齒輪降噪的工藝優(yōu)化措施

李汪軍

摘 要：通過(guò)對(duì)齒輪嚙合原理基本條件的運(yùn)用及齒輪加工環(huán)境影響因素的改善，解決了減速器齒輪嚙合異常噪音問(wèn)題。隨著客戶對(duì)產(chǎn)品要求的進(jìn)一步提高，齒輪傳動(dòng)聲品質(zhì)成為影響齒輪質(zhì)量的重要衡量指標(biāo)，將越來(lái)越受到廣大制造商及客戶的重視。本文主要把漸開(kāi)線齒輪嚙合原理及加工環(huán)境影響因素運(yùn)用到實(shí)踐中，預(yù)防及解決因設(shè)計(jì)及加工問(wèn)題引起的齒輪箱嚙合噪音等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：基節(jié)、過(guò)渡曲線、重疊系數(shù)、齒形、齒距

引言：

一般來(lái)說(shuō)，一對(duì)齒輪嚙合良好，首先應(yīng)保證設(shè)計(jì)的合理性，即兩齒輪的基節(jié)必須相等，過(guò)渡曲線不干涉，且重疊系數(shù)大于1，但實(shí)際上加工出來(lái)的齒輪因精度問(wèn)題及存在誤差，兩輪的基節(jié)不可能相等，從而導(dǎo)致了嗓音、沖擊等，影響了傳動(dòng)的平穩(wěn)性。

本文研究基于一款減速器在性能測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)有超過(guò)60分貝以上的異常噪音，將主要從基節(jié)偏差方面研究解決齒輪嚙合噪音問(wèn)題

1、理論原因分析

從基節(jié)計(jì)算公式 可知影響基節(jié)的有兩大因素即周節(jié)和壓力角（俗稱齒距、齒形），故對(duì)齒輪的這兩個(gè)項(xiàng)目應(yīng)嚴(yán)格控制，確保符合圖紙精度要求，而影響齒距、齒形質(zhì)量的主要因素有機(jī)床、刀具、夾具等，因此需要對(duì)以上三點(diǎn)要素進(jìn)行分析

1）滾齒機(jī)精度主要由工作臺(tái)導(dǎo)軌精度、分度渦輪副精度、刀架導(dǎo)軌精度、差動(dòng)機(jī)構(gòu)誤差等因素保證。滾齒機(jī)精度不夠，將引起齒輪共法線超差、齒面光潔度差及齒形誤差，導(dǎo)致嚙合不平穩(wěn)，產(chǎn)生噪音

2）齒輪精度主要由齒形、齒線、齒距保證，而滾刀主要影響齒輪的齒形誤差（壓力角）及齒距偏差

3）夾具精度包含滾刀裝夾的跳動(dòng)誤差及齒輪安裝心軸的跳動(dòng)，其中滾刀的端面跳動(dòng)影響齒輪的齒形精度，徑向跳動(dòng)影響齒輪的齒線精度（圖一）；齒輪的安裝心軸跳動(dòng)影響齒輪的齒距偏差

根據(jù)以上影響基節(jié)因素總結(jié)分析對(duì)比如下表一

2、零件存在的問(wèn)題

通過(guò)拆解故障減速器進(jìn)行齒形、齒向分析，判定異常噪音主要是由于動(dòng)力輸入端主動(dòng)齒輪的齒形偏差造成。故障減速器齒輪的齒形、齒向精度誤差如圖二、三所示。

根據(jù)齒輪精度分析，嚙合噪音主要是齒形異常導(dǎo)致的，根據(jù)表一分析得出齒形誤差可能是由于機(jī)床分度蝸桿周期誤差、分度鏈中間齒輪偏心、分度掛輪誤差；滾刀前刃面徑向性誤差、容屑槽周節(jié)累積誤差、前刃面導(dǎo)程誤差、齒形角制造誤差；滾刀安裝斷跳引起的。同時(shí)，考慮到齒輪受載時(shí)實(shí)際齒形與理論齒形將會(huì)產(chǎn)生誤差，也會(huì)增加嚙入、嚙出沖擊，產(chǎn)生噪音

3、降噪的優(yōu)化措施

a）采用高精度數(shù)控滾齒機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)式滾齒機(jī)。主要是數(shù)控滾齒機(jī)以電子齒輪箱代替?zhèn)鹘y(tǒng)滾齒機(jī)的各種交換掛輪，傳動(dòng)剛性好、精度高，操作調(diào)整簡(jiǎn)單方便，其主要目的是避免由于掛輪更換、機(jī)床剛性等問(wèn)題影響齒輪加工精度?，F(xiàn)代數(shù)控滾齒機(jī)可以采用CNC數(shù)控編程來(lái)設(shè)定齒輪的加工參數(shù)，消除傳統(tǒng)的滾齒機(jī)過(guò)于依賴操作員工技能的風(fēng)險(xiǎn)，操作簡(jiǎn)單方便。同時(shí)，現(xiàn)代數(shù)控滾齒機(jī)由于傳動(dòng)剛性好、自動(dòng)化程度高，能夠更加有效的提高的齒輪的加工精度及效率

