Расчетно-эксперименальное определение виброакустических характеристик (шумности) элементов четырехточечного шарикового подшипника (стр. 3 )

Некоторые выводы, которые следуют из проведенных исследований. 1. Шумность элементов подшипников желательно исследовать на стадии проектирования изделий, в которые они входят. Для этого необходимо составлять математические модели динамики всего изделия с включением в них математических моделей динамики подшипников по нашим или аналогичным программам. 2. Если не обращать внимания на отклик изделия на динамку подшипника, то основным источником шума в подшипнике являются основные движущиеся элементы его – шарики и сепаратор. Они и определяют собственно шум подшипника. 3. Сепаратор, взаимодействуя с шарами и направляющими элементами подшипника, генерирует шум в четырех направлениях – по трем осям и в окружном направлении. Шары генерируют шум в трех направлениях – в радиальном, осевом и окружном. 4. Так как сепаратор имеет больший массовый полярный момент инерции чем шары, то шумность его в окружном направлении несколько меньше, чем по осям координат. 5. Шары излучают шум в основном в окружном направлении и больше чем сепаратор и не только за счет взаимодействия с сепаратором, но и вследствие своей кинематики движения, когда угловые скорости шаров и угловые расстояния между ними в процессе вращения постоянно изменяются. При различных угловых шагах между шарами все гармоники неточностей изготовления элементов подшипника вызывают его вибрации и шум. 6. Гармоники неточностей изготовления беговых дорожек колец порядка (k∙), где k – 1,2,3 …а z – число шаров, вызывают наиболее интенсивные вибрации и шум подшипников. 7. Неточности беговых дорожек колец и шаров мало оказывают влияние на шумность сепаратора. 8. С увеличением жесткости опоры наружного кольца шумность его и шаров в радиальном направлении снижается, а шумность сепаратора практически не изменяется. 9. С увеличением радиального зазора в подшипнике при действии только радиальной нагрузке шумность всех элементов подшипника возрастает, особенно кольца и шаров. 10. С увеличением зазоров в окнах сепаратора среднее значение шумности почти сохраняется, но пиковые значения его (пик-фактор) возрастают. 11. При комбинированном нагружении подшипника, когда часть шариков в подшипнике на какое-то время либо выходит из контакта, либо переходит в другой режим контакта (одноточечный, двухточечный, трехточечный), шумность подшипника значительно возрастает, и чем меньше нагрузка, тем больше. В этом случае подшипник начинает вибрировать с высокими собственными частотами. 12. В окружном направлении шарики генерируют более низкочастотные колебания, а сепаратор – более высокочастотные, так как сепаратор взаимодействует сразу с несколькими шарами. 13. Частоты гармоник по шуму элементов подшипника ровно в два раза больше частот изменения виброускорений параметров их, так как шум определяется как логарифм отношения виброускорений, который принимается всегда положительным. 14. При больших значениях виброускорений изменение (уменьшение или увеличение) виброускорений на шумности сказывается незначительно вследствие логарифмической зависимости шумности от виброускорений. В области больших значениях аргумента значение логарифма его мало изменяется. 15. “Собственные частоты” элементов подшипника и всего подшипника зависят от нагрузки на него. С ростом нагрузки контактные жесткости увеличиваются и собственные частоты возрастают. Нелинейную упругую систему подшипника можно локально, при заданной нагрузке и усилиях в контактах, линеаризировать и определять “собственные частоты” как обычной линейной упругой системы. Методика определения “собственных частот” подшипника с помощью локальных жесткостей в контактах тел качения при конкретных усилиях на них для вибро - акустической установки лаборатории, приведена в данной работе. Она может служить примером для определения “собственных частот” любых других изделий. 16. “Собственные частоты” радиально нагруженного подшипника в направлении действия радиальной нагрузке больше чем в перпендикулярном направлении. 17. В четырех и трех точечных подшипниках по сравнению с двух точечными повышенне шумности может происходить из-за возможной смены режима работы шаров при вращении. В процессе вращения они могут быстро переходить в одно, двух, трех и четырех точечные варианты контакта и тем самым возбуждать “собственные колебания” высокой частоты упругой системы. Природа этих колебаний параметрическая, так как упругие характеристики в подшипнике зависят и от геометрии его, и от нагрузки, и от величины и характера погрешностей изготовления его элементов 18. Хотелось бы еще отметить следующее. Погрешности изготовления элементов подшипника приводит к изменению усилий в подшипнике и неизбежно приводит к изменению крутящего момента сопротивления вращению подшипника за счет изменение сил трения в контактах и, следовательно, на возможность возбуждения крутильных колебаний упругих систем, в которые они входят. 19. И, наконец, в результате проведенных исследований можно сделать следующий вывод – погрешности изготовления элементов подшипников увеличивает нелинейность их как упругих систем, и создают условия для параметрического возбуждения упругих систем, в которые входят подшипники, с “собственными частотами”. При этом не исключается возможность параметрических резонансов. Еще необходимо заметить, что демпфирование колебаний при параметрическом возбуждении мало влияет на их интенсивность. Влияние самого сепаратора и его параметров на шумность подшипников требует специального исследования. И еще хотелось бы отметить, что различные комбинаций разного рода погрешностей элементов подшипников требует индивидуального исследования в составе конкретных изделий, что позволяет делать наши программы, в том числе и.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

