李安 曹維佳

【摘要】本文認(rèn)為主軸變速箱作為機(jī)床噪音的重要來(lái)源，在此基礎(chǔ)上本文分析了噪音產(chǎn)生的主要原因，并著力提出幾點(diǎn)降噪措施。

【關(guān)鍵詞】升速傳動(dòng)；修緣；振動(dòng)

機(jī)床的噪音會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，主軸變速箱是其重要來(lái)源，因此采取措施降低它的噪音成為控制機(jī)床噪音的重要途徑。

1.主軸變速箱噪音產(chǎn)生的原因

主軸變速箱噪音產(chǎn)生的原因主要分為兩大方面：傳動(dòng)系統(tǒng)噪音和箱體振動(dòng)噪音。其中最主要的是傳動(dòng)系統(tǒng)噪音，具體主要包括如下幾點(diǎn)：

（1）齒輪精度超差引起的噪音；（2）齒輪磕碰受損引起的噪音；（3）傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不良引起的噪音；（4）傳動(dòng)軸剛性不足引起的噪音；（5）軸承選擇不當(dāng)引起的噪音；

2.降低傳動(dòng)系統(tǒng)噪音得的方法

2.1避免升速傳動(dòng)

盡量避免在傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)升速齒輪副。由于升速傳動(dòng)相易產(chǎn)生噪音，尤其當(dāng)升速比大時(shí)更是如此。以三級(jí)變速的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，通常的設(shè)計(jì)方法是采用1×3的變速組分配方法，即使用一組三聯(lián)滑移齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)三級(jí)變速。但這種形式的傳動(dòng)鏈在高速檔位往往會(huì)出現(xiàn)升速傳動(dòng)現(xiàn)象，這主要是因?yàn)楦叩蜋n位的傳動(dòng)比相差較大所致。如果我們將這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖儯瑸楦咚贆n單獨(dú)設(shè)置一條傳動(dòng)路線(xiàn)，即采用2+1分支傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，就可以避免在高速傳動(dòng)路線(xiàn)中出現(xiàn)升速傳動(dòng)的情況。另外，如果因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)限制等因素?zé)o法避免升速傳動(dòng)，也應(yīng)限制升速比的大小，使其保持在1～1.5范圍內(nèi)。

2.2合理的齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

齒輪作為主軸變速箱最重要的傳動(dòng)零件，對(duì)主軸噪音有重要影響。（1）齒輪修緣。齒輪的精度主要有齒形、齒向誤差、節(jié)圓徑向跳動(dòng)和公法線(xiàn)變化誤差。這些誤差的存在會(huì)造成瞬間時(shí)傳動(dòng)比變化，工作平穩(wěn)性不好，產(chǎn)生噪音。

提高齒輪的精度可有效降噪，但受工藝和成本限制，通常依靠齒輪修緣來(lái)解決降噪問(wèn)題。尤其當(dāng)齒輪圓周速度大于表1所示的數(shù)值時(shí)必須進(jìn)行齒輪修緣。齒形修形可以降低齒輪在嚙入與脫出時(shí)產(chǎn)生的雜音，減少噪音；另外，在保證齒輪重合度的情況下，通過(guò)齒輪修形還可以減少基節(jié)誤差對(duì)控制噪音所產(chǎn)生的負(fù)面影響。

表1.外嚙合圓柱齒輪的圓周速度

齒輪修形成本較高，效率較低，且修形量較難掌握。因此，采用滾齒刀、專(zhuān)門(mén)倒棱機(jī)或者人工對(duì)齒頂棱角部位進(jìn)行倒角成為一種比較普遍的形式。

（2）齒輪窄齒寬設(shè)計(jì)。在保證齒輪承載能力的情況下，縮小齒寬可以改善因制造及裝配誤差所造成的齒面接觸不良，降低齒輪傳動(dòng)的噪音。

（3）滑移齒輪應(yīng)采用花鍵連接。采用內(nèi)徑定心花鍵可以保證滑移齒輪的加工精度，確保與傳動(dòng)軸的配合間隙，改善傳動(dòng)平穩(wěn)性，降低振動(dòng)產(chǎn)生的噪音。另外，花鍵的長(zhǎng)度不宜過(guò)小，防止花鍵定心不良或滑移不順暢而引起噪音。

