使用多年后主軸箱噪聲大的故障維修

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：2381

故障現(xiàn)象：XK7160型數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)(圖8-3)，采用齒輪變速傳動(dòng)。工作中不可避免地要產(chǎn)生振動(dòng)噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的變速是在機(jī)床不停止工作的狀態(tài)下，由計(jì)算機(jī)控制完成的。因此它比普通機(jī)床產(chǎn)生的噪聲更為連續(xù)，更具有代表性。機(jī)床起初使用時(shí)，噪聲就較大，并且噪聲聲源主要來(lái)自主傳動(dòng)系統(tǒng)。經(jīng)使用了多年后，噪聲越來(lái)越大。用聲級(jí)計(jì)在主軸4000r/min的最高轉(zhuǎn)速下，測(cè)得噪聲為85.2dB。

分析及處理過(guò)程：我們知道，機(jī)械系統(tǒng)受到任何激發(fā)力，該系統(tǒng)就會(huì)對(duì)此激發(fā)力產(chǎn)生響應(yīng)而出現(xiàn)振動(dòng)。這個(gè)振動(dòng)能量在整個(gè)系統(tǒng)中傳播，當(dāng)傳播到輻射表面，這個(gè)能量就轉(zhuǎn)換成壓力波經(jīng)空氣再傳播出去，即聲輻射。因此，這個(gè)激發(fā)響應(yīng)、系統(tǒng)內(nèi)部傳遞及輻射三步驟就是振動(dòng)噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲的形成過(guò)程。

        XK7160數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)在工作時(shí)正是由于齒輪、軸承等零部件經(jīng)過(guò)激發(fā)響應(yīng)，并在系統(tǒng)內(nèi)部傳遞和輻射出現(xiàn)了噪聲，而這些部件又由于出現(xiàn)了異常情況，使激發(fā)力加大，從而使噪聲增大。


(1)齒輪的噪聲分析  XK7160數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)是由主電動(dòng)機(jī)和齒輪來(lái)完成變速傳動(dòng)的。因此，齒輪的嚙合傳動(dòng)是主要噪聲源之一。

       首先看一對(duì)齒輪的嚙合情況，根據(jù)齒輪的嚙合原理，任意瞬時(shí)t兩齒輪齒間的相對(duì)滑動(dòng)速度為：vs=vt1-vt2。齒輪副在嚙合區(qū)傳動(dòng)時(shí)，嚙合點(diǎn)是沿嚙合線移動(dòng)的，當(dāng)嚙合點(diǎn)移向節(jié)點(diǎn)時(shí)相對(duì)滑動(dòng)速度逐漸減小，在節(jié)點(diǎn)處，相對(duì)滑動(dòng)速度在方向上發(fā)生了變化，造成了激振力。如果齒輪的各種誤差加大和外界負(fù)荷的波動(dòng)及其他零部件的影響，傳動(dòng)系統(tǒng)的共振，潤(rùn)滑條件的不好，就會(huì)加劇激振力的產(chǎn)生。當(dāng)嚙合點(diǎn)漸遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)速度逐漸增大，齒面相對(duì)滑動(dòng)速度正比于齒輪的回轉(zhuǎn)速度。


機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲主要有：

1)齒輪在嚙合中，使齒與齒之間出現(xiàn)連續(xù)沖擊而使齒輪在嚙合頻率下產(chǎn)生受迫振動(dòng)并帶來(lái)沖擊噪聲。

2)因齒輪受到外界激振力的作用而產(chǎn)生齒輪固有頻率的瞬態(tài)自由振動(dòng)并帶來(lái)噪聲。

3)因齒輪與傳動(dòng)軸及軸承的裝配出現(xiàn)偏心引起的旋轉(zhuǎn)不平衡的慣性力，因此產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)速相一致的低頻振動(dòng)。隨著軸的旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)發(fā)出一次共鳴噪聲。

4)因齒與齒之間的摩擦導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生的自激振動(dòng)并帶來(lái)摩擦噪聲。如果齒面凸凹不平，會(huì)引起快速、周期性的沖擊噪聲。


