多級(jí)圓柱齒輪減速器異響的快速診斷

李孝明

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院，重慶 400039）

1 引言

圓柱齒輪減速器是機(jī)械傳動(dòng)中的重要組成部分，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速比準(zhǔn)確、工作可靠等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、汽車以及煤炭等多種行業(yè)。在生產(chǎn)過(guò)程中，減速器在試驗(yàn)臺(tái)上跑合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，偶爾會(huì)出現(xiàn)異響。雖然是偶爾出現(xiàn)，但是對(duì)于多級(jí)減速器而言，由于零件較多，如果方法不當(dāng)，就很難及時(shí)、準(zhǔn)確地找到有問(wèn)題的零件，會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，甚至還會(huì)把只有一點(diǎn)瑕疵的零件當(dāng)作廢品處理。筆者曾見(jiàn)過(guò)一些檢修人員遇到異響問(wèn)題就逐個(gè)更換齒輪，拆了裝，裝了拆，反復(fù)折騰，費(fèi)力費(fèi)時(shí)深感無(wú)奈。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)缺乏專用檢測(cè)儀器的情況下，為了能快速、準(zhǔn)確地判斷故障零件和缺陷部位，筆者通過(guò)理論分析并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一種快速、行之有效的診斷方法，指導(dǎo)工人實(shí)踐，效果很好。

本文定義的異響，是指用耳朵就能清晰分辨出來(lái)、有明顯的周期性的噪聲。對(duì)于那些頻率很高連成一片、聽(tīng)不清有明顯周期性的噪聲的不在本探討之列。

2 幾種常見(jiàn)異響的分類及特點(diǎn)

2.1 齒面磕碰硬傷或者材料硬質(zhì)點(diǎn)引起的異響及特點(diǎn)

這類異響的顯著特點(diǎn)是噪聲大但是短而清脆，發(fā)出噪聲的周期與齒輪的轉(zhuǎn)速相關(guān)。

2.2 齒圈徑向跳動(dòng)量誤差引起的異響及特點(diǎn)

當(dāng)齒圈徑向跳動(dòng)量很大時(shí)引起的嚙合噪聲的特點(diǎn)是，齒輪每轉(zhuǎn)一周出現(xiàn)一次，并且噪聲有一個(gè)由小變大、再由大變小的漸變過(guò)程，同時(shí)正反轉(zhuǎn)都是如此，在轉(zhuǎn)速低時(shí)仔細(xì)聆聽(tīng)可以分辨出來(lái)。

2.3 動(dòng)不平衡慣性力引起的異響及特點(diǎn)

由齒輪、軸承和裝配軸的偏心，或者齒輪結(jié)構(gòu)不平衡引起的動(dòng)不平衡慣性力，所產(chǎn)生的與轉(zhuǎn)速一致的低頻振動(dòng)共鳴聲。這類異響的特點(diǎn)是隨著軸的旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)發(fā)生一次，與齒圈徑向跳動(dòng)量引起的異響類似；但它不同的是，可能正反轉(zhuǎn)都有異響，也可能是單向旋轉(zhuǎn)有異響（其原因本文不做更深入的分析）。

2.4 軸承質(zhì)量問(wèn)題引起的異響及特點(diǎn)

軸承滾珠（柱）碰傷等，都會(huì)引起軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生異響，這種異響的特點(diǎn)一般是無(wú)規(guī)律的雜音。

3 異響零件同時(shí)出現(xiàn)的幾種情況

在試機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有異響，可以根據(jù)本文前面列舉的幾種異響的特點(diǎn)，大致判斷出異響的原因，接下來(lái)就是如何快速、準(zhǔn)確地找到發(fā)出異響的零件和缺陷部位，以便修復(fù)或者更換，排除故障。

圖1

如圖1所示是一個(gè)最簡(jiǎn)單的多級(jí)（兩級(jí)）傳動(dòng)的圓柱齒輪減速器。在跑合試車過(guò)程中，如果出現(xiàn)異響，主要是由軸承和齒輪引起。在無(wú)法準(zhǔn)確判斷異響是來(lái)自軸承或者齒輪時(shí)，首先采用簡(jiǎn)易的方法，即用一根木棍作為"聽(tīng)診器"，一端緊貼軸承座，另一端貼近耳朵，就可以清晰地聽(tīng)見(jiàn)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的真實(shí)聲響，從而準(zhǔn)確判斷異響是否由軸承引起。排除了軸承因素后，簡(jiǎn)化了診斷的復(fù)雜程度，就可以只對(duì)齒輪因素的影響作重點(diǎn)研究了。

異響齒輪零件組合，理論上大致有以下幾種情況：（1）齒輪 1、2、3、4 中某一個(gè)件發(fā)出異響；（2）齒輪 1、2、3、4 中某 2 個(gè)件發(fā)出異響；（3）齒輪 1、2、3、4 中某 3 個(gè)件發(fā)出異響；（4）齒輪 1、2、3、4 全發(fā)出異響。

