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齿轮传动对机床噪声的影响


齿轮传动对机床噪声的影响
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赵雪松# 李明扬
( 安徽工程科技学院) 从齿轮传动角度出发, 分析了齿轮精度对立式铣床噪声的影响, 并结合工厂实际情况, 提出了降低噪 摘! 要: 声的几点措施。采取这些措施后, 投产了几台机床, 将机床整体噪声控制在 "# 34 ( 5) 以下。 关键词: 机床噪声! 立式铣床! 齿轮精度! 齿轮传动 # # 齿轮是机械传动中的重要组成部分。一对齿轮传 动经常遇到的问题有: 噪声、 冲击、 振动、 牙齿折断、 齿 面出麻点 ( 点蚀) 、 磨损等问题。噪声是影响环境的公 害之一, 它不仅会降低工作效率, 引起工伤事故, 危害 工作人员的健康, 而且影响产品的质量, 制约了某些产 品的质量升级, 以致直接影响企业的经济效益。
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一般在 $!%& ( ’) 。这种声音主要是由于齿向误差中 的向中心倾斜误差, 或两轴线平行度误差引起的。 三是高音尖叫声, 音似啸叫。通常是由于小齿轮 的基节太大或齿形角太大或太小引起的。
表 $! 各转速下 5 声级测量数据
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$! 齿轮传动的噪声分析
# # 国内某生产立式铣床的专业机床厂所生产的某型 号立式铣床销路很好。但由于其主运动系统噪声一直 处于 $!%& ( ’) ( 空运转时) 以上, 甚至高达 ()%& ( ’) ( 转速为 * +,, - . /01 时) , 达不到 《 金属切削机床噪声 测量方法》 ( 2&))$* 3 4$ ) 中所规定的一般机床噪声标 准中的 $"%& ( ’) 以下的噪声质量要求, 影响了产品质 量和厂家的经济效益。 各种研究表明, 产生机械噪声的原因很多, 但归纳 起来不外乎是受到各种力 ( 包括瞬时冲击力, 周期性 的力, 随机性的力等) 的冲击而引起的。就齿轮传动 本身而言, 则主要是由于传动系统中构件的弯曲与扭 转, 轴承、 轴承座、 齿轮箱体的加工制造和安装误差引 起的, 而更重要的则是齿轮的原因 ( 加工制造精度, 安 装调整精度) 所致。 我们对该厂生产的铣床 ( 随机抽取一台) 进行了 噪声测试, 所测数据如表 * 所示。图 * 为该铣床主运 动的传动系统图。 在对现场已经装配的铣床噪声测试中我们发现, 其噪声的类型有以下几种型式: 一是周期性噪声。这种声音听起来忽高忽低, 呈 周期性变化。噪声主要是加工齿轮时端面跳动太大, 或装配时齿轮端面不垂直造成的。 二是高频噪声。这种声音听起来有一种不舒服 感, 离开声源远一些听起来很清晰, 用声级计测, 噪声
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# # 四是高频冲击噪声。这种声音听起来似乎有东西 在连续敲击, 而击点位置不易明显辨别。这种声音主 要是由于齿形误差所引起的。 五是异常噪声。这种声音属于低频冲击噪声, 听 起来有明显的打点声、 咯啦声及摩擦声。这种声音主 要是由于齿面上有磕碰或毛刺没有去净而造成的。