(2)軸承的噪聲分析  XK7160數(shù)控銑床的主軸變速系統(tǒng)中共有滾動(dòng)軸承12個(gè)，最大的軸承外徑為125mm。軸承與軸徑及支承孔的裝配、預(yù)緊力、同心度、潤(rùn)滑條件以及作用在軸承上負(fù)荷的大小，徑向間隙等都對(duì)噪聲有很大影響。另外一個(gè)重要原因是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)滾動(dòng)軸承零件都有相應(yīng)的公差范圍，因此軸承本身的制造偏差，在很大程度上就決定了軸承的噪聲�？梢哉f(shuō)滾動(dòng)軸承的噪聲是該機(jī)床主軸變速系統(tǒng)的另一個(gè)主要噪聲源，特別在高轉(zhuǎn)速下表現(xiàn)更為強(qiáng)烈。滾動(dòng)軸承最易產(chǎn)生變形的部位就是其內(nèi)外環(huán)。內(nèi)外環(huán)在外部因素和自身精度的影響下，有可能產(chǎn)生搖擺振動(dòng)、軸向振動(dòng)、徑向振動(dòng)、軸承環(huán)本身的徑向振動(dòng)和軸向彎曲振動(dòng)。

        綜上所述，大致可以從以下幾個(gè)方面對(duì)噪聲進(jìn)行控制：


(1)齒輪的噪聲控制  由于齒輪噪聲的產(chǎn)生是多因素引起的，其中有些因素是齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)所決定的。針對(duì)該機(jī)床出現(xiàn)的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪噪聲的特點(diǎn)，在不改變?cè)O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，有下列在原有齒輪上進(jìn)行修整和改進(jìn)的一些做法。

        1)齒形修緣。由于齒形誤差和法向齒距的影響，在輪齒承載產(chǎn)生了彈性變形后，會(huì)使齒輪嚙合時(shí)造成瞬時(shí)頂撞和沖擊。因此，為了減小齒輪在嚙合時(shí)由于齒頂凸出而造成的嚙合沖擊，可進(jìn)行齒頂修緣。齒頂修緣的目的就是校正齒的彎曲變形和補(bǔ)償齒輪誤差，從而降低齒輪噪聲。修緣量取決于法向齒距誤差和承載后齒輪的彎曲變形量，以及彎曲方向等。齒形修緣時(shí)，可根據(jù)這幾對(duì)齒輪的具體情況只修齒頂，或只修齒根，只有在修齒頂或修齒根達(dá)不到良好效果時(shí)，才將齒頂和齒根一塊修。

        2)控制齒形誤差。齒形誤差是由多種因素造成的，觀察該機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪的齒形誤差主要是加工過(guò)程中出現(xiàn)的，以及長(zhǎng)期運(yùn)行條件不好所致。因齒形誤差而在齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生的噪聲在該機(jī)床中是比較明顯的。一般情況下，齒形誤差越大，產(chǎn)生的噪聲也就越大。

        3)控制嚙合齒輪的中心距。嚙合齒輪的實(shí)際中心距的變化將引起壓力角的改變，如果嚙合齒輪的中心距出現(xiàn)周期性變化，那么也將使壓力角發(fā)生周期性變化，噪聲也會(huì)周期性增大。對(duì)嚙合中心距的分析表明，當(dāng)中心距偏大時(shí)，噪聲影響并不明顯；而中心距偏小時(shí)，噪聲就明顯增大。在控制嚙合齒輪的中心距時(shí)，將齒輪的外徑，傳動(dòng)軸的彎曲變形及傳動(dòng)軸與齒輪、軸承的配合都控制在理想狀態(tài)，這樣可盡量消除由于嚙合中心距的改變而產(chǎn)生的噪聲。

