蜗轮 噪声和振动 — 声音揭示了什么以及如何消除它

蜗轮蜗杆传动装置噪音在数月内逐渐增大，几乎总是表明以下三种情况之一：（1）磨粒磨损——初始运行阶段的磨合颗粒在50-100小时换油时（许多工厂会省略这一步骤）未被清除，持续磨损齿面，导致齿廓偏差增大，啮合噪音增加。（2）润滑性能下降——原有润滑油中积聚了金属颗粒和氧化产物，导致啮合摩擦增大，噪音增加。（3）轴承磨损——蜗杆轴或轮轴中的滚动轴承出现疲劳剥落。区分方法：如果噪音增大是平稳、渐进的，且与负载和转速成正比，则可能是（1）或（2）。如果噪音呈现周期性的敲击或咔嗒声，则可能是（3）。首先更换润滑油——如果在换油并运行2小时后噪音没有降低，则应进行轴承检查。

是的，但需谨慎操作。现代智能手机内置的MEMS加速度计和麦克风足以检测20-2000 Hz范围内的频率成分——该范围涵盖了典型工业驱动装置的所有齿轮啮合频率。iOS和Android系统均有免费的振动分析仪和FFT（快速傅里叶变换）应用程序。该测量方法最适用于识别周期性频率：即使使用智能手机进行测量，在已知频率（例如计算出的啮合频率、轴承缺陷频率或轴旋转频率）处FFT频谱中的尖峰也是一个可靠的指标。其局限性在于：绝对振幅测量不可靠（智能手机的放置位置和耦合会影响读数）；无法捕捉到极低频成分（低于20 Hz）；并且测量时智能手机必须与外壳或安装结构接触，而不能悬空。

蜗轮蜗杆传动中的负载比例噪声主要有两个原因。首先，负载越高，啮合接触力越大，从而在啮合频率处产生更高振幅的声输出——这是正常现象，除非绝对噪声水平无法接受，否则并不代表存在问题。其次，这表明存在规格问题：啮合面覆盖不足（小于 70% 齿宽覆盖范围）导致啮合载荷集中在较小的齿面区域。在轻载情况下，接触力很小，即使是较小的接触区域也能产生可接受的噪声。在满载情况下，同样的小接触区域承受着巨大的应力，在每次齿啮合时都会产生高振幅的力峰值——这些力峰值会以负载比例啮合频率噪声的形式辐射出来。为了区分正常的负载比例噪声和由啮合面驱动的噪声，可以比较噪声的增长率：如果负载加倍，噪声振幅也加倍（增加 6 dB），这是正常的力-振幅比例关系。如果噪声随负载的增加超过比例，则很可能是啮合面覆盖不足造成的。

对于低至中等负载和速度的蜗轮蜗杆传动装置，在距齿轮箱 1 米处可实现 60 dB(A) 的噪音水平。实现该噪音水平主要取决于三个参数：(1) 模数——模数越小，啮合频率越低，在相同负载比下声输出也越小；(2) 精度等级——符合 DIN 7 标准且触点模式经认证为 ≥70% 的螺纹磨削齿轮组，在相同负载下通常比 DIN 9 标准低 8-14 dB(A)；(3) 封闭式外壳——油浴式外壳，由于没有声波传递路径，与裸露的齿轮组相比，可提供额外的 6-10 dB(A) 隔音效果。对于对声学要求极高的环境（例如医疗诊室、音乐厅、录音棚），建议选用 DIN 6 或 DIN 7 标准的齿轮组，并尽可能使用 PA66 尼龙轮、PAO 润滑脂、弹性防振垫以及在外壳内部衬有吸音泡沫。

空气噪声是指声压波直接从齿轮箱通过空气传播到听者。结构噪声是指振动能量通过机器结构（例如安装螺栓、框架构件、面板等）传播，并从远离齿轮的更大表面积辐射出去。区分这两种噪声至关重要，因为它们的消除方法不同。空气噪声可以通过在齿轮周围设置隔音罩或减少齿轮噪声源来降低。结构噪声则通过阻断齿轮箱和辐射结构之间的振动传递路径来降低，例如使用弹性防振支座、柔性联轴器或声阻尼垫。实际上，工业机械中大多数蜗轮蜗杆噪声投诉都主要由结构噪声引起——齿轮箱通过刚性螺栓与机器框架连接，整个机器面板在啮合频率下会变成一个大面积辐射体。

仅在特定运行速度下显著而非其他速度下出现的噪声是结构共振的特征。在该特定速度下，啮合频率（f_mesh = n_worm x z1 / 60）与壳体、安装结构或机器面板的固有频率重合。在该频率下，结构会放大齿轮啮合力振动并将其辐射出来。解决方案按实施难易程度排序如下：（1）略微改变运行速度（即使是 3-5%），使啮合频率偏离结构共振频率——如果使用变频驱动器，则需要更改控制器参数；（2）增加共振结构的质量或刚度，使其固有频率偏离啮合频率；（3）在共振面板上增加阻尼（约束层阻尼材料），以降低其在共振时的响应；（4）改变齿轮比，在相同的运行速度下产生不同的啮合频率。

是的，这通常不是问题所在。低温下的矿物齿轮油粘度远高于工作温度下的粘度——例如，ISO VG 460矿物油在5摄氏度时的粘度可能是40摄氏度时的6-8倍。这种高粘度的低温油在蜗杆运转时会产生更大的粘性阻力，从而产生低频搅动噪音。随着壳体温度升高，油液粘度降至设计工作范围，噪音水平也会降低。如果启动噪音是搅动或咕噜声，并在运行10-20分钟后消失，这是正常的冷启动现象。如果启动噪音是金属敲击声或研磨声，并且在升温后仍然存在，则说明存在问题——需要停止运行并进行检查。要消除冷启动噪音，请将矿物油更换为PAO合成油，PAO合成油的粘度指数更高（VI > 150），并且在从启动到工作温度的范围内都能保持更稳定的粘度。

韩国永力动力不提供齿轮组作为独立部件的声学测试数据——声学输出取​​决于整机，包括机壳、安装结构、联轴器和运行条件，而非仅取决于齿轮组本身。根据欧盟机械指令附件一第1.7.4节的要求，噪声排放文件的责任方是机器制造商，而非齿轮部件供应商。韩国永力动力可以通过提供以下信息来支持机器制造商的噪声排放评估：齿轮精度等级（DIN等级编号）和接触面覆盖率——这两项均与预测啮合噪声贡献相关；推荐润滑剂规格——与润滑噪声贡献相关；以及任何来自先前相同规格齿轮组安装案例的特定应用噪声测试数据（如有），这些数据可从我们的应用工程记录中找到。请在下订单时索取这些信息，以便将其纳入机器技术文件中。