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!" 齿轮精度与噪声的关系
# # 上述这些噪声, 不论哪种型式, 都与齿轮传动的啮 合精度、 齿轮的加工制造、 安装精度有很大的关系。 在对齿轮及其主要大件 ( 变速箱体、 立柱、 立铣头 等) 跟踪检查中发现, 在齿轮精度中, 齿形误差对啮合 中的齿轮噪声有很大影响。其中不仅是该误差数值大 小有影响, 而且其误差曲线的形状的影响也很大。实 践证明, 采用齿形形状为中凸的齿形曲线时, 传动过程 中的噪声较小。由于齿形误差要在专门的测量仪器上 测量, 而一般的生产厂家大多没有此检测仪器, 往往忽 略对该项误差的检查。因此该项指标是否合格, 一般 心中无数, 造成齿轮噪声过大的原因往往在于此。 齿距偏差也是引起齿轮噪声的一个因素。在现场 实验过程中, 我们发现, 齿距偏差符合或接近齿距极限 偏差的齿轮, 由于其偏差数值不同, 所测噪声数值一般 也要相差 $ % &’( ( )) ( 这里也有其它因素的影响) 。 对于此项误差, 一般工厂都能检测, 控制较好, 似乎对 齿轮噪声的影响不显著。但是当齿轮精度要求高时, 该项误差往往达不到精度要求, 成为引起齿轮噪声的 一个重要因素。 此外, 由于齿轮安装不良, 造成齿轮接触精度变 坏, 引起较大的啮合冲击力, 产生较大的齿轮噪声, 也 是一个不可忽视的因素。该铣床的主轴箱装在立柱 中, 齿轮的啮合精度完 全 是 由 大 件 ( 即 变 速 箱 体、 立 柱、 立铣头) 的加工、 装配调整而决定的。而这些零件 加工精度不高, 装配、 调整比较困难, 装配时只能靠经 验来保证, 没有严格的定位保证措施, 影响了齿轮的正 常啮合, 造成啮合间隙误差, 使噪声加大。 从上述分析可看出, 齿轮噪声与齿轮精度, 特别是 与齿轮第!、 "公差组内的精度关系密切。

以下几点措施: (-) 提高螺旋伞齿轮 ( +$& , +&- ) 的制造、 装配精 度; 对螺旋伞齿轮协作厂家提出质量要求; 螺旋伞齿轮 验收时应成对检验, 装配时应保证螺旋伞齿轮的啮合 精度。 ($ ) 对噪声影响较大的齿轮零件 ( 重点是几对高 速传动的齿轮 +"! , +$* 、 +$. , +.* 等) , 采取修缘和打 一些减重孔, 使轮齿的齿形曲线为中凸并减小声音传 播面积。 实验证明, 齿轮噪声主要由端面辐射引起。端面 面积越大, 辐射噪声值也越大。钻孔可减少噪声辐射 面积, 因而可取得降噪效果。 (& ) 在加工齿轮时, 控制小齿轮的基节使其略大 于大齿轮的基节, 可以减噪声。因为小齿轮在啮合时 基节因受力变形而略减小。这点可以通过修磨滚刀前 角来控制, 通常将滚切小齿轮的滚刀前角加大一些。 (" ) 制订装配工艺规 程, 严 格 按 工 艺 规 程 装 配。 并设计相应的安装夹具, 保证装配精度, 杜绝野蛮装配 现象。

$" 实验结果
# # 采取了上述几项降噪措施后, 机床噪声得到明显 改善。目前该铣床噪声值已能控制在 0&’( ( )) 以下。 如果将螺旋伞齿轮脱开, 噪声值可再降低 "1 $ % 01 !’( ( )) 。由此可见螺旋伞齿轮对噪声影响之大! 机床噪声是由多种因素引起的系统工程, 齿轮噪 声只是其中的一个方面。齿轮精度又是引起齿轮噪声 的一个方面, 其它如电动机、 轴、 轴承、 箱体等都是引起 噪声不可忽视的因素。目前该项研究还在继续进行, 以期使该铣床的噪声能稳定在 0-’( ( )) 水平, 达到出 口水平要求。 参考文献
-# 杨玉致 1 机床噪声控制技术 1 北京: 中国农机出版社, -/0&1 $# 张策 1 机床噪声—原理及控制 1 天津: 天津科技出版社, -/0"1 &# 戴曙 1 金属切削机床设计 1 北京: 机械工业出版社, -/0!1

#" 主要降噪措施
# # 某高校为该机床的电动机及主轴的 $* 级转速依 次作了频谱曲线 ( 由于篇幅限制不再示出) 。通过对 频谱曲线分析以及现场检测, 我们得出有关齿轮在该 系统中对噪声影响大小的排序如下 ( 图 $) : # +$& , +&- , $ +"! , +$* , % +$. , +.* , & +"/ , +$& , ’+$. , +&- 。 为了降低机床噪声, 我们决定从齿轮着手, 采取了

第一作者: 赵雪松, 安徽省芜湖市, 安徽工程科技 学院机械系, 邮编: $"-*** ( 编辑# 周富荣) # #
( 收稿日期: $**$ 2 *0 2 $0 ) # #

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