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；修緣；振動

機(jī)床的噪音會對環(huán)境造成污染，主軸變速箱是其重要來源，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：傳動系統(tǒng)噪音和箱體振動噪音。其中最主要的是傳動系統(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）傳動結(jié)構(gòu)不良引起的噪音；（4）傳動軸剛性不足引起的噪音；（5）軸承選擇不當(dāng)引起的噪音。

2.降低傳動系統(tǒng)噪音得的方法

2.1避免升速傳動

盡量避免在傳動鏈設(shè)計過程中出現(xiàn)升速齒輪副。由于升速傳動相易產(chǎn)生噪音，尤其當(dāng)升速比大時更是如此。以三級變速的傳動結(jié)構(gòu)來說，通常的設(shè)計方法是采用1×3的變速組分配方法，即使用一組三聯(lián)滑移齒輪來實(shí)現(xiàn)三級變速。但這種形式的傳動鏈在高速檔位往往會出現(xiàn)升速傳動現(xiàn)象，這主要是因為高低檔位的傳動比相差較大所致。如果我們將這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?，為高速檔單獨(dú)設(shè)置一條傳動路線，即采用2+1分支傳動結(jié)構(gòu)，就可以避免在高速傳動路線中出現(xiàn)升速傳動的情況。另外，如果因為結(jié)構(gòu)限制等因素?zé)o法避免升速傳動，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

齒輪作為主軸變速箱最重要的傳動零件，對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)圓徑向跳動和公法線變化誤差。這些誤差的存在會造成瞬間時傳動比變化，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解決降噪問題。尤其當(dāng)齒輪圓周速度大于表1所示的數(shù)值時必須進(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，通過齒輪修形還可以減少基節(jié)誤差對控制噪音所產(chǎn)生的負(fù)面影響。

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、專門倒棱機(jī)或者人工對齒頂棱角部位進(jìn)行倒角成為一種比較普遍的形式。

（2）齒輪窄齒寬設(shè)計。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，確保與傳動軸的配合間隙，改善傳動平穩(wěn)性，降低振動產(chǎn)生的噪音。另外，花鍵的長度不宜過小，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)行一段時間以后因精度降低而導(dǎo)致噪音升高。

2.3對精密齒輪進(jìn)行保護(hù)

對于精密齒輪來說，齒面磕碰是造成齒輪噪音升高的重要原因。以5級精度齒輪為例，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)會使齒輪嚙合受力不良，產(chǎn)生噪音。在齒輪搬運(yùn)和裝配過程中要采取保護(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合理確定第Ⅱ公差組的精度等級。具體如表2所示。

2.5降低軸系元件的振動

傳動軸的剛性與噪音有很大關(guān)系。軸的剛性不高會使軸產(chǎn)生較大的彎曲、撓動、扭轉(zhuǎn)進(jìn)而增加振動產(chǎn)生噪音。應(yīng)避免懸臂軸及細(xì)長軸的出現(xiàn)。軸的長徑比應(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，減低噪音。另外，軸承也是影響軸系振動的重要元件，軸承的旋轉(zhuǎn)精度是其中的重要因素。作為傳動軸的支撐軸承，其精度等級應(yīng)控制在ISO5級精度以上，降低軸承旋轉(zhuǎn)時的振動。預(yù)緊對于降低軸承的振動也起著至關(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，其振動水平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的深溝球軸承。對于高轉(zhuǎn)速傳動軸，應(yīng)對其進(jìn)行動平衡試驗，提高它的動平衡等級，防止其在高速旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生劇烈振動。

3.箱體振動的控制

箱體是噪音的最主要輻射源。傳動系統(tǒng)的噪音通常是通過箱體的振動對外輻射的。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。另外，箱體孔系之間的尺寸精度必須要嚴(yán)格保證。尺寸過小或過大會齒輪嚙合時產(chǎn)生異常干涉或過大齒側(cè)間隙，都會使箱體產(chǎn)生巨大的噪音。

參考文獻(xiàn)

[1]《機(jī)械設(shè)計基礎(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.

基金項目

本文受國家重大專項（2013ZX04007-011）資助。