行星減速器異常噪音故障分析

簡(jiǎn)衛(wèi)平

摘 要：行星減速器噪音主要由設(shè)計(jì)參數(shù)、齒輪加工精度、箱體剛度、傳動(dòng)軸剛度、裝配精度、工作條件等因素確定。在某型設(shè)備跑合測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常噪音，利用進(jìn)行分析，確定發(fā)生故障原因?yàn)樾行菧p速器。通過(guò)控制系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下調(diào)轉(zhuǎn)減速器，測(cè)試減速器的噪音，最終確定為錐弧齒加工精度不滿足要求，更換精度合格的錐弧齒，異常噪音消失。

關(guān)鍵詞：減速器;噪音;故障分析

0 引 言

為得到大的輸出扭矩，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)常常設(shè)計(jì)為：在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間加裝減速傳動(dòng)系統(tǒng)以起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩。減速傳動(dòng)系統(tǒng)常常采用減速器。減速器是一種相對(duì)精密的機(jī)械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。減速器的種類繁多，按照傳動(dòng)類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器;按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)不同可分為單級(jí)和多級(jí)減速器;按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器;按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開(kāi)式、分流式和同軸式減速器。常用的有蝸輪蝸桿減速器、行星減速器、諧波減速器、行星+蝸輪蝸桿減速器、擺線針輪減速機(jī)、絲杠+蝸輪蝸桿減速器等。

減速器是國(guó)民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域的機(jī)械傳動(dòng)裝置，產(chǎn)品服務(wù)領(lǐng)域涉及食品輕工、電力機(jī)械、建筑機(jī)械、冶金機(jī)械、水泥機(jī)械、環(huán)保機(jī)械、電子電器、筑路機(jī)械、水利機(jī)械、化工機(jī)械、礦山機(jī)械、輸送機(jī)械、建材機(jī)械、橡膠機(jī)械、石油機(jī)械等行業(yè)領(lǐng)域[1]? 。

1減速器噪音來(lái)源及控制要求

減速器的噪音是傳動(dòng)件（齒輪、蝸輪蝸桿、滾珠絲杠等）嚙合過(guò)程中產(chǎn)生的周期性的交變力對(duì)箱體、軸承作用而產(chǎn)生的振動(dòng)。影響減速器噪音大小的主要因素有：設(shè)計(jì)參數(shù)（如重合度、彎曲強(qiáng)度等）、齒輪、蝸輪蝸桿等加工精度、箱體加工精度、軸承、傳動(dòng)軸剛度、潤(rùn)滑油脂等。其中任何一個(gè)因素不滿足要求，都有可能導(dǎo)致噪音不滿足要求。

1.1 行星減速器設(shè)計(jì)要求

為減少行星減速器的噪音，減速器設(shè)計(jì)時(shí)需考慮以下幾點(diǎn)：

設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)選擇合適的變位系數(shù)、適當(dāng)?shù)穆菪堑忍岣邍Ш淆X輪的彎曲強(qiáng)度，達(dá)到降低噪音的目的。

a） 盡量采用漸開(kāi)線齒輪，高重合度、斜齒輪;

b） 設(shè)計(jì)合理的箱體結(jié)構(gòu)及振動(dòng)特性，增加軸承支撐座與箱體支點(diǎn)之間的剛度，減少箱體結(jié)構(gòu)振動(dòng);大面積的箱體薄壁，應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)筋，降低箱壁振動(dòng)及減少噪音輻射;

c） 減速器內(nèi)部的輸入軸、輸出軸中間部位允許承受的最大徑向載荷給予限制，應(yīng)予校核，并保留一定的安全系數(shù)[2] ;

d） 選擇合適的軸承，滿足齒輪轉(zhuǎn)速及承力要求;

e） 減速器箱體的孔與軸承外圈的間隙盡可能小。

1.2 行星減速器加工要求

齒輪的制造精度決定減速器的噪音值，減速器制造過(guò)程中影響減速器噪音的因素有：齒輪的齒形誤差、齒輪的轉(zhuǎn)角誤差、齒輪輪體的偏心、箱體孔加工精度、箱體中心距誤差等，在加工過(guò)程中需對(duì)以下過(guò)程加強(qiáng)控制。

齒輪的接觸精度影響減速器的噪音，接觸不好的齒輪噪音必然大。一般用接觸斑點(diǎn)檢測(cè)齒輪的接觸精度，接觸斑點(diǎn)主要檢測(cè)齒長(zhǎng)、齒寬方向。齒向誤差影響齒長(zhǎng)方向接觸，齒節(jié)偏差與齒形誤差影響齒寬方向接觸，因此，在齒輪的加工過(guò)程中，需嚴(yán)格控制齒輪的齒向、齒節(jié)、齒形誤差，使其誤差值在設(shè)計(jì)規(guī)定的誤差范圍內(nèi)。

