一、齿轮传动系统的振动与噪声
产生齿轮噪声的原因, 除齿轮本身的原因之外, 还有轴系的弯曲与扭转, 以及轴承、轴承座及齿轮箱等问题, 要全方面综合考虑。
(一) 齿轮本身的影响: 齿轮的模数、齿数、压力角、螺旋角、齿宽、啮合系数、及加工状况等基本设计参数, 均对振动与噪声有影响, 应全面考虑。对与动力传动的齿轮, 齿根弯曲变形是影响振动与噪声的主要因素, 应选大模数; 对于承载不大的齿轮, 只要强度允许, 应尽可能选较小模数。齿轮外径加大, 侧面噪声辐射面加大, 为减小辐射面积, 应尽量选较小直径, 并采用轮辐钻孔等方法。为减轻振动, 应计算固有频率, 以避开共振。噪声随齿宽增加而减小, 但齿轮的齿宽增加会引起接触不良, 故可将齿宽限制在一定范围内, 只增加轮体宽度。只要表面光洁度好, 随着螺旋角的增加, 振动与噪声均减小。但应注意, 加工精度不得降低(这种零件的加工也是相当不易的)。增加重合系数, 动载变化减小。系数= 2 时, 由于振动产生的加工表面振纹极小, 而当系数= 3 时, 振纹可消失。但如果采取减小压力角的办法增加重合系数, 则少量的齿形或齿距误差将引起干扰而产生更加强烈的振动, 此时应综合考虑压力角、齿厚、齿高和加工条件等因素的影响。齿轮加工精度中齿形误差、齿向误差、周节误差对振动与噪声均影响很大, 周节误差可引起啮合冲击, 产生严重杂音; 齿向误差将引起边缘磨损, 产生刺耳的哨声等。以上所述为设计原因, 对于故障分析来说, 必须掌握这些内容, 以便发现故障的真正原因, 设法排除。
(二) 轴系其它元件所引起的振动与噪声: 除齿轮轴外, 齿轮总是通过键、销、螺钉等安装在轴上的, 如果轴的刚度不高, 即使齿轮本身再好, 也将因轴的弯曲、挠动、扭转而增加振动与噪声。按设计要求, 将轴长与轴径比控制在5: 1, 使齿轮(尤其是重载齿轮) 装在支承附近为宜。在此前提下, 对轴系零件的外圆及内孔的圆度、圆柱度及光洁度均应有相应的要求, 多轴颈的同轴度应控制在允许范围内。轴承是影响轴系精度、振动与噪声的重要元件, 滚动轴承本身就是一个振动源。就轴承本身而言, 内外滚道特别是滚动体的圆度是影响噪声的最重要因素。为此, 轴承与壳体及轴的配合不能过紧, 配合部位的圆度应控制在尺寸公差之半。高速回转的轴系件必须经过平衡。
(三) 箱体质量及装配质量对噪声的影响: 箱体上箱壁与其罩、盖是机床振动部分与空气接触面积最大的振动体, 是噪声的主要辐射体, 它们的振动越大, 噪声也越大。箱体刚性好, 振动速度低, 传声就小。为此可采用箱壁加厚, 及相适应的箱内筋条、肋板布置, 提高其固有频率; 或改用阻尼较大的材料, 以降低振动。箱体因磨损、变形或其它原因, 将引起轴系孔与基准面的各种误差。这是引起振动不容忽视的原因, 必要时应考虑基准件的整形。提高齿轮的安装精度是降低噪声的主要措施, 众所周知, 啮合的齿轮接触不良时, 振动与噪声均将很大。故装配前应检查齿轮的接触精度, 这是原始性寻找振动与噪声产生原因的有效办法。影响机床齿轮安装精度的主要原因是齿形误差与齿向误差、齿面伤痕、箱体孔的加工误差及变形、轴系刚度及精度等。
四) 其它因素的影响: 选用粘度大的润滑油, 对降低噪声有利, 且可减少齿面划伤及磨损; 飞溅式润滑会增加液体扰动噪声。从啮合处开始给油, 润滑效果好; 从脱开啮合处开始给油, 冷却效果好。齿轮材料可采用高分子材料及粉末冶金材料代替钢材, 以增加阻尼及吸振作用。在齿轮上安装适当的减振器或采取隔振措施, 以消除、降低振动与噪声的传递, 或对齿轮进行珩磨。据试验结论, 齿轮经珩磨后, 噪声可降低50%。
