降低直流永磁減速電機減速齒輪機構噪音的實踐研究

摘要：本文針對直流永磁減速電機減速齒輪機構產生較大噪音的原因，以常州寶來電器有限公司生產的直流永磁減速電機為試驗研究對象，分析并研究了直流永磁減速電機的齒輪結構、制造材料、加工工藝、剛度強弱等影響齒輪噪音的因素，提出了降低直流永磁電機減速齒輪機構噪音的有效方法，通過生產實踐驗證，效果良好。

關鍵詞：直流減速電機噪音減速齒輪機構

0 引言

隨著人們生活質量的日益提高，噪音污染問題越來越得到人們的重視。調查顯示，在很多工業及民用產品中使用帶塑料注塑和粉末冶金金屬壓鑄齒輪的直流減速電機的數量相當驚人，該類電機的特點是轉速高、負載大，其減速齒輪機構在傳動中產生的齒輪噪音對人們的工作、生活環境產生了比較嚴重的影響。因此，很多用戶把直流減速電機的噪音等級大小作為一個重要指標來考核，對電機生產廠家提出了進一步改善直流減速電機噪音的強烈要求[1-2]。本文以常州寶來電器有限公司生產的NEX6-F00-1-01型直流永磁減速電機為整改實例，詳細分析直流永磁減速電機減速齒輪機構產生較大噪音的原因，研究降低減速齒輪機構噪音的方法，并通過實踐驗證方法的有效性。

1 NEX6-F00-1-01型直流永磁減速電機噪音原始情況分析[2]

1.1 用Model8925數位式噪音計測量庫存的NEX6-F00-1-01型直流永磁減速電機的實際噪音，尋找正反轉噪音差2 dB以內的電機。通過噪音測試，在1000臺庫存電機中找出了3臺符合該要求的電機。這三臺電機的實測噪音數據如下表1所示。

1.2 分析以上3臺電機的零部件質量狀況

①測量電機的正反轉轉速并計算轉差率，測量數據見表2。

②測量電機的0號、1號、2號齒輪公法線變動、齒形誤差、齒距誤差、齒向誤差，齒面粗糙度，單位：um。測量數據見表3。

③測量電機的齒輪端面與齒輪箱端面粗糙度Ra ，實測數據見表4。

④測量電機的齒輪軸中心距，數據見表5

由以上測試可知：直流電機的減速齒輪箱正反轉噪音要控制在2dB以內，電機的正反轉速轉差必須在5%以內、同時控制好齒輪精度，對照國家標準需達到GB2363-90的7級精度要求、齒輪箱軸中心距偏離理論中心距在0.02mm以內，齒輪端面的表面粗糙在1.6um以內，機殼端面與齒輪接觸的表面粗糙度在2.0um以內。

1.3 在噪音良好的3臺直流減速電機中任取一臺在HSS660X型噪音振動測量分析系統中做頻譜分析，找出齒輪減速箱噪音最大頻率點并分析原因[3]。頻譜分析測試結果見表6、表7及圖2和圖3。

