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劉海江 博士——三環(huán)減速器振動(dòng)與噪聲分析研究 
來(lái)源:減速機(jī)信息網(wǎng)    時(shí)間:2007年7月6日16:55  責(zé)任編輯:wangtao   
 

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#
六、齒輪材料:45#
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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