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          數控銑床主軸箱噪聲大是什么原因
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          數控銑床主軸箱噪聲大是什么原因
          日期: 2022-06-18 閱讀: 379 次

          故障現象:數控銑床主傳動系統(圖8-3),采用齒輪變速傳動。工作中不可避免地要產生振動噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲。數控機床的主傳動系統的變速是在機床不停止工作的狀態下,由計算機控制完成的。因此它比普通機床產生的噪聲更為連續,更具有代表性。機床起初使用時,噪聲就較大,并且噪聲聲源主要來自主傳動系統。經使用了多年后,噪聲越來越大。用聲級計在主軸4000r/min的最高轉速下,測得噪聲為85.2dB。

          分析及處理過程:我們知道,機械系統受到任何激發力,該系統就會對此激發力產生響應而出現振動。這個振動能量在整個系統中傳播,當傳播到輻射表面,這個能量就轉換成壓力波經空氣再傳播出去,即聲輻射。因此,這個激發響應、系統內部傳遞及輻射三步驟就是振動噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲的形成過程。

          數控機床的主傳動系統在工作時正是由于齒輪、軸承等零部件經過激發響應,并在系統內部傳遞和輻射出現了噪聲,而這些部件又由于出現了異常情況,使激發力加大,從而使噪聲增大。

          (1)齒輪的噪聲分析數控銑床的主傳動系統是由主電動機和齒輪來完成變速傳動的。因此,齒輪的嚙合傳動是主要噪聲源之一。

          首先看一對齒輪的嚙合情況,根據齒輪的嚙合原理,任意瞬時t兩齒輪齒間的相對滑動速度為:vs=vt1-vt2。齒輪副在嚙合區傳動時,嚙合點是沿嚙合線移動的,當嚙合點移向節點時相對滑動速度逐漸減小,在節點處,相對滑動速度在方向上發生了變化,造成了激振力。如果齒輪的各種誤差加大和外界負荷的波動及其他零部件的影響,傳動系統的共振,潤滑條件的不好,就會加劇激振力的產生。當嚙合點漸遠節點時,相對滑動速度逐漸增大,齒面相對滑動速度正比于齒輪的回轉速度。

          機床主傳動系統中齒輪在運轉時產生的噪聲主要有:

          1)齒輪在嚙合中,使齒與齒之間出現連續沖擊而使齒輪在嚙合頻率下產生受迫振動并帶來沖擊噪聲。

          2)因齒輪受到外界激振力的作用而產生齒輪固有頻率的瞬態自由振動并帶來噪聲。

          3)因齒輪與傳動軸及軸承的裝配出現偏心引起的旋轉不平衡的慣性力,因此產生了與轉速相一致的低頻振動。隨著軸的旋轉,每轉發出一次共鳴噪聲。

          4)因齒與齒之間的摩擦導致齒輪產生的自激振動并帶來摩擦噪聲。如果齒面凸凹不平,會引起快速、周期性的沖擊噪聲。

          (2)軸承的噪聲分析數控銑床的主軸變速系統中共有滾動軸承12個,最大的軸承外徑為125mm。軸承與軸徑及支承孔的裝配、預緊力、同心度、潤滑條件以及作用在軸承上負荷的大小,徑向間隙等都對噪聲有很大影響。另外一個重要原因是國家標準對滾動軸承零件都有相應的公差范圍,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滾動軸承的噪聲是該機床主軸變速系統的另一個主要噪聲源,特別在高轉速下表現更為強烈。滾動軸承最易產生變形的部位就是其內外環。內外環在外部因素和自身精度的影響下,有可能產生搖擺振動、軸向振動、徑向振動、軸承環本身的徑向振動和軸向彎曲振動。

          綜上所述,大致可以從以下幾個方面對噪聲進行控制:

          (1)齒輪的噪聲控制由于齒輪噪聲的產生是多因素引起的,其中有些因素是齒輪的設計參數所決定的。針對該機床出現的主軸傳動系統的齒輪噪聲的特點,在不改變原設計的基礎上,有下列在原有齒輪上進行修整和改進的一些做法。

