Las bisagras de goma flexibles se utilizan como elementos de dichos productos. La elasticidad del engranaje se consigue reforzando las inserciones de goma entre el buje y la llanta. Esto ayuda a suavizar y reducir las cargas de impacto en el diente de la rueda.

La tecnología de fabricación de engranajes, el principio de engranaje, el tipo de herramienta de corte, las tolerancias de mecanizado, la precisión de la máquina no solo determinan la calidad en función de las desviaciones en los elementos de engranaje individuales, sino que también predeterminan la interacción cinemática de los elementos de engranaje. Los errores acumulados en el paso circunferencial de los engranajes y la combinación de estos errores, por regla general, provocan oscilaciones de baja frecuencia.

Los errores locales acumulados y únicos en el perfil del diente, cuya ubicación a lo largo de la rotación de la rueda es aleatoria, también conducen a excitaciones de baja frecuencia de los sistemas. Los defectos en el funcionamiento del engranaje helicoidal de la cortadora de engranajes (inexactitud del paso de la rueda helicoidal, golpe del gusano) provocan la formación de elevaciones o áreas de transición (ondas) en la superficie de los dientes. La distancia circunferencial entre las líneas de irregularidades corresponde al paso de los dientes de la rueda de indexación de la máquina, en relación con la cual depende la frecuencia de oscilaciones de este tipo: el número de dientes de la rueda de indexación de la cortadora de engranajes. El ruido intenso a altas frecuencias es causado por desviaciones de la involuta, tamaño, forma y paso de los dientes. En estos casos, la dirección de acción de las fuerzas aplicadas a los dientes; puede diferir de la dirección de la acción teórica de las fuerzas en perfecto acoplamiento. Esto conduce a otros modos de vibración. torsional, transversal con frecuencias diferentes a las consideradas.

Además de los errores de acumulación considerados, que son de naturaleza cíclica, existen los denominados errores de ejecución. Una de las formas de reducir la vibración y el ruido de los engranajes es mejorar la precisión de su fabricación.

Como resultado de la aplicación de estas operaciones, la magnitud de los errores que actúan cíclicamente se reduce y, por lo tanto, la generación de ruido se reduce significativamente (en 5-10 dB). No se recomienda el rechinamiento prolongado de los dientes, ya que conduce a una distorsión inaceptable de su perfil. La eliminación y reducción de errores cíclicos en los elementos de engranaje de las ruedas dentadas se consigue aumentando la precisión de fabricación del perfil de los dientes y la precisión del paso principal. El error de paso principal debe ser menor que la deformación de la carga o la deformación térmica y, por lo tanto, no dará como resultado una carga dinámica adicional notable. En algunos casos, también es posible reducir el efecto dañino de los errores cíclicos ajustando los puntos de contacto durante la prueba y aumentando el suministro de aceite. El nivel de ruido disminuirá si los dientes de la rueda se hacen lo más elásticos posible debido a una alta corrección o si se modifican a lo largo de la altura del perfil. Un factor esencial para mejorar la calidad de los engranajes es un aumento en la cadena de rodaje precisa y cinemática y la cadena de suministro de las fresadoras de engranajes, así como garantizar una temperatura constante durante el procesamiento de los engranajes.

