軒 亮，萬(wàn)澤福，章春飛，楊 軒，洪文雄

（1. 江漢大學(xué) 智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056；2. 武漢大學(xué) 動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院，湖北 武漢 430072）

0 引言

國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的可靠性與世界先進(jìn)水平相比還有較大差距，其中最重要的原因是功能部件不能滿足其可靠性要求，特別是數(shù)控刀塔已成為制約整體機(jī)床發(fā)展的瓶頸因素。刀塔部件的可靠性會(huì)直接影響數(shù)控機(jī)床的質(zhì)量與效率［1］。2020 年，陳圣文［2］探究了數(shù)控車(chē)床刀塔啟動(dòng)產(chǎn)生故障的原因，但缺乏相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)其故障原因進(jìn)行驗(yàn)證。2021 年，李金鳳等［3］研究表明數(shù)控機(jī)床刀塔結(jié)構(gòu)缺乏可靠性會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工作效率低下，其借助FMECA 方式定位刀塔產(chǎn)生的故障，并提出改進(jìn)措施，但未考慮弧齒錐齒輪產(chǎn)生故障的原因。刀塔要實(shí)現(xiàn)刀具儲(chǔ)備、刀具夾持切削及自動(dòng)換刀等功能，在其運(yùn)行過(guò)程中要求傳動(dòng)平穩(wěn)，因此數(shù)控機(jī)床的刀塔傳動(dòng)常采用弧齒錐齒輪傳動(dòng)［4］。

弧齒錐齒輪的嚙合質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的承載和振動(dòng)等性能，由于弧齒運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚙合沖擊，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，從而使刀塔運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)生很大噪音［5-6］。這將影響機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度和被加工零件的質(zhì)量，從而降低零件的生產(chǎn)效率以及刀具壽命，當(dāng)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)的失效，進(jìn)而降低數(shù)控機(jī)床的使用性能，弧齒錐齒輪的振動(dòng)噪音問(wèn)題亟待解決［7-8］。本文針對(duì)弧齒錐齒輪在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化國(guó)產(chǎn)弧齒錐齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)，以期提高我國(guó)弧齒錐齒輪的嚙合質(zhì)量，從而提高國(guó)產(chǎn)機(jī)床的加工質(zhì)量。

1 弧齒錐齒輪噪音產(chǎn)生因素

圖1為我國(guó)某公司生產(chǎn)的一款智能數(shù)控刀塔機(jī)床所使用的刀塔，其主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)5 000 r/min，刀塔部分采用伺服電機(jī)分度、液壓鎖緊、齒盤(pán)定位的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，換刀速度快、定位精度高。在該數(shù)控機(jī)床刀塔轉(zhuǎn)換刀具以及加工零件的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的噪音極大，觀測(cè)被加工零件，發(fā)現(xiàn)零件的加工質(zhì)量不能滿足要求。在對(duì)數(shù)控機(jī)床各部件進(jìn)行故障排查之后，最終判斷是由于刀塔部件弧齒錐齒輪的嚙合存在問(wèn)題，從而引起振動(dòng)。

圖1 刀塔結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Tool turret structure diagram

如圖2 所示，樣件弧齒錐齒輪為該刀塔式數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)部分的零部件。在弧齒錐齒輪嚙合過(guò)程中，由于制造、安裝誤差的存在以及輪齒嚙合對(duì)數(shù)、嚙合點(diǎn)位置及瞬時(shí)傳動(dòng)比的不斷變化，使得輪齒剛度不斷變化；輪齒在實(shí)際嚙合過(guò)程中會(huì)不斷產(chǎn)生沖擊，從而激發(fā)齒輪振動(dòng)；同時(shí)由于支撐系統(tǒng)剛度不足，轉(zhuǎn)子不平衡，隨載荷的變動(dòng)會(huì)激發(fā)齒輪整體的振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲［9-10］。

