KATEDRA PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY
POLITECHNIKA ŚLĄSKA

Sprawozdanie

A6 - 04/18/2000

Diagnostyka Techniczna Maszyn

Temat:

Badanie przekładni zębatej

Automatyka i Robotyka

Specjalizacja A6

Artur Mucha

Marcin Prusaczyk

Paweł Zawadzki

Rafał Dłubała

Michał Rymkiewicz

Grzegorz Jaskulski

Krzysztof Sakaluk

Adam Kwiatkowski

1. Zapoznanie z badanym obiektem:

Analizie została poddana przekładnia zębata trzy stopniowa zabudowana w korpusie. Koła zębate walcowe, zewnętrzne, skośne osadzone zostały na walcowych wałach łożyskowanych za pomocą łożysk tocznych kulkowych.

Rys. 1. Schemat poglądowy obiektu badanego

Dane dotyczące przekładni:

Liczba zębów

z₁=22

z₂=105

z₃=30

z₄=90

Obroty wejściowe:

n₁=1500 min^-1

2. Wyznaczenie wielkości charakterystycznych przekładni:

Przełożenie na poszczególnych stopniach:

i₁= z₁/z₂=22/105 dla wału pierwszego i przekładni redukującej

i₃= z₃/z₄=1/3 dla wału trzeciego

obroty na poszczególnych wałach:

n₁=1500 min^-1 dla wału pierwszego

n₂= n₁ i₁ =314 2/7 min^-1 na wale drugim

n₃= n₂ i₃ =104 16/21min^-1 na wale trzecim

3. Wyznaczenie częstotliwości charakterystycznych jakie mogą wystąpić w badanym obiekcie w celu opracowania bezdemontażowych metod oceny stanu technicznego:

Na skutek charakteru działania przekładni zębatej mogą się pojawić amplitudy o częstotliwości:

Częstotliwości wynikłe z prędkości obrotowych wałów:

f₁= 25 Hz dla wału pierwszego

f₂= 5 5/21 =5.2380 Hz na wale drugim

f₃= 1 47/63=1.746 Hz na wale trzecim

Częstotliwości wynikłe z mimośrodowej postaci rzeczywistej wału:

f_o1 - max mimośród zależy od prędkości obrotowej wału

f_o1 = f₁= 25 Hz dla wału pierwszego

f_o2 = f₂= 5 5/21 =5.2380 Hz na wale drugim

f_o3 = f₃= 1 47/63=1.746 Hz na wale trzecim

Błąd ewolwenty:

f_e1=k f_o1 k=2,3,4,5

f_e2=k f_o2

f_e3=k f_o3

Częstotliwości zazębienia:

f_z1= z₁ f_o1

f_z1= z₁ f_o1 = 550 Hz na wale pierwszym

f_z2= z₂ f_o2 = 550 Hz na wale trzecim

f_z1= f_z2

f_z3= z₃ f_o2 = 157 1/7=157.1428 Hz na wale na wale trzecim

f_z4= z₄ f_o3 = 157.1428 Hz na wale czwartym

f_z3= f_z4

Powstaną również dodatkowe harmoniczne wynikające z okresu podstawowego powtarzalności par zębów:

Dla pierwszej pary zębów:

f_pz1=n f₀₁/N n=1,2,3,4,5 N=z₂/z₁

z₁ - oznacza koło małe

N=4 17/22=4.7727

f_pz1=n 25Hz/N

f_pz1=n 5 5/21 Hz = 5.23809 Hz

w wyniku tego powstaną harmoniczne oraz wyższe harmoniczne:

f_pz1=(5.23809; 10.47619;15.714;20.952;26.1904) Hz

Dla drugiej pary zębów:

f_pz3=n f₀₃/N n=1,2,3,4,5 N=z₄/z₃

z₃ - oznacza koło małe

N=3

f_o3 = f₃= 1 47/63=1.746 Hz

f_pz1=n 110/189 Hz = n 0.5820 Hz

w wyniku tego powstaną harmoniczne oraz wyższe harmoniczne:

f_pz1=(0.5820; 1.1640; 1.7460; 2.3280; 2.9100) Hz

4. Przygotowanie stanowiska do pobrania sygnałów oraz metoda analizy sygnałów:

Aby wykonać poprawnie odczyt wielkości potrzebnych do analizy należy zapewnić jak najmniejszy wpływ zakłócenia na badany obiekt. W miarę możliwości należy wyłączyć inne urządzenia znajdujące się w otoczeniu przekładni mogące zmienić pomiary.

