Федеральное агентство по образованию

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»

Аналитическое определение частот дефектов

коробок скоростей металлорежущих станков

Индивидуальные задания для семестровых работ по дисциплине

«Надежность и диагностика технологических систем»

РПК «Политехник»

Волгоград 2009

УДК 621.90 (075.5)

Рецензент – С.П. Стольников, к.т.н., доцент

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета

Аналитическое определение частот дефектов коробок скоростей металлорежущих станков. Индивидуальные задания для семестровых работ по дисциплине «Надежность и диагностика технологических систем»: метод. указ. / сост. С.И. Агапов, ю.и. Сидякин; ВолгГТУ. – Волгоград, 2009.-36с.

Рассматриваются вопросы вибрационной диагностики, занимающей особое место среди прочих видов диагностики, которая основана на измерении и анализе параметров вибраций обследуемого оборудования. Наиболее успешно она используется для проверки качества и оценки точности оборудования, имеющего вращающиеся детали с неуравновешанными массами. Её методы успешно применяются при решении многих практических задач, связанных с прогнозом технического состояния оборудования и определением его остаточного ресурса.

Предназначены для студентов всех форм обучения по специальностям 151002 и 151003, изучающих курс «Надежность и диагностика технологических систем».

Ил. 6 , Табл. 6 , Библиогр.: 3 назв.

© Волгоградский

государственный

технический

университет, 2009

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы заключается в освоении методики аналитического расчета частот дефектов коробок скоростей металлорежущих станков

Содержание работы включают решение следующих задач:

1. Ознакомление с основными понятиями и природой механических колебаний, возникающих при работе станков.

2. Анализ цели и освоение методики аналитического расчета частот дефектов коробок скоростей металлорежущих станков.

3. Уяснение понятий, относящихся к частотному анализу механических колебаний.

4. Приобретение практических навыков по расчету частот дефектов коробок скоростей станков путем выполнения семестрового задания.

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

1. Общие сведения о причинах возникновения и необходимости измерения механических колебаний

Развитие станкостроения в последнее время направлено на повышение эффективности его продукции, и это, как следствие привело к возрастанию требований, в частности, к металлорежущему оборудованию, в связи с расширением диапазона его функциональных и эксплуатационных параметров. Результатом этого явились дополнительные проблемы, обусловленные возникающими при работе на повышенных скоростях механическими колебаниями его различных элементов. Дальнейшему усугублению указанных проблем способствовали возрастающие требования к снижению издержек производства и повышению производительности и эффективности оборудования. Немаловажными являются и вопросы оценки влияния шума и вибраций не только на организм обслуживающего персонала, но и качество обработки поверхностей деталей и их срок службы. Таким образом, разработка и создание нового, а также модернизация существующего оборудования нуждается в глубоком и всестороннем анализе причин возникновения механических колебаний, к изучению и исследованию их динамических характеристик, к организации мер борьбы с их вредным воздействием.

Причины возникновения механических колебаний многообразны (см. п.2.2). Эти колебания в большинстве случаев нежелательны и часто являются источником шума, дополнительных динамических нагрузок и деформаций, нередко приводящих к разрушению элементов конструкций. Даже механические колебания малой амплитуды часто вызывают резонансные колебания других элементов конструкций, усиливаются и становятся дополнительным источником вибрации и шума. Именно поэтому при проектировании и обеспечении надежной работы любого оборудования необходимо располагать методикой точного определения параметров этих колебаний и знать современные методы из измерений.

Ниже применительно к металлообрабатывающему оборудованию описаны основные области, в которых осуществляются измерения, анализ и регистрация механических колебаний.

1. Испытания на виброустойчивость оборудования

Тело считается вибрирующим, если оно совершает колебательное движение относительно опорного положения равновесия. Движение может быть простым и содержать лишь составляющую с одной частотой (например, движение камертона), или более сложным с несколькими составляющими, развивающимися одновременно на разных частотах. Именно последние колебания наиболее часто встречаются на практике. Исследование заключающиеся в изучении сложных механических колебаний путем их разложения на отдельные индивидуальные составляющие по разным частотам называется частотным анализом, а график зависимости амплитуды или уровня определенной величины механических колебаний от частоты частотной спектрограммой. Частотный анализ дает возможность обнаружения отдельных источников механических колебаний в узлах машин.

Механические колебания малой амплитуды и большой частоты относятся к виброколебаниям или к вибрации. Испытания на вибростойкость или виброиспытания проводятся, как правило, совместно с другими механическими испытаниями; их данные учитываются в процессе проектирования машин и механизмов, их узлов и отдельных деталей, способствуют оценке стойкости материалов и долговечности конструкций при эксплуатации оборудования в условиях вибрационных воздействий.

Исследуемый материал, деталь, узел или конструкция при виброиспытаниях подвергаются воздействию создаваемых вибростендом механических колебаний с точно определенными параметрами (амплитудой, частотой и др.). В ходе таких испытаний обычно сохраняется фиксированной амплитуда механических колебаний, а их частота изменяется в заданных пределах. Вместе с вибростендом в состав соответствующих виброиспытательных систем входят управляющий генератор и два акселерометра, один из которых используется в цепи обратной связи и генерирует пропорциональный механическим колебаниям испытуемого объекта электрический сигнал. Другой акселерометр, механически соединенный с испытуемым объектом, отдает сигнал, отображающий отклик последнего и способствующий определению амплитудно-частотной характеристики и других динамических параметров испытуемого объекта. В отличие от других вибродатчиков, пьезоэлектрические акселерометры эффективны при измерениях всех видов механических колебаний, независимо от присущих последним характеристик во временной и частотной областях. Однако рабочие динамический и частотный диапазоны исследуемого акселерометра должны соответствовать диапазонам амплитуд и частот измеряемых механических колебаний. С другой стороны, в широком ассортименте пьезоэлектрических акселерометров всегда можно найти датчик, параметры и характеристики которого удовлетворят требованиям, предъявляемым определенной областью измерения механических колебаний и (или) определенными условиями эксплуатации. Следовательно, вид измеряемых механических колебаний нужно учитывать лишь при выборе и настройке используемой вместе с пьезоэлектрическими акселерометрами измерительной, анализирующей и регистрирующей аппаратуры.

2. Контроль состояния диагностирование металлорежущего оборудования

Результаты несложных измерений амплитуд механических колебаний станка могут сигнализировать об ухудшении состояния последнего и о возможных неполадках его узлов. Однако, более подробную и надежную информацию можно получить путем частотного анализа механических колебаний, создаваемых контролируемым оборудованием. Современные методы контроля состояния машинного оборудования основываются на определении опорного частотного спектра механических колебаний надежно работающего оборудования и на мониторизации изменений соответствующих спектров, регистрируемых через определенные временные интервалы при его нормальной эксплуатации. Изменения составляющих этих спектров, в частности, превышение присущих составляющим опорного спектра амплитуд, указывают на ухудшение состояния контролируемого оборудования и способствуют выявлению негативных тенденций и прогнозированию необходимости проведения технического обслуживания или даже ремонта. Результаты частотного анализа механических колебаний используются при выявлении причин неисправностей оборудования, а также при диагностировании его дефектов.

Измерения механических колебаний и их частотный анализ также широко используются в промышленности, в частности, при балансировке вращающихся деталей оборудования (например, роторов, шпинделей, валов и др.). Нарушение равновесия и дисбаланс деталей обусловливают возникновение дополнительных динамических нагрузок, вызывающих увеличение амплитуд механических колебаний и приводящих к усталости материалов и, в конечном счете, к разрушению других деталей и узлов, например, подшипников и пр.