圖2 樣件弧齒錐齒輪圖Fig.2 Spiral bevel gear diagram of the sample

2 樣件弧齒錐齒輪逆向工程分析

弧齒錐齒輪的齒面幾何形狀以及齒距精度對(duì)弧齒錐齒輪的嚙合性能有重要影響［11］。為了分析樣件弧齒錐齒輪的精度，采用激光掃描逆向工程技術(shù)對(duì)其進(jìn)行研究。

2.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集

點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集是逆向工程的開(kāi)端，點(diǎn)云的質(zhì)量將直接影響所重構(gòu)的三維模型的準(zhǔn)確度［12］。利用掃描儀Creaform HandySCAN 700 對(duì)需要逆向的樣件弧齒錐齒輪進(jìn)行輪廓掃描，獲得齒輪齒形點(diǎn)云數(shù)據(jù)。將STL 數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入SolidWorks 中得到數(shù)據(jù)模型，如圖3 所示。由于掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)太多，筆者采用曲線掃描的方式獲得3 條（齒輪大端、中端、小端）齒形輪廓曲線，通過(guò)PolyWorks Linspector Premium 軟件去除其他過(guò)于離散的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，導(dǎo)出弧齒錐齒輪大端、中端和小端的TXT 數(shù)據(jù)文件。

圖3 樣件齒輪點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型圖Fig.3 Point cloud data model diagram of the sample gear

將TXT 文件導(dǎo)入MATLAB，對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選與處理。將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)去除Z軸的坐標(biāo)，只保留所有點(diǎn)的X、Y軸坐標(biāo)。由轉(zhuǎn)角公式r= sqr（x2+y2）求出齒廓上點(diǎn)到圓心的距離，找出其中的最大半徑rmax和最小半徑rmin。通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化公式（1）求出掃描數(shù)據(jù)的偏轉(zhuǎn)角后，采用plot 函數(shù)繪制樣件弧齒錐齒輪三端數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖，如圖4 所示。

圖4 樣件齒輪端面齒廓圖Fig.4 The tooth profile of the end face of the sample gear

式中，(x0,y0)為選取初始點(diǎn)的坐標(biāo)；(x1,y1)為下一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)；φ為偏轉(zhuǎn)角。

2.2 樣件數(shù)據(jù)處理

將掃描的樣件從動(dòng)輪和樣件主動(dòng)輪的齒廓數(shù)據(jù)和齒根圓數(shù)據(jù)以TXT 格式導(dǎo)出，運(yùn)用MATLAB對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到樣件從動(dòng)輪和樣件主動(dòng)輪齒頂圓和齒根圓上的各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，去除誤差過(guò)大的數(shù)據(jù)，依次選取符合要求的齒頂圓點(diǎn)和齒根圓點(diǎn)，分別繪制其擬合圓，通過(guò)數(shù)據(jù)處理計(jì)算得到圓度誤差以及各擬合圓的圓心坐標(biāo)和半徑。計(jì)算得樣件從動(dòng)輪齒廓擬合圓、樣件主動(dòng)輪齒廓圓的半徑分別為28.388、28.095 mm。

通過(guò)樣件弧齒錐齒輪齒廓擬合圓圓心的確定，將其中兩個(gè)點(diǎn)依次與圓心相連構(gòu)成兩條直線，計(jì)算這兩條直線之間的夾角，得到樣件從動(dòng)輪和樣件主動(dòng)輪的實(shí)際圓心點(diǎn)，進(jìn)而計(jì)算該圓處的周節(jié)誤差。由圖5 可知，樣件有3 ～4 個(gè)輪齒存在較大的周節(jié)誤差。樣件主動(dòng)輪在13 號(hào)齒的周節(jié)誤差最大，達(dá)到了0.318 1 mm；在4號(hào)齒的周節(jié)誤差達(dá)到了0.192 5 mm；在1號(hào)齒的周節(jié)誤差為-0.167 9 mm。樣件從動(dòng)輪在12 號(hào)齒周節(jié)誤差最大達(dá)到0.203 6 mm。經(jīng)計(jì)算得到樣件主動(dòng)輪周節(jié)誤差標(biāo)準(zhǔn)值為0.129 0 mm，樣件從動(dòng)輪周節(jié)誤差標(biāo)準(zhǔn)值為0.109 1 mm。

