论文部分内容阅读
摘 要：行星减速器噪音主要由设计参数、齿轮加工精度、箱体刚度、传动轴刚度、装配精度、工作条件等因素确定。在某型设备跑合测试中，发现传动系统出现异常噪音，利用进行分析，确定发生故障原因为行星减速器。通过控制系统在不同转速下调转减速器，测试减速器的噪音，最终确定为锥弧齿加工精度不满足要求，更换精度合格的锥弧齿，异常噪音消失。
关键词：减速器;噪音;故障分析
0 引 言
为得到大的输出扭矩，机械传动系统常常设计为：在原动机和工作機或执行机构之间加装减速传动系统以起匹配转速和传递转矩。减速传动系统常常采用减速器。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器;按照传动级数不同可分为单级和多级减速器;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。常用的有蜗轮蜗杆减速器、行星减速器、谐波减速器、行星+蜗轮蜗杆减速器、摆线针轮减速机、丝杠+蜗轮蜗杆减速器等。
减速器是国民经济诸多领域的机械传动装置，产品服务领域涉及食品轻工、电力机械、建筑机械、冶金机械、水泥机械、环保机械、电子电器、筑路机械、水利机械、化工机械、矿山机械、输送机械、建材机械、橡胶机械、石油机械等行业领域[1] 。
1减速器噪音来源及控制要求
减速器的噪音是传动件（齿轮、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠等）啮合过程中产生的周期性的交变力对箱体、轴承作用而产生的振动。影响减速器噪音大小的主要因素有：设计参数（如重合度、弯曲强度等）、齿轮、蜗轮蜗杆等加工精度、箱体加工精度、轴承、传动轴刚度、润滑油脂等。其中任何一个因素不满足要求，都有可能导致噪音不满足要求。
1.1 行星减速器设计要求
为减少行星减速器的噪音，减速器设计时需考虑以下几点：
设计时可通过选择合适的变位系数、适当的螺旋角等提高啮合齿轮的弯曲强度，达到降低噪音的目的。
a） 尽量采用渐开线齿轮，高重合度、斜齿轮;
b） 设计合理的箱体结构及振动特性，增加轴承支撑座与箱体支点之间的刚度，减少箱体结构振动;大面积的箱体薄壁，应设置加强筋，降低箱壁振动及减少噪音辐射;
c） 减速器内部的输入轴、输出轴中间部位允许承受的最大径向载荷给予限制，应予校核，并保留一定的安全系数[2] ;
d） 选择合适的轴承，满足齿轮转速及承力要求;
e） 减速器箱体的孔与轴承外圈的间隙尽可能小。
1.2 行星减速器加工要求
齿轮的制造精度决定减速器的噪音值，减速器制造过程中影响减速器噪音的因素有：齿轮的齿形误差、齿轮的转角误差、齿轮轮体的偏心、箱体孔加工精度、箱体中心距误差等，在加工过程中需对以下过程加强控制。
齿轮的接触精度影响减速器的噪音，接触不好的齿轮噪音必然大。一般用接触斑点检测齿轮的接触精度，接触斑点主要检测齿长、齿宽方向。齿向误差影响齿长方向接触，齿节偏差与齿形误差影响齿宽方向接触，因此，在齿轮的加工过程中，需严格控制齿轮的齿向、齿节、齿形误差，使其误差值在设计规定的误差范围内。
齿轮的运动精度同样影响减速器的噪音。齿轮的运动精度是指传递运动的准确性，其误差为齿轮转动一周的出现的最大转角误差不能超出限定值。最大转角误差由周节控制，转角误差使齿轮啮合过程中产生撞击、振动，从而产生齿轮噪音。转角误差由基节误差及渐开线齿形误差控制。因此，加工时需严格控制基节误差及渐开线齿形误差控制，使其不应超过设计的最大值。
齿轮的工作平稳性同样影响减速器的噪音。其误差为齿轮转动一周的出现的转角误差。转角误差使齿轮啮合过程中产生撞击、振动，从而产生齿轮噪音。转角误差由基节误差及渐开线齿形误差控制。因此，加工时需严格控制基节误差及渐开线齿形误差控制，使其不应超过设计的最大值。
减速器的箱体孔加工精度减速器的噪音有重大影响。其主要表现在轴承孔的加工精度、齿轮中心距误差、齿轮轴安装孔的同轴度、平行度等形位公差。在加工过程中，需严格控制减速器箱体安装孔的加工精度，使使其误差值在设计规定的误差范围内。