（4）齒面淬火處理。確保齒面具有足夠的硬度可以提高齒輪的耐磨性以及抗膠合能力。防止齒輪在運(yùn)行一段時(shí)間以后因精度降低而導(dǎo)致噪音升高。

2.3對(duì)精密齒輪進(jìn)行保護(hù)

對(duì)于精密齒輪來(lái)說(shuō)，齒面磕碰是造成齒輪噪音升高的重要原因。以5級(jí)精度齒輪為例，其齒形、齒輪精度通常在0.01mm左右，而磕碰所造成的凸點(diǎn)往往要大大超過(guò)其精度限值，破壞齒輪的精度，使噪音升高。另外，精密齒輪的齒側(cè)隙很小，磕碰造成的凸點(diǎn)會(huì)使齒輪嚙合受力不良，產(chǎn)生噪音。

在齒輪搬運(yùn)和裝配過(guò)程中要采取保護(hù)措施，盡量避免齒面磕碰。此外，在齒輪裝配前要用煤油對(duì)齒輪進(jìn)行清洗或擦拭，防止污物腐蝕齒面，產(chǎn)生噪音。

2.4選擇合適的齒輪精度

齒輪第Ⅱ公差組是影響齒輪噪音的主要精度。應(yīng)根據(jù)齒輪圓周速度的高低來(lái)合理確定第Ⅱ公差組的精度等級(jí)。具體如表2所示。

表2.齒輪按速度和噪聲選擇第Ⅱ公差組精度

2.5降低軸系元件的振動(dòng)

傳動(dòng)軸的剛性與噪音有很大關(guān)系。軸的剛性不高會(huì)使軸產(chǎn)生較大的彎曲、撓動(dòng)、扭轉(zhuǎn)進(jìn)而增加振動(dòng)產(chǎn)生噪音。應(yīng)避免懸臂軸及細(xì)長(zhǎng)軸的出現(xiàn)。軸的長(zhǎng)徑比應(yīng)控制在5：1，齒輪應(yīng)安裝在支撐附近以減輕軸系的振動(dòng)，減低噪音。另外，軸承也是影響軸系振動(dòng)的重要元件，軸承的旋轉(zhuǎn)精度是其中的重要因素。作為傳動(dòng)軸的支撐軸承，其精度等級(jí)應(yīng)控制在ISO5級(jí)精度以上，降低軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)。預(yù)緊對(duì)于降低軸承的振動(dòng)也起著至關(guān)重要的作用，能夠施加預(yù)緊力的軸承，如角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，其振動(dòng)水平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的深溝球軸承。對(duì)于高轉(zhuǎn)速傳動(dòng)軸，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，提高它的動(dòng)平衡等級(jí)，防止其在高速旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。

3.箱體振動(dòng)的控制

箱體是噪音的最主要輻射源。傳動(dòng)系統(tǒng)的噪音通常是通過(guò)箱體的振動(dòng)對(duì)外輻射的。提高箱體的抗振性是降低噪音的重要途徑。箱體的抗振性與箱體的剛性密切相關(guān)，剛性越好，箱體的抗振性就越高。為此可通過(guò)適當(dāng)增加箱體壁厚以及布置加強(qiáng)筋和肋板的方法提高箱體的剛性以及固有頻率，以降低振動(dòng)。另外，箱體孔系之間的尺寸精度必須要嚴(yán)格保證。尺寸過(guò)小或過(guò)大會(huì)齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生異常干涉或過(guò)大齒側(cè)間隙，都會(huì)使箱體產(chǎn)生巨大的噪音。

參考文獻(xiàn)

[1]《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，高等教育出版社，1988年8月.

[2]《齒輪工藝學(xué)》，科學(xué)普及出版社，1985年4月.

基金項(xiàng)目

國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)（2013ZX04007-011）資助