        4)潤(rùn)滑油對(duì)控制噪聲的作用。潤(rùn)滑油在潤(rùn)滑和冷卻的同時(shí)，還起一定的阻尼作用，噪聲隨油的數(shù)量和粘度的增加而變小。若能在齒面上維持一定的油膜厚度，就能防止嚙合齒面直接接觸，就能衰減振動(dòng)能量，從而降低噪聲。實(shí)際上，齒輪潤(rùn)滑需油量很少，而大量給油是為了冷卻作用。實(shí)驗(yàn)證明，齒輪潤(rùn)滑以嚙出側(cè)給油最佳，這樣既起到了冷卻作用，又在進(jìn)入嚙合區(qū)前，在齒面上形成了油膜；如果能控制油少量進(jìn)入嚙合區(qū)，降噪效果更佳。據(jù)此，將各個(gè)油管重新布置，使?jié)櫥桶蠢硐霠顟B(tài)濺入每對(duì)齒輪，以控制由于潤(rùn)滑不利而產(chǎn)生的噪聲。


(2)軸承的噪聲控制

        1)控制內(nèi)外環(huán)質(zhì)量。在XK7160數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中，所有軸承都是內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)、外環(huán)固定。這時(shí)內(nèi)環(huán)如出現(xiàn)徑向偏擺就會(huì)引起旋轉(zhuǎn)時(shí)的不平衡，從而產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。如果軸承的外環(huán)與配合孔形狀公差和位置公差都不好，則外環(huán)就會(huì)出現(xiàn)徑向擺動(dòng)，這樣就破壞了軸承部件的同心度。內(nèi)環(huán)與外環(huán)端面的側(cè)向出現(xiàn)較大跳動(dòng)，還會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)環(huán)相對(duì)于外環(huán)發(fā)生歪斜。軸承的精度越高，上述的偏擺量就越小，產(chǎn)生的噪聲也就越小。除控制軸承內(nèi)外環(huán)幾何形狀偏差外，還應(yīng)控制內(nèi)外環(huán)滾道的波紋度，減小表面粗糙度，嚴(yán)格控制在裝配過(guò)程中使?jié)L道表面磕傷、劃傷，否則不可能降低軸承的振動(dòng)噪聲。經(jīng)觀察和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滾道的波紋度為密波或疏波時(shí)滾珠在滾動(dòng)時(shí)的接觸點(diǎn)顯然不同，由此引起振動(dòng)頻率差別很大。

        2)控制軸承與孔和軸的配合精度。在該機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中，軸承與軸和孔配合時(shí)，應(yīng)保證軸承有必要的徑向間隙。徑向工作間隙的最佳數(shù)值，是由內(nèi)環(huán)在軸上和外環(huán)在孔中的配合以及在運(yùn)行狀態(tài)下內(nèi)環(huán)和外環(huán)所產(chǎn)生的溫差所決定的。因此，軸承中初始間隙的選擇對(duì)控制軸承的噪聲具有重要意義。過(guò)大的徑向間隙會(huì)導(dǎo)致低頻部分的噪聲增加，而較小的徑向間隙又會(huì)引起高頻部分的噪聲增加。外環(huán)在孔中的配合形式會(huì)影響固體噪聲的傳播，較緊的配合能提高傳聲性，會(huì)使噪聲加大：配合過(guò)緊，會(huì)迫使?jié)L道變形，從而加大軸承滾道的形狀誤差，使徑向間隙減小，也導(dǎo)致噪聲的增加；但軸承外環(huán)過(guò)松的配合還是會(huì)引起較大噪聲。只有松緊適當(dāng)?shù)呐浜喜庞欣�，這樣可使軸承與孔接觸處的油膜對(duì)外環(huán)振動(dòng)產(chǎn)生阻尼，從而降低噪聲。配合部位的形位公差和表面加工的粗糙度，應(yīng)符合所選軸承精度等級(jí)的要求。如果軸承很緊地安裝在加工不精確的軸上，那么軸的誤差就會(huì)傳遞給軸承內(nèi)環(huán)滾道上，并以較高的波紋度形式表現(xiàn)出來(lái)，噪聲也就隨之增大。

        通過(guò)上述對(duì)XK7160數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲分析和控制后，取得了可喜的效果。在同樣條件下，用聲級(jí)計(jì)對(duì)修復(fù)后的機(jī)床噪聲又進(jìn)行了測(cè)試，主傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)噪聲控制后為74dD，降低了11.2dD。經(jīng)過(guò)幾年的使用，該機(jī)床的噪聲一直穩(wěn)定在這個(gè)水平上。

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