Расчет ударных импульсов в прямозубых зубчатых передачах большегрузных карьерных самосвалов

Разработка научно-обоснованного метода и инструментальных средств вибрационно-импульсного диагностирования и вибромониторинга зубчатых передач трансмиссионных узлов сложных технических систем, позволяющих прогнозировать их остаточный ресурс в процессе эксплуатации, является актуальной задачей. Особое значение имеет диагностирование прямозубых зубчатых передач редукторов мотор-колес большегрузных карьерных самосвалов, так как их внезапные отказы сопровождаются большими экономическими потерями. Вследствие отклонения параметров зубчатого зацепления от номинальных значений имеет место ударное взаимодействие зубьев зубчатых передач. Ударные импульсы, возникающие при пересопряжении зубьев, определяют динамическую нагруженность, вибрацию и шум зубчатых передач. Параметры ударного импульса — форма (закон изменения ударной силы во времени), амплитуда и спектральные характеристики — связаны с дефектами зацепления и могут служить достоверными диагностическими признаками технического состояния зубчатой передачи. Решение задачи ударного взаимодействия зубьев построено на рассмотрении динамической модели зубчатых передач, учитывающей только крутильные колебания. При первоначальном контакте зубьев вдоль образующей ударное взаимодействие прямозубых колес рассмотрено как удар двух цилиндров с радиусами кривизны профилей зубьев шестерни и колеса на начальной фазе зацепления. При точечном контакте, вызванном бочкообразностью зубьев, определены радиусы главных кривизн боковых поверхностей соприкасающихся зубьев в начале линии зацепления и параметры площадки контакта. Связь между ударной силой и сближением соударяющихся зубьев найдена в соответствии с теорией контактных деформаций Герца. Получено нелинейное дифференциальное уравнение, устанавливающее зависимость между ударной силой и ускорением зубьев в их относительном движении в процессе удара, позволяющее определять параметры ударного импульса. Найденная экспериментальным путем линейная связь амплитуды ударного импульса (внутренней динамической нагрузки) и максимального виброускорения является основой для разработки методики расчета остаточного ресурса зубчатых приводных механизмов и корректной оценки их технического состояния при эксплуатации. Приведены результаты расчета параметров ударных импульсов при линейном и точечном первоначальных контактах зубьев в прямозубых зубчатых передачах планетарных редукторов мотор-колес большегрузных карьерных самосвалов.
EDN: LPLSBZ, https://elibrary/lplsbz

Литература

[1] Кудреватых А.В., Ащеулов А.С., Ащеулова А.С. Сравнительная характеристика процесса износа редукторов экскаваторов и карьерных самосвалов. Горное оборудование и электромеханика, 2020, № 5, с. 51–56, doi: https://doi.org/10.26730/1816-4528-2020-5-51-56

[2] Хорешок А.А., Стенина Н.А., Кудреватых А.В. и др. Методика определения рационального коэффициента использования грузоподъемности карьерных автосамосвалов. Горное оборудование и электромеханика, 2020, № 1, с. 3–9, doi: https://dx.doi.org/10.26730/1816-4528-2020-1-3-9

[3] Кудреватых А.В., Ащеулов А.С., Ащеулова А.С. Методика определения технического состояния редукторов мотор-колеса автосамосвалов БелАЗ по параметрам масла. Вестник Кузбасского государственного технического университета, 2020, № 1, с. 49–55, doi: https://dx.doi.org/10.26730/1999-4125-2020-1-49-55

[4] Кудреватых А.В., Фурман А.С., Ащеулов А.С. и др. Методы диагностирования фактического технического состояния редуктора мотор-колеса БелАЗ. Вестник Кузбасского государственного технического университета, 2021, № 2, с. 23–28, doi: https://doi.org/10.26730/1999-4125-2021-2-23-28

[5] Хорешок А.А., Кудреватых А.В., Ащеулов А.С. и др. Увеличение ходимости редукторов мотор-колес карьерных самосвалов методом внедрения контроля фактического технического состояния. Горные науки и технологии, 2021, № 6, с. 267–276, doi: https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-4-267-276

[6] Ишин Н.Н. Динамика и вибромониторинг зубчатых передач. Минск, Беларус. навука, 2013. 432 с.

