C630车床床头箱齿轮噪声测试与频谱分析

摘要： 本文采用噪声频谱分析的方法对C630车床床头箱挂轮在不同转速的振动噪声进行测试，分析了不同振动情况的频率成分及其产生机理，对控制高频噪声有一定的指导作用。

Abstract： This paper uses noise spectrum analysis to test vibration noise of hanging round at different speeds of C630 lathe headstock， analyzes frequency components of different vibration situations and its generation mechanism， has a guiding role for controlling high-frequency noise.

关键词： 频谱分析；齿轮噪声；噪声测试

Key words： spectrum analysis；gear noise；noise test

中图分类号：TB535 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）17-0053-02

0 引言

车床床头箱齿轮的噪声主要是由于齿轮的轴向振动，齿轮表面与空气耦合向外辐射噪声[1]。影响齿轮振动有很多因素比如安装精度，齿形误差等情况。本文实验分析了几种振动情况的频率成分，研究了相关频率的来源及产生机理。

1 齿轮噪声测试实验

1.1 试验条件与试验仪器 选取C630车床床头箱内的挂轮机构为测试对象，该挂轮机构是由三个标准的渐开线齿轮组成，该机构中齿数z2=100模数m=2.25的为惰轮，且该齿轮表面辐射噪声能力最强，因此选该齿轮进行噪声测试测试。图1给出了该惰轮的基本结构尺寸。实验仪器为ND2型精密声级计、东方振动和噪声技术研究所的信号采集系统（包括信号处理软件），同时将信号采样频率设为2560Hz。[2]

1.2 试验步骤 ①先将该齿轮单独用线绳悬挂半空，用铁锤敲击齿轮，记录噪声数据并采集噪声信号。②将该齿轮装回车床，主轴转速调至600r/min转动，记录噪声数据采集噪声信号。

1.3 实验结果分析 将上述试验中采集得到噪声信号通过东方振动研究所的信号分析软件，进行FFT（快速傅里叶变换）处理，[3]同时进行互谱分析，得到结果如图2、图3所示。

2 分析及讨论

经过分析，25Hz频率成分只有在单独悬挂中敲击才出现，后面的试验中均未出现过，表明该频率是齿轮整体摆动激励空气的结果，不能属于固有频率成分。

将惰轮近似分成三个圆环区域。由于最内部？准58×？准42的圆面较小且刚性较大，很难被激励振动。据此我们可以断定，该惰轮振动辐射噪声的位置应该是最外部厚度为20mm及中间厚度为13mm的圆环辐射高频噪声。

用下式[4]对该惰轮固有频率进行计算：

f=■■

其中，ans为频率常数；D=■称为弯曲刚度，且E为板的弹性模量，h为板的厚度，？滋为材料的泊松比；a为圆板外圆半径；？籽A为板的面积密度。

从图2、图3中分析，1325Hz这个成分出现在了齿轮单独悬挂敲击状态，但是在主轴转动齿轮参与工作后，1325Hz变成了1350Hz。

我们将该齿轮进行模型简化成标准圆环，简化后的等效厚度为h=14.489m，等效的面密度？籽A=113.739kg/m2，根据材料特性选取泊松比？誨=0.32，弹性模量E=2.0×1011Pa[5]。根据圆环横向振动固有频率计算公式，在振型节径数n=2，节圆数s=0且圆环内外边界均自由振动的模型情况下，计算的结果为1322.4Hz；在n=2，s=0，圆环内边界按照简支、外边界自由振动的模型下，计算的结果为1349.4Hz。以上两个计算数据同我们在试验频谱分析得到的1325Hz十分接近。所以1325Hz这个频率就是其固有频率。

齿轮装回机床，惰轮在与主动及从动齿轮同时啮合时，其外环振动受到了一定的约束，使得单独悬挂齿轮敲击测的频率4450Hz演变为装回车床后采集到的4475Hz。3150Hz这个成分是演变成了3125Hz。频率5550Hz应该主要是由于外部20mm这个圆环振动得到。

3 结论

①齿轮啮合产生的噪声频率成分较为复杂，应正确分析出振动激励还是耦合振动产生的频率，这对进一步有效的控制噪声具有一定的指导作用。②从频谱分析中可以看出，高频率成分尤其是2000-3000Hz的能量较高，即对噪声的贡献最大，因此降低噪声应重点控制该频率成分。

参考文献：

[1]朱革，彭东林，张兴红，郭小渝.齿轮振动噪声分析及控制[J].现代制造工程，2002（10）：48-51.

[2]徐永强，邵忍平.齿轮振动信号的分析与故障诊断研究[J].机械科学与技术，2009（09）.

[3]屈维德，唐恒龄.机械振动手册[M].北京：北京机械工业出版社，2000.

[4]罗玉军，高中庸，朱萍.基于润滑降噪实验的车床挂轮噪声分析[J].润滑与密封，2006，7：155-157.

[5]刘鸿文.材料力学[M].高等教育出版社，2004.

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