1.3 行星减速器装配要求
减速器的装配过程中需注意以下几点：
a） 减速器内部齿轮需牢固牢靠，避免齿轮端面摆动;
b） 轴承需具有一定的轴向窜动，轴承内部润滑良好。安装轴承时避免施加不当的敲击，轴承运输、装配过程中避免碰撞;
c） 清洗减速器内部所有零件，避免因杂物导致齿轮啮合面损伤，从而产生异常噪音。装配时避免传动件的磕碰，防止影响传动件精度等。
1.4 行星减速器安装要求
行星减速器安装时应注意以下几点：
a） 安装行星减速机时，应使电机轴与输入轴、减速器传动中心轴线的同轴度满足技术指标要求。采用联轴器连接的，其中心轴误差不得大于所用联轴器的使用补偿量;
b） 输出轴上安装传动件时，禁止用锤子直接敲击。应利用轴端的内螺纹，用螺栓将传动件压入或装配夹具将传动件压入，否则有可能造成减速机内部零件的损坏。因钢性固定式联轴器不安装不方便，对安装要求较高，极可能产生额外的载荷，有可能造成减速器内部轴承早期损坏，严重时甚至造成输出轴的断裂，因此不建议采用钢性固定式联轴器;
c） 行星减速机应牢固地安装刚度较高的底座上，减速器内部的油应能排除干净，且冷却空气循环流畅。底座的刚度不够时，会引起底座的振动及噪声，从而导致减速器内轴承及齿轮受损。当传动联接件有突出物或采用齿轮、链轮传动时，应在齿轮、链轮传动加装防护装置，防止导致人员受伤。输出轴上承受较大的径向载荷时，应选用加强型减速器; d） 行星减速器安装完成，检查减速器的安装的准确性及紧固件的可靠性。全部正确后，检查减速器内部的润滑油、润滑脂符合要求后，进行空载试运转，时间不得少于2小时。空载运转试验应平稳，无冲击、振动、杂音及渗漏油现象，发现异常应及时排除。
2傳动系统故障现象
在某型设备跑合测试中，发现行星减速器跑合过程发现噪音异常。当电机转速为500rpm时，顺时针噪音较小，用噪音计测试为71分贝，逆时针转动时，噪音为73分贝。当电机转速为1500rpm时，顺时针为78分贝，逆时针转动时，噪音为82分贝，并听到“哒哒”的 声音。其噪音与前几批次明显增大，均超出设计要求值。基本可认为该传动系统装配或减速器出现故障。
3传动系统故障定位及排除
3.1 传动系统故障定位
该传动系统较为简单，为电机+行星减速器+回转支承。现场拆卸电机，对电机进行单独通电检查，用噪音计测试电机正反转噪音，电机正反转噪音均在指标要求内。检测回转支承与减速器输出直齿轮的啮合侧隙，啮合侧隙在技术要求范围内。拆卸直齿轮，检测直齿轮齿形、齿向等精度，直齿轮均满足指标要求。检测回转支承的直齿轮，回转支承的齿轮满足要求，因此该传动系统故障可确认行星减速器故障。
拆下行星减速器，在空载状态下，用控制系统对行星减速器进行调转，当电机转速为1500rpm时，减速器的正反转噪音差别不大，为65分贝左右，1000rpm时，正反转噪音为40分贝。当电机转速为100rpm时，顺时针几乎同不到声音，逆时针可明显听到“哒哒”声。用工具放置在减速器上不同部位听，发现该“哒哒”声从转角（锥齿轮）处发出，行星部位未发出异常声音。因此判断该减速器发生故障部件为锥齿轮装配或锥齿轮精度不足导致噪音异常。
3.2故障排除
将发生故障的行星减速器返回减速器生产厂家，减速器厂家对减速器进行拆解，并对拆下的锥弧齿进行检测，发现该锥弧齿加工精度不满足设计要求，其齿形误差过大。由于该锥弧齿为外购件，生产该锥弧齿的加工厂家为新生产厂家，外购后未进行精度检测，检测该采购批次的所有锥弧齿，发现锥弧齿均不满足要求，退回该批次锥弧齿，重新加工满足精度要求的锥弧齿，重新装配减速器，将减速器装配在设备上，进行空载调转试验，调转过程中无异常噪音，测试调转过程中的噪音值，噪音指标满足技术指标要求，故障排除。
4 结束语
影响减速器的噪音异常的因素有设计、加工、装配、安装等因素，因此当减速器出现异常噪音时，应按照安装→装配→加工→设计等顺序进行，并对每个过程进行确认，从而快速定位故障、排除故障。
参考文献
