礦用行星減速器噪聲的綜合控制

王迎祥 曹 勇 陳懷防

（兗礦大陸機械有限公司減速機研究所 山東 兗州 272109）

前言：

噪聲是施工現場環境的重要指標，是衡量減速器質量水平的重要指標，同時也是減速器整機設計參數、制造精度、安裝優劣等情況的綜合反映。隨著產品標準的國際化，行業對減速器噪聲值的限定更加嚴格。而大功率行星減速器又因所處惡劣的工況、大承載、大安全系數和特有的均載機構等因素給噪聲控制增加了新的課題。減速器噪聲產生的根本原因是：1）齒輪嚙合齒對周期性的碰撞與連續沖擊，導致齒輪受迫振動而產生噪聲。2）嚙合齒之間不可避免的相對齒面滑動，這種齒面摩擦會引發齒輪自激振動而產生噪聲。

行星減速器是個復雜的承載機構，噪聲來源與影響因素也較多。30多年來，大陸公司積累了很多減速器噪聲的控制辦法，大致歸納為以下幾方面：

1）減速器齒輪嚙合參數的選擇、潤滑方式選擇、箱體材料選擇是控制噪聲的前提。

（1）根據使用要求全面優化嚙合參數。適當增加齒輪齒數、減小嚙合角能增加齒輪重合度，降低齒輪嚙入時沖擊速度。選用小螺旋角斜齒輪可以增加承載的齒數，提高運轉平穩性，并合理分配變位系數能降低齒面滑動率，合理選擇側隙可以保證齒輪在高溫和一定制造誤差下不“卡死”，又能降低齒面排氣速度確保潤滑狀態，又可以保證齒輪嚙合時沖擊較小，通過大量生產實踐證明有效降低了噪聲。

（2）合理選用潤滑方式，潤滑油種類和用量。長期重載使用的齒輪副，會因表面質量的惡化而加速磨損，因此潤滑油牌號必須根據減速器的結構形式、使用油溫和工況載荷等指標適當選用。工作油位范圍也須嚴格控制，并建議采用局部強制潤滑。良好的保護油膜可以很好的保護齒面，降低齒面磨擦帶來的噪聲。

（3）合理選擇箱體的結構和材料。箱體是減速器噪聲的主要輻射體，合理選擇箱體材料和安裝方式能調整箱體固有頻率，設置筋板增加箱體剛度，保證箱體密封性。以上優化辦法，都可以減少箱體對內部齒輪激振的響應，避免共振，降低噪聲。

（4）合理設計結構和控制均載機構公差對控制噪聲也有較大作用。行星減速器復雜的結構和特有均載機構要求我們必須嚴格論證整個輪系的承載狀態。如常用的太陽輪浮動均載機構中，太陽輪和齒圈同時與多個行星輪進行嚙合，所以我們必須嚴格控制太陽輪的公法線長度一致性，并保證各行星輪軸、太陽輪、齒圈軸線的同心度要求等，以控制不均勻性和浮動量，降低機構噪聲。

下表（表1）是《機械設計手冊》第五版（聞邦椿，主編）列出各項因素對噪聲影響的估計值，僅供參考。

表1

2）齒輪和箱體的加工精度和齒輪修形方式是整機噪聲控制最重要的因素。根據本公司大量實踐驗證，齒輪磨齒達到6-7級后，噪聲較精度在8-9級齒輪明顯降低，若同時對齒輪修形，噪聲會大幅降低。高精度設備加工的箱體，整機噪聲也明顯較小。合理使用加工設備，綜合控制齒輪和箱體等關鍵件的制造精度，成為控制減速器噪音的核心。