Czujniki należy umieścić na korpusie przekładni w pobliżu łożyskowania wału. Do miejsca odczytu na korpusie dochodzą sygnały od współdziałania zazębiających się elementów zmodulowane przez podatność łożyskowania i wałów.

Polskie Normy podają ogólny poziom drgań na górze obudowy lub przy podstawie.

Jeżeli mamy do czynienia z kilkustopniową przekładnią powstaje wpływ każdej pary kół zębatych na inne. Należy zminimalizować wpływ drgania wychodzącego od silnika oraz nieosiowości połączenia przez odpowiednie sprzęgło.

Metoda badania zależy od tego czy posiadamy zezwolenie na zatrzymanie pracy przekładni. Dużo informacji można otrzymać stosując przeciążenia, stany nieustalone urządzenia lecz szczególnie ważne są pomiary bierne w warunkach pracy ciągłej przekładni.

Ponieważ we współpracujących zębach skośnych występuje mieszany rozkład reakcji należy pomiary prowadzić zarówno w kierunkach promieniowych jak i poosiowych (powodem jest różna od zera wartość β). Ilość czujników jest zależna od ilości miejsc pomiarowych. Przed przystąpieniem do odczytu wymagane jest aby czujniki poddać kalibracji w celu uniknięcia zakłóceń pomiarowych powstałych na skutek zmiany długości kabli itp.

Otrzymane sygnały należy poddać uśrednianiu synchronicznemu odrzucającemu inne składowe niż okresowe.

Współzależności wiążące wpływy niektórych wejść z wyjściem mierzymy porównując wartość sygnału na wejściu wału do wartości sygnału na wyjściu i poddajemy korelacji.

Wraz ze wzrostem zużycia obserwować się będzie rosnącą randomizacją amplitudy oraz rozszerzy się pasmo częstotliwości ich występowania. Powstaną podczas zwiększonego zużycia również inne częstotliwości.

Obliczając wartości skuteczne możemy się dowiedzieć jaki wpływ ma poziom drgań na wytężenie konstrukcji.

Najwyższą składową częstotliwości obserwowaną dla badanej przekładni jest f_z1=2750 Hz wynikłą z częstotliwości zazębienia i możliwości wystąpienia piątej wyższej jej harmonicznej. W otoczeniu jej powstaną wstęgi boczne.

5. Wnioski i spostrzeżenia:

Zajęcia laboratoryjne polegały na przygotowaniu diagnostyki dla przekładni zębatej. Należało się zapoznać z dokumentacją oraz zebrać dane potrzebne do diagnozowania stanu technicznego. Wskutek wstępnych obliczeń wyznaczone zostały składowe częstotliwości jakie powinny wystąpić w obiekcie.

Po zebraniu danych z układu i wstępnej obróbce matematycznej należy porównać widmo otrzymane z przewidywanym oraz porównać drgania z dopuszczalnymi wg norm lub innych danych eksploatacyjnych urządzenia.

Wykonanie pomiarów stanu maszyny pozwala na dokładniejsze określenie stanu maszyny a tym samym potrzeby przeprowadzenia jej remontu.

Ponieważ przekładnia zębata generuje sygnały o dużej częstotliwości należy większą część pomiarów wykonać za pomocą akcelerometrów. Przydatne są również pomiary wykonane za pomocą mikrofonów.

4

Wejście

Wyjście

łożyskowanie

pary kół zębatych

z₁

z₃

z₂

z₄

I

III

II

---