齒輪降噪的工藝優化措施

李汪軍

摘 要：通過對齒輪嚙合原理基本條件的運用及齒輪加工環境影響因素的改善，解決了減速器齒輪嚙合異常噪音問題。隨著客戶對產品要求的進一步提高，齒輪傳動聲品質成為影響齒輪質量的重要衡量指標，將越來越受到廣大制造商及客戶的重視。本文主要把漸開線齒輪嚙合原理及加工環境影響因素運用到實踐中，預防及解決因設計及加工問題引起的齒輪箱嚙合噪音等問題。

關鍵詞：基節、過渡曲線、重疊系數、齒形、齒距

引言：

一般來說，一對齒輪嚙合良好，首先應保證設計的合理性，即兩齒輪的基節必須相等，過渡曲線不干涉，且重疊系數大于1，但實際上加工出來的齒輪因精度問題及存在誤差，兩輪的基節不可能相等，從而導致了嗓音、沖擊等，影響了傳動的平穩性。

本文研究基于一款減速器在性能測試階段發現有超過60分貝以上的異常噪音，將主要從基節偏差方面研究解決齒輪嚙合噪音問題

1、理論原因分析

從基節計算公式 可知影響基節的有兩大因素即周節和壓力角（俗稱齒距、齒形），故對齒輪的這兩個項目應嚴格控制，確保符合圖紙精度要求，而影響齒距、齒形質量的主要因素有機床、刀具、夾具等，因此需要對以上三點要素進行分析

1）滾齒機精度主要由工作臺導軌精度、分度渦輪副精度、刀架導軌精度、差動機構誤差等因素保證。滾齒機精度不夠，將引起齒輪共法線超差、齒面光潔度差及齒形誤差，導致嚙合不平穩，產生噪音

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誤差及齒輪安裝心軸的跳動，其中滾刀的端面跳動影響齒輪的齒形精度，徑向跳動影響齒輪的齒線精度（圖一）；齒輪的安裝心軸跳動影響齒輪的齒距偏差

根據以上影響基節因素總結分析對比如下表一

2、零件存在的問題

通過拆解故障減速器進行齒形、齒向分析，判定異常噪音主要是由于動力輸入端主動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。

根據齒輪精度分析，嚙合噪音主要是齒形異常導致的，根據表一分析得出齒形誤差可能是由于機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、容屑槽周節累積誤差、前刃面導程誤差、齒形角制造誤差；滾刀安裝斷跳引起的。同時，考慮到齒輪受載時實際齒形與理論齒形將會產生誤差，也會增加嚙入、嚙出沖擊，產生噪音

3、降噪的優化措施

a）采用高精度數控滾齒機代替傳統的機械傳動式滾齒機。主要是數控滾齒機以電子齒輪箱代替傳統滾齒機的各種交換掛輪，傳動剛性好、精度高，操作調整簡單方便，其主要目的是避免由于掛輪更換、機床剛性等問題影響齒輪加工精度。現代數控滾齒機可以采用CNC數控編程來設定齒輪的加工參數，消除傳統的滾齒機過于依賴操作員工技能的風險，操作簡單方便。同時，現代數控滾齒機由于傳動剛性好、自動化程度高，能夠更加有效的提高的齒輪的加工精度及效率

b）嚴格控制滾刀精度要求。滾刀采購時應采用A或AA精度的滾刀，加工齒數較多的齒輪時，滾刀應長些，否則滾刀易磨損，若用較短的滾刀則應增加切削錐，以減輕負荷。滾刀加工過程中應實時監控滾刀的磨損情況，符合以下情況之一者，刀具必須停止使用，對前刃面進行刃磨：

（1）當滾刀刃部最大磨損量Δ達到下表值；

（2）滾出工件齒形不合格；

（3）滾出工件齒面質量差，有拉毛、啃齒等現眾；

（4）加工時發出“吱吱”等異常聲音；

（5）滾出工件嚙合不良；

（6）滾齒機異常震動；

（7）其他影響滾齒質量、效率的情況。

滾刀重磨后其前角應滿足下列三方面的要求

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

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

（3）滾刀前刀面徑向性誤差應控制在一定范圍內前刀面的徑向誤差會減小或增大刀齒的齒形角，還會導致齒形不對稱

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

d） 齒頂修緣，在齒頂附近對齒廓形狀進行有意識的修磨，即在齒頂處增加倒角。理論和實踐都證明，實際嚙合過程中齒形對噪音的影響因素最大，當齒頂具有較大的正偏差時，將會產生刺耳的尖叫聲。因為齒輪嚙合時齒面會發生負載變形和齒輪本身齒形誤差和齒距誤差疊加，將導致齒輪嚙合時的瞬時沖擊，產生噪音、沖擊等現象。因此，為了減少齒輪在嚙合時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，將齒頂的干涉部分切除即修緣。修緣是減少因基節誤差而產生噪音、沖擊等現象的一個有效辦法，這也是現代大部份重要齒輪都是設計成帶修緣的主要原因。

4、降噪問題的結果

采用上述措施能消除嚙合噪音問題，提高齒輪傳動輸出扭矩。同時，還能提高零件的加工效率，以下主要就對其優化后的效果進行分析：a） 性能測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，減少了傳動過程的效率損耗，從而增加了齒輪傳動輸出扭矩c）完成設備及加工技術優化后，生產周期能得以縮短，從而使得其加工時間及費用只有原來的70%，這樣就有效提升了生產經營效率，并大大縮短了生產周期；

5、結語

齒輪的噪音有很多影響因素，經實踐證明，從加工設備至工藝的優化可以很大程度的消除齒輪噪音的影響，改進措施的實施能獲得非常顯著的效果