由以上測試可知：2號齒輪的大齒輪用非金屬材料聚甲醛代替原來的金屬齒輪，有效降低了齒輪箱的整體噪音（在50dB以下）。

2 降低直流減速電機噪音的方法

通過對噪音指標符合要求的3臺電機進行的測試數據結果分析來看，要降低NEX6-F00-1-01直流永磁減速電機負載時的噪音，須做好以下幾方面的工作：

①提高齒輪箱齒輪精度，按GB2363-90的7級精度要求設計、加工、制造0號、1號、2號齒輪和齒輪端面粗糙度。

②控制好電機額定負載下的轉速。

③控制好齒輪箱體齒輪軸孔中心距和與齒輪配合的齒輪箱體端面的粗糙度。

④用非金屬齒輪代替金屬齒輪并驗證其強度和壽命。

下面就控制齒輪變形和提高齒輪模具精度作詳細分析。

2.1 計算機模擬成型

對于注塑和壓鑄齒輪來說，模具的設計、制造與裝配以及注塑、壓鑄過程都會影響齒輪制品的精度，其中模具的設計精度起到了奠基的作用。現在產品上用的齒輪設計方法原理是進行等距放大得到模具的型腔尺寸，所以外齒輪廓誤差較大，為了改變熱變形引起的齒廓形狀誤差的影響，在齒輪改進中采用了反向工程的方法，以常溫下（30℃）標準漸開線齒輪形狀為基礎，逆向求取到注塑、壓鑄齒輪材料達到固化臨界點時的齒廓曲線，并在此基礎上進行注塑、壓鑄齒輪模具的設計精度分析，使齒輪成型后符合理論漸開線。首先在SOLIDWORKS中準確建立注塑齒輪的模型，然后將其導入ANSYS軟件，進行注塑齒輪的熱變形分析，得出齒輪廓面在特定溫度時的形狀變化結果，按此開模，齒輪漸開線精度高。

2.2 線切割模具齒片外圓和齒廓面全部采用慢走絲（精度0.005mm）圖，以前普通線切割（精度0.025mm），齒廓面保證鏡面， 保證成型齒輪的中心和外圓的同軸度。

2.3 塑料齒輪模具澆口的設定，以前一個，齒輪冷卻變形較大，現在增至三個，齒輪冷卻均勻、變形較小。

為了進一步降低齒輪箱噪音，同時還進行了以下改進:

①增加齒輪軸的剛度。齒輪軸由原來的2mm改為2.3mm，因為齒輪軸在傳動負載下的變形會使輪齒面在齒寬方向上接觸長度縮短，造成嚙合剛性下降，由此產生的傳動誤差也會產生噪音。

②潤滑油的選用。用E356油脂（油脂混合均勻，齒輪潤滑較均勻）代替原來的白色特種潤滑脂（油脂分離大，黏附性較差），以穩定噪聲等級。

3 整改后的直流減速電機噪音性能測試

為了驗證上述改進方法的有效性，常州寶來電器有限公司按照上述整改方法新生產了1000臺直流減速電機，并進行了相關指標的測試，具體情況如下：

3.1 從1000臺直流減速電機生產線上隨機抽取3臺進行噪音測試，測試數據見表7。

3.2 從1000臺直流減速電機生產線上隨機抽取1臺進行噪音頻譜分析，測試結果見表8、表9和圖4、圖5。

從以上測試數據可以看出，整改后的直流減速電機噪音得到了明顯改善，噪音指標達到了更高的要求。同時，考慮到2號齒輪改成塑料齒輪后，齒輪機械強度的降低，可能會影響到電機的使用壽命，于是對整改后的電機的2號塑料大齒輪進行了壽命試驗考核。即在額定電壓12V，額定負載40N.cm，額定轉速7600rpm下，連續運轉了800小時，試驗結果證明，齒輪變形和磨損較小，其壽命達到了設計技術要求。

4 結論

直流減速電機的齒輪傳動噪音與齒輪的精度息息相關，要提高齒輪精度，首先必須從齒輪的設計與齒輪模具的設計和齒輪的加工工藝入手，同時，在齒輪強度允許的條件下大膽采用非金屬材料制造齒輪也是降低齒輪整體噪音很有效的手段。其次，直流電機本身的正反轉差異，齒輪中心距的嚴格控制，齒輪軸的剛度強弱，齒輪潤滑油的質量等也是影響齒輪噪音好壞的因素。另外，齒輪傳動噪音有30%以上的原因來自毛刺、磕碰傷等，因此，在齒輪箱的裝配過程中一定要做好質量控制，輕拿輕放。

參考文獻：

[1]陳世坤.電機設計[M].北京：機械工業出版社.1990.

[2]陳永校，諸自強，應善成.電機噪音的分析與控制[M].杭州：浙江大學出版社，1987.

[3]汪慶年，李紅艷，史風娟等.基于頻譜分析的電機噪聲源的識別[J].聲學技術.2009，28(4)：528-531.

基金項目：重慶水利電力職業技術學院重點科研項目(201107)

作者簡介：

楊紅（1969-），女，副教授/高工，主要從事電機及電力系統繼電保護等方面的教學與研究。