[1] 杨帮文.减（变）速电机技术与选用手册[M].中国电力出版社，2009.（6）：9
[2] 许大华，孙金海.机械制造技术[M]. 国防工业出版社，2015.（2）：169
关键词：减速器;噪音;故障分析
0 引 言
为得到大的输出扭矩，机械传动系统常常设计为：在原动机和工作機或执行机构之间加装减速传动系统以起匹配转速和传递转矩。减速传动系统常常采用减速器。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器;按照传动级数不同可分为单级和多级减速器;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。常用的有蜗轮蜗杆减速器、行星减速器、谐波减速器、行星+蜗轮蜗杆减速器、摆线针轮减速机、丝杠+蜗轮蜗杆减速器等。
减速器是国民经济诸多领域的机械传动装置，产品服务领域涉及食品轻工、电力机械、建筑机械、冶金机械、水泥机械、环保机械、电子电器、筑路机械、水利机械、化工机械、矿山机械、输送机械、建材机械、橡胶机械、石油机械等行业领域[1] 。
1减速器噪音来源及控制要求
减速器的噪音是传动件（齿轮、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠等）啮合过程中产生的周期性的交变力对箱体、轴承作用而产生的振动。影响减速器噪音大小的主要因素有：设计参数（如重合度、弯曲强度等）、齿轮、蜗轮蜗杆等加工精度、箱体加工精度、轴承、传动轴刚度、润滑油脂等。其中任何一个因素不满足要求，都有可能导致噪音不满足要求。
1.1 行星减速器设计要求
为减少行星减速器的噪音，减速器设计时需考虑以下几点：
设计时可通过选择合适的变位系数、适当的螺旋角等提高啮合齿轮的弯曲强度，达到降低噪音的目的。
a） 尽量采用渐开线齿轮，高重合度、斜齿轮;
b） 设计合理的箱体结构及振动特性，增加轴承支撑座与箱体支点之间的刚度，减少箱体结构振动;大面积的箱体薄壁，应设置加强筋，降低箱壁振动及减少噪音辐射;
c） 减速器内部的输入轴、输出轴中间部位允许承受的最大径向载荷给予限制，应予校核，并保留一定的安全系数[2] ;
d） 选择合适的轴承，满足齿轮转速及承力要求;
e） 减速器箱体的孔与轴承外圈的间隙尽可能小。
1.2 行星减速器加工要求
齿轮的制造精度决定减速器的噪音值，减速器制造过程中影响减速器噪音的因素有：齿轮的齿形误差、齿轮的转角误差、齿轮轮体的偏心、箱体孔加工精度、箱体中心距误差等，在加工过程中需对以下过程加强控制。
齿轮的接触精度影响减速器的噪音，接触不好的齿轮噪音必然大。一般用接触斑点检测齿轮的接触精度，接触斑点主要检测齿长、齿宽方向。齿向误差影响齿长方向接触，齿节偏差与齿形误差影响齿宽方向接触，因此，在齿轮的加工过程中，需严格控制齿轮的齿向、齿节、齿形误差，使其误差值在设计规定的误差范围内。
齿轮的运动精度同样影响减速器的噪音。齿轮的运动精度是指传递运动的准确性，其误差为齿轮转动一周的出现的最大转角误差不能超出限定值。最大转角误差由周节控制，转角误差使齿轮啮合过程中产生撞击、振动，从而产生齿轮噪音。转角误差由基节误差及渐开线齿形误差控制。因此，加工时需严格控制基节误差及渐开线齿形误差控制，使其不应超过设计的最大值。
齿轮的工作平稳性同样影响减速器的噪音。其误差为齿轮转动一周的出现的转角误差。转角误差使齿轮啮合过程中产生撞击、振动，从而产生齿轮噪音。转角误差由基节误差及渐开线齿形误差控制。因此，加工时需严格控制基节误差及渐开线齿形误差控制，使其不应超过设计的最大值。
减速器的箱体孔加工精度减速器的噪音有重大影响。其主要表现在轴承孔的加工精度、齿轮中心距误差、齿轮轴安装孔的同轴度、平行度等形位公差。在加工过程中，需严格控制减速器箱体安装孔的加工精度，使使其误差值在设计规定的误差范围内。
1.3 行星减速器装配要求
减速器的装配过程中需注意以下几点：
a） 减速器内部齿轮需牢固牢靠，避免齿轮端面摆动;
