第六章 三環(huán)減速器振動(dòng)和噪聲試驗(yàn)分析研究
§6-1 引言
以SHQ40型三環(huán)減速器分例,我們對(duì)三環(huán)減速器進(jìn)行了固有參數(shù)測(cè)試、振動(dòng)和噪聲級(jí)的測(cè)試及分析,驗(yàn)證理論建模及噪聲預(yù)估值計(jì)算的可信程度,分析三環(huán)減速器的振動(dòng)機(jī)理及振動(dòng)、噪聲分布。
§6-2 振動(dòng)噪聲試驗(yàn)方案
§6-2.1 振動(dòng)噪聲試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)示意圖如圖6-0示。
圖6-0 試驗(yàn)方案布置
圖中:1,2——控制臺(tái);
3——100kw直流測(cè)功機(jī);
5——聯(lián)軸器;
4,6,8,10,12,14——輸入轉(zhuǎn)速扭矩傳感受器;
7,11——SHQ40;
9——輸出轉(zhuǎn)速扭矩傳感器;
13——汽車變速箱;
15——50kw直流測(cè)功機(jī);
16——輸入轉(zhuǎn)速扭矩儀;
17——輸出轉(zhuǎn)速扭矩儀;
18,19——交直流機(jī)組;
20——傳感器;
21——放大器2635型;
22——TEAC-5000WB磁帶記錄儀;
23——CF-355頻譜分析儀;
24——脈沖錘;
25——聲強(qiáng)儀,Sound Intensity Analyzer Type 4433;
26——聲強(qiáng)儀測(cè)頭,Tho Sound Intensity Probe Type 3520;
27——CX-335繪圖儀;
實(shí)物如圖6-1及圖6-2示;
圖6-1 電功率流封閉齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)
試驗(yàn)時(shí),通過(guò)控制臺(tái)1,2調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)讓交直流機(jī)組18發(fā)出適當(dāng)?shù)闹绷麟妷菏怪绷鳒y(cè)功機(jī)3(工作于恒速電動(dòng)工況)按恒定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)聯(lián)軸器4,6和輸入轉(zhuǎn)速扭矩傳感器5與試件7輸放端(高速端)相聯(lián)接。試件7輸出端通過(guò)聯(lián)軸器8,10,12,14及輸出扭矩傳感受器9、升速用11、汽車變速箱13而與直流測(cè)功機(jī)15(工作于恒電流工況)聯(lián)接,驅(qū)使其發(fā)出適當(dāng)電壓的直流電,再通過(guò)交直流機(jī)組19將其逆變成為工頻北流電返回電網(wǎng),完成整個(gè)電功率封閉閉鏈。
圖6-2 控制臺(tái)
輸入轉(zhuǎn)速扭矩傳感器5得到的輸入轉(zhuǎn)速和輸入扭矩信號(hào),通過(guò)輸入扭矩儀16直接數(shù)顯讀出。同樣,輸出轉(zhuǎn)速扭矩傳感器9得到的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速扭矩信號(hào),可通過(guò)輸出扭矩儀17直接數(shù)顯讀出。
試件7上的振動(dòng)信號(hào)與脈沖激勵(lì)的響應(yīng)信號(hào)通過(guò)傳感器20取出信號(hào),然后經(jīng)過(guò)放大器21放大后,用磁帶記錄儀22記錄并可采用頻譜分析儀23監(jiān)控并分析,而其上的噪聲信號(hào)可以通過(guò)聲強(qiáng)儀25的測(cè)頭26取出信號(hào)后送入22和23中用于分析研究。
§6-2.2 SHQ40試件及測(cè)點(diǎn)布置
SHQ40試件如圖6-4(a)(b)所示。
其主要特性參數(shù)如下:
一、名稱:SHW40
二、傳動(dòng)比:i=16;
三、輸出扭矩:Mout=4.196KNm;
四、箱體材料:HT20-40
a.抗拉強(qiáng)度:δb=314MPa
