【內(nèi)容摘要】由我單位生產(chǎn)的SF31904電動(dòng)輪礦用自卸車輪邊齒輪減速器，在整車裝配調(diào)試中出現(xiàn)異常噪音。從制造角度，根據(jù)齒輪嚙合原理進(jìn)行了全面系統(tǒng)的分析，并提出有效的防治措施：①對(duì)大行星輪及內(nèi)齒圈進(jìn)行齒頂?shù)估?②對(duì)參與嚙合的齒輪全部進(jìn)行齒廓倒棱;③提高齒輪的制造和安裝精度，重點(diǎn)控制大行星輪及內(nèi)齒圈的齒距誤差，提高齒面粗糙度;④人工修磨消除齒面由于敲、打、磕、碰引起的凸起和毛刺等一系列行之有效的防治措施，使噪音得到了很好的控制。

　　【關(guān) 鍵 詞】輪邊減速器異常噪音 原因分析 防治措施。

　　我單位生產(chǎn)的SF31904電動(dòng)輪礦用自卸車輪邊減速器與主機(jī)廠整車配套。主機(jī)廠在組裝調(diào)試中，輪邊齒輪減速機(jī)構(gòu)出現(xiàn)異常噪音;針對(duì)齒輪減速機(jī)構(gòu)的異常噪音，我單位從齒輪制造角度，根據(jù)齒輪嚙合原理進(jìn)行了全面系統(tǒng)的分析，并“對(duì)癥下藥”，提出有效的防治措施，使噪音得到了很好的控制。

　　今將這一過程，整理成文，以供同行工作中參考。

　　一、SF31904電動(dòng)輪礦用自卸車輪邊減速器減速機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介

　　1. SF31904電動(dòng)輪礦用自卸車輪邊減速器減速機(jī)構(gòu)的組成：

　　SF31904電動(dòng)輪礦用自卸車輪邊減速器由一個(gè)太陽齒輪、三個(gè)大行星齒輪、三個(gè)小行星齒輪、一個(gè)內(nèi)齒圈組成。是典型的具有一個(gè)內(nèi)嚙合和一個(gè)外嚙合的NW行星齒輪傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)。(見圖1所示)

　　其中太陽輪本身浮動(dòng)，太陽輪的一端通過花鍵套和電樞軸連接，另一端依靠與三個(gè)沿圓周均布的大行星輪嚙合自動(dòng)定位，同時(shí)保證適當(dāng)?shù)膰Ш蟼?cè)隙及齒頂間隙。

　　大、小行星齒輪通過熱套過盈配合成為一體的雙聯(lián)行星齒輪。

　　三個(gè)大行星輪由太陽輪驅(qū)動(dòng)，大行星輪安裝在機(jī)架的軸承上轉(zhuǎn)動(dòng)，三個(gè)小行星輪與扭力管上的內(nèi)齒圈相嚙合。扭力管與輪轂靠螺栓連成一體，其整體在兩個(gè)大型向心推力軸承上繞機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)。輪轂給輪胎提供了安裝表面。

　　2、異常噪音源的診斷：

　　通過現(xiàn)場(chǎng)分析與判斷，產(chǎn)生異常噪音的關(guān)鍵是由組成輪邊齒輪減速機(jī)構(gòu)的8個(gè)相互嚙合的齒輪的不正常嚙合而引起。

　　二、太陽輪、大行星輪的齒根干涉計(jì)算

　　1.太陽輪

　?、?齒頂處齒形曲率半徑：ρmax1

　　② 嚙合起點(diǎn)曲率半徑：ρmin1

　?、?嚙合起點(diǎn)圓直徑(漸開線起始圓直徑)：dc

　　④ 齒根過渡曲線起始圓直徑：df

　　即df < dc。

　?、?結(jié)論：齒根過渡曲線起始圓直徑小于嚙合起始圓直徑，所以在齒根處與相嚙合的齒輪齒頂不會(huì)發(fā)生齒根干涉。

　　2.大行星輪

　　① 齒頂處齒形曲率半徑：

　?、?嚙合起點(diǎn)曲率半徑：ρmin

　　③ 嚙合起點(diǎn)圓直徑(漸開線起始圓直徑)：dc

　?、?齒根過渡曲線起始圓直徑：df

　　結(jié)論：df < dc ,當(dāng)齒根過渡曲線起始圓小于嚙合起始點(diǎn)時(shí)，所以在齒根處與相嚙合的齒輪齒頂不會(huì)發(fā)生齒根干涉。

　　da – 外圓直徑

　　db – 基圓直徑

　　d – 分度圓直徑

　　dR – 齒根圓直徑

　　c – 理論齒頂隙，c = 0.26m

　　m – 模數(shù)

