齒輪表面波紋度對(duì)齒輪噪聲的影響

一、故障現(xiàn)象：

電動(dòng)汽車減速器產(chǎn)品在研發(fā)批產(chǎn)前階段，EOL下線測(cè)試臺(tái)上階次噪聲表現(xiàn)如上圖所示，出現(xiàn)二級(jí)主減齒輪副一倍１１．７階、二 倍２３．５階 和 三 倍 ３５．２階尖峰 常階次。。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)更換齒輪排查試驗(yàn)確認(rèn)，是中間軸上主動(dòng)齒輪的問(wèn)題。

減速器總成下線監(jiān)測(cè)階次譜

波紋異常齒面三維表面形貌檢測(cè)圖

上圖是該齒輪表面三維形貌圖，應(yīng)用英國(guó)TAYLOR HOBSON泰勒霍普森表面形貌儀(粗糙度輪廓儀)檢測(cè)，從齒頂?shù)烬X根并沿著嚙合對(duì)角線方向，可以發(fā)現(xiàn)隱藏在粗糙度成分之中的波紋度曲線，如圖中圈出的兩個(gè)波峰和一個(gè)波谷，波峰波谷輪廓算術(shù)平均高度在２０ｕｍ 左右，一個(gè)波峰或波谷寬度在１０ｍｍ 左右，一個(gè)齒面嚙合過(guò)程中，構(gòu)成三次波形階躍式激勵(lì)，即存在與其齒數(shù)相關(guān)的一倍、二倍和三倍頻階次。

波紋異常齒面?zhèn)鬟f誤差曲線檢測(cè)圖

上圖是該齒輪齒面?zhèn)鬟f誤差曲線檢測(cè)圖，應(yīng)用齒面接觸計(jì)量?jī)x檢測(cè)（齒輪測(cè)量中心），該圖中可以直觀地看出，每個(gè)大 波形表示一個(gè)齒節(jié)，由一個(gè)齒輪的三個(gè)相同齒節(jié)組成，其傳遞誤差值ＴＥ大 約 在０．００４ｍｍ。該傳遞誤 差曲線檢測(cè)圖，與三維形貌圖相對(duì)應(yīng)，如圖中圈出的分叉波形，也是由兩個(gè)波峰和一個(gè)波谷組成。

綜合以上分析可以得出，齒面波紋度與齒面?zhèn)鬟f誤差，這兩者之間存在較強(qiáng)相關(guān)一致性，即波紋度誤差可以構(gòu)成一種波形階躍激勵(lì)。另外，結(jié)合該問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)分析與驗(yàn)證結(jié)果可知，只有當(dāng)該齒輪磨齒加工發(fā)生異常抖動(dòng)，齒面波紋度相比齒輪副其它激勵(lì)源比較突出時(shí)，才會(huì)構(gòu)成較為突出的倍頻階次或明顯的齒輪嘯叫噪聲。

二、機(jī)理分析：

對(duì)于任何一個(gè)連續(xù)回轉(zhuǎn)類摩擦副，其表面波紋度都可以構(gòu)成以每一轉(zhuǎn)為一個(gè)周期的幾何形狀的誤差激勵(lì)，且該連續(xù)回轉(zhuǎn)的幾何誤差激勵(lì)可以分解為一系列不同大小波形組成的階躍式激勵(lì)。可以對(duì)任一周期類的誤差激勵(lì)進(jìn)行傅里葉變換，提取主要的激勵(lì)階次，與電磁力分解原理一樣。

當(dāng)每個(gè)輪齒面都有一個(gè)“中凹”情形，且“中凹”相對(duì)其它激勵(lì)較大為主的情況，主要的噪聲階次為第 一主階次，還有齒面劃傷等。

實(shí)測(cè)齒形誤差曲線

當(dāng)齒面發(fā)生“Ｓ”形波紋時(shí)，則該波形形成的主階次并不一定與主動(dòng)齒輪齒數(shù)ｚ相同或成整數(shù)倍關(guān)系，因加工的各種原因，“Ｓ”形組成的波峰波谷個(gè)數(shù)與主動(dòng)齒輪齒數(shù)始終成一個(gè)固定比例關(guān)系，且通常情形下為分?jǐn)?shù)值比例關(guān)系，通常被行業(yè)內(nèi)稱 之為“鬼階”。

三、改善對(duì)策：

通過(guò)在磨床上改進(jìn)該磨齒工藝后，齒面波紋度參數(shù)基本可控制在波紋輪廓算術(shù)偏差 Ｗａ≤１３ｕｍ 和波紋輪廓陡度 Ｗｋｕ≤４．０范圍。

如果要消除波紋度階次噪聲，則需要將波紋度幅值降到其它激勵(lì)源幅值之下，至少讓它不要成為主要突出激勵(lì)。