La magnitud del error cíclico en la rueda de corte disminuye rápidamente con un aumento en el número de dientes de la rueda dentada de la máquina. Por tanto, se utilizan máquinas con una gran cantidad de dientes de engranaje. Cuando el mecanismo de engranajes funciona a bajas velocidades sin aberturas ni golpes, el espectro de frecuencia del ruido corresponde al espectro del error cinemático del tren de engranajes. Las amplitudes de los componentes del espectro están determinadas en este caso por los valores de los errores permitidos y las condiciones para la emisión de ondas sonoras al medio ambiente. Durante el funcionamiento del engranaje con apertura, que se produce a altas velocidades y cargas variables, surgen pulsos de corta duración con amplio espectro de frecuencia, que contribuyen a un aumento del nivel de ruido en algunos casos en 10-15 dB. La magnitud de estos pulsos y los intervalos entre ellos pueden ser variables. A una velocidad de rotación constante, duplicar el par transmitido conduce a duplicar las deformaciones lineales y la amplitud de vibración. La potencia acústica radiada es proporcional al cuadrado de la carga. Por tanto, el ruido y la vibración dependen de la carga de la misma forma que de la velocidad. La reducción del ruido de transmisión se puede lograr reduciendo la velocidad de los engranajes. Los defectos de instalación y funcionamiento también tienen un efecto significativo en el aumento del nivel de ruido de los engranajes. Los defectos de montaje incluyen mayor holgura de los cojinetes, desalineación del eje, falta de mantenimiento de las distancias de centro a centro de los engranajes emparejados, centrado inexacto de los mismos, descentramiento de los acoplamientos entre los factores operativos que afectan el ruido de los engranajes, incluido un cambio en el par transmitido (en particular, sus oscilaciones), desgaste y modos de lubricación y cantidad de lubricante. El cambio en el par transmitido da lugar al carácter de impacto de la interacción de los dientes en el enganche.

La falta o insuficiente lubricación de los engranajes metálicos provoca un aumento de la fricción y, como resultado, un aumento de los niveles de presión sonora en 10-15 dB. La reducción de la intensidad de los componentes de ruido de baja frecuencia se consigue mejorando la calidad del montaje y el equilibrio dinámico de las piezas giratorias, así como mediante la introducción de acoplamientos elásticos entre la caja de cambios y el motor, la caja de cambios y el actuador. La introducción de elementos elásticos en el sistema reduce las cargas dinámicas en los dientes de las ruedas dentadas. La disposición de los engranajes cerca de los soportes en ejes de doble cojinete, si es posible, en un ajuste fijo sin espacios en los soportes también conduce a la reducción del ruido.

El uso de amortiguadores especiales tanto en los propios engranajes como en todo el mecanismo desplaza el máximo de energía sonora hacia las frecuencias medias. Una disminución en los juegos entre los dientes reduce significativamente la amplitud de vibración de las ruedas dentadas causada por causas externas, sin embargo, reducir el juego a valores inferiores a las normas permitidas provocará un deterioro notable en la transmisión.

La reparación oportuna y de alta calidad de los engranajes, en la que las holguras en todas las juntas se llevan a las tolerancias especificadas, es necesaria para reducir el nivel de ruido y vibración. Las carcasas tienen dimensiones reducidas y la cavidad de aire interna de los sistemas de engranajes pertenece a la clase de volúmenes acústicos "pequeños", cuyas dimensiones son menores que la longitud de onda a frecuencias bajas y medias. Las estructuras de cercado están rígidamente conectadas a las estructuras de soporte metálicas, el nivel general de ruido emitido por los sistemas de caja de cambios está determinado por el nivel de ruido emitido por las cubiertas de cercas de paredes delgadas, generalmente las dimensiones de las cercas radiantes son acordes con las distancias a las áreas en las que se encuentra el personal de servicio.

El ruido industrial es un irritante biológico general que no solo reduce la audición, sino que también afecta los sistemas nervioso y cardiovascular humano.

Los estudios sobre el efecto del ruido en el cuerpo humano han demostrado que los ruidos de acción a largo y corto plazo, los ruidos estables con el mismo nivel general, pero diferente composición espectral, así como los ruidos de impulso con diferentes tiempos de aumento de intensidad al máximo, tienen diferentes efectos en el cuerpo humano.

La exposición humana al ruido se puede dividir en los siguientes grupos, según la intensidad y el espectro del ruido:

Un ruido muy fuerte con niveles de 120 ... 140 dB y superiores, independientemente del espectro, puede causar daños mecánicos a los órganos auditivos y causar daños graves al cuerpo;

El ruido fuerte con niveles de 100 ... 120 dB a bajas frecuencias, por encima de 90 dB a medias y superiores, 75 ... 85 dB a altas frecuencias causa cambios irreversibles en los órganos de la audición, y con una exposición prolongada puede causar una serie de enfermedades, principalmente del sistema nervioso. ;

El ruido de niveles más bajos de 60 ... 75 dB a frecuencias medias y altas tiene un efecto nocivo en el sistema nervioso de una persona que realiza un trabajo que requiere atención enfocada.

