機床內部齒輪的噪聲檢測及降噪措施

劉春英

摘 要：目的 從機床內部齒輪嚙合角度出發，分析了輪齒加工精度和彼此嚙合會產生機床噪聲。方法 提高齒輪的制造加工、安裝精度，減少噪聲輻射面積，設計成腹板式結構，用非金屬材料作為首選齒輪的材料。結果 通過改進后的機床，噪聲明顯降低且其值已控制在81dB（A）以下。結論 通過提高加工制造和裝配精度，一對齒輪同時加工并減輕自身重量下，可以采用非金屬材料措施后，機床噪聲降低。

關鍵詞：機床噪聲 嚙合剛性 齒距偏差 非金屬材料

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0091-01

機床噪聲是由自身振動產生的，在撞擊、摩擦、交變應力作用下，機身、軸承、齒輪等發生振動。如果人長期在強噪聲下工作，會產生永久性的聽力損傷，過強的噪聲還能殺傷人體?，F在機床向精密化和高速化發展趨勢，機床噪聲必須要降低。因此，降低噪聲是機床研究發展的重要課題之一。而且噪聲大小，又是體現國家機械制造行業的發展水平的高低。

1 機床噪聲的檢測與分析

1.1 機床噪聲的檢測

依據《金屬切削機床噪聲測量》（JB2281-78）的規定，機床噪聲的允許標準應是：精密機床應小于75中頻，一般機床應小于85中低頻。但到一定的磨合期，機床各個部件與機構會產生變形，齒輪之間會出現磨損，從而產生非正常的噪聲。

以實驗檢測和總結，機床的噪聲主要有以下四個方面：（1）機械式噪聲，如齒輪、絲杠、軸承和其它聯軸節的噪聲。（2）液壓式噪聲，齒輪泵、節流閥等噪聲。（3）空氣振動噪聲，電動機散熱風扇等噪聲。（4）電磁式噪聲，變壓器等。噪聲源彼此之間又是相互疊加的，它們的互相疊加會使噪聲加大，會形成共振。就機床噪聲產生而言，可能是傳動系統中零件的變形與受力，也可能是機械零件的加工精度和裝配誤差引起的，但更重要的原因則是齒輪所致。

1.2 機床噪聲分析

以銑床為噪聲檢測對象，其噪聲主要形式有：

（1）規律性噪聲，聲音有高有低，齒輪嚙合剛性的規律性變化對傳動噪聲的影響。嚙合剛性的變化是指齒輪傳動中，同時嚙合齒數不同，在一兩對之間變化而引起嚙合輪齒承受載荷的變化。當一對輪齒嚙合時，所有負荷均作用于這對輪齒，會發生較大的變形量，噪聲較大；當兩對輪齒嚙合時，其負荷由這兩對輪齒共同承受，每對輪齒的載荷縮小一半，此時輪齒會發生較小的變形量，噪聲較小。齒輪傳動誤差使從動齒輪的角速度滯后于主動齒輪的角速度，速度的瞬時變化會造成在從動齒輪齒頂處產生碰擊。在不同的載荷條件下，齒輪傳動產生的噪聲大小不同。

（2）高頻性噪聲，那種很尖利的聲音，波長很短，隨著距離越遠或遭遇障礙物，能迅速衰減。聲級計檢測，通常在88dB（A）左右。產生的原因一般是齒輪的齒向向中心傾斜產生誤差或是兩齒輪軸線不平行引起的噪聲。

（3）尖叫刺耳聲，突然發出尖銳刺耳聲音，通常是由于齒輪的相鄰同側齒廓間的法線距離太大，齒輪分度圓上的壓力角太大或太小而引起的。

（4）連續沖擊噪聲，感覺有東西連續敲擊機床，當銑床內部輪齒發生沖擊時，大量的動能在瞬時間內要轉化成振動的能量，我們就聽到噪聲。產生的原因主要是由于齒形誤差所引起的。

（5）低頻沖擊噪聲，有短暫的撞擊聲。產生的原因主要是齒輪表面上毛刺沒有去凈或是有磕碰凹陷而造成的。

2 銑床產生噪聲的原因

通過歸納這些噪聲所產生的原因，都與齒輪的嚙合情況、齒輪的設計加工和裝配安裝有很大的關聯。在齒輪精度中，齒輪本身的齒形誤差就會產生大量的噪聲。檢測證明，對于高精密傳動齒輪，設計齒形時我們可以采用中凸的齒形曲線，轉動承載中噪聲較小。但需要在專門的精密儀器上測量，所以往往忽略對此項誤差的檢查，本來可以降低噪聲反過來卻造成銑床噪聲過大。

另一個引起機床噪聲的因素是齒距偏差。齒輪在制造生產中都會產生誤差，不會消除只能降低齒距偏差。通常都要檢測，只要齒距精度控制在良好的范圍內，噪聲影響不顯著。但是當齒輪精度要求不高時，或是該項誤差達不到精度要求，就會引起噪聲。

當齒輪裝配不可靠，安裝不良時，造成輪齒間接觸精度變差，引起嚙合沖擊力越大，產生的噪聲也越大。齒輪的嚙合精度完全是由加工、裝配而決定的。如果沒有嚴格的定位保證措施情況下，就靠經驗來安裝，會造成齒輪傳動的磨損和嚙合間隙誤差增大，噪聲就會增大。

3 主要降噪措施

檢測銑床在不同轉速下，依次作了A聲級測量數據。通過對測量數據分析比較，得出機床內部齒輪在主運動系統中噪聲大小的排序，如圖1所示。

為了降低銑床噪聲，應該從齒輪入手，采取了以下幾點措施：

（1）提高齒輪加工精度、裝配定位精度，所有齒輪驗收時應成對檢驗，裝配時應保證齒輪的定位精度。

（2）產生噪聲較大的齒輪零件，可以設計減重孔，降低固有頻率。齒輪的傳播噪聲主要由端面輻射引起，端面面積越大，噪聲值也越大。設計減重孔的目的是減少輻射面積，變成腹板式結構，在滿足強度要求前提下，應可能的降低重量。

（3）為了進一步降低傳動噪聲，在某些場合強度要求不高時，可大膽地使用非金屬材料作為首選齒輪的材料?；ハ鄧Ш淆X輪中，小齒輪用非金屬材料（如尼龍、夾布塑料），大齒輪用金屬材料。

（4）選用同一臺齒輪加工機床所加工出來的齒輪，能夠利于降低嚙合的噪聲。加工完成后要認真清洗齒輪棱面的毛刺并防止磕碰傷，因為毛刺在齒輪嚙合過程中直接產生噪聲。

4 改良后的效果

采用上述幾項降噪措施后，現在該實驗銑床噪聲值已能控制在81dB（A）以下，機床噪聲得到顯著降低。

5 結語

宏觀來看，齒輪精度是引起齒輪噪聲的一個方面，而機床噪聲的因素很多也很復雜，齒輪研究只是其中的一個方面，其他如軸承、螺桿等都是引起噪聲不可忽略的因素。我們對其他各類機床的噪聲控制還需更加深入的分析。

參考文獻

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