　　A – 中心距

　　主動(dòng)輪—太陽輪

　　從動(dòng)輪—大行星輪

　　3.通過計(jì)算充分說明太陽輪和大行星輪齒根不發(fā)生干涉，所以SF31904電動(dòng)輪礦用自卸車輪邊齒輪減速機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的異常噪音與齒根干涉無關(guān)。

　　三、對(duì)產(chǎn)生異常噪音的原因分析：

　　以大行星輪和太陽輪的嚙合為例，分析如下：

　　1.齒輪嚙合噪音的產(chǎn)生原因

　　一對(duì)齒輪在嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，同時(shí)接觸的齒數(shù)和齒面接觸線總長(zhǎng)，經(jīng)常在變化著。在發(fā)生變化的瞬間，牙齒負(fù)荷會(huì)發(fā)生很大的改變，形成沖擊力，使牙齒振動(dòng)，產(chǎn)生噪音。它也是產(chǎn)生齒輪噪音的根本原因。這種噪音是由于齒輪嚙合的機(jī)理造成，將其稱之為嚙合噪音。嚙合噪音用工藝的方法是不能改變的，必須在齒輪設(shè)計(jì)中，調(diào)整它們的內(nèi)在因素，消除或減少它們產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理，形成能夠吸收振動(dòng)的條件。這方面不是我們現(xiàn)在分析的話題。

　　2.齒輪嚙合工藝噪音的產(chǎn)生原因

　　從產(chǎn)生工藝噪音方面入手則是我們分析的重點(diǎn)。

　?、?一對(duì)漸開線齒輪嚙合時(shí)，只有當(dāng)其齒廓曲線是理想漸開線時(shí)，傳動(dòng)比(瞬時(shí)角速比)i才是定值。實(shí)際上由于齒輪的制造(含熱處理的變形在內(nèi))和安裝引起的誤差以及輪齒在受載后的彈性變形，將使嚙合輪齒的法節(jié)Pb1與Pb2不相等，見圖2所示。

　　因而輪齒就不能正常的嚙合，瞬時(shí)傳動(dòng)比就不是定值，大行星輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中就會(huì)忽快忽慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，因而產(chǎn)生了角加速度，于是引起了動(dòng)載荷而產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊和噪音。這也就是產(chǎn)生齒輪噪音的最主要原因之一。制造和安裝誤差而產(chǎn)生的嚙合誤差噪音，將其稱之為工藝噪音。實(shí)踐證明，齒輪精度越低，誤差越大，噪音越大。

　　輪齒在嚙合過程中，不論是由雙對(duì)齒嚙合過渡到單對(duì)齒嚙合，或是由單對(duì)齒嚙合過渡到雙對(duì)齒嚙合的期間，由于嚙合齒對(duì)的剛度變化，也要引起動(dòng)載荷而產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊和噪音。因此減小動(dòng)載荷必然會(huì)減小齒輪噪音。

　?、?齒輪在嚙合過程中，如果齒輪齒廓接觸點(diǎn)沒有處于理論位置，產(chǎn)生偏移時(shí)，太陽輪的一個(gè)齒開始進(jìn)入嚙合時(shí)是齒的根部與大行星輪的一個(gè)齒的齒頂相接觸，接觸點(diǎn)為M。如果太陽輪那個(gè)齒的齒根部齒廓沒有處于理論位置，提前進(jìn)入嚙合(相當(dāng)于齒距小)這時(shí)會(huì)在M點(diǎn)產(chǎn)生沖擊，沖擊力的大小隨著傳動(dòng)力的增大而增大，轉(zhuǎn)動(dòng)速度的增大而增大，兩個(gè)齒都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，產(chǎn)生噪音。同理當(dāng)大行星輪那個(gè)齒滯后進(jìn)入(相當(dāng)大行星輪在齒頂處的齒距大)在M點(diǎn)的接觸，也會(huì)產(chǎn)生沖擊力，出現(xiàn)相同的情況。

　　當(dāng)太陽輪的那個(gè)齒在開始進(jìn)入嚙合時(shí)若滯后進(jìn)入(相當(dāng)于齒距大)，或大行星輪提前進(jìn)入嚙合(相當(dāng)于齒距小)，因齒輪齒厚減薄有側(cè)隙，開始時(shí)則不會(huì)接觸，而當(dāng)它們前一對(duì)齒嚙合結(jié)束時(shí)，這一對(duì)齒則會(huì)突然接觸產(chǎn)生沖擊和噪音。