b.抗彎強(qiáng)度:δbB=520MPa
c.布氏硬義:HB=187~255;
d.抗壓強(qiáng)度:δbc=736MPa
e.彈性模量:E=118~126GPa
f.切變模量:G=44.3GPa
g.泊松比:μ=0.3
h.密度γ=7.0g/cm3
圖6-3 SHQ40三環(huán)減速器
五、環(huán)板材料:45#鋼
六、齒輪材料:45#鋼
七、齒輪副齒數(shù):
a.內(nèi)齒輪齒數(shù):51
b.外齒輪齒數(shù):48
八、齒輪齒形:漸開(kāi)線
九、軸承
a.箱體上:輸入軸與支承軸端為深溝球軸承409:
輸出端為調(diào)心滾子軸承53518
b.環(huán)板上:輸入軸與支承軸上為E92515。
十、重量:
三環(huán)減速器上測(cè)點(diǎn)布置如圖6-4示。
圖6-4 SHQ40試件測(cè)點(diǎn)
§6-2.3 試驗(yàn)規(guī)程
一、跑合試驗(yàn)
1、在200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、900rpm及1000rpm轉(zhuǎn)速下用30號(hào)機(jī)員跑合二十小時(shí);
2、清選SHQ40,然后加雙曲線齒輪油;
3、在400rpm、650rpm-50kgm、850rpm-100kgm、1000rpm-150kgm、1000rpm-200kgm、1000rpm-300kgm、1000rpm-400kgm、1000rpm-440kgm工況下跑合二十小時(shí)。
4、清選SHQ40然后加雙曲線齒輪油,準(zhǔn)備試驗(yàn)。
二、空載試驗(yàn)
1、在轉(zhuǎn)速為400rpm工況下,測(cè)定并記錄試件SHQ40上測(cè)點(diǎn)1~12點(diǎn)的振動(dòng)速度和加速度;
2、在轉(zhuǎn)速為750rpm工況下,測(cè)定并記錄試件SHQ40上測(cè)點(diǎn)1~12點(diǎn)的振動(dòng)速度和加速度;
3、在轉(zhuǎn)速為1000rpm工況下,測(cè)定并記錄試件SHQ40上測(cè)點(diǎn)1~12點(diǎn)的振動(dòng)速度和加速度;
三、加載試驗(yàn)
1、在1000rpm-100kgm工況下測(cè)定并記錄SHQ40上測(cè)點(diǎn)1~12的振動(dòng)速度、加速度及聲壓和聲強(qiáng);
2、在1000rpm-250kgm工況下測(cè)定并記錄SHQ40上測(cè)點(diǎn)1~12的振動(dòng)速度、加速度及聲壓和聲強(qiáng);
3、在1000rpm-350kgm工況下測(cè)定并記錄SHQ40上測(cè)點(diǎn)1~12的振動(dòng)速度、加速度及聲壓和聲強(qiáng);
4、在1000rpm-400kgm工況下測(cè)定并記錄SHQ40上測(cè)點(diǎn)1~12的振動(dòng)速度、加速度及聲壓和聲強(qiáng);
四、脈沖激勵(lì)試驗(yàn)
1、固有特性參數(shù)測(cè)試
敲擊測(cè)點(diǎn)1~12,在測(cè)點(diǎn)13處記錄分析;
2、頻響函數(shù)測(cè)試
沿X向敲擊試件SHQ40上輸入軸上的14點(diǎn)并記錄測(cè)點(diǎn)12的響應(yīng)信號(hào),用于分析計(jì)算。
§6-3 SHQ40試件振動(dòng)頻率計(jì)算
一、轉(zhuǎn)軸頻率
由式(2.3)可計(jì)算出SHQ40在各工況下轉(zhuǎn)軸頻率,如表6-1示,其中輸入軸頻率為fin,輸出軸頻率為fout,轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn)/分(rpm)。
表6-1 轉(zhuǎn)頻表
輸入軸轉(zhuǎn)速(rpm) |
400 |
750 |
1000 |
輸出軸轉(zhuǎn)速(rpm) |
25 |
46.87 |
62.50 |
fin(Hz) |
6.67 |
12.50 |
16.66 |
fout(Hz) |
