Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980432610.12737/6886Технические наукиTechnical sciencesТехнические наукиTHEORETICAL STUDY ON VIBROACOUSTIC DYNAMICS OF SPLIT-TYPE SPINDLE HEADSТеоретические исследования процесса виброакустической динамики шпиндельных бабок сборной конструкцииКадубовскаяГалина ВикторовнаKadubovskayaGalina Викторовнаbgv.rostov1@yandex.ruЧукаринАлександр НиколаевичChukarinAleksandr Николаевичdkozyrev@dstu.ru
доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
Ростовский государственный университет путей сообщенияRostov State University of Means of Communication13022015130220151448692https://naukaru.ru/en/nauka/article/4326/view
Теоретически исследованы уровни вибрации и шума шпиндельных бабок сборной конструкции. Отмечается, что в данном случае изменяется колебательная система бабки — и это приводит к необходимости моделирования виброакустической динамики указанных конструкций. Основой для расчета спектров вибрации и шума является метод энергетического баланса конструкции, состоящей из системы прямоугольных пластин, в которые поступают потоки вибрационной мощности от опор шпинделя. Проведены соответствующие рас-четы для корпусов бабок, изготовленных из стали и чугуна. Получены следующие данные. У корпуса чугун-ной шпиндельной бабки скорость распространения изгибных волн меньше в 0,62 раза, собственные частоты колебаний — в 0,78 раз, коэффициент поглощения вибрационной мощности больше в 11,4 раза, что приводит к значительному уменьшению уровней шума.Актуальность исследования обоснована широким распространением шпиндельных бабок сборной конструкции в производстве, особенно на станках токарной группы.
Vibration and noise levels of the split-type spindle heads are theoretically investigated. It is noted that in this case, the head oscillating system changes and this leads to the need of modeling the vibroacoustic dynamics of these structures. The calculation of the noise and vibration spectra is based on the power balance method of the construction consisting of a system of rectangular plates where the vibration power flows from spindle bearings are transmitted. The appropriate calculations for spindle cases made of steel and cast iron are carried out. The following data are obtained. The propagation velocity of flexural waves of an iron spindle case is factor of 0.62 lower, its own oscillation frequency is factor of 0.78 lower, the vibration power absorption coefficient is 11.4 times larger, which leads to a significant reduction in noise levels. The investigation timeliness is proved by an extended application of split-type spindle heads in the production, particularly in lathe tools.
Введение. Шум на рабочих местах операторов токарных станков является одним из наиболее распространенных неблагоприятных производственных факторов. С увеличением производительности, мощности и быстроходности современных токарных станков растет уровень вибрации и шума на рабочих местах. Интенсивным открытым источником шума, нередко превышающего санитарные нормы, является шпиндельная бабка. Находясь в непосредственной близости от оператора, она создает угрозу его здоровью и работоспособности, что в свою очередь влияет на производительность труда. Кроме того, шум является одним из важнейших комплексных показателей качества станков. По уровню шума можно судить в том числе о неточности изготовления и сборки деталей и узлов, а это важно для сохранения конкурентоспособности производства. Поэтому улучшение виброакустических характеристик является значимой научно-технической и экономической задачей.