根據(jù)上述4種情況排列一下便可知道，4個(gè)齒輪有多達(dá)15種不同的零件組合出現(xiàn)缺陷引起異響。如果多個(gè)齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中同時(shí)出現(xiàn)異響，聲音就會(huì)雜亂無(wú)章，雖然可以借助轉(zhuǎn)速測(cè)量表和噪聲頻率分析儀來(lái)診斷，但是一些廠家在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)還不具備這樣的條件，通常實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中有嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，出現(xiàn)多個(gè)齒輪同時(shí)有缺陷而引起異響情況的幾乎沒(méi)有；多個(gè)齒輪中出現(xiàn)一個(gè)有缺陷，并且僅有一處缺陷引起異響的情況也是偶爾出現(xiàn)。所以，本文所要介紹的異響診斷方法，就是基于“只有一個(gè)齒輪有缺陷，并且缺陷數(shù)最多不超過(guò)兩處”這樣的前提來(lái)進(jìn)行分析診斷的。

4 對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的要求及異響零件的診斷方法

圓柱齒輪減速器試驗(yàn)臺(tái)，需要具有無(wú)級(jí)調(diào)速的功能。在跑合試車過(guò)程中，如果出現(xiàn)異響，可以采用“算（計(jì)算）、標(biāo)（標(biāo)記）、調(diào)（調(diào)速）、看（察看）、聽(tīng)（聆聽(tīng)）、記（記錄）、對(duì)（對(duì)比）”的方法診斷。具體做法是：

（1）根據(jù)齒輪的齒數(shù)（圖1），“計(jì)算”低速齒輪4轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)時(shí)，其余每個(gè)齒輪轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)數(shù)：

式中 n1、n2、n3分別表示齒輪 4轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)齒輪 1、2、3 轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)數(shù)，Z1、Z2、Z3、Z4表示對(duì)應(yīng)齒輪的齒數(shù)。

（2）在低速軸（軸Ⅲ）的輸出端外表面作“標(biāo)記”。最簡(jiǎn)單的方法就是用粉筆畫一道杠，既方便觀看又方便清除，當(dāng)然也可用顏色反差大的不干膠等來(lái)作標(biāo)記。

（3）“調(diào)速”，即調(diào)整輸入軸（軸Ⅰ）到合適的轉(zhuǎn)速。因?yàn)檗D(zhuǎn)速高了可能異響連成一片，無(wú)法聽(tīng)清異響出現(xiàn)的頻次，反之可能異響不明顯，所以需要調(diào)整到一個(gè)合適的轉(zhuǎn)速，使之既能看清楚低速軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，又能聽(tīng)清楚一轉(zhuǎn)之中異響出現(xiàn)的次數(shù)。這就是要求試驗(yàn)臺(tái)可無(wú)級(jí)調(diào)速的原因。

（4）用眼睛“察看”低速軸每轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)的同時(shí)，“聆聽(tīng)”異響出現(xiàn)的次數(shù)，并且“記錄”下來(lái)。

（5）將記錄下來(lái)的異響次數(shù)，與 n1、n2、n3、n4分別進(jìn)行“對(duì)比”（其中 n2=n3，n4=1）。

（6）異響零件的判別詳見(jiàn)表1異響齒輪判別表。

假設(shè)低速軸每轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)，異響出現(xiàn)的次數(shù)為N，則有：

如果 N=n4=1，或者 N=2n4=2（z4/z3≠2），則異響是由齒輪4引起的。

如果N=n2=n3，或者N=2n2=2n3，則異響是由齒輪2或者齒輪3引起的。究竟是齒輪2還是齒輪3有問(wèn)題，需要對(duì)齒輪3逐齒檢查后才可以確定（檢查齒輪3是因?yàn)楸葯z查齒輪2的工作量小很多）。

表1 異響齒輪判別表

如果N=n1，或者N=2n1，則異響是由齒輪1引起的。

其中 n1、n2、n3按式（1）和式（2）計(jì)算。

5 缺陷部位的查找

如果判斷異響是由齒面磕碰硬傷或者材料硬質(zhì)點(diǎn)引起的，那么缺陷究竟在輪齒的哪一側(cè)呢？如果不能正確判斷，則將浪費(fèi)成倍的時(shí)間。根據(jù)減速器的傳動(dòng)鏈和輸出軸的旋向（如圖2所示），就能確定異響齒輪的缺陷位于齒面的哪一側(cè)；然后逐齒檢查，就能找到發(fā)出異響的高點(diǎn)部位。

圖2

6 異響的排除

本文分別闡述了幾種常見(jiàn)異響的分類及特點(diǎn),各種異響的排除方案如下：

如果判斷是齒圈徑向跳動(dòng)量引起的異響，那么就需要更換齒輪；

如果判斷是動(dòng)不平衡慣性力引起的異響,或更換齒輪，或做動(dòng)平衡；

如果判斷是齒面磕碰硬傷或者材料硬質(zhì)點(diǎn)引起的異響，那么還需用前述的方法找出缺陷部位，然后用油石或者金剛銼刀將高點(diǎn)去除，異響隨即消失。

7 結(jié)語(yǔ)

多級(jí)圓柱齒輪減速器在跑合試車過(guò)程中出現(xiàn)異響，采用“算、標(biāo)、調(diào)、看、聽(tīng)、記、對(duì)”的診斷方法，能快速找到發(fā)出異響的齒輪零件。這種方法高效、實(shí)用、成本低，深受工人師傅的喜歡。

［1］楊玉致.機(jī)械噪聲控制技術(shù)［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1985.

［2］黃長(zhǎng)藝，盧文祥.機(jī)械制造中的測(cè)試技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.