圖5 樣件周節(jié)誤差折線圖Fig.5 Folded line diagram of sample′pitch error

通過(guò)計(jì)算得到所選參考弦齒厚數(shù)據(jù)折線圖（見(jiàn)圖6）。通過(guò)齒厚分析可知，在19 個(gè)輪齒中，樣件從動(dòng)輪的平均所選參考弦齒厚為8.796 7 mm，4 號(hào)、12 號(hào)、14 號(hào)齒的弦齒厚偏差較大，其弦齒厚差值在0.180 0 ～0.210 0 mm，其標(biāo)準(zhǔn)差為0.121 2 mm。樣件從動(dòng)輪的分度圓理論齒厚值為4.710 0 mm，經(jīng)測(cè)量計(jì)算得到樣件從動(dòng)輪的實(shí)際分度圓齒厚值為4.714 8 mm，差值為0.004 8 mm。樣件主動(dòng)輪的平均所選參考弦齒厚為9.242 0 mm，12 號(hào)、13 號(hào)、16 號(hào)齒的齒厚與平均齒厚值相比偏差較遠(yuǎn)，其標(biāo)準(zhǔn)差為0.068 4mm。樣件主動(dòng)輪的分度圓理論齒厚值為4.710 0 mm，經(jīng)測(cè)量計(jì)算得到樣件從動(dòng)輪的實(shí)際分度圓齒厚值為4.717 8 mm，差值為0.007 8 mm。

圖6 樣件所選參考弦齒厚折線圖Fig.6 Folded line diagram of selected reference chord tooth thickness for sample

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，樣件弧齒錐齒輪周節(jié)誤差較大，使輪齒運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生沖擊從而影響其運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。輪齒的周節(jié)誤差在運(yùn)行過(guò)程中由于嚙合磨損不斷增大，這就會(huì)不斷降低齒輪的實(shí)際重合度，從而進(jìn)一步加劇齒面接觸印痕的偏移，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的邊緣接觸，使樣件弧齒錐齒輪運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)［13］，即導(dǎo)致機(jī)床主軸發(fā)生振動(dòng)，影響零件的加工質(zhì)量。通過(guò)所選參考弦齒厚分析發(fā)現(xiàn)樣件從動(dòng)輪和樣件主動(dòng)輪中都有3 ～4 個(gè)輪齒的齒厚偏差過(guò)大，而齒厚偏差會(huì)影響樣件弧齒錐齒輪的齒側(cè)間隙，齒側(cè)間隙會(huì)導(dǎo)致輪齒在嚙合時(shí)產(chǎn)生齒間沖擊，從而影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性。

由以上分析可知，齒輪的周節(jié)誤差和齒形誤差是樣件弧齒錐齒輪產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因。

2.3 樣件參數(shù)分析計(jì)算

2.3.1 弧齒錐齒輪主要參數(shù)計(jì)算公式［14］弦齒厚為

式中，ξ表示法面參數(shù)；Zv表示當(dāng)量齒數(shù)；ri表示任意圓半徑，mm；αi表示任意圓壓力角，（°）；αf表示參考點(diǎn)分度圓壓力角，（°）；invαi=tanαi-αi；invαf=tanαf-αf。

端面重合度為

式中，gan表示中點(diǎn)法向截面內(nèi)嚙合線長(zhǎng)，mm；Pmm表示中點(diǎn)法向周節(jié)，mm；αn表示法面壓力角，（°）；βm表示中點(diǎn)螺旋角，（°）。

軸面重合度為

式中，met表示參考點(diǎn)端面模數(shù)；βnm表示任意選取點(diǎn)處的螺旋角，（°）；Re表示外錐距，mm；Kz表示齒面扭轉(zhuǎn)弧與周節(jié)的比值。