0.41 |
0.78 |
1.04 |
二、輪齒的嚙合頻率
由式(2.2)可計(jì)算出SHQ40在各種工況下輪齒的嚙合頻率,見(jiàn)表6-2示。
表6-2 嚙頻表
輸入軸轉(zhuǎn)速(rpm) |
400 |
750 |
1000 |
ft(Hz) |
340 |
637.5 |
850 |
三、軸承頻率
由式(2.4)、(2.5)、(2.6)、(2.7)可計(jì)算出各軸承在不同工況下的外圈頻率for、內(nèi)圓頻率fin滾子元件頻率fb及保持架頻率fo,見(jiàn)表6-3示
表6-3 軸承頻率
轉(zhuǎn)速 |
軸承 |
409 |
453518 |
92515E |
頻率 |
for |
fin |
fb |
fo |
for |
fin |
fb |
fo |
for |
fin |
fb |
fo |
400 |
21.6 |
31.7 |
33.0 |
2.7 |
5.2 |
5.2 |
2.8 |
0.2 |
31.2 |
42.2 |
44.6 |
2.8 |
750 |
40.5 |
59.5 |
61.9 |
3.9 |
9.8 |
9.8 |
5.3 |
0.3 |
58.4 |
79.1 |
83.7 |
5.3 |
1000 |
54 |
79.3 |
82.6 |
9.9 |
13.1 |
7.1 |
7.1 |
0.4 |
77.9 |
105.4 |
111.6 |
7.1 |
四、平面四桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的激勵(lì)頻率
由式(2.8)、式(2.9)可計(jì)算出在各種工況下由平面四桿機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的激勵(lì)頻率如表6-4。
表6-4 平面四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)沖擊激勵(lì)頻率表
輸入軸轉(zhuǎn)速(rpm) |
400 |
750 |
1000 |
fN |
6.67 |
12.50 |
16.66 |
fmx |
13.33 |
25 |
33.33 |
fmt |
680 |
1275 |
1700 |
五、箱體固有頻率
見(jiàn)第三章表3-1。
§6-4 SHQ40固有頻率試驗(yàn)
本試驗(yàn)采用脈沖激勵(lì)法中的錘擊法測(cè)試SHQ40三環(huán)減速器的固有頻率,有關(guān)脈沖激勵(lì)法的理論及方法已在第三章中詳細(xì)論述過(guò)了。
脈沖激勵(lì)信號(hào)采樣的觸發(fā)值的大小及方法、位置及其窗函數(shù)如圖6-5所錄。脈沖響應(yīng)信號(hào)所加的窗函數(shù)——指數(shù)窗如圖6-6所示。
圖6-5 脈沖激勵(lì)信號(hào)力窗
圖6-6 脈沖響應(yīng)信號(hào)指數(shù)窗
脈沖激勵(lì)信號(hào)及響應(yīng)信號(hào)的時(shí)域波形及自功率譜密度函數(shù)分別如圖6-7和圖6-8示。由圖中可以看出,脈沖激勵(lì)信號(hào)及其響應(yīng)信號(hào)都較為理想。
在本試驗(yàn)中,通過(guò)錘擊SHQ40試件上的測(cè)點(diǎn)1~12,而在測(cè)點(diǎn)13上記錄其響應(yīng)信號(hào),在此我們僅取測(cè)點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)5來(lái)討論。
圖6-7 脈沖激勵(lì)信號(hào)
圖6-8 脈沖響應(yīng)信號(hào)
圖6-9 13Z-5Z測(cè)試
圖6-10 13X-5Z測(cè)試
圖6-11 13Z-8Z測(cè)試
圖6-12 13X-8Z測(cè)試
圖6-9及圖6-10分別是錘擊測(cè)點(diǎn)5Z方向而在測(cè)點(diǎn)13Z向和X向采集響應(yīng)信號(hào)經(jīng)CF-355型頻譜分析儀分析后而得出的頻響函數(shù)及其相干函數(shù)以及SHQ40前十二階模態(tài)固有頻率值,其與理論建模通過(guò)FEM法計(jì)算而得的固有頻率值對(duì)比見(jiàn)表6-5。