b）嚴(yán)格控制滾刀精度要求。滾刀采購(gòu)時(shí)應(yīng)采用A或AA精度的滾刀，加工齒數(shù)較多的齒輪時(shí)，滾刀應(yīng)長(zhǎng)些，否則滾刀易磨損，若用較短的滾刀則應(yīng)增加切削錐，以減輕負(fù)荷。滾刀加工過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控滾刀的磨損情況，符合以下情況之一者，刀具必須停止使用，對(duì)前刃面進(jìn)行刃磨：

（1）當(dāng)滾刀刃部最大磨損量Δ達(dá)到下表值；

（2）滾出工件齒形不合格；

（3）滾出工件齒面質(zhì)量差，有拉毛、啃齒等現(xiàn)眾；

（4）加工時(shí)發(fā)出“吱吱”等異常聲音；

（5）滾出工件嚙合不良；

（6）滾齒機(jī)異常震動(dòng)；

（7）其他影響滾齒質(zhì)量、效率的情況。

滾刀重磨后其前角應(yīng)滿足下列三方面的要求

（1）容屑槽周節(jié)的最大累積誤差應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。滾刀容屑槽圓周齒距不等分，將會(huì)造成周節(jié)和齒厚的變化，最終會(huì)影響齒形誤差。

（2）容屑槽導(dǎo)程誤差應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。滾刀前刀面的導(dǎo)程誤差，將引起刀齒在滾刀長(zhǎng)度方向逐漸偏離基本蝸桿表面，使?jié)L刀的外徑、中徑形成錐度，造成加工齒形不對(duì)稱。滾刀前角誤差，也將引起齒形不對(duì)稱。

（3）滾刀前刀面徑向性誤差應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)前刀面的徑向誤差會(huì)減小或增大刀齒的齒形角，還會(huì)導(dǎo)致齒形不對(duì)稱

c） 產(chǎn)品安裝過(guò)程采用液壓脹套或者帶有錐度的心軸固定，嚴(yán)格控制安裝產(chǎn)品后的心軸跳動(dòng)；滾刀由桿式改為孔式，同時(shí)在滾齒機(jī)上安裝滾刀時(shí)嚴(yán)格控制滾刀的端面跳動(dòng)及徑向跳控制；減少滾刀及產(chǎn)品在裝夾過(guò)程中的同軸度偏差。

d） 齒頂修緣，在齒頂附近對(duì)齒廓形狀進(jìn)行有意識(shí)的修磨，即在齒頂處增加倒角。理論和實(shí)踐都證明，實(shí)際嚙合過(guò)程中齒形對(duì)噪音的影響因素最大，當(dāng)齒頂具有較大的正偏差時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生刺耳的尖叫聲。因?yàn)辇X輪嚙合時(shí)齒面會(huì)發(fā)生負(fù)載變形和齒輪本身齒形誤差和齒距誤差疊加，將導(dǎo)致齒輪嚙合時(shí)的瞬時(shí)沖擊，產(chǎn)生噪音、沖擊等現(xiàn)象。因此，為了減少齒輪在嚙合時(shí)由于齒頂凸出而造成的嚙合沖擊，使齒輪均勻而圓滑地傳動(dòng)，將齒頂?shù)母缮娌糠智谐葱蘧?。修緣是減少因基節(jié)誤差而產(chǎn)生噪音、沖擊等現(xiàn)象的一個(gè)有效辦法，這也是現(xiàn)代大部份重要齒輪都是設(shè)計(jì)成帶修緣的主要原因。

4、降噪問(wèn)題的結(jié)果

采用上述措施能消除嚙合噪音問(wèn)題，提高齒輪傳動(dòng)輸出扭矩。同時(shí)，還能提高零件的加工效率，以下主要就對(duì)其優(yōu)化后的效果進(jìn)行分析：a） 性能測(cè)試階段嚙合聲音降低了20%，滿足了客戶的需求b） 嚙合噪音的消除，減少了傳動(dòng)過(guò)程的效率損耗，從而增加了齒輪傳動(dòng)輸出扭矩c）完成設(shè)備及加工技術(shù)優(yōu)化后，生產(chǎn)周期能得以縮短，從而使得其加工時(shí)間及費(fèi)用只有原來(lái)的70%，這樣就有效提升了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率，并大大縮短了生產(chǎn)周期；

5、結(jié)語(yǔ)

齒輪的噪音有很多影響因素，經(jīng)實(shí)踐證明，從加工設(shè)備至工藝的優(yōu)化可以很大程度的消除齒輪噪音的影響，改進(jìn)措施的實(shí)施能獲得非常顯著的效果