小速比客車車橋減速器降噪措施

郭可濤 孫海燕

摘 要：本研究針對某型號小速比客車車橋速器降噪問題進行探討，分析了噪聲產生原因，并提出了降噪措施，最終實現了降噪目的。

關鍵詞：客車車橋;減速器;噪聲

在原有車橋的基礎上，開發了一種小速比客車車橋。在試驗過程中，整個橋出現了減速機總成噪聲過大的問題。

1 噪聲產生原因分析

1.1 靜態噪聲測試結果

在半靜音室中檢測到三個編號為7、10和12的減速器的靜態噪聲。在1 600 r/min的輸入速度下，測試橋達到90dB（A）以上的噪聲水平，靜態噪聲較大，但靜態噪聲測試結果無法確定噪聲的原因。

1.2 動態噪聲測試結果

半靜音室檢測整個減速器的動態噪聲。輸入軸轉速的10級和20級噪聲最大，這兩個等級對應于主減速器齒輪頻率的1級和2級，表明齒輪副的齒輪噪聲大于總噪聲[1]。

1.3 主減速齒輪拆檢分析

為了找出齒輪箱噪聲產生的原因，對齒輪箱進行了分解和分析。

（1）報告準確性驗證結果。齒輪精度等級見表1。齒輪評定等級應符合DIN3965。

測量結果表明，齒輪扭矩精度等級較低，不適合客車車軸。

（2）檢查兩個齒輪之間的接觸區域。給出了兩個齒輪之間接觸面積的檢查結果。齒輪箱前端面與后端面接觸面積小，接觸面積長度不超過齒長的40%，所有接觸面積均為橋接式，齒根與齒尖接觸痕跡較重。這會在檢查滑行控制機器時產生很大的噪音。接觸區條件不適用于客車車軸。

（3）齒面粗糙度檢測。表2所示的粗糙度試驗結果表明，切割頭粗糙度不足，粗糙度較低，這也是切割頭噪聲較高的原因。

表2的檢測結果表明，齒輪的精度、接觸面積和表面粗糙度對保持架的聲學性能有影響，需要進一步改進。

2 降噪措施制定

從以上討論中可以明顯看出，變速箱噪聲是整個變速箱噪聲問題的關鍵噪聲源，因此需要采取以下降噪措施。

（1）重新設計齒輪副以優化其設計聲學性能。（2）優化速度轉矩的聲學性能。

3 降噪措施實施過程

3.1 齒輪副的設計優化措施

以下是對齒輪扭矩優化設計的改進。

①用等速對更換齒輪副。②如果結構允許，將驅動輪齒面寬度從70 mm更改為72.5 mm。③非洲之角是43.6°到45°的滑輪螺旋，相應地是車輪螺旋。④非洲之角齒輪的副壓力為42.5°。⑤將齒輪副齒高系數從3.9增加到4.1。

通過改進，齒輪對的總重疊系數從1.974增加到2.128，齒輪對設計的聲學性能得到改善。然而，改變螺旋角和壓力角，可以在優化一對齒輪的聲學性能的同時減小一對齒輪的負載能力。為此，有必要重新計算齒輪對的阻力計算。表3顯示了優化設計前后各組件中的應力比較。

表3中可以看出，在相同負載下，優化速度轉矩所支持的作用力略有降低。因此，采用ONE優化設計，可同時提高變速箱的聲學性能和負載能力。

3.2 齒輪副的工藝優化措施

（1）齒輪副加工調整卡優化。在調整卡的設計中考慮了齒輪對的聲學性能。該調諧卡是使用American Gleason CAGE4WIN軟件設計的。實驗表明，接觸長度系數為0.5可以減少齒輪副的噪音，其總值V最終設計為1.91 mm。這種齒輪的接觸區域的長度比較長。同時，設計了30μrad齒輪對運動誤差，以從技術上保證齒輪對運動的穩定性并進一步改善其聲學性能。