          1)齒形修緣。由于齒形誤差和法向齒距的影響,在輪齒承載產生了彈性變形后,會使齒輪嚙合時造成瞬時頂撞和沖擊。因此,為了減小齒輪在嚙合時由于齒頂凸出而造成的嚙合沖擊,可進行齒頂修緣。齒頂修緣的目的就是校正齒的彎曲變形和補償齒輪誤差,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,可根據這幾對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不到良好效果時,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,觀察該機床主傳動系統中齒輪的齒形誤差主要是加工過程中出現的,以及長期運行條件不好所致。因齒形誤差而在齒輪嚙合時產生的噪聲在該機床中是比較明顯的。一般情況下,齒形誤差越大,產生的噪聲也就越大。

          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周期性變化,那么也將使壓力角發生周期性變化,噪聲也會周期性增大。對嚙合中心距的分析表明,當中心距偏大時,噪聲影響并不明顯;而中心距偏小時,噪聲就明顯增大。在控制嚙合齒輪的中心距時,將齒輪的外徑,傳動軸的彎曲變形及傳動軸與齒輪、軸承的配合都控制在理想狀態,這樣可盡量消除由于嚙合中心距的改變而產生的噪聲。

          4)潤滑油對控制噪聲的作用。潤滑油在潤滑和冷卻的同時,還起一定的阻尼作用,噪聲隨油的數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,就能衰減振動能量,從而降低噪聲。實際上,齒輪潤滑需油量很少,而大量給油是為了冷卻作用。實驗證明,齒輪潤滑以嚙出側給油最佳,這樣既起到了冷卻作用,又在進入嚙合區前,在齒面上形成了油膜;如果能控制油少量進入嚙合區,降噪效果更佳。據此,將各個油管重新布置,使潤滑油按理想狀態濺入每對齒輪,以控制由于潤滑不利而產生的噪聲。

          (2)軸承的噪聲控制

          1)控制內外環質量。在數控銑床的主傳動系統中,所有軸承都是內環轉動、外環固定。這時內環如出現徑向偏擺就會引起旋轉時的不平衡,從而產生振動噪聲。如果軸承的外環與配合孔形狀公差和位置公差都不好,則外環就會出現徑向擺動,這樣就破壞了軸承部件的同心度。內環與外環端面的側向出現較大跳動,還會導致軸承內環相對于外環發生歪斜。軸承的精度越高,上述的偏擺量就越小,產生的噪聲也就越小。除控制軸承內外環幾何形狀偏差外,還應控制內外環滾道的波紋度,減小表面粗糙度,嚴格控制在裝配過程中使滾道表面磕傷、劃傷,否則不可能降低軸承的振動噪聲。經觀察和實驗發現,滾道的波紋度為密波或疏波時滾珠在滾動時的接觸點顯然不同,由此引起振動頻率差別很大。

          2)控制軸承與孔和軸的配合精度。在該機床的主傳動系統中,軸承與軸和孔配合時,應保證軸承有必要的徑向間隙。徑向工作間隙的最佳數值,是由內環在軸上和外環在孔中的配合以及在運行狀態下內環和外環所產生的溫差所決定的。因此,軸承中初始間隙的選擇對控制軸承的噪聲具有重要意義。過大的徑向間隙會導致低頻部分的噪聲增加,而較小的徑向間隙又會引起高頻部分的噪聲增加。外環在孔中的配合形式會影響固體噪聲的傳播,較緊的配合能提高傳聲性,會使噪聲加大:配合過緊,會迫使滾道變形,從而加大軸承滾道的形狀誤差,使徑向間隙減小,也導致噪聲的增加;但軸承外環過松的配合還是會引起較大噪聲。只有松緊適當的配合才有利,這樣可使軸承與孔接觸處的油膜對外環振動產生阻尼,從而降低噪聲。配合部位的形位公差和表面加工的粗糙度,應符合所選軸承精度等級的要求。如果軸承很緊地安裝在加工不精確的軸上,那么軸的誤差就會傳遞給軸承內環滾道上,并以較高的波紋度形式表現出來,噪聲也就隨之增大。

          通過上述對數控銑床主傳動系統的噪聲分析和控制后,取得了可喜的效果。在同樣條件下,用聲級計對修復后的機床噪聲又進行了測試,主傳動系統經過噪聲控制后為74dD,降低了11.2dD。經過幾年的使用,該機床的噪聲一直穩定在這個水平上。


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