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(jìn)行探討，分析了噪聲產(chǎn)生原因，并提出了降噪措施，最終實(shí)現(xiàn)了降噪目的。

關(guān)鍵詞：客車車橋;減速器;噪聲

在原有車橋的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種小速比客車車橋。在試驗(yàn)過程中，整個(gè)橋出現(xiàn)了減速機(jī)總成噪聲過大的問題。

1 噪聲產(chǎn)生原因分析

1.1 靜態(tài)噪聲測試結(jié)果

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

1.2 動(dòng)態(tài)噪聲測試結(jié)果

半靜音室檢測整個(gè)減速器的動(dòng)態(tài)噪聲。輸入軸轉(zhuǎn)速的10級和20級噪聲最大，這兩個(gè)等級對應(yīng)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(chǎn)生的原因，對齒輪箱進(jìn)行了分解和分析。

（1）報(bào)告準(zhǔn)確性驗(yàn)證結(jié)果。齒輪精度等級見表1。齒輪評定等級應(yīng)符合DIN3965。

測量結(jié)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(gè)齒輪之間的接觸區(qū)域。給出了兩個(gè)齒輪之間接觸面積的檢查結(jié)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(huì)在檢查滑行控制機(jī)器時(shí)產(chǎn)生很大的噪音。接觸區(qū)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(yàn)結(jié)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(jié)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(xué)性能有影響，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

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(gè)變速箱噪聲問題的關(guān)鍵噪聲源，因此需要采取以下降噪措施。

（1）重新設(shè)計(jì)齒輪副以優(yōu)化其設(shè)計(jì)聲學(xué)性能。（2）優(yōu)化速度轉(zhuǎn)矩的聲學(xué)性能。

3 降噪措施實(shí)施過程

3.1 齒輪副的設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

以下是對齒輪扭矩優(yōu)化設(shè)計(jì)的改進(jìn)。

①用等速對更換齒輪副。②如果結(jié)構(gòu)允許，將驅(qū)動(dòng)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(yīng)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(shù)從3.9增加到4.1。

通過改進(jìn)，齒輪對的總重疊系數(shù)從1.974增加到2.128，齒輪對設(shè)計(jì)的聲學(xué)性能得到改善。然而，改變螺旋角和壓力角，可以在優(yōu)化一對齒輪的聲學(xué)性能的同時(shí)減小一對齒輪的負(fù)載能力。為此，有必要重新計(jì)算齒輪對的阻力計(jì)算。表3顯示了優(yōu)化設(shè)計(jì)前后各組件中的應(yīng)力比較。

表3中可以看出，在相同負(fù)載下，優(yōu)化速度轉(zhuǎn)矩所支持的作用力略有降低。因此，采用ONE優(yōu)化設(shè)計(jì)，可同時(shí)提高變速箱的聲學(xué)性能和負(fù)載能力。

3.2 齒輪副的工藝優(yōu)化措施

（1）齒輪副加工調(diào)整卡優(yōu)化。在調(diào)整卡的設(shè)計(jì)中考慮了齒輪對的聲學(xué)性能。該調(diào)諧卡是使用American Gleason CAGE4WIN軟件設(shè)計(jì)的。實(shí)驗(yàn)表明，接觸長度系數(shù)為0.5可以減少齒輪副的噪音，其總值V最終設(shè)計(jì)為1.91 mm。這種齒輪的接觸區(qū)域的長度比較長。同時(shí)，設(shè)計(jì)了30μrad齒輪對運(yùn)動(dòng)誤差，以從技術(shù)上保證齒輪對運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性并進(jìn)一步改善其聲學(xué)性能。

在計(jì)算了圖形擬合后，利用美國Gleason公司的T900軟件進(jìn)行了有限元計(jì)算。測試齒輪副在載荷作用下的承載能力和聲學(xué)性能。計(jì)算結(jié)果表明，在優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)和調(diào)整板形后，在相同載荷下，下主動(dòng)輪的彎曲應(yīng)力顯著降低，而下主動(dòng)輪的最大彎曲應(yīng)力降低了17%左右[2]。

從以上分析可以明顯看出，在最大負(fù)載下優(yōu)化齒輪對的幾何尺寸和加工參數(shù)可以顯著改善齒輪的聲學(xué)和強(qiáng)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(gè)重要方面，控制措施如下。

①精加工時(shí)，將主動(dòng)輪的定位直徑和中心孔定位端的移動(dòng)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(shù)控車床的驅(qū)動(dòng)輪定位孔和定位面，以保證工藝基準(zhǔn)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(diào)整，徑向運(yùn)動(dòng)設(shè)置為0.007 mm，軸向運(yùn)動(dòng)設(shè)置為0.005 mm。③內(nèi)、外刀的徑向輸出精度在插齒刀桿后限制在0.002 5 mm以內(nèi)。

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

動(dòng)輪后端面齒距誤差FP在DIN 4級以內(nèi)，量程精度為2級。前刀面齒距的FP誤差略低，但也在DIN標(biāo)準(zhǔn)的5級范圍內(nèi)，精度為2級[3]。主動(dòng)輪前后尺寸的齒距誤差僅限于DIN 5級和DIN 6級。主動(dòng)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(qū)控制。齒輪副接觸區(qū)的狀態(tài)對齒輪副的噪音影響很大。在加工過程中，首先將可動(dòng)錐齒輪的齒形調(diào)整為基本與理論齒形匹配。主動(dòng)輪齒形根據(jù)接觸面和熱處理變形的變化進(jìn)行調(diào)整，與理論計(jì)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(tài)，而且影響齒輪副接觸區(qū)的最終狀態(tài)，并且對齒輪副的最終噪音水平有很大影響。在準(zhǔn)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(qū)域盡可能長。磨削后，正面的接觸區(qū)域的長度約為牙齒長度的65%，背面的接觸區(qū)域的長度約為70%[4]。兩側(cè)齒面的接觸面積形成一定的內(nèi)部對角線。在滾軸控制機(jī)上進(jìn)行檢查時(shí)，其噪聲靈敏度明顯低于優(yōu)化前的速度轉(zhuǎn)矩，因此更適用于汽車車軸。

最后，對軋輥控制機(jī)進(jìn)行了噪聲測試，并與優(yōu)化后的前向轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速進(jìn)行了比較。

4 降噪效果

在完成上述齒輪箱噪聲優(yōu)化工作后，對減速器進(jìn)行了改造，并進(jìn)行了新的臺(tái)架噪聲試驗(yàn)。降噪措施明顯降低了減速器的噪聲。優(yōu)化后的減速機(jī)動(dòng)態(tài)噪聲試驗(yàn)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(jī)整體噪聲降低。

5 結(jié)束語

通過分析小速比客車車橋減速器噪聲產(chǎn)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(yīng)用，降低了客車輪軸減速器的噪聲。同時(shí)，這些降噪措施可為其它減速機(jī)的降噪提供參考。

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