圖6-11及圖6-12分別是錘擊測(cè)點(diǎn)8Z方向而在測(cè)點(diǎn)13Z向和X向采集信號(hào)經(jīng)CF-355型頻譜分析儀分析后而得出的頻響函數(shù)、相干函數(shù)以及SHQ40前十二階模態(tài)固有頻率值,其與理論建模通過(guò)FEM法計(jì)算出的固有頻率值對(duì)比見(jiàn)表6-6示。
從表6-5和表6-6中固有頻率的理論建模通過(guò)FEM法算出的計(jì)算值與脈沖激勵(lì)階測(cè)出的試驗(yàn)值對(duì)比可知,它們前十二階模態(tài)的固有頻率值相符性較好,盡管存在一定的誤差,但都在允許的范圍之內(nèi)。換句話說(shuō),我們建立的理論模型在一定的范圍內(nèi)(本文只研究了前十二階模態(tài)950HZ以內(nèi)的范圍)是可以替代實(shí)際的結(jié)構(gòu)用于分析、研究及計(jì)算。
造成固有頻率計(jì)算值與試驗(yàn)值之間誤碼率差的因素有以下幾個(gè)方面:
1、由實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定簡(jiǎn)化而建立理論模型而帶來(lái)的誤差;
2、FEM法本身所帶來(lái)的近似誤差;
3、加在理論模型上的約束和載荷與實(shí)際結(jié)構(gòu)的工況之間誤差;
下面我們列出SHQ40振動(dòng)系統(tǒng)850HZ-2KHZ間各階模態(tài)固有頻率的試驗(yàn)值。如圖6-13示。圖中左上部為相干函數(shù),左下部圖為頻響函數(shù)圖,而右半圖部分為十三階到三十一階固有頻率值及其相干值。
表6-5 固有頻率計(jì)算值與試驗(yàn)對(duì)比表
序號(hào) |
計(jì)算值HZ |
13Z-5Z值Hz |
誤差% |
13X-5Z值Hz |
誤差% |
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 |
215.0
322.9
409.2
501.0
537.5
577.7
670.4
673.1
683.1
754.8
765.7
851.7 |
210.0
300.0
380.0
490.0
545.0
595.0
635.0
705.0
715.0
755.0
795.0
840.0 |
2.0
7.0
7.0
2.0
1.0
2.0
5.0
4.0
4.0
0.0
3
1 |
245.0
300.0
400.0
500.0
545.0
585.0
665.0
625.0
685.0
730.0
775.0
830.0 |
13.0
2.0
7.0
0.0
1.0
1.0
0.0
0.0
0.0
3.0
1.0
2.0 |
表6-6 固有頻率計(jì)算值與試驗(yàn)對(duì)比表
序號(hào) |
計(jì)算值HZ |
13Z-5Z值Hz |
誤差% |
13X-5Z值Hz |
誤差% |
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 |
215.0
322.9
409.2
501.0
537.5
577.7
670.4
673.1
683.1
754.8
765.7
851.7 |
215.0
350.0
395.0
495.0
545.0
600.0
650.0
695.0
705.0
750.0
790.0
840.0 |
0.0
8.0
3.0
1.0
1.0
3.0
3.0
3.0
3.0
0.0
3.0
1.0 |
230.0
345.0
395.0
495.0
535.0
585.0
630.0
670.0
680.0
720.0
775.0
825.0 |
6.0
6.0
3.0
1.0
0.0
1.0
6.0
0.0
0.0
4.0
1.0
3.0 |
階固有頻率值及其相干值。
圖6-13 固有頻率值及相干值
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