b） 轴承需具有一定的轴向窜动，轴承内部润滑良好。安装轴承时避免施加不当的敲击，轴承运输、装配过程中避免碰撞;
c） 清洗减速器内部所有零件，避免因杂物导致齿轮啮合面损伤，从而产生异常噪音。装配时避免传动件的磕碰，防止影响传动件精度等。
1.4 行星减速器安装要求
行星减速器安装时应注意以下几点：
a） 安装行星减速机时，应使电机轴与输入轴、减速器传动中心轴线的同轴度满足技术指标要求。采用联轴器连接的，其中心轴误差不得大于所用联轴器的使用补偿量;
b） 输出轴上安装传动件时，禁止用锤子直接敲击。应利用轴端的内螺纹，用螺栓将传动件压入或装配夹具将传动件压入，否则有可能造成减速机内部零件的损坏。因钢性固定式联轴器不安装不方便，对安装要求较高，极可能产生额外的载荷，有可能造成减速器内部轴承早期损坏，严重时甚至造成输出轴的断裂，因此不建议采用钢性固定式联轴器;
c） 行星减速机应牢固地安装刚度较高的底座上，减速器内部的油应能排除干净，且冷却空气循环流畅。底座的刚度不够时，会引起底座的振动及噪声，从而导致减速器内轴承及齿轮受损。当传动联接件有突出物或采用齿轮、链轮传动时，应在齿轮、链轮传动加装防护装置，防止导致人员受伤。输出轴上承受较大的径向载荷时，应选用加强型减速器; d） 行星减速器安装完成，检查减速器的安装的准确性及紧固件的可靠性。全部正确后，检查减速器内部的润滑油、润滑脂符合要求后，进行空载试运转，时间不得少于2小时。空载运转试验应平稳，无冲击、振动、杂音及渗漏油现象，发现异常应及时排除。
2傳动系统故障现象
在某型设备跑合测试中，发现行星减速器跑合过程发现噪音异常。当电机转速为500rpm时，顺时针噪音较小，用噪音计测试为71分贝，逆时针转动时，噪音为73分贝。当电机转速为1500rpm时，顺时针为78分贝，逆时针转动时，噪音为82分贝，并听到“哒哒”的 声音。其噪音与前几批次明显增大，均超出设计要求值。基本可认为该传动系统装配或减速器出现故障。
3传动系统故障定位及排除
3.1 传动系统故障定位
该传动系统较为简单，为电机+行星减速器+回转支承。现场拆卸电机，对电机进行单独通电检查，用噪音计测试电机正反转噪音，电机正反转噪音均在指标要求内。检测回转支承与减速器输出直齿轮的啮合侧隙，啮合侧隙在技术要求范围内。拆卸直齿轮，检测直齿轮齿形、齿向等精度，直齿轮均满足指标要求。检测回转支承的直齿轮，回转支承的齿轮满足要求，因此该传动系统故障可确认行星减速器故障。
拆下行星减速器，在空载状态下，用控制系统对行星减速器进行调转，当电机转速为1500rpm时，减速器的正反转噪音差别不大，为65分贝左右，1000rpm时，正反转噪音为40分贝。当电机转速为100rpm时，顺时针几乎同不到声音，逆时针可明显听到“哒哒”声。用工具放置在减速器上不同部位听，发现该“哒哒”声从转角（锥齿轮）处发出，行星部位未发出异常声音。因此判断该减速器发生故障部件为锥齿轮装配或锥齿轮精度不足导致噪音异常。
3.2故障排除
将发生故障的行星减速器返回减速器生产厂家，减速器厂家对减速器进行拆解，并对拆下的锥弧齿进行检测，发现该锥弧齿加工精度不满足设计要求，其齿形误差过大。由于该锥弧齿为外购件，生产该锥弧齿的加工厂家为新生产厂家，外购后未进行精度检测，检测该采购批次的所有锥弧齿，发现锥弧齿均不满足要求，退回该批次锥弧齿，重新加工满足精度要求的锥弧齿，重新装配减速器，将减速器装配在设备上，进行空载调转试验，调转过程中无异常噪音，测试调转过程中的噪音值，噪音指标满足技术指标要求，故障排除。
4 结束语
影响减速器的噪音异常的因素有设计、加工、装配、安装等因素，因此当减速器出现异常噪音时，应按照安装→装配→加工→设计等顺序进行，并对每个过程进行确认，从而快速定位故障、排除故障。
参考文献
[1] 杨帮文.减（变）速电机技术与选用手册[M].中国电力出版社，2009.（6）：9
[2] 许大华，孙金海.机械制造技术[M]. 国防工业出版社，2015.（2）：169