Las normas sanitarias dividen el ruido en tres clases y establecen un nivel aceptable para cada una de ellas:

Clase 1: ruidos de baja frecuencia (los componentes más grandes del espectro se encuentran por debajo de la frecuencia de 350 Hz, por encima de la cual los niveles disminuyen) con un nivel admisible de 90 ... 100 dB;

Clase 2: ruido de frecuencia media (los niveles más altos del espectro se encuentran por debajo de 800 Hz, por encima del cual los niveles disminuyen) con un nivel admisible de 85 ... 90 dB;

Clase 3: ruidos de alta frecuencia (los niveles más altos del espectro se encuentran por encima de 800 Hz) con un nivel aceptable de 75 ... 85 dB.

Aquellos. el ruido se llama baja frecuencia con una frecuencia de oscilación de no más de 400 Hz, frecuencia media - 400 ... 1000 Hz, alta frecuencia - más de 1000 Hz. En términos de ancho del espectro, el ruido se clasifica como banda ancha, incluidas casi todas las frecuencias de presión sonora (el nivel se mide en dBA) y banda estrecha (el nivel se mide en dB). Además, el ruido se divide en: aire, que se propaga en el aire desde la fuente de origen hasta el lugar de observación, y estructural, que se transmite a través de elementos estructurales y que emite por sus superficies.

Aunque la frecuencia de las vibraciones acústicas del sonido está en el rango de 20 ... 20.000 Hz, su normalización en dB se realiza en bandas de octavas con una frecuencia de 63 ... 8000 Hz de ruido constante. La característica del ruido inestable y de banda ancha es el nivel de sonido en dBA equivalente en energía y percepción al oído humano. La Tabla 4.1 muestra los parámetros de sonido normalizados en las cabinas de tractores y otras máquinas autopropulsadas de acuerdo con GOST 12.2.120-88 y GOST 12.1.003-83. Tenga en cuenta que de acuerdo con GOST 12.2.019-86, el ruido externo de la máquina no debe exceder los 85 dBA a una distancia de 7.5 m desde su eje perpendicular a la dirección del movimiento.

Tabla 5.1 - Parámetros de sonido estandarizados en la cabina del tractor

Cabe señalar que los estándares de ruido se establecen en el lugar de trabajo del operador independientemente de si hay una fuente de ruido o varias. Obviamente, si la potencia acústica emitida por una fuente cumple con el nivel máximo permitido de presión acústica en el lugar de trabajo, cuando se instalen aquí varias de las mismas fuentes, se superará el nivel máximo permitido especificado debido a sus adiciones.

Los niveles de ruido, expresados \u200b\u200ben decibelios, no se pueden sumar aritméticamente, y aquí el nivel de ruido total está determinado por la ley de la suma de energía.

Tabla 5.2 - Adición de la diferencia de nivel de fuente en función

Diferencia de nivel de dos fuentes

Como se deduce de lo anterior, si el nivel de ruido de una fuente es 8 ... 10 dB (dBA) más alto que el nivel de otra fuente, prevalecerá el ruido de una fuente más intensa, es decir, la adición al nivel de ruido total es insignificante.

El nivel de ruido total de fuentes de diferente intensidad se determina mediante la fórmula:

La diferencia entre el nivel más alto y otros niveles de ruido de las fuentes disponibles de su origen.

El cálculo del cambio en el nivel de ruido con un cambio en la distancia desde la fuente se realiza de acuerdo con la fórmula:

DB (dBA),

Donde L u es el nivel de ruido de la fuente; r es la distancia desde la fuente de ruido al objeto de su percepción, m.

Junto con fuentes de ruido tan intensas en los tractores como el motor y el chasis, la transmisión es una fuente de ruido activa.

La clasificación de los medios y métodos de protección contra el ruido está establecida por GOST 12.1.029-80, de acuerdo con lo cual, el diseño debe prever y tener en cuenta:

Medios para reducir el ruido mecánico en su origen;

medios para reducir el ruido transmitido por el aire y las estructuras a lo largo de la trayectoria de su propagación;

protección acústica acústica (vallas, mamparas, cabañas).

