带式输送机齿轮箱的振动、噪声与对策

    王典

    摘 要：带式输送机是火力发电厂的常用燃料输送设备，减速机齿轮箱的振动与噪音是影响减速机稳定运行的主要因素。本文就减速机齿轮箱的振动与噪音的原因进行分析，探讨解决办法，对检修维护工作提出一些建议，提高了带式输送机的安全稳定性。

    关键词：带式输送机；齿轮；振动；噪音

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.026

    0 前言

    在设备巡检与维护工作中，对带式输送机齿轮箱的振动与噪声进行检查和分析是非常重要的手段，现场维护人员往往可以根据多年的维护经验，判断齿轮箱的振动与噪声是否正常，从而进一步推断齿轮箱的工作状态是否良好。在生产现场，较简单而且常用的办法是听音检查，此外还可以采用声级计进行噪声场的测定，或用振动计、加速度计等来进行振动相位和幅值的测定。无论用哪种方法，都是把齿轮装置作为齿轮箱的主体声源，分析其振动产生的原因和影响因素，为设计、制造及设备维护提供依据。

    1 齿轮振动、噪声的影响因素

    齿轮振动、噪声的影响因素很多，由于很少的能量（80分贝=10-4瓦）就能产生声波，所以在极小的能量差别下噪声强度也不同。上图是齿轮振动和噪声发生机理的说明图。根据齿轮的结构特点，将齿轮考虑为是以轮齿为弹簧、以齿轮本体作为质量的振动系，在起振力作用下产生圆周方向的扭转振动，这个圆周方向的振动经过轴、轴承、轴承座的变形及齿向误差的作用，产生了径向和轴向振动，从而造成轴承座的挠曲振动，此振动在齿轮箱侧壁成为固体声并传播，产生齿轮箱的振动。

    齿轮装置在运行过程中振动和噪声的變化状态按其性质可分为随机性的、周期性的和瞬时性的三种，按振动方向可分为圆周方向、径向和轴向。齿轮振动一般具有以下特性：

    （1）齿轮正常运转时只受正常载荷作用，发生正常振动，此振动是载荷W、主动齿与从动齿间的相对位移量χ及时间t的函数。

    （2）轮齿刚度变化和载荷变化对直齿轮振动影响很大，而斜齿轮具有一定的轴向重合度，轮齿刚度变化和载荷变化产生的振动小，对其振动起支配作用的是作为起振力的齿轮误差。

    （3）齿轮振动在圆周方向上与径向、轴向振动有相同的基本频率数，但斜齿轮与直齿轮相比轴向振动的高频振动较大。

    径向、轴向振动是以圆周方向振动为起振力产生的，因为圆周振动以轮齿刚度变化和齿轮误差为起振力，它同时反映为齿面动载荷变化，这个变化造成轴和轴承挠曲振动，从而引起齿轮径向振动；同时，齿面动载荷作用于轴承时，因轴承的摩擦力而产生轴向振动。

    为了减少齿轮径向和轴向振动，可以考虑以下方法：

    （1）减少支承齿轮的轴承间距离，同时适当地选择大轴颈，从而减少齿面动载荷所产生的轴变形。

    （2）尽量避免采用悬臂轴，必须采用时，减少悬臂长，增大轴颈。

    （3）检修时使轴承间隙保持在允许范围内的较小值，减少轴承部分所产生的振动。

    （4）轴承保持良好的润滑，减少轴和轴承间的摩擦力，从而减少产生的轴向力。

    （5）齿轮和轴装配牢固，不能发生配合面刚度不足及松动现象。

    2 影响齿轮噪声的主要因素及维护工作中的注意事项

    （1）转速。齿轮箱振动加速度是形成声压的直接原因，其初始发生源是作用于齿轮副的齿面动载荷变化部分，此变化部分大致与圆周方向振动加速度成正比。当转速增加时，啮合冲击更频繁，啮合频率fz及倍声率nfz增加，振动加速度增大，表现为高频波增大。在同一齿轮箱中，高速轴的转速较高，齿轮振动加速度较高，表现为明显的高频波振动，经验丰富的检修人员可以通过听音检查区分和辨别齿轮箱各轴的振动及噪声，并进一步推断齿轮的工作情况是否正常。

    （2）载荷。齿轮振动声压随载荷增大而上升，但其上升的斜度平缓，其斜度因重合度和转速而不同，声压大致与扭矩的0～2.0次方（平均1次方）成正比。载荷增大时，圆周方向振动加速度的振幅增大，但波形几乎不变，也就是说当载荷增大时，声音增大而不增高。

    （3）精度。齿轮误差对齿轮振动的影响非常大，因此齿轮误差对声压也有很大的影响。齿轮误差中，节距误差和齿形误差对振动影响较大，转速较高时偏心误差也不容忽视。根据检修经验，节距误差中即使只有一个节距存在很大的误差，噪声也会变得相当大。

    （4）齿面粗糙度。齿面粗糙度增大将直接导致噪声级的直线上升，经磨齿处理的齿轮及滚齿和插齿制造的噪声频率明显降低。检修工作中，常用的办法是对齿面用油石进行打磨抛光处理。对圆弧齿轮减速机而言，齿轮噪声对齿面粗糙度尤为敏感，例如输煤一期系统叶轮给煤机的SKH650减速机在更换新齿轮后，即使进行齿面修磨处理，也会存在一定的噪声，直至达到磨合期后，啮合齿面达到较好的接触状态，噪声才逐渐降低。

    （5）齿宽。齿宽增大时单位面积上的齿面载荷减小，同时惯性质量增大，这都造成圆周方向振动的反比例减少，但实际经验表明，齿宽和噪声并不成正确的反比例关系，这是因为齿宽增大后齿轮误差变化不大，对起振力的影响也不大。

    3 结束语

    在设备维护工作中，不但齿轮箱可经通过检查振动和噪声进行缺陷诊断，使设备在故障发生前就得到处理，而且各种传动装置都可以把振动和噪声作为“晴雨表”，进行高质量的维护工作。

    参考文献：

    [1]苏永生，张永祥，明廷涛.斜齿轮齿面接触型故障的仿真与诊断方法研究[J]. 船海工程，2006年第5期（第174期）：96-99.

    [2]赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].上海科学技术出版社，1991.