多級圓柱齒輪減速器異響的快速診斷

李孝明

（中煤科工集團重慶研究院，重慶 400039）

1 引言

圓柱齒輪減速器是機械傳動中的重要組成部分，它具有結構簡單、速比準確、工作可靠等特點，被廣泛應用于鋼鐵、冶金、汽車以及煤炭等多種行業。在生產過程中，減速器在試驗臺上跑合運轉時，偶爾會出現異響。雖然是偶爾出現，但是對于多級減速器而言，由于零件較多，如果方法不當，就很難及時、準確地找到有問題的零件，會耗費大量的時間，甚至還會把只有一點瑕疵的零件當作廢品處理。筆者曾見過一些檢修人員遇到異響問題就逐個更換齒輪，拆了裝，裝了拆，反復折騰，費力費時深感無奈。在生產現場缺乏專用檢測儀器的情況下，為了能快速、準確地判斷故障零件和缺陷部位，筆者通過理論分析并結合實踐經驗，總結了一種快速、行之有效的診斷方法，指導工人實踐，效果很好。

本文定義的異響，是指用耳朵就能清晰分辨出來、有明顯的周期性的噪聲。對于那些頻率很高連成一片、聽不清有明顯周期性的噪聲的不在本探討之列。

2 幾種常見異響的分類及特點

2.1 齒面磕碰硬傷或者材料硬質點引起的異響及特點

這類異響的顯著特點是噪聲大但是短而清脆，發出噪聲的周期與齒輪的轉速相關。

2.2 齒圈徑向跳動量誤差引起的異響及特點

當齒圈徑向跳動量很大時引起的嚙合噪聲的特點是，齒輪每轉一周出現一次，并且噪聲有一個由小變大、再由大變小的漸變過程，同時正反轉都是如此，在轉速低時仔細聆聽可以分辨出來。

2.3 動不平衡慣性力引起的異響及特點

由齒輪、軸承和裝配軸的偏心，或者齒輪結構不平衡引起的動不平衡慣性力，所產生的與轉速一致的低頻振動共鳴聲。這類異響的特點是隨著軸的旋轉，每轉發生一次，與齒圈徑向跳動量引起的異響類似；但它不同的是，可能正反轉都有異響，也可能是單向旋轉有異響（其原因本文不做更深入的分析）。

2.4 軸承質量問題引起的異響及特點

軸承滾珠（柱）碰傷等，都會引起軸承運轉時產生異響，這種異響的特點一般是無規律的雜音。

3 異響零件同時出現的幾種情況

在試機運轉過程中發現有異響，可以根據本文前面列舉的幾種異響的特點，大致判斷出異響的原因，接下來就是如何快速、準確地找到發出異響的零件和缺陷部位，以便修復或者更換，排除故障。

圖1

如圖1所示是一個最簡單的多級（兩級）傳動的圓柱齒輪減速器。在跑合試車過程中，如果出現異響，主要是由軸承和齒輪引起。在無法準確判斷異響是來自軸承或者齒輪時，首先采用簡易的方法，即用一根木棍作為"聽診器"，一端緊貼軸承座，另一端貼近耳朵，就可以清晰地聽見軸承運轉的真實聲響，從而準確判斷異響是否由軸承引起。排除了軸承因素后，簡化了診斷的復雜程度，就可以只對齒輪因素的影響作重點研究了。

異響齒輪零件組合，理論上大致有以下幾種情況：（1）齒輪 1、2、3、4 中某一個件發出異響；（2）齒輪 1、2、3、4 中某 2 個件發出異響；（3）齒輪 1、2、3、4 中某 3 個件發出異響；（4）齒輪 1、2、3、4 全發出異響。