АННОТАЦИЯ

По разработанным нами методикам и программам расчета динамики шарикоподшипников с упругим сепаратором и в режиме контактной гидродинамики можно рассчитывать шумность всех их элементов в зависимости от точности изготовления в составе изделий, в которых они работают. В настоящем исследовании рассчитывается шумность четырех точечного подшипника 85-176211D1, который испытывался в заводской виброакустической лаборатории. Результаты расчетов шумности наружного кольца удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными. Объясняется, почему в четырех точечном подшипнике при очень большой разноразмерности шаров средний уровень вибраций (шумности) подшипника практически не меняется даже по сравнению с серийным вариантом. Рассчитывается шумность сепаратора и шаров, которая имеют место при постановке подшипника в любую упругую систему. Определяются собственные частоты элементов подшипника при заданной нагрузке на него применительно к вибрационной установке. Показано, что погрешности изготовления подшипников приводят к параметрическому возбуждению упругих систем, в которые входят подшипники и, как следствие этого, они возбуждают в них колебания с “собственными частотами”, которые и создают основную часть шумности систем c подшипникамив. Такие исследования помогут на теоретическом уровне предсказывать шумность подшипников и их элементов в проектируемых изделиях.

ПОЯСНЕНИЯ К РИСУНКАМ

Рис. 1

а) – эскиз четырех точечного подшипника в варианте двухточечного контакта;

б) – система координат для описания движения шара в подшипнике;

в) – влияние погрешностей элементов подшипника на его геометрические соотношения и в том числе на окружную составляющую усилий в контакте шаров с кольцами;

г) – упругое взаимодействие шара и сепаратора в одной из позиций;

д) – к иллюстрации метода гармонического анализа шумности – методом Бесселя.

Рис. 2

а) – интенсивность возбуждения от погрешностей беговых дорожек колец различных гармоник при одинаковом угловом шаге расположения шаров;

б) - интенсивность возбуждения от погрешностей беговых дорожек колец различных гармоник при неодинаковых угловых шагах расположения шаров;

в) - шумность наружного кольца четырех точечного подшипника в зависимости от расположения двух шаров больших, чем остальные на 24 мкм. Сравнение экспериментальных и расчетных данных;

г) – к определению собственных частот элементов подшипника;

д) – шумность наружного кольца в четырех точечном подшипнике без погрешностей;

е) – шумность сепаратора в четырех точечном подшипнике без погрешностей.