Чукарин, А. Н. Теория и методы акустических расчетов и проектирования технологических ма-шин для механической обработки / А. Н. Чукарин. - Ростов-на-Дону : Издательский центр ДГТУ, 2006. - 152 с.Chukarin, A. N. Teoriya i metody akusticheskikh raschetov i proektirovaniya tekhnologicheskikh mashin dlya mekhanicheskoy obrabotki. [Theory and methods of acoustic analysis and design of technological machines for machining: monograph.] Rostov-on-Don : DSTU Publ. Centre, 2006, 152 p. (in Russian).Шамшура, С. А. Математическая модель шумообразования виброударного упрочнения лонже-ронов вертолетов / С. А. Шамшура, С. Н. Шевцов, А. Н. Чукарин // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2009. - Т. 9, № 2. - С. 217-223.Shamshura, S. A., Shevtsov, S. N., Chukarin, A. N. Matematicheskaya model´ shumoobrazovaniya vibroudarnogo uprochneniya lonzheronov vertoletov. [Mathematical model of noise percussion reinforcement of helicopter spars.] Vestnik of DSTU, 2009, vol. 09, no. 2, pp. 217-223 (in Russian).Чукарин, А. Н. Моделирование вибраций акустической системы стендов при динамических ис-пытаниях / А. Н. Чукарин, С. А. Шамшура // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2009. - Т. 9, № 3. - С. 427-433.Chukarin, A. N., Shamshura, S. A. Modelirovanie vibratsiy akusticheskoy sistemy stendov pri dinamicheskikh ispytaniyakh. [Modeling of vibrations of acoustic tester system in dynamic tests.] Vestnik of DSTU, 2009, vol. 09, no. 3, pp. 427-433 (in Russian).Финоченко, Т. А. Экспериментальные исследования шума прутковых токарных автоматов / Т. А. Финоченко, А. Н. Чукарин // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2010. - Т. 10, № 2. - С. 234-238.Finochenko, T. A., Chukarin, A. N. Eksperimental´nye issledovaniya shuma prutkovykh tokarnykh avtomatov. [Experimental research of rod turning machine noise.] Vestnik of DSTU, 2010, vol. 10, no. 2, pp. 234-238 (in Russian).Tonshaff, H.-K. Noise reduction in circular sowing of metals / H.-K. Tonshaff, R. Westphal // CIRP Annals - Manufacturing Technology. - 1978. - Vol. 27, № 1. - P. 339-343.Tonshaff, H. K., Westphal, R. Noise reduction in circular sowing of metals. CIRP Annals, 1978, vol. 27, no. 1, pp. 339-343.Rebel, I. Planung hydraulischer Analagen // CIRP Annals - Manufacturing Technology. - 1984. - № 14. - P. 193-196.Rebel, I. Planung hydraulischer Analagen. CIRP Annals, 1984, no. 14, pp. 193 - 196.Никифоров, А. С. Акустическое проектирование судовых конструкций. Справочник. - Ленин-град : Судостроение, 1990. - 200 с.Nikiforov, A. S. Akusticheskoe proektirovanie sudovykh konstruktsiy. Spravochnik. [Acoustic design of ship structures: handbook.] Leningrad : Sudostroenie, 1990, 200 p. (in Russian).Спиридонов, В. М. Применение энергетического метода для расчета уровней звуковой вибра-ции // Борьба с шумом на судах. - Ленинград : Судостроение, 1965. - 108 с.Spiridonov, V. M. Primenenie energeticheskogo metoda dlya rascheta urovney zvukovoy vibratsii. Bor´ba s shumom na sudakh. [Application of energy method to calculate the level of sound vibrations. Noise control on ships.] Leningrad : Sudostroenie, 1965,108 p. (in Russian).Колесников, И. В. Основы акустического проектирования кабин машинистов (теория и практи-ка) / И. В. Колесников, Ю. В. Пронников, А. Н. Чукарин. - Ростов-на-Дону : Издательский центр ДГТУ, 2012. - 120 с.Kolesnikov, I. V., Pronnikov, Y. V., Chukarin, A. N. Osnovy akusticheskogo proektirovaniya kabin mashinistov (teoriya i praktika). [Fundamentals of acoustic design engineer cab (theory and practice): mono-graph.] Rostov-on-Don : DSTU Publ. Centre, 2012, 120p. (in Russian).Подуст, С. Ф. Основы виброакустических расчетов отечественных электровозов / С. Ф. Подуст, А. Н. Чукарин, И. В. Богуславский. - Ростов-на-Дону : Издательский центр ДГТУ, 2013. - 160 с.Podust, S. F., Chukarin, A. N., Boguslavskiy, I. V. Osnovy vibroakusticheskikh raschetov otech-estvennykh elektrovozov. [Fundamentals of electric domestic vibroacoustic calculations: monograph.] Rostov-on-Don : DSTU Publ. Centre, 2013, 160 p. (in Russian).