齒輪的運(yùn)動(dòng)精度同樣影響減速器的噪音。齒輪的運(yùn)動(dòng)精度是指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，其誤差為齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)角誤差不能超出限定值。最大轉(zhuǎn)角誤差由周節(jié)控制，轉(zhuǎn)角誤差使齒輪嚙合過(guò)程中產(chǎn)生撞擊、振動(dòng)，從而產(chǎn)生齒輪噪音。轉(zhuǎn)角誤差由基節(jié)誤差及漸開(kāi)線齒形誤差控制。因此，加工時(shí)需嚴(yán)格控制基節(jié)誤差及漸開(kāi)線齒形誤差控制，使其不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)的最大值。

齒輪的工作平穩(wěn)性同樣影響減速器的噪音。其誤差為齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的出現(xiàn)的轉(zhuǎn)角誤差。轉(zhuǎn)角誤差使齒輪嚙合過(guò)程中產(chǎn)生撞擊、振動(dòng)，從而產(chǎn)生齒輪噪音。轉(zhuǎn)角誤差由基節(jié)誤差及漸開(kāi)線齒形誤差控制。因此，加工時(shí)需嚴(yán)格控制基節(jié)誤差及漸開(kāi)線齒形誤差控制，使其不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)的最大值。

減速器的箱體孔加工精度減速器的噪音有重大影響。其主要表現(xiàn)在軸承孔的加工精度、齒輪中心距誤差、齒輪軸安裝孔的同軸度、平行度等形位公差。在加工過(guò)程中，需嚴(yán)格控制減速器箱體安裝孔的加工精度，使使其誤差值在設(shè)計(jì)規(guī)定的誤差范圍內(nèi)。

1.3 行星減速器裝配要求

減速器的裝配過(guò)程中需注意以下幾點(diǎn)：

a） 減速器內(nèi)部齒輪需牢固牢靠，避免齒輪端面擺動(dòng);

b） 軸承需具有一定的軸向竄動(dòng)，軸承內(nèi)部潤(rùn)滑良好。安裝軸承時(shí)避免施加不當(dāng)?shù)那脫?，軸承運(yùn)輸、裝配過(guò)程中避免碰撞;

c） 清洗減速器內(nèi)部所有零件，避免因雜物導(dǎo)致齒輪嚙合面損傷，從而產(chǎn)生異常噪音。裝配時(shí)避免傳動(dòng)件的磕碰，防止影響傳動(dòng)件精度等。

1.4 行星減速器安裝要求

行星減速器安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a） 安裝行星減速機(jī)時(shí)，應(yīng)使電機(jī)軸與輸入軸、減速器傳動(dòng)中心軸線的同軸度滿足技術(shù)指標(biāo)要求。采用聯(lián)軸器連接的，其中心軸誤差不得大于所用聯(lián)軸器的使用補(bǔ)償量;

b） 輸出軸上安裝傳動(dòng)件時(shí)，禁止用錘子直接敲擊。應(yīng)利用軸端的內(nèi)螺紋，用螺栓將傳動(dòng)件壓入或裝配夾具將傳動(dòng)件壓入，否則有可能造成減速機(jī)內(nèi)部零件的損壞。因鋼性固定式聯(lián)軸器不安裝不方便，對(duì)安裝要求較高，極可能產(chǎn)生額外的載荷，有可能造成減速器內(nèi)部軸承早期損壞，嚴(yán)重時(shí)甚至造成輸出軸的斷裂，因此不建議采用鋼性固定式聯(lián)軸器;

c） 行星減速機(jī)應(yīng)牢固地安裝剛度較高的底座上，減速器內(nèi)部的油應(yīng)能排除干凈，且冷卻空氣循環(huán)流暢。底座的剛度不夠時(shí)，會(huì)引起底座的振動(dòng)及噪聲，從而導(dǎo)致減速器內(nèi)軸承及齒輪受損。當(dāng)傳動(dòng)聯(lián)接件有突出物或采用齒輪、鏈輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)在齒輪、鏈輪傳動(dòng)加裝防護(hù)裝置，防止導(dǎo)致人員受傷。輸出軸上承受較大的徑向載荷時(shí)，應(yīng)選用加強(qiáng)型減速器;

d） 行星減速器安裝完成，檢查減速器的安裝的準(zhǔn)確性及緊固件的可靠性。全部正確后，檢查減速器內(nèi)部的潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂符合要求后，進(jìn)行空載試運(yùn)轉(zhuǎn)，時(shí)間不得少于2小時(shí)?？蛰d運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)應(yīng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊、振動(dòng)、雜音及滲漏油現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)排除。

