机床内部齿轮的噪声检测及降噪的技术分析

　中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0091-01
　　机床噪声是由自身振动产生的，在撞击、摩擦、交变应力作用下，机身、轴承、齿轮等发生振动。如果人长期在强噪声下工作，会产生永久性的听力损伤，过强的噪声还能杀伤人体。现在机床向精密化和高速化发展趋势，机床噪声必须要降低。因此，降低噪声是机床研究发展的重要课题之一。而且噪声大小，又是体现国家机械制造行业的发展水平的高低。
　　1 机床噪声的检测与分析
　　1.1 机床噪声的检测
　　依据《金属切削机床噪声测量》（JB2281-78）的规定，机床噪声的允许标准应是：精密机床应小于75中频，一般机床应小于85中低频。但到一定的磨合期，机床各个部件与机构会产生变形，齿轮之间会出现磨损，从而产生非正常的噪声。
　　以实验检测和总结，机床的噪声主要有以下四个方面：（1）机械式噪声，如齿轮、丝杠、轴承和其它联轴节的噪声。（2）液压式噪声，齿轮泵、节流阀等噪声。（3）空气振动噪声，电动机散热风扇等噪声。（4）电磁式噪声，变压器等。噪声源彼此之间又是相互叠加的，它们的互相叠加会使噪声加大，会形成共振。就机床噪声产生而言，可能是传动系统中零件的变形与受力，也可能是机械零件的加工精度和装配误差引起的，但更重要的原因则是齿轮所致。
　　1.2 机床噪声分析
　　以铣床为噪声检测对象，其噪声主要形式有：
　　（1）规律性噪声，声音有高有低，齿轮啮合刚性的规律性变化对传动噪声的影响。啮合刚性的变化是指齿轮传动中，同时啮合齿数不同，在一两对之间变化而引起啮合轮齿承受载荷的变化。当一对轮齿啮合时，所有负荷均作用于这对轮齿，会发生较大的变形量，噪声较大；当两对轮齿啮合时，其负荷由这两对轮齿共同承受，每对轮齿的载荷缩小一半，此时轮齿会发生较小的变形量，噪声较小。齿轮传动误差使从动齿轮的角速度滞后于主动齿轮的角速度，速度的瞬时变化会造成在从动齿轮齿顶处产生碰击。在不同的载荷条件下，齿轮传动产生的噪声大小不同。
　　（2）高频性噪声，那种很尖利的声音，波长很短，随着距离越远或遭遇障碍物，能迅速衰减。声级计检测，通常在88dB（A）左右。产生的原因一般是齿轮的齿向向中心倾斜产生误差或是两齿轮轴线不平行引起的噪声。
　　（3）尖叫刺耳声，突然发出尖锐刺耳声音，通常是由于齿轮的相邻同侧齿廓间的法线距离太大，齿轮分度圆上的压力角太大或太小而引起的。
　　（4）连续冲击噪声，感觉有东西连续敲击机床，当铣床内部轮齿发生冲击时，大量的动能在瞬时间内要转化成振动的能量，我们就听到噪声。产生的原因主要是由于齿形误差所引起的。
　　（5）低频冲击噪声，有短暂的撞击声。产生的原因主要是齿轮表面上毛刺没有去净或是有磕碰凹陷而造成的。
　　2 铣床产生噪声的原因
　　通过归纳这些噪声所产生的原因，都与齿轮的啮合情况、齿轮的设计加工和装配安装有很大的关联。在齿轮精度中，齿轮本身的齿形误差就会产生大量的噪声。检测证明，对于高精密传动齿轮，设计齿形时我们可以采用中凸的齿形曲线，转动承载中噪声较小。但需要在专门的精密仪器上测量，所以往往忽略对此项误差的检查，本来可以降低噪声反过来却造成铣床噪声过大。
　　另一个引起机床噪声的因素是齿距偏差。齿轮在制造生产中都会产生误差，不会消除只能降低齿距偏差。通常都要检测，只要齿距精度控制在良好的范围内，噪声影响不显著。但是当齿轮精度要求不高时，或是该项误差达不到精度要求，就会引起噪声。
　　当齿轮装配不可靠，安装不良时，造成轮齿间接触精度变差，引起啮合冲击力越大，产生的噪声也越大。齿轮的啮合精度完全是由加工、装配而决定的。如果没有严格的定位保证措施情况下，就靠经验来安装，会造成齿轮传动的磨损和啮合间隙误差增大，噪声就会增大。
　　3 主要降噪措施
　　检测铣床在不同转速下，依次作了A声级测量数据。通过对测量数据分析比较，得出机床内部齿轮在主运动系统中噪声大小的排序，如图1所示。
　　为了降低铣床噪声，应该从齿轮入手，采取了以下几点措施：
　　（1）提高齿轮加工精度、装配定位精度，所有齿轮验收时应成对检验，装配时应保证齿轮的定位精度。
　　（2）产生噪声较大的齿轮零件，可以设计减重孔，降低固有频率。齿轮的传播噪声主要由端面辐射引起，端面面积越大，噪声值也越大。设计减重孔的目的是减少辐射面积，变成腹板式结构，在满足强度要求前提下，应可能的降低重量。
　　（3）为了进一步降低传动噪声，在某些场合强度要求不高时，可大胆地使用非金属材料作为首选齿轮的材料。互相啮合齿轮中，小齿轮用非金属材料（如尼龙、夹布塑料），大齿轮用金属材料。
　　（4）选用同一台齿轮加工机床所加工出来的齿轮，能够利于降低啮合的噪声。加工完成后要认真清洗齿轮棱面的毛刺并防止磕碰伤，因为毛刺在齿轮啮合过程中直接产生噪声。
　　4 改良后的效果
　　采用上述几项降噪措施后，现在该实验铣床噪声值已能控制在81dB（A）以下，机床噪声得到显著降低。
　　5 结语
　　宏观来看，齿轮精度是引起齿轮噪声的一个方面，而机床噪声的因素很多也很复杂，齿轮研究只是其中的一个方面，其他如轴承、螺杆等都是引起噪声不可忽略的因素。我们对其他各类机床的噪声控制还需更加深入的分析。
　　参考文献
　　 杨玉致.机床噪声控制技术.北京：中国农业出版社，1983.
　　 顾医国.主轴箱产生噪声的原因及减噪措施.机械制造，1997（8）：25-26.