Рис. 3

а) – шумность шара в четырех точечном подшипнике без погрешностей;

б) – шумность наружного кольца четырех точечного подшипника, когда два шара больше чем остальные на 24 мкм;

в) – шумность сепаратора в четырех точечном подшипнике, когда два шара больше чем остальные на 24 мкм;

г) – шумность шара в четырех точечном подшипнике, когда два шара больше чем остальные на 24 мкм;

д) – гармоники шумности наружного кольца четырех точечного подшипника при овальности беговой дорожки внутреннего кольца 4 мкм.;

е) - шумность наружного кольцам четырех точечного подшипника при овальности беговой дорожки внутреннего кольца 5 мкм.

Рис. 4

а) - влияние овальности внутреннего кольца на шумность наружного кольца шарикоподшипника в 4 и 2 - точечном вариантах исполнения;

б) - влияние огранки внутреннего кольца на шумность наружного кольца шарикоподшипника в 4 и 2 - точечном вариантах исполнения;

в) - влияние 4 – угольной погрешности внутреннего кольца на шумность наружного кольца шарикоподшипника в 4 и 2 - точечном вариантах исполнения;

г) - шумность наружного кольца подшипника в 4 и 2 - точечном вариантах исполнения в зависимости от увеличения диаметра только одного шара в подшипнике;

д) - шумность наружного кольца четырех точечного подшипника в зависимости от гармоники радиального биения беговой дорожки внутреннего кольца, амплитуды гармоник во всех случаях одинаковые – 0,2 мкм;

е) - шумность наружного кольца четырех точечного подшипника в зависимости от гармоники радиального биения беговой дорожки внутреннего кольца, амплитуды гармоник во всех случаях одинаковые – 1 мкм;

Рис. 5

а) - шумность наружного кольца подшипника в 2- точечном варианте исполнения с нулевым радиальным зазором по гармоникам при амплитуде 0.2 мкм;

б) - шумность наружного кольца подшипника в 2- точечном варианте исполнения с радиальным зазором 24 мкм и радиальной нагрузкой 250 н по гармоникам при амплитуде 0.2 мкм;

в) - гармоники изменения шумности в четырех точечном подшипнике при амплитуде погрешности беговой дорожки внутреннего кольца 0.2 мкм в зависимости от гармоники погрешности. Зазор в подшипнике 40 мкм;

г) - гармоники изменения шумности в двухточечном подшипника при погрешности внутреннего кольца 0,2 мкм при нулевом радиальном зазоре и радиальной нагрузке 250 н.

д) - усилия на внутреннее кольцо четырех точечного подшипника, в котором два шарика больше чем остальные на 24 мкм, радиальный зазор в подшипнике – 40 мкм;

е) - усилия на внутреннее кольцо четырех точечного подшипника, в котором два шарика больше чем остальные на 24 мкм, радиальный зазор в подшипнике – 40 мкм, к наружному кольцу прикреплена дополнительная масса в 100 раз больше чем масса наружного кольца.

Таблица

Порядковый номер подшипника	норм	1 шар	2 шара рядом	2 шара через 1	2 шара через 2	2 шара через 3	2 шара через 4	2 шара через 5	2 шара 180 0
Общий уровень вибраций, дБ	80	78	78	78	78	77	77	77	78
Уровень составляющих вибрации в октановых полосах частот
Номер полосы	Средне геометр. частоты октановых полос	Уровни составляющих вибрации, дБ
1	4	23	23	23	22	24	25	25	26	25
2	8	24	25	25	27	27	27	26	25	24
3	16	25	46	47	47	45	34	43	51	52
4	31,5	46	47	45	44	47	49	50	49	47
5	63	36	42	40	43	43	41	44	44	43
6	125	44	49	49	48	50	48	49	51	52
7	250	49	50	50	50	50	51	52	53	52
8	500	54	54	52	54	54	55	59	60	58
9	1000	64	61	61	61	61	64	66	67	69
10	2000	68	68	68	71	70	69	69	70	72
11	4000	77	74	75	74	75	74	73	73	72
12	8000	75	73	73	73	73	72	72	71	70