2傳動(dòng)系統(tǒng)故障現(xiàn)象

在某型設(shè)備跑合測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)行星減速器跑合過(guò)程發(fā)現(xiàn)噪音異常。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為500rpm時(shí)，順時(shí)針噪音較小，用噪音計(jì)測(cè)試為71分貝，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，噪音為73分貝。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500rpm時(shí)，順時(shí)針為78分貝，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，噪音為82分貝，并聽(tīng)到“噠噠”的 聲音。其噪音與前幾批次明顯增大，均超出設(shè)計(jì)要求值。基本可認(rèn)為該傳動(dòng)系統(tǒng)裝配或減速器出現(xiàn)故障。

3傳動(dòng)系統(tǒng)故障定位及排除

3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)故障定位

該傳動(dòng)系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，為電機(jī)+行星減速器+回轉(zhuǎn)支承?，F(xiàn)場(chǎng)拆卸電機(jī)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)通電檢查，用噪音計(jì)測(cè)試電機(jī)正反轉(zhuǎn)噪音，電機(jī)正反轉(zhuǎn)噪音均在指標(biāo)要求內(nèi)。檢測(cè)回轉(zhuǎn)支承與減速器輸出直齒輪的嚙合側(cè)隙，嚙合側(cè)隙在技術(shù)要求范圍內(nèi)。拆卸直齒輪，檢測(cè)直齒輪齒形、齒向等精度，直齒輪均滿足指標(biāo)要求。檢測(cè)回轉(zhuǎn)支承的直齒輪，回轉(zhuǎn)支承的齒輪滿足要求，因此該傳動(dòng)系統(tǒng)故障可確認(rèn)行星減速器故障。

拆下行星減速器，在空載狀態(tài)下，用控制系統(tǒng)對(duì)行星減速器進(jìn)行調(diào)轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500rpm時(shí)，減速器的正反轉(zhuǎn)噪音差別不大，為65分貝左右，1000rpm時(shí)，正反轉(zhuǎn)噪音為40分貝。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為100rpm時(shí)，順時(shí)針幾乎同不到聲音，逆時(shí)針可明顯聽(tīng)到“噠噠”聲。用工具放置在減速器上不同部位聽(tīng)，發(fā)現(xiàn)該“噠噠”聲從轉(zhuǎn)角（錐齒輪）處發(fā)出，行星部位未發(fā)出異常聲音。因此判斷該減速器發(fā)生故障部件為錐齒輪裝配或錐齒輪精度不足導(dǎo)致噪音異常。

3.2故障排除

將發(fā)生故障的行星減速器返回減速器生產(chǎn)廠家，減速器廠家對(duì)減速器進(jìn)行拆解，并對(duì)拆下的錐弧齒進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該錐弧齒加工精度不滿足設(shè)計(jì)要求，其齒形誤差過(guò)大。由于該錐弧齒為外購(gòu)件，生產(chǎn)該錐弧齒的加工廠家為新生產(chǎn)廠家，外購(gòu)后未進(jìn)行精度檢測(cè)，檢測(cè)該采購(gòu)批次的所有錐弧齒，發(fā)現(xiàn)錐弧齒均不滿足要求，退回該批次錐弧齒，重新加工滿足精度要求的錐弧齒，重新裝配減速器，將減速器裝配在設(shè)備上，進(jìn)行空載調(diào)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，調(diào)轉(zhuǎn)過(guò)程中無(wú)異常噪音，測(cè)試調(diào)轉(zhuǎn)過(guò)程中的噪音值，噪音指標(biāo)滿足技術(shù)指標(biāo)要求，故障排除。

4 結(jié)束語(yǔ)

影響減速器的噪音異常的因素有設(shè)計(jì)、加工、裝配、安裝等因素，因此當(dāng)減速器出現(xiàn)異常噪音時(shí)，應(yīng)按照安裝→裝配→加工→設(shè)計(jì)等順序進(jìn)行，并對(duì)每個(gè)過(guò)程進(jìn)行確認(rèn)，從而快速定位故障、排除故障。

參考文獻(xiàn)

[1]? 楊幫文.減（變）速電機(jī)技術(shù)與選用手冊(cè)[M].中國(guó)電力出版社，2009.（6）：9

[2]? 許大華，孫金海.機(jī)械制造技術(shù)[M]. 國(guó)防工業(yè)出版社，2015.（2）：169