總重合度為

2.3.2 樣件參數(shù)計(jì)算結(jié)果 通過(guò)對(duì)樣件實(shí)物分析可知，樣件齒數(shù)Z=19；通過(guò)測(cè)量得知，樣件齒輪分度圓直徑為57 mm；由公式d=mZ可得樣件弧齒錐齒輪模數(shù)m=3。齒輪壓力角選取標(biāo)準(zhǔn)值α= 20°，中點(diǎn)螺旋角βm= 35°。將公式（2）和生成的圖4 中的各點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB，通過(guò)選取任意圓半徑ri、任意圓壓力角αi，參考點(diǎn)分度圓壓力角αf，經(jīng)計(jì)算可得理論分度圓弧齒厚s= 4.71 mm，理論中點(diǎn)分度圓弦齒厚S′mn= 3.857 mm；由公式（3）、（4）、（5）及各點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB 計(jì)算得總重合度ε0= 1.956 3（見(jiàn)表1）。通過(guò)樣件參數(shù)計(jì)算分析可知，樣件弧齒錐齒輪的模數(shù)過(guò)大、齒數(shù)過(guò)少、重合度低，導(dǎo)致該數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生較大振動(dòng)，使得數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的噪聲，進(jìn)而導(dǎo)致零件的加工質(zhì)量下降，且影響機(jī)床的壽命。

表1 樣件參數(shù)表Tab.1 Sample parameter list

3 樣件弧齒錐齒輪改進(jìn)設(shè)計(jì)

齒輪模數(shù)是齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。從提高齒輪強(qiáng)度、減少激振的角度出發(fā)，一般希望齒輪模數(shù)能大一些。但是齒輪模數(shù)的增大會(huì)使得齒輪誤差增大［15］。故在對(duì)樣件弧齒錐齒輪進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，選擇合適的齒輪模數(shù)十分重要?；诖耍诓桓淖儌鲃?dòng)比，即在保持樣件弧齒錐齒輪分度圓大小不變的前提下，選擇不同的模數(shù)進(jìn)行重合度計(jì)算，以此來(lái)選擇最優(yōu)模數(shù)作為改進(jìn)弧齒錐齒輪的模數(shù)。其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 重合度對(duì)比表Tab.2 Comparison table of coincidence degree

由表2 可知，當(dāng)模數(shù)為1.75、齒數(shù)為29 時(shí)，弧齒錐齒輪的重合度最大為3.879 9，故選擇模數(shù)為1.75、齒數(shù)29 作為改進(jìn)弧齒錐齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)，以此來(lái)計(jì)算改進(jìn)弧齒錐齒輪的其他參數(shù)。其參數(shù)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 改進(jìn)的弧齒錐齒輪參數(shù)表Tab.3 The parameter table of improved spiral bevel gear

加工改進(jìn)弧齒錐齒輪，如圖7 所示，對(duì)改進(jìn)弧齒錐齒輪進(jìn)行精度測(cè)量，采用掃描儀對(duì)其進(jìn)行掃描，得到改進(jìn)弧齒錐齒輪掃描數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SolidWorks，生成改進(jìn)弧齒錐齒輪點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型圖（見(jiàn)圖8）。

圖7 改進(jìn)弧齒錐齒輪圖Fig.7 The diagram of improved spiral bevel gears

圖8 改進(jìn)弧齒錐齒輪點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型圖Fig.8 Point cloud data model diagram of improved spiral bevel gear

由圖9 可知，改進(jìn)弧齒錐齒輪主動(dòng)輪的周節(jié)誤差最大值為0.271 1 mm，最小值為-0.162 0 mm。改進(jìn)弧齒錐齒輪的從動(dòng)輪10 號(hào)齒周節(jié)誤差最大值為0.287 4 mm，最小值為-0.173 6 mm。經(jīng)計(jì)算得到改進(jìn)弧齒錐齒輪主動(dòng)輪周節(jié)誤差標(biāo)準(zhǔn)值為0.093 7 mm，從動(dòng)輪周節(jié)誤差標(biāo)準(zhǔn)值為0.099 4 mm，其周節(jié)誤差標(biāo)準(zhǔn)差值與樣件弧齒錐齒輪對(duì)比，改進(jìn)弧齒錐齒輪的周節(jié)誤差標(biāo)準(zhǔn)差值要小于樣件弧齒錐齒輪。

