多级圆柱齿轮减速器异响的快速诊断

李孝明

（中煤科工集团重庆研究院，重庆 400039）

1 引言

圆柱齿轮减速器是机械传动中的重要组成部分，它具有结构简单、速比准确、工作可靠等特点，被广泛应用于钢铁、冶金、汽车以及煤炭等多种行业。在生产过程中，减速器在试验台上跑合运转时，偶尔会出现异响。虽然是偶尔出现，但是对于多级减速器而言，由于零件较多，如果方法不当，就很难及时、准确地找到有问题的零件，会耗费大量的时间，甚至还会把只有一点瑕疵的零件当作废品处理。笔者曾见过一些检修人员遇到异响问题就逐个更换齿轮，拆了装，装了拆，反复折腾，费力费时深感无奈。在生产现场缺乏专用检测仪器的情况下，为了能快速、准确地判断故障零件和缺陷部位，笔者通过理论分析并结合实践经验，总结了一种快速、行之有效的诊断方法，指导工人实践，效果很好。

本文定义的异响，是指用耳朵就能清晰分辨出来、有明显的周期性的噪声。对于那些频率很高连成一片、听不清有明显周期性的噪声的不在本探讨之列。

2 几种常见异响的分类及特点

2.1 齿面磕碰硬伤或者材料硬质点引起的异响及特点

这类异响的显著特点是噪声大但是短而清脆，发出噪声的周期与齿轮的转速相关。

2.2 齿圈径向跳动量误差引起的异响及特点

当齿圈径向跳动量很大时引起的啮合噪声的特点是，齿轮每转一周出现一次，并且噪声有一个由小变大、再由大变小的渐变过程，同时正反转都是如此，在转速低时仔细聆听可以分辨出来。

2.3 动不平衡惯性力引起的异响及特点

由齿轮、轴承和装配轴的偏心，或者齿轮结构不平衡引起的动不平衡惯性力，所产生的与转速一致的低频振动共鸣声。这类异响的特点是随着轴的旋转，每转发生一次，与齿圈径向跳动量引起的异响类似；但它不同的是，可能正反转都有异响，也可能是单向旋转有异响（其原因本文不做更深入的分析）。

2.4 轴承质量问题引起的异响及特点

轴承滚珠（柱）碰伤等，都会引起轴承运转时产生异响，这种异响的特点一般是无规律的杂音。

3 异响零件同时出现的几种情况

在试机运转过程中发现有异响，可以根据本文前面列举的几种异响的特点，大致判断出异响的原因，接下来就是如何快速、准确地找到发出异响的零件和缺陷部位，以便修复或者更换，排除故障。

图1

如图1所示是一个最简单的多级（两级）传动的圆柱齿轮减速器。在跑合试车过程中，如果出现异响，主要是由轴承和齿轮引起。在无法准确判断异响是来自轴承或者齿轮时，首先采用简易的方法，即用一根木棍作为"听诊器"，一端紧贴轴承座，另一端贴近耳朵，就可以清晰地听见轴承运转的真实声响，从而准确判断异响是否由轴承引起。排除了轴承因素后，简化了诊断的复杂程度，就可以只对齿轮因素的影响作重点研究了。

异响齿轮零件组合，理论上大致有以下几种情况：（1）齿轮 1、2、3、4 中某一个件发出异响；（2）齿轮 1、2、3、4 中某 2 个件发出异响；（3）齿轮 1、2、3、4 中某 3 个件发出异响；（4）齿轮 1、2、3、4 全发出异响。

根据上述4种情况排列一下便可知道，4个齿轮有多达15种不同的零件组合出现缺陷引起异响。如果多个齿轮在运转中同时出现异响，声音就会杂乱无章，虽然可以借助转速测量表和噪声频率分析仪来诊断，但是一些厂家在生产现场还不具备这样的条件，通常实际生产过程中有严格的质量检验，出现多个齿轮同时有缺陷而引起异响情况的几乎没有；多个齿轮中出现一个有缺陷，并且仅有一处缺陷引起异响的情况也是偶尔出现。所以，本文所要介绍的异响诊断方法，就是基于“只有一个齿轮有缺陷，并且缺陷数最多不超过两处”这样的前提来进行分析诊断的。

4 对试验台的要求及异响零件的诊断方法

圆柱齿轮减速器试验台，需要具有无级调速的功能。在跑合试车过程中，如果出现异响，可以采用“算（计算）、标（标记）、调（调速）、看（察看）、听（聆听）、记（记录）、对（对比）”的方法诊断。具体做法是：

（1）根据齿轮的齿数（图1），“计算”低速齿轮4转过一转时，其余每个齿轮转过的转数：

式中 n1、n2、n3分别表示齿轮 4转过一转时，对应齿轮 1、2、3 转过的转数，Z1、Z2、Z3、Z4表示对应齿轮的齿数。

（2）在低速轴（轴Ⅲ）的输出端外表面作“标记”。最简单的方法就是用粉笔画一道杠，既方便观看又方便清除，当然也可用颜色反差大的不干胶等来作标记。

（3）“调速”，即调整输入轴（轴Ⅰ）到合适的转速。因为转速高了可能异响连成一片，无法听清异响出现的频次，反之可能异响不明显，所以需要调整到一个合适的转速，使之既能看清楚低速轴的转动，又能听清楚一转之中异响出现的次数。这就是要求试验台可无级调速的原因。

（4）用眼睛“察看”低速轴每转过一转的同时，“聆听”异响出现的次数，并且“记录”下来。

（5）将记录下来的异响次数，与 n1、n2、n3、n4分别进行“对比”（其中 n2=n3，n4=1）。

（6）异响零件的判别详见表1异响齿轮判别表。

假设低速轴每转过一转，异响出现的次数为N，则有：

如果 N=n4=1，或者 N=2n4=2（z4/z3≠2），则异响是由齿轮4引起的。

如果N=n2=n3，或者N=2n2=2n3，则异响是由齿轮2或者齿轮3引起的。究竟是齿轮2还是齿轮3有问题，需要对齿轮3逐齿检查后才可以确定（检查齿轮3是因为比检查齿轮2的工作量小很多）。

表1 异响齿轮判别表

如果N=n1，或者N=2n1，则异响是由齿轮1引起的。

其中 n1、n2、n3按式（1）和式（2）计算。

5 缺陷部位的查找

如果判断异响是由齿面磕碰硬伤或者材料硬质点引起的，那么缺陷究竟在轮齿的哪一侧呢？如果不能正确判断，则将浪费成倍的时间。根据减速器的传动链和输出轴的旋向（如图2所示），就能确定异响齿轮的缺陷位于齿面的哪一侧；然后逐齿检查，就能找到发出异响的高点部位。

图2

6 异响的排除

本文分别阐述了几种常见异响的分类及特点,各种异响的排除方案如下：

如果判断是齿圈径向跳动量引起的异响，那么就需要更换齿轮；

如果判断是动不平衡惯性力引起的异响,或更换齿轮，或做动平衡；

如果判断是齿面磕碰硬伤或者材料硬质点引起的异响，那么还需用前述的方法找出缺陷部位，然后用油石或者金刚锉刀将高点去除，异响随即消失。

7 结语

多级圆柱齿轮减速器在跑合试车过程中出现异响，采用“算、标、调、看、听、记、对”的诊断方法，能快速找到发出异响的齿轮零件。这种方法高效、实用、成本低，深受工人师傅的喜欢。

［1］杨玉致.机械噪声控制技术［M］.北京：中国农业出版社，1985.

［2］黄长艺，卢文祥.机械制造中的测试技术［M］.北京：机械工业出版社，1981.