　　即就是齒輪沒有齒距誤差，但在嚙合中齒要受力仍會(huì)產(chǎn)生彈性變形，發(fā)生齒距變化或受力消失時(shí)要恢復(fù)原狀都會(huì)產(chǎn)生噪音。

　　結(jié)論：根據(jù)上述分析，齒輪在嚙合中接觸點(diǎn)脫離了理論位置，接觸處的齒距發(fā)生了變化就會(huì)引起振動(dòng)，同時(shí)造成傳動(dòng)轉(zhuǎn)速不均勻，發(fā)生瞬時(shí)速度變化，因而產(chǎn)生沖擊和噪音。

　　其次，①齒輪在加工轉(zhuǎn)序中不慎，造成齒面上有小的磕碰引起的毛刺，未予消除;②齒廓倒棱時(shí)，留下的毛刺、飛邊未予消除。用手沿齒向方向仔細(xì)觸摸檢查時(shí)，感覺十分明顯，由此而產(chǎn)生的嚙合噪音，也是產(chǎn)生異常噪音的原因之一，不容忽視，要引起足夠的重視。

　　四、對(duì)內(nèi)齒圈和小行星輪嚙合的分析

　　對(duì)內(nèi)齒圈和小行星輪的嚙合分析與大行星輪和太陽輪的嚙合分析同理，不再贅述。

　　五、防治措施

　　(一)分別對(duì)大行星輪及內(nèi)齒圈齒頂?shù)估?/p>

　　1、齒頂?shù)估?，見圖3所示(通常國(guó)內(nèi)的刀具行業(yè)對(duì)其稱之為齒頂修緣)。

　　見圖2所示。因Pb2>Pb1，則后一對(duì)輪齒在未進(jìn)入嚙合區(qū)時(shí)就開始接觸，從而產(chǎn)生動(dòng)載荷。為此將大行星輪齒頂?shù)估?，大行星輪的虛線齒廓為齒頂?shù)估夂蟮凝X廓。實(shí)線齒廓為未經(jīng)齒頂?shù)估恺X廓。由圖2可知，齒頂?shù)估夂蟮妮嘄X齒頂處的P′b2< Pb2，因此當(dāng)Pb2>Pb1時(shí)，對(duì)齒頂?shù)估獾妮嘄X，在開始嚙合階段，相嚙合的輪齒的法節(jié)差就小，嚙合時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷也就小，因此齒頂?shù)估夂蟊厝粫?huì)減小齒輪的噪音。對(duì)齒輪齒頂兩側(cè)進(jìn)行齒頂?shù)估?，是降低齒輪嚙合噪音的有效手段。

　　2、齒頂?shù)估獾淖饔茫?/p>

　?、倏梢詼p少齒輪嚙入和嚙出的沖擊，提高嚙合精度，提高嚙合齒輪的工作平穩(wěn)性。

　?、诳梢詼p小動(dòng)載荷，也可減小干涉產(chǎn)生，消除和減小由于沖擊產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音。

　?、郾ＷC大行星輪的齒頂高為標(biāo)準(zhǔn)值，不必將大行星輪齒頂圓車小，或?qū)?nèi)齒圈齒頂圓車大，起到同樣的作用。

　　3、對(duì)大行星輪及內(nèi)齒圈齒頂?shù)估?/p>

　　為了減小動(dòng)載荷，分別對(duì)大行星輪頂圓、內(nèi)齒圈頂圓進(jìn)行齒頂?shù)估?，通過齒頂?shù)估鉁p小動(dòng)載荷，達(dá)到減小沖擊和降低噪音的目的。

　　4、進(jìn)行齒頂?shù)估獾臈l件：

　?、僖螨X頂?shù)估獾慕Y(jié)果，在直齒傳動(dòng)中，使重疊系數(shù)(ε)小于1.089，不得進(jìn)行齒頂?shù)估?。眾所周知，重疊系數(shù)越大，動(dòng)載荷越小，嚙合噪音越低，強(qiáng)度也越高，傳動(dòng)越平穩(wěn)。

　?、趯?duì)于外接圓柱齒輪，圓周速度的要求見下表，滿足要求時(shí)，進(jìn)行齒頂?shù)估狻?/p>

　　5、根據(jù)上述條件，對(duì)齒頂?shù)估獾挠?jì)算

　?、?重疊系數(shù)計(jì)算

　　① 大行星輪和太陽輪外嚙合的重疊系數(shù)計(jì)算：

　　re1、re2 —— 太陽輪、大行星輪齒頂圓半徑

　　ro1、ro2 —— 太陽輪、大行星輪基圓半徑

　　A —— 中心距

　　α —— 嚙合角

　　αf　—— 分度圓壓力角

　　m　——　模數(shù)