圖9 改進(jìn)弧齒錐齒輪周節(jié)誤差折線圖Fig.9 Folded line diagram of improved spiral bevel gears′pitch error

通過(guò)計(jì)算得到改進(jìn)弧齒錐齒輪所選參考弦齒厚數(shù)據(jù)折線圖（見(jiàn)圖10）。通過(guò)齒厚分析可知，在29 個(gè)輪齒中，改進(jìn)弧齒錐齒輪主動(dòng)輪的平均所選參考弦齒厚為10.222 4 mm，5 號(hào)、7 號(hào)、14 號(hào)、15 號(hào)齒的齒厚與平均齒厚值相比偏差較遠(yuǎn)，其標(biāo)準(zhǔn)差為0.098 2 mm。改進(jìn)弧齒錐齒輪從動(dòng)輪的平均所選參考弦齒厚為16.247 7 mm，2 號(hào)、5 號(hào)、15 號(hào)、21 號(hào)齒的弦齒厚偏差較大，其標(biāo)準(zhǔn)差為0.065 4 mm。改進(jìn)弧齒錐齒輪的理論弦齒厚為2.75 mm，經(jīng)計(jì)算得到改進(jìn)弧齒錐齒輪主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的實(shí)際分度圓齒厚偏差值過(guò)小可忽略。與樣件選取參考弦齒厚標(biāo)準(zhǔn)差相比，改進(jìn)弧齒錐齒輪弦齒厚標(biāo)準(zhǔn)差小于樣件弧齒錐齒輪。

圖10 改進(jìn)弧齒錐齒輪所選參考弦齒厚折線圖Fig.10 Folded line diagram of selected reference chord tooth thickness for improved spiral bevel gears

由以上分析可知，改進(jìn)弧齒錐齒輪的精度要高于樣件弧齒錐齒輪。

4 實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

針對(duì)齒輪振動(dòng)故障所產(chǎn)生的噪音分析需求，對(duì)噪音的音頻圖進(jìn)行時(shí)頻域分析。本項(xiàng)目采用Audacity 音頻分析軟件提取樣件弧齒錐齒輪和改進(jìn)弧齒錐齒輪的振動(dòng)噪音音頻文件并采用HannWindow 函數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。HannWindow 函數(shù)是頻譜分析中一個(gè)重要的部分，它修正了由于信號(hào)的非周期性并減小了頻譜中由于泄露而帶來(lái)的測(cè)量不準(zhǔn)確性［16］。

圖11 為GTB150-300 機(jī)床刀塔，將改進(jìn)弧齒錐齒輪裝入其中，在機(jī)床空載、主軸轉(zhuǎn)速為1 000 r/min 的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)得改進(jìn)后的弧齒錐齒輪和樣件弧齒錐齒輪在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音音頻，并進(jìn)行對(duì)比分析。

圖11 GTB150-300 機(jī)床刀塔Fig.11 Machine tool turret for GTB150-300

如圖12 所示，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)自相關(guān)圖可以判斷噪音音頻的平穩(wěn)性，改進(jìn)弧齒錐齒輪嚙合的速度約為4 300 次/s；而樣件弧齒錐齒輪嚙合速度約為2 500 次/s，這與其齒輪齒數(shù)不同有關(guān)。

圖12 標(biāo)準(zhǔn)自相關(guān)圖Fig.12 Standard autocorrelation graph

圖13 為兩種齒輪振動(dòng)噪音的對(duì)數(shù)逆譜圖，改進(jìn)弧齒錐齒輪的振動(dòng)幅值較樣件弧齒錐齒輪的振動(dòng)幅值要小，同時(shí)改進(jìn)弧齒錐齒輪比樣件弧齒錐齒輪能夠在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)。從標(biāo)準(zhǔn)自相關(guān)圖和對(duì)數(shù)逆譜圖可以看出樣件弧齒錐齒輪振動(dòng)噪音幅值要大于改進(jìn)弧齒錐齒輪，其中改進(jìn)弧齒錐齒輪噪音產(chǎn)生的周期較樣件弧齒錐齒輪更加規(guī)律且頻率較低，即表明改進(jìn)弧齒錐齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中更加平穩(wěn)。