En primer lugar, tenga en cuenta que el ruido de los engranajes se debe al funcionamiento de los engranajes engranados (engranajes) y los cojinetes.

El ruido de los rodamientos es causado por el impacto de las bolas (rodillos) en la jaula y los anillos. Al mismo tiempo, el ruido de los rodamientos aumenta con el aumento del diámetro de las bolas (rodillos) y la velocidad. El nivel de ruido de estos rodamientos se puede calcular mediante la fórmula:

DB (dBA),

n es la frecuencia de rotación del rodamiento, min;

L nivel de ruido sin cojinetes sin carga, tomado igual a 1 ... 5 dB.

Dado que los rodamientos son productos acabados estándar, para reducir su ruido en el diseño de los engranajes, deben instalarse sin sesgar el aro interior y se debe aplicar una lubricación de alta calidad, que elimina la fricción de rodadura en seco y es una especie de amortiguador cuando las bolas (rodillos) interactúan con otros elementos del rodamiento. ... En este caso, se utilizan tanto líquido como grasa, lo que da un efecto ligeramente mayor que el primero.

Con respecto al ruido que surge de la interacción de los dientes de los engranajes entre sí, aquí es necesario tener en cuenta lo siguiente.

Tenga en cuenta que estamos hablando de dientes con un perfil involuta, que, en teoría, al entrar en contacto con los engranajes, debería proporcionar un rodadura sin golpes y sin deslizamiento de un diente sobre la superficie del adyacente. Para asegurar el torque y la fuerza requerida del diente, se seleccionan su módulo y ancho. En este caso, se supone que el contacto se produce en todo el ancho del diente y, en teoría, el "parche de contacto" debería ocupar todo el ancho del diente a su altura correspondiente. Solo entonces se puede garantizar la eficiencia de transmisión calculada.

En condiciones reales, en la fabricación de los propios engranajes, ejes para su fijación, cazoletas y orificios para la instalación de rodamientos, así como carcasas de engranajes, es imposible asegurar la precisión dimensional ideal de estos elementos, ya que existe un cierto rango de tolerancia tecnológica. Esta circunstancia conduce a lo siguiente.

La distancia real de centro a centro de los círculos de paso de engranajes adyacentes es mayor que la nominal dentro de la tolerancia. Como resultado, el engranaje ideal de los engranajes se rompe y primero se produce un choque cuando los dientes entran en contacto (acompañado de un golpe), y luego un diente se desliza sobre la superficie del diente del engranaje adyacente. Dado que la limpieza de los dientes no es la ideal, esto se acompaña de un "rechinar" ".

Estos fenómenos se agravan por el hecho de que en la fabricación de los propios engranajes existen tolerancias: para el latido del círculo primitivo con respecto al eje de rotación, la fluctuación en el grosor del diente, la fluctuación en la longitud de la normal común de los engranajes, en las dimensiones de los orificios de montaje lisos y estriados de los engranajes, etc. Si tenemos en cuenta que con la perforación de orificios para instalar rodamientos o copas de rodamientos no es causada por el paralelismo de los ejes de los engranajes, luego, debido a las desalineaciones de los ejes, el "parche de contacto" teórico en los dientes del engranaje se distorsiona, disminuyendo en área y moviéndose a lo largo de la superficie de los dientes. Esto conduce a un aumento de las tensiones de contacto en la superficie de los dientes, como resultado de lo cual aumenta el ruido.

El fenómeno observado se manifiesta aún más si las paredes de la carcasa de la transmisión no se hacen lo suficientemente rígidas, y cuando funciona bajo carga, la carcasa se deforma. Como resultado de las distorsiones en el acoplamiento, además, hay una convergencia y divergencia pulsantes de los dientes adyacentes para una revolución de los engranajes, lo que hace que la transmisión "aulle" durante su funcionamiento bajo carga.