在計算了圖形擬合后，利用美國Gleason公司的T900軟件進行了有限元計算。測試齒輪副在載荷作用下的承載能力和聲學性能。計算結果表明，在優化設計參數和調整板形后，在相同載荷下，下主動輪的彎曲應力顯著降低，而下主動輪的最大彎曲應力降低了17%左右[2]。

從以上分析可以明顯看出，在最大負載下優化齒輪對的幾何尺寸和加工參數可以顯著改善齒輪的聲學和強度性能。

（2）加工過程中的精度控制。齒輪副的齒形精度也是影響齒輪副噪聲的一個重要方面，控制措施如下。

①精加工時，將主動輪的定位直徑和中心孔定位端的移動分別限制在0.015 mm。在最后一次加載操作中，確定了高精度數控車床的驅動輪定位孔和定位面，以保證工藝基準的精度。②安裝齒輪副切割、滾壓檢查和研磨裝置后的精度檢查和調整，徑向運動設置為0.007 mm，軸向運動設置為0.005 mm。③內、外刀的徑向輸出精度在插齒刀桿后限制在0.002 5 mm以內。

通過這種過程控制，獲得了較好的牙列精度。單個齒的軸距精度對齒輪的噪聲有很大的影響，在進行齒形切削加工時應注意這一問題。

動輪后端面齒距誤差FP在DIN 4級以內，量程精度為2級。前刀面齒距的FP誤差略低，但也在DIN標準的5級范圍內，精度為2級[3]。主動輪前后尺寸的齒距誤差僅限于DIN 5級和DIN 6級。主動輪后端面齒距誤差較小，主要是刀具磨損引起的粗糙度稍低。熱處理后，齒輪精度降低，通過工藝控制，齒輪副的精度水平略有提高。

（3）接觸區控制。齒輪副接觸區的狀態對齒輪副的噪音影響很大。在加工過程中，首先將可動錐齒輪的齒形調整為基本與理論齒形匹配。主動輪齒形根據接觸面和熱處理變形的變化進行調整，與理論計算值略有不同。齒表面的磨削過程不僅影響齒輪副的微觀形態，而且影響齒輪副接觸區的最終狀態，并且對齒輪副的最終噪音水平有很大影響。在準備磨削過程中，在中間位置添加了大約2.5 s的延遲，以保持接觸區域盡可能長。磨削后，正面的接觸區域的長度約為牙齒長度的65%，背面的接觸區域的長度約為70%[4]。兩側齒面的接觸面積形成一定的內部對角線。在滾軸控制機上進行檢查時，其噪聲靈敏度明顯低于優化前的速度轉矩，因此更適用于汽車車軸。

最后，對軋輥控制機進行了噪聲測試，并與優化后的前向轉矩轉速進行了比較。

4 降噪效果

在完成上述齒輪箱噪聲優化工作后，對減速器進行了改造，并進行了新的臺架噪聲試驗。降噪措施明顯降低了減速器的噪聲。優化后的減速機動態噪聲試驗表明，采取降噪措施后，齒輪箱鎖定頻率噪聲沒有明顯加重，減速機整體噪聲降低。

5 結束語

通過分析小速比客車車橋減速器噪聲產生的原因，提出了降低減速器噪聲的措施。通過這些措施的應用，降低了客車輪軸減速器的噪聲。同時，這些降噪措施可為其它減速機的降噪提供參考。

參考文獻：

[1]劉海祥，高立中，胡淼.我國車輛減速器技術研究現狀與發展[J].鐵道通信信號，2019，55（S1）：119-124.

[2]杜麒麟，徐鴻，尹鏹，等.低噪聲車輛減速器降噪特性試驗研究[J].中國環保產業，2019（10）：215.

[3]Zhou J，Sun W，Cao L.Vibration and noise characteristics of a gear reducer under different operation conditions[J].Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control，2019.

[4]陸剛.客車減振降噪的NVH靜音環保技術[J].輕型汽車技術，2018（Z2）：32-36.