圖13 對(duì)數(shù)逆譜圖Fig.13 Inverse logarithmic spectrum

由圖14 可知，改進(jìn)弧齒錐齒輪在5 064 Hz 左右達(dá)到峰值，產(chǎn)生噪音分貝為-31 dB；而樣件弧齒錐齒輪在1 288 Hz 達(dá)到峰值，產(chǎn)生噪音分貝為-26 dB，改進(jìn)弧齒錐齒輪在峰值產(chǎn)生的噪音要比樣件弧齒錐齒輪產(chǎn)生的低5 dB。樣件弧齒錐齒輪的峰值在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)突然出現(xiàn)且為高分貝噪音，即表明在此時(shí)樣件弧齒錐齒輪在此刻會(huì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)；隨后噪音逐漸降低，但在2 846 和5 212 Hz 處也出現(xiàn)了尖峰，表明樣件輪齒在嚙合過(guò)程中，由于周節(jié)誤差和齒形誤差的存在，輪齒嚙合產(chǎn)生齒間沖擊從而導(dǎo)致不同時(shí)刻出現(xiàn)噪音波峰。樣件弧齒錐齒輪的振動(dòng)信號(hào)諧波峰值大多情況下都大于改進(jìn)弧齒錐齒輪的振動(dòng)信號(hào)諧波峰值，且改進(jìn)弧齒錐齒輪的信號(hào)峰值較為平穩(wěn)。顯然，樣件弧齒錐齒輪的振動(dòng)信號(hào)的能量是大于改進(jìn)弧齒錐齒輪。

圖14 齒輪頻譜對(duì)比圖Fig.14 Comparison of gear spectrum

由以上噪音音頻圖對(duì)比分析可知，樣件弧齒錐齒輪的噪音頻譜圖分析結(jié)果與理論分析弧齒錐齒輪產(chǎn)生振動(dòng)噪音的原因的結(jié)果相一致，即造成樣件弧齒錐齒輪產(chǎn)生噪音的原因是由于齒距誤差、齒形誤差等導(dǎo)致的。因此，此次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確性以及改進(jìn)參數(shù)的有效性。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論分析，樣件弧齒錐齒輪產(chǎn)生振動(dòng)噪音最主要的原因是由于齒輪周節(jié)誤差和齒形誤差所引起的，樣件弧齒錐齒輪齒數(shù)較少，模數(shù)較大，導(dǎo)致齒輪嚙合重合度降低；周節(jié)誤差、齒形誤差等缺陷導(dǎo)致齒輪不能平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中或加速或減速使得輪齒之間發(fā)生碰撞，從而導(dǎo)致齒面受到很大的動(dòng)態(tài)附加載荷從而引起齒輪振動(dòng)，產(chǎn)生噪音。通過(guò)噪音對(duì)比實(shí)驗(yàn)優(yōu)選弧齒錐齒輪的參數(shù)，選擇最佳設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)表明，高重合度弧齒錐齒輪有比較明顯的降噪和減振效果，改進(jìn)的高重合度弧齒錐齒輪的噪音平均值比樣件弧齒錐齒輪的噪音平均值低1 ～2 dB。本文提出了一種基于激光掃描逆向工程對(duì)弧齒錐齒輪進(jìn)行參數(shù)分析的方法，探究其產(chǎn)生振動(dòng)噪音的原因并對(duì)樣件弧齒錐齒輪進(jìn)行改進(jìn)，以促進(jìn)國(guó)產(chǎn)弧齒錐齒輪提升動(dòng)態(tài)性能、降低噪音、減少?zèng)_擊，進(jìn)而提升國(guó)產(chǎn)機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性。