[7] СТБ 2579-2020. Надежность в технике. Вибрационный контроль состояния прямозубых передач приводов технически сложных изделий. Оценка остаточного ресурса. Минск, Госстандарт, 2021. 20 с.

[8] Хекл М., Мюллер Х.А., ред. Справочник по технической акустике. Ленинград, Судостроение, 1980. 440 с.

[9] Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. Москва, Высшая школа, 1980. 408 с.

[10] Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Москва, Либроком, 2015. 272 с.

[11] Кравченко И.Ф., Единович А.Б., Яковлев В.А. и др. Экспериментальные и теоретические результаты исследования авиационных зубчатых передач для двигателей пятого и шестого поколений. Авиационно-космическая техника и технология, 2008, № 8, с. 129–134.

[12] Косарев О.И. Вибровозбуждение и динамические процессы в цилиндрических зубчатых колесах. Автореф. … дисс. док. тех. наук. Москва, Ин-т машиноведения, 1997. 47 с.

[13] Barzdaitis М., Mažeika P. Diagnostics practice of heavy duty high speed gear transmissions. Meckanika, 2010, vol. 81, no. 1, pp. 58–61.

[14] Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. Москва, Машиностроение, 1987. 282 с.

[15] Lbeck N., Morton B., Hess A. et al. Modeling and simulation of vibration signatures in propulsion subsystems. IEEE Aerospace Conf., 2006, doi: https://doi.org/10.1109/AERO.2006.1656081

[16] Диментберг Ф.М., Колесников К.С., ред. Вибрации в технике. Справочник. Т. 3. Москва, Машиностроение, 1980. 544 с.

[17] Берестнев О.В., Гоман А.М., Ишин Н.Н. Аналитические методы механики в динамике приводов. Минск, Навука i тэхнiка, 1992. 237 с.

[18] Павлов В.Б. Акустическая диагностика механизмов. Москва, Машиностроение, 1971. 223 с.

[19] Берестнев О.В., Антонюк В.Е., Ишин Н.Н. и др. Комплексный контроль и повышение качества зубчатых приводных механизмов для машиностроения. Минск, БелГИСС, 2009. 115 с.

[20] Ишин Н.Н., Гоман А.М., Скороходов А.С. Вибромониторинг технического состояния трансмиссионных систем мобильных машин. Известия высших учебных вузов. Машиностроение, 2015, № 11, с. 21–28, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2015-11-21-28

[21] Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Москва, Машиностроение, 1993. 640 с.

[22] Ишин Н.Н., Гоман А.М., Скороходов А.С. Исследование параметров ударного импульса в зубчатом зацеплении прямозубых цилиндрических зубчатых колес. Механика машин, механизмов, материалов, 2011, № 3, с. 19–23.

[23] Хорешок А.А., Кудреватых А.В. Метод комплексного диагностирования редукторов мотор-колес карьерных автосамосвалов в условиях предприятий ОАО «УК Кузбассразрезуголь». Горная промышленность, 2010, № 5, с. 60–64.

[24] Старжинский В.Е., Ишин Н.Н., Гоман А.М. и др. Расчет предельного угла перекоса цилиндрических зубчатых колес. Известия ТулГУ. Технические науки, 2011, № 5–2, с. 176–190.

[25] Фролов К.В., ред. Машиностроение. Детали машин. Трение, износ, смазка. Энциклопедия. Т. IV-1. Москва, Машиностроение, 1995. 864 с.

[26] ГОСТ 16532–70. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии. Москва, Издательство стандартов, 1983. 43 с.