二、流体噪声
流体以一定的压力和速度流经缝隙时, 造成能量损失, 这部分能量以振动与噪声的形式消耗掉。因此, 机床的液压、气动装置中, 一般都存在噪声问题, 可针对不同情况, 采取减低速度、减小压力降、分散压力降、改变噪声峰值频率等措施。
(一) 发生于油泵中心线以下的噪声: 呈连续不断的嗡嗡声,有时伴随其它杂音, 产生原因主要是油泵吸空, 可能是以下几方面:1) 液压泵进油管路漏气; 2) 吸油管过细、过长; 3) 吸油管浸入油面过低, 一般应浸入油高2ö 3; 4) 吸油高度过高, 一般应小于500 毫米; 5) 滤油器堵塞或通流面积太小; 6) 油箱中油液不足; 7) 油箱不透气; 8) 油液粘度太大。
(二) 发生于油泵附近的噪声: 油泵均有流量和压力波动, 分析时应从油泵的结构和原理下手, 主要有以下几方面:1) 油泵精度低, 径向和轴向间隙因磨损过大, 输油量不足;2) 困油未消除, 如修理时将困油槽修小; 3) 油泵吸油部分有损坏。
(三) 发生于操纵、控制阀附近的噪声: 主要是由阀的故障引起:1) 阀的阻尼小孔堵塞; 2) 调压弹簧变形、卡死、损坏; 3) 阀座损坏, 密封不良, 配合间隙不合适, 造成高低压油互通。
(四) 发生于工作油缸附近的噪声: 多半是停车后混入了空气, 有排气装置的进行排气, 无排气装置的可快速全行程往返运动数次以排气。
(五) 机械系统引起的振动: 主要原因如下:1) 管路碰撞、油管振动、泵与电机轴安装同轴度超差等; 2)电机、回转件平衡不良产生振动; 3) 传动齿轮精度低、外界振动引起; 4) 运动部件换向缺乏阻尼, 产生冲击振动, 可增加背压。
三、电磁噪声
电磁噪声是由空隙中交换的电磁力相互作用而产生的, 电机、变压器、磁致伸缩部件等的噪声属于这一类。要减少电磁噪声必须稳定电流、电压。但电磁噪声往往不是单独存在的, 例如电动机噪声包括电磁噪声、定子共振、转子不平衡等引起的噪声和轴承噪声。电磁噪声是由于转子每个导体切割定子磁力线, 导致磁势发生变化引起的。它和定子、转子槽数与组合方式、线圈节距、磁束密度、槽的斜度、壳体刚性均有关。通风噪声是风扇及旋转体的某些突出部分扰动电机内的空气而发生的噪声, 频率范围较广, 降低通风噪声的方法有以下几种:1) 减小风扇外径和设计好风扇的形状; 2) 消除通风系统(特别是进、出口) 处的障碍物, 可减少如“小笛”样的尖叫声; 3)采用内阻大的材料制造风扇或采用消音器。另外为了消音、减振, 通常在电机下设置隔振器、消振器, 更换精度好的轴承, 以及对转子进行动平衡。
四、加工噪声
切削过程中产生的自激振动, 可发出嘶嘶的叫声, 不但使操作者难以忍受, 周围环境也受很大影响。一般可根据不同情况,改变加工工艺或增加减振措施。例如车削加工筒形零件内壁时,不但噪声严重, 而且使加工表面光洁度恶性下降, 如用2—3 毫米厚的软橡胶板作阻尼层, 外面用钢箍夹紧, 再进行加工时, 声音减小且振纹减少。总之, 产生噪声的原因很多, 降低噪声的措施也各有弊,应全面分析, 综合考虑。可靠的办法是利用仪器测出噪声的频率, 再分析产生噪声的原因, 以期采取适当的减少噪声或消除振动的方法。