（1）提高齒輪加工精度是噪聲控制的基礎。齒輪的加工精度對齒輪系統噪聲有著重要的影響。齒輪加工精度有三個方面標準：平穩性、準確性、齒面接觸情況。提高加工精度有助于降低齒輪系統的噪聲，在各單項輪齒誤差中，平穩性項目中的齒形誤差和基節誤差對噪聲影響較大；齒輪副在接觸斑點不好的齒輪副局部彈性變形過大，引起明顯產生偏載，也會引發異常噪聲；齒輪傳動的準確性誤差，影響齒輪的動態平衡，而引起輪系振動而產生噪聲。在行星機構中，減少行星輪軸的位置度偏差和太陽輪的基節偏差，對行星部的均載效果提高明顯。齒輪精加工后的表面粗糙度對齒面摩擦噪聲的影響也很明顯。提高齒輪表面粗糙度能改善齒面潤滑和降低齒面磨損，對齒面保護和噪聲控制有一定好處。

（2）正確選用齒廓修形和齒向修形是控制噪聲最簡單有效的辦法。齒形制造誤差和安裝誤差，承載后的彈性變形和熱變形，嚙合過程中的沖擊和偏載，大大提高了嚙合噪聲。重載齒輪傳動過程中，符合理論齒形的輪齒在運轉初期噪音較大，且低速級齒輪的齒根會出現嚙合咬傷條紋。這是因為輪齒在嚙入處較大的沖擊載荷，使齒尖部產生大的彈、塑性變形，形成沖擊并損傷齒面。重載齒輪和有平穩性要求的齒輪進行齒廓修形。齒輪承載后齒形必然會發生彎曲和扭轉彈性變形，齒輪加工和熱處理造成的初始齒向誤差、平行度誤差、中心距誤差等都會引起齒向接觸不均勻，造成齒輪偏載，增加噪聲值，故必須進行齒向修行控制噪聲。尤其是重要均載件，如太陽輪，因其特殊作用，偏載無法用加工精度來消除，所以進行齒向修形來控制偏載產生的噪聲非常必要。

修形方法和修形量應根據沖擊和偏載的成因和嚴重程度決定，各減速器生產企業的標準各異，常用的齒廓修形辦法有齒頂修緣和齒頂倒角，本公司推薦重載齒輪應成對進行齒廓修形，齒高方向從齒頂尖向下（0.5-0.6）×m范圍，齒厚修形量（0.016-0.02）×m。非重要齒輪或無修形設備，可在滲碳前對齒頂倒角，以減少了熱處理開裂傾向。重載齒輪的齒向修形長度推薦為 L≤0.1×齒寬+5mm，齒厚修形量≈（2-3）Fβ。特殊齒輪（如太陽輪）應該修鼓形齒，根據承載情況計算選取。

（3）箱體加工精度對噪聲影響不可忽視。箱體軸承孔中心距誤差和平行度誤差對減速器噪聲有較大影響，實踐證明，箱體采用高精度加工的減速機在噪聲值穩定性方面明顯優于箱體用普通鏜銑床加工的減速器。

3）裝配過程是減速器制造的重要環節，安裝造成的減速器質量事故不勝枚舉，好的裝配方式和裝配工藝是減速器整機使用性能和噪聲控制的保證。

（1）合理控制齒輪的側隙和接觸區域，能保證齒輪更好的承載狀態；合理控制軸承徑向的游隙，能保證軸承具有較好的剛度；合理調整軸承軸向間隙，能減少軸承端面振擺量。對噪聲綜合控制有較大作用。

（2）合理選擇各軸、齒輪、軸承等關鍵零部件的裝配形式，必要時可借助壓力設備，但必須避免野蠻安裝，好的裝配方式能保證各零件好的承載狀態，避免殘余裝配應力引起噪聲。

（3）保證裝配中無雜物進入齒輪箱。裝配前必須對齒輪、箱體等進行清洗，防止有鐵屑和雜物等進入箱體。

4）結論：我們通過優化嚙合參數設計降低了齒輪幅的滑動量和沖擊載荷；通過合理選用減振材料、改進潤滑方式控制了關鍵部件激振程度；合理控制齒輪的加工精度并進行齒面適當修形，確保了齒輪副實際嚙合時良好的承載狀態；控制裝配質量保證了減速器整機良好的工作狀態。根據以往的生產使用經驗，以上措施不但能夠提升減速器傳動的平穩性，大幅降低減速器噪聲值，改善了工作環境，更使整機綜合性能明顯提升，從而大幅提升了行星減速器的使用壽命和安全性。