齒輪表面波紋度對齒輪噪聲的影響

一、故障現象：

電動汽車減速器產品在研發批產前階段，EOL下線測試臺上階次噪聲表現如上圖所示，出現二級主減齒輪副一倍１１．７階、二 倍２３．５階 和 三 倍 ３５．２階尖峰 常階次。。經過現場更換齒輪排查試驗確認，是中間軸上主動齒輪的問題。

減速器總成下線監測階次譜

波紋異常齒面三維表面形貌檢測圖

上圖是該齒輪表面三維形貌圖，應用英國TAYLOR HOBSON泰勒霍普森表面形貌儀(粗糙度輪廓儀)檢測，從齒頂到齒根并沿著嚙合對角線方向，可以發現隱藏在粗糙度成分之中的波紋度曲線，如圖中圈出的兩個波峰和一個波谷，波峰波谷輪廓算術平均高度在２０ｕｍ 左右，一個波峰或波谷寬度在１０ｍｍ 左右，一個齒面嚙合過程中，構成三次波形階躍式激勵，即存在與其齒數相關的一倍、二倍和三倍頻階次。

波紋異常齒面傳遞誤差曲線檢測圖

上圖是該齒輪齒面傳遞誤差曲線檢測圖，應用齒面接觸計量儀檢測（齒輪測量中心），該圖中可以直觀地看出，每個大 波形表示一個齒節，由一個齒輪的三個相同齒節組成，其傳遞誤差值ＴＥ大 約 在０．００４ｍｍ。該傳遞誤 差曲線檢測圖，與三維形貌圖相對應，如圖中圈出的分叉波形，也是由兩個波峰和一個波谷組成。

綜合以上分析可以得出，齒面波紋度與齒面傳遞誤差，這兩者之間存在較強相關一致性，即波紋度誤差可以構成一種波形階躍激勵。另外，結合該問題現場分析與驗證結果可知，只有當該齒輪磨齒加工發生異常抖動，齒面波紋度相比齒輪副其它激勵源比較突出時，才會構成較為突出的倍頻階次或明顯的齒輪嘯叫噪聲。

二、機理分析：

對于任何一個連續回轉類摩擦副，其表面波紋度都可以構成以每一轉為一個周期的幾何形狀的誤差激勵，且該連續回轉的幾何誤差激勵可以分解為一系列不同大小波形組成的階躍式激勵。可以對任一周期類的誤差激勵進行傅里葉變換，提取主要的激勵階次，與電磁力分解原理一樣。

當每個輪齒面都有一個“中凹”情形，且“中凹”相對其它激勵較大為主的情況，主要的噪聲階次為第 一主階次，還有齒面劃傷等。

實測齒形誤差曲線

當齒面發生“Ｓ”形波紋時，則該波形形成的主階次并不一定與主動齒輪齒數ｚ相同或成整數倍關系，因加工的各種原因，“Ｓ”形組成的波峰波谷個數與主動齒輪齒數始終成一個固定比例關系，且通常情形下為分數值比例關系，通常被行業內稱 之為“鬼階”。

三、改善對策：

通過在磨床上改進該磨齒工藝后，齒面波紋度參數基本可控制在波紋輪廓算術偏差 Ｗａ≤１３ｕｍ 和波紋輪廓陡度 Ｗｋｕ≤４．０范圍。

如果要消除波紋度階次噪聲，則需要將波紋度幅值降到其它激勵源幅值之下，至少讓它不要成為主要突出激勵。