根據上述4種情況排列一下便可知道，4個齒輪有多達15種不同的零件組合出現缺陷引起異響。如果多個齒輪在運轉中同時出現異響，聲音就會雜亂無章，雖然可以借助轉速測量表和噪聲頻率分析儀來診斷，但是一些廠家在生產現場還不具備這樣的條件，通常實際生產過程中有嚴格的質量檢驗，出現多個齒輪同時有缺陷而引起異響情況的幾乎沒有；多個齒輪中出現一個有缺陷，并且僅有一處缺陷引起異響的情況也是偶爾出現。所以，本文所要介紹的異響診斷方法，就是基于“只有一個齒輪有缺陷，并且缺陷數最多不超過兩處”這樣的前提來進行分析診斷的。

4 對試驗臺的要求及異響零件的診斷方法

圓柱齒輪減速器試驗臺，需要具有無級調速的功能。在跑合試車過程中，如果出現異響，可以采用“算（計算）、標（標記）、調（調速）、看（察看）、聽（聆聽）、記（記錄）、對（對比）”的方法診斷。具體做法是：

（1）根據齒輪的齒數（圖1），“計算”低速齒輪4轉過一轉時，其余每個齒輪轉過的轉數：

式中 n1、n2、n3分別表示齒輪 4轉過一轉時，對應齒輪 1、2、3 轉過的轉數，Z1、Z2、Z3、Z4表示對應齒輪的齒數。

（2）在低速軸（軸Ⅲ）的輸出端外表面作“標記”。最簡單的方法就是用粉筆畫一道杠，既方便觀看又方便清除，當然也可用顏色反差大的不干膠等來作標記。

（3）“調速”，即調整輸入軸（軸Ⅰ）到合適的轉速。因為轉速高了可能異響連成一片，無法聽清異響出現的頻次，反之可能異響不明顯，所以需要調整到一個合適的轉速，使之既能看清楚低速軸的轉動，又能聽清楚一轉之中異響出現的次數。這就是要求試驗臺可無級調速的原因。

（4）用眼睛“察看”低速軸每轉過一轉的同時，“聆聽”異響出現的次數，并且“記錄”下來。

（5）將記錄下來的異響次數，與 n1、n2、n3、n4分別進行“對比”（其中 n2=n3，n4=1）。

（6）異響零件的判別詳見表1異響齒輪判別表。

假設低速軸每轉過一轉，異響出現的次數為N，則有：

如果 N=n4=1，或者 N=2n4=2（z4/z3≠2），則異響是由齒輪4引起的。

如果N=n2=n3，或者N=2n2=2n3，則異響是由齒輪2或者齒輪3引起的。究竟是齒輪2還是齒輪3有問題，需要對齒輪3逐齒檢查后才可以確定（檢查齒輪3是因為比檢查齒輪2的工作量小很多）。

表1 異響齒輪判別表

如果N=n1，或者N=2n1，則異響是由齒輪1引起的。

其中 n1、n2、n3按式（1）和式（2）計算。

5 缺陷部位的查找

如果判斷異響是由齒面磕碰硬傷或者材料硬質點引起的，那么缺陷究竟在輪齒的哪一側呢？如果不能正確判斷，則將浪費成倍的時間。根據減速器的傳動鏈和輸出軸的旋向（如圖2所示），就能確定異響齒輪的缺陷位于齒面的哪一側；然后逐齒檢查，就能找到發出異響的高點部位。

圖2

6 異響的排除

本文分別闡述了幾種常見異響的分類及特點,各種異響的排除方案如下：

如果判斷是齒圈徑向跳動量引起的異響，那么就需要更換齒輪；

如果判斷是動不平衡慣性力引起的異響,或更換齒輪，或做動平衡；

如果判斷是齒面磕碰硬傷或者材料硬質點引起的異響，那么還需用前述的方法找出缺陷部位，然后用油石或者金剛銼刀將高點去除，異響隨即消失。

7 結語

多級圓柱齒輪減速器在跑合試車過程中出現異響，采用“算、標、調、看、聽、記、對”的診斷方法，能快速找到發出異響的齒輪零件。這種方法高效、實用、成本低，深受工人師傅的喜歡。

［1］楊玉致.機械噪聲控制技術［M］.北京：中國農業出版社，1985.

［2］黃長藝，盧文祥.機械制造中的測試技術［M］.北京：機械工業出版社，1981.