機床內(nèi)部齒輪的噪聲檢測及降噪措施

劉春英^1、2

（1、青島科技大學(xué)機電工程學(xué)院，2、濟寧市技師學(xué)院）

摘　要：目的　從機床內(nèi)部齒輪嚙合角度出發(fā)，分析了輪齒加工精度和彼此嚙合會產(chǎn)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(shè)計成腹板式結(jié)構(gòu)，用非金屬材料作為首選齒輪的材料.結(jié)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(jié)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(guān)鍵詞：機床噪聲；嚙合剛性；齒距偏差；非金屬材料

機床噪聲是由自身振動產(chǎn)生的，在撞擊、摩擦、交變應(yīng)力作用下，機身、軸承、齒輪等發(fā)生振動。如果人長期在強噪聲下工作，會產(chǎn)生永久性的聽力損傷，過強的噪聲還能殺傷人體?，F(xiàn)在機床向精密化和高速化發(fā)展趨勢，機床噪聲必須要降低。因此，降低噪聲是機床研究發(fā)展的重要課題之一。而且噪聲大小，又是體現(xiàn)國家機械制造行業(yè)的發(fā)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(jù)《金屬切削機床噪聲測量》（JB2281-78）的規(guī)定，機床噪聲的允許標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是：精密機床應(yīng)小于75中頻，一般機床應(yīng)小于85中低頻。但到一定的磨合期，機床各個部件與機構(gòu)會產(chǎn)生變形，齒輪之間會出現(xiàn)磨損，從而產(chǎn)生非正常的噪聲。

以實驗檢測和總結(jié)，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(lián)軸節(jié)的噪聲。

（2）液壓式噪聲，齒輪泵、節(jié)流閥等噪聲。

（3）空氣振動噪聲，電動機散熱風(fēng)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(chǎn)生而言，可能是傳動系統(tǒng)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(guī)律性噪聲，聲音有高有低，齒輪嚙合剛性的規(guī)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(shù)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(dāng)一對輪齒嚙合時，所有負(fù)荷均作用于這對輪齒，會發(fā)生較大的變形量，噪聲較大；當(dāng)兩對輪齒嚙合時，其負(fù)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(fā)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(chǎn)生碰擊。在不同的載荷條件下，齒輪傳動產(chǎn)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(yuǎn)或遭遇障礙物，能迅速衰減。聲級計檢測，通常在88dB（A）左右。產(chǎn)生的原因一般是齒輪的齒向向中心傾斜產(chǎn)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(fā)出尖銳刺耳聲音，通常是由于齒輪的相鄰?fù)瑐?cè)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(xù)沖擊噪聲，感覺有東西連續(xù)敲擊機床，當(dāng)銑床內(nèi)部輪齒發(fā)生沖擊時，大量的動能在瞬時間內(nèi)要轉(zhuǎn)化成振動的能量，我們就聽到噪聲。產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生噪聲的原因

通過歸納這些噪聲所產(chǎn)生的原因，都與齒輪的嚙合情況、齒輪的設(shè)計加工和裝配安裝有很大的關(guān)聯(lián)。在齒輪精度中，齒輪本身的齒形誤差就會產(chǎn)生大量的噪聲。檢測證明，對于高精密傳動齒輪，設(shè)計齒形時我們可以采用中凸的齒形曲線，轉(zhuǎn)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(chǎn)中都會產(chǎn)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(nèi)，噪聲影響不顯著。但是當(dāng)齒輪精度要求不高時，或是該項誤差達(dá)不到精度要求，就會引起噪聲。

當(dāng)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(chǎn)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(yán)格的定位保證措施情況下，就靠經(jīng)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(zhuǎn)速下，依次作了A聲級測量數(shù)據(jù)。通過對測量數(shù)據(jù)分析比較，得出機床內(nèi)部齒輪在主運動系統(tǒng)中噪聲大小的排序，如圖1所示。

為了降低銑床噪聲，應(yīng)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(yīng)成對檢驗，裝配時應(yīng)保證齒輪的定位精度。

（2）產(chǎn)生噪聲較大的齒輪零件，可以設(shè)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(shè)計減重孔的目的是減少輻射面積，變成腹板式結(jié)構(gòu)，在滿足強度要求前提下，應(yīng)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(rèn)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(chǎn)生噪聲。

4.改良后的效果

采用上述幾項降噪措施后，現(xiàn)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(jié)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(fù)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。

（來源：科技資訊）