　　齒頂?shù)估馇埃?epsilon;=1.53　>1.20>1.089

　　齒頂?shù)估夂螅?epsilon;=1.40　>1.20>1.089

　?、?內(nèi)齒圈和小行星輪內(nèi)嚙合的重疊系數(shù)計(jì)算：

　　齒頂?shù)估馇埃?epsilon;= 1.74 > 1.20>1.089

　　齒頂?shù)估夂螅?epsilon;= 1.57 > 1.20>1.089

　　⑵ 線速度計(jì)算

　　d —— 分度圓直徑

　　n —— 轉(zhuǎn)速

　　通過計(jì)算，7級(jí)精度v > 6m/sec，8級(jí)精度v > 4m/sec。

　　結(jié)論：符合上述兩個(gè)條件，因此大行星輪和內(nèi)齒圈齒頂圓均可齒頂?shù)估狻?/p>

　　6、齒頂?shù)估庵档拇_定

　　對(duì)于高速齒輪傳動(dòng)和表面經(jīng)硬化的齒輪，為了降低齒輪嚙合噪音和避免磕碰及毛刺等缺陷，齒頂兩側(cè)要求齒頂?shù)估狻｝X頂?shù)估庵颠^大，會(huì)降低齒輪的重疊系數(shù);倒棱值過小又起不到倒棱的作用。齒頂?shù)估獾拇笮∨c齒輪的模數(shù)有關(guān)，齒頂?shù)估庵怠髋c齒輪外徑公差和磨齒余量有關(guān)，圖紙要求的齒頂?shù)估庵凳侵赋善烦叽?。加工中?yīng)增大齒頂?shù)估饬浚糇銐虻挠嗔考庸?，以保證精加工后的齒頂?shù)估夥铣善烦叽绲囊蟆?/p>

　　圖4 齒頂?shù)估馐疽鈭D

　　根據(jù)筆者多年從事齒輪制造的經(jīng)驗(yàn)推薦△=(0.08～0.12)×m，模數(shù)小時(shí)取大值，反之取小值。另外齒頂?shù)估獾凝X形角可以按α+(15°～25°)選取。如α=20°則取20° + 25°=45°為宜。α- 分度圓的壓力角。見圖4所示。

　　大行星輪齒頂?shù)估庵禐?.8×45°;內(nèi)齒圈齒頂?shù)估庵禐?.9×45°。

　　(二)對(duì)參與嚙合的齒輪全部進(jìn)行齒廓倒棱

　　①齒廓倒棱，見圖4所示。齒廓倒棱是沿齒輪端面的倒角，是防止由于小的磕碰造成齒面凸起而產(chǎn)生噪音和損傷嚙合齒面的一項(xiàng)重要的有效措施。

　?、邶X廓倒棱之后對(duì)齒面的檢查。對(duì)齒廓倒棱后殘留在齒向方向齒面的毛刺、飛邊以及磕碰產(chǎn)生的毛刺，務(wù)必沿齒向方向?qū)⑵渫ㄟ^人工修磨，予以消除，對(duì)此要引起足夠的重視。

　　(三)加大齒輪加工轉(zhuǎn)序中的工藝管理和防護(hù)，杜絕齒面間互相磕碰損傷，一旦出現(xiàn)磕碰引起的凸起、毛刺，務(wù)必通過人工修磨，予以消除。

　　(四)提高齒輪的制造精度，重點(diǎn)控制大行星輪及內(nèi)齒圈的齒距誤差;提高齒面的表面粗糙度。

　　(五)控制齒輪用鋼的內(nèi)在質(zhì)量，提高熱處理技術(shù)水平，減小熱處理的變形量。

　　參考資料

　　1、《齒輪傳動(dòng)噪聲的控制》夏卿坤 等著 《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造》 2005 NO.3

　　2、《噪音與振動(dòng)的控制》 陳繹勤 著 中國(guó)鐵道出版社 1981年7月

　　3、《汽車齒輪設(shè)計(jì)》 張學(xué)孟 著 北京齒輪總廠 1995年6月

　　4、《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1979年

　　5、《磨齒工作原理》 機(jī)械工業(yè)出版社 1977年5月

　　6、《齒輪的倒棱技術(shù)》楊鐘勝 《汽車工藝與材料》 2009年第9期