Desde el punto de vista de reducir el ruido de los engranajes, es obvio que es necesario aumentar su precisión y limpieza de la superficie de los dientes. Un aumento en la precisión de la fabricación de ruedas dentadas conduce a una disminución en el nivel de ruido de la transmisión en 3 ... 3,5 dBA en todo el rango operativo de cargas y velocidades. Teniendo en cuenta el alto costo de las medidas para la protección pasiva del ruido del lugar de trabajo del conductor del tractor, mejorar la precisión de la fabricación y el montaje de las ruedas dentadas de la caja de cambios del tractor es necesario y lo más económicamente factible.

El nivel de ruido del engranaje de cajas de cambios abiertas, secas (sin lubricación) se calcula utilizando la fórmula:

donde Lbn es el nivel de ruido de los engranajes sin carga (tomado igual a 75 ... 80 dBA, dependiendo de la precisión de fabricación y la limpieza de la superficie del diente);

P - fuerza circunferencial, kg.

Como puede ver en la fórmula, reducir la velocidad periférica debería reducir el nivel de ruido de los engranajes. Para hacer esto, use engranajes del diámetro más pequeño posible cambiando el número de dientes y el módulo con un aumento simultáneo de su ancho para mantener la fuerza de los dientes.

Se cree que el uso de suficiente lubricación de los engranajes reduce el nivel de ruido de los engranajes en al menos DL os \u003d 6 dBA. El aislamiento de la cavidad interior del mecanismo en presencia de una cubierta (con la formación de una especie de carcasa) proporciona una reducción de ruido adicional en DL n \u003d 5 ... 7 dBA.

Así, se puede encontrar el nivel de ruido emitido por la carcasa de la caja de cambios:

Cálculo de engranajes por ruido.

Evaluación de la influencia del ruido generado por la caja de cambios en el entorno acústico de la cabina.

donde es el nivel de ruido de los engranajes sin carga (tomado igual a 75 ... 80 dBA, dependiendo de la precisión de fabricación y el acabado superficial de los dientes);

V - velocidad periférica de engranajes, m / s;

P - fuerza circunferencial, kN.

Ruido de engranajes:

Ruido total del engranaje:

Cálculo de cojinetes por ruido.

donde d es el diámetro de las bolas (rodillos), mm;

d p.st \u003d 10 mm - para un rodamiento de rodillos;

d p.w. \u003d 16,5 mm - para un rodamiento de bolas; n - velocidad de rotación del rodamiento, min -1;

L on - el nivel de ruido del rodamiento sin carga, tomado igual a 1 ... 5 dB (dBA).

Para rodamiento de bolas:

Para rodamiento de rodillos:

El nivel de ruido total de fuentes de diferente intensidad se determina mediante la fórmula:

dónde está el nivel más alto de una de las fuentes;

La diferencia entre el nivel más alto y otros

Los niveles de ruido de las fuentes disponibles.

ocurrencia.

El nivel de ruido emitido por la carcasa de la caja de cambios se puede encontrar:

Calculemos el nivel de ruido debido a su disminución debido a la extracción de la carcasa de la caja de cambios del oído del conductor en una distancia Y excluyendo la cabina:

Una cabina moderna insonorizada reduce el nivel de ruido en 20 ... 30 dBA, determinamos su valor en el lugar de trabajo en la cabina:

dBA<дБА на 17,6 дБА.

dado que L k es significativamente menor que el valor normalizado L k.n \u003d 80 dBA, entonces el ruido de la caja de cambios no empeorará la situación acústica en la cabina.

Calcularé el ruido externo del automóvil a una distancia de 7.5 m de su eje perpendicular a la dirección de viaje:

L r \u003d L u - 20lg r - 8 \u003d 93,9 - 20 log7,5 - 8 \u003d 68,4 dBA

Conclusión por sección

Se consideraron temas de protección laboral: ruido, impacto humano, racionamiento, causas de ocurrencia en la transmisión, medidas de mitigación, evaluación del impacto del ruido de la transmisión (caja de cambios) sobre el ambiente acústico en la cabina y el ruido externo de la máquina.

El ruido externo de la máquina no debe superar los 85 dBA, en nuestro caso 68,4 dBA, por lo que se cumple la condición.

La sección revisada muestra que este diseño cumple con los requisitos de seguridad.