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机床振动与噪声的机理分析及消除

 一、齿轮传动系统的振动与噪声
        产生齿轮噪声的原因,除齿轮本身的原因之外,还有轴系的弯曲与扭转,以及轴承、轴承座及齿轮箱等问题,要全方面综合考虑。
        (一)齿轮本身的影响:齿轮的模数、齿数、压力角、螺旋角、齿宽、啮合系数、及加工状况等基本设计参数,均对振动与噪声有影响,应全面考虑。对与动力传动的齿轮,齿根弯曲变形是影响振动与噪声的主要因素,应选大模数;对于承载不大的齿轮,只要强度允许,应尽可能选较小模数。齿轮外径加大,侧面噪声辐射面加大,为减小辐射面积,应尽量选较小直径,并采用轮辐钻孔等方法。为减轻振动,应计算固有频率,以避开共振。噪声随齿宽增加而减小,但齿轮的齿宽增加会引起接触不良,故可将齿宽限制在一定范围内,只增加轮体宽度。只要表面光洁度好,随着螺旋角的增加,振动与噪声均减小。但应注意,加工精度不得降低(这种零件的加工也是相当不易的)。增加重合系数,动载变化减小。系数=2时,由于振动产生的加工表面振纹极小,而当系数=3时,振纹可消失。但如果采取减小压力角的办法增加重合系数,则少量的齿形或齿距误差将引起干扰而产生更加强烈的振动,此时应综合考虑压力角、齿厚、齿高和加工条件等因素的影响。齿轮加工精度中齿形误差、齿向误差、周节误差对振动与噪声均影响很大,周节误差可引起啮合冲击,产生严重杂音;齿向误差将引起边缘磨损,产生刺耳的哨声等。以上所述为设计原因,对于故障分析来说,必须掌握这些内容,以便发现故障的真正原因,设法排除。
        (二)轴系其它元件所引起的振动与噪声:除齿轮轴外,齿轮总是通过键、销、螺钉等安装在轴上的,如果轴的刚度不高,即使齿轮本身再好,也将因轴的弯曲、挠动、扭转而增加振动与噪声。按设计要求,将轴长与轴径比控制在5:1,使齿轮(尤其是重载齿轮)装在支承附近为宜。在此前提下,对轴系零件的外圆及内孔的圆度、圆柱度及光洁度均应有相应的要求,多轴颈的同轴度应控制在允许范围内。轴承是影响轴系精度、振动与噪声的重要元件,滚动轴承本身就是一个振动源。就轴承本身而言,内外滚道特别是滚动体的圆度是影响噪声的最重要因素。为此,轴承与壳体及轴的配合不能过紧,配合部位的圆度应控制在尺寸公差之半。高速回转的轴系件必须经过平衡。
        (三)箱体质量及装配质量对噪声的影响:箱体上箱壁与其罩、盖是机床振动部分与空气接触面积最大的振动体,是噪声的主要辐射体,它们的振动越大,噪声也越大。箱体刚性好,振动速度低,传声就小。为此可采用箱壁加厚,及相适应的箱内筋条、肋板布置,提高其固有频率;或改用阻尼较大的材料,以降低振动。箱体因磨损、变形或其它原因,将引起轴系孔与基准面的各种误差。这是引起振动不容忽视的原因,必要时应考虑基准件的整形。提高齿轮的安装精度是降低噪声的主要措施,众所周知,啮合的齿轮接触不良时,振动与噪声均将很大。故装配前应检查齿轮的接触精度,这是原始性寻找振动与噪声产生原因的有效办法。影响机床齿轮安装精度的主要原因是齿形误差与齿向误差、齿面伤痕、箱体孔的加工误差及变形、轴系刚度及精度等。
        四)其它因素的影响:选用粘度大的润滑油,对降低噪声有利,且可减少齿面划伤及磨损;飞溅式润滑会增加液体扰动噪声。从啮合处开始给油,润滑效果好;从脱开啮合处开始给油,冷却效果好。齿轮材料可采用高分子材料及粉末冶金材料代替钢材,以增加阻尼及吸振作用。在齿轮上安装适当的减振器或采取隔振措施,以消除、降低振动与噪声的传递,或对齿轮进行珩磨。据试验结论,齿轮经珩磨后,噪声可降低50%。
 二、流体噪声
        流体以一定的压力和速度流经缝隙时,造成能量损失,这部分能量以振动与噪声的形式消耗掉。因此,机床的液压、气动装置中,一般都存在噪声问题,可针对不同情况,采取减低速度、减小压力降、分散压力降、改变噪声峰值频率等措施。
        (一)发生于油泵中心线以下的噪声:呈连续不断的嗡嗡声,有时伴随其它杂音,产生原因主要是油泵吸空,可能是以下几方面:1)液压泵进油管路漏气;2)吸油管过细、过长;3)吸油管浸入油面过低,一般应浸入油高2?3;4)吸油高度过高,一般应小于500毫米;5)滤油器堵塞或通流面积太小;6)油箱中油液不足;7)油箱不透气;8)油液粘度太大。
        (二)发生于油泵附近的噪声:油泵均有流量和压力波动,分析时应从油泵的结构和原理下手,主要有以下几方面:1)油泵精度低,径向和轴向间隙因磨损过大,输油量不足;2)困油未消除,如修理时将困油槽修小;3)油泵吸油部分有损坏。
        (三)发生于操纵、控制阀附近的噪声:主要是由阀的故障引起:1)阀的阻尼小孔堵塞;2)调压弹簧变形、卡死、损坏;3)阀座损坏,密封不够。

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