桥式起重机减速器噪声：齿轮偏心分析及解决方案

在车间进行起吊和物料搬运作业时，桥式起重机减速器可能会产生噪声，影响起重机的正常运行。本文从齿轮副偏心误差的角度分析了异常噪声，并基于仿真分析得到的结构噪声计算结果，提出了相应的改进方案，为提高起重机性能提供了参考。 桥式起重机 运行性能。

1.偏心误差下的齿轮激励分析

本文分析的桥式起重机为LD10 t-28.5 m型，配备一台13 kW三相异步电机。减速器采用四级平行轴斜齿轮传动。考虑偏心误差时，分析首先从单个齿轮副及其啮合线长度入手。

1.1 齿轮副模型

考虑齿轮偏心时，以主动齿轮和从动齿轮的偏心率为起点。基于已知的齿轮齿数和主动齿轮转速，可以得到从动齿轮转速的时频特性曲线，并与无偏心假设下的结果进行比较。偏心齿轮副模型如图1所示。

O1 和 氧气 是无偏心假设下齿轮副的几何中心。考虑偏心后 E1 和 E2 发生这种情况时，齿轮几何中心会发生变化。 O11 和 O22可以看出，无论偏心率值如何，连接切点形成的啮合线都是如此。 T1(xT1, yT1) 和 T2(xT2, yT2) 始终存在一个动态交点 M(xM, yM) 以连接齿轮几何中心的直线为基准。

考虑到齿轮副的偏移量，其啮合线具有时变特性。其方程可表示为：

当坐标原点位于点 O11点的动态横向坐标 M 可以表示为：

该齿轮副的瞬时传动比为：

在实际计算中，动态交点 M 它与啮合线、运动方向与齿轮瞬时啮合线速度之间的夹角有一定的关系。确定偏心范围和输入角速度后，可利用公式（1）至（3）求得从动齿轮角速度，并进一步计算偏心误差下齿轮副的动态激励。

在实际制造中，偏心 E1 和 E2 可以近似地视为相同。在已知精度等级下，当螺旋齿轮副偏心率为 20 μm 时，从动齿轮的计算时频特性曲线如图 2 所示。

假设无偏心误差时，从动齿轮的角速度在图2a中用粉色直线表示。当存在偏心误差时，从动齿轮的角速度呈现明显且规律的波动，集中在40.5~41.5 rad/s范围内。傅里叶变换后的频域结果显示，输入轴的旋转频率为25 Hz，从动齿轮的输出旋转频率为6.5 Hz。这表明输入级齿轮副的偏心波动可能会持续通过齿轮系统传递并辐射到变速箱外部。

2. 桥式起重机减速器齿轮激励噪声的数值计算

2.1 振动微分方程

桥式起重机减速器齿轮系统的振动微分方程是研究其动态特性的重要基础。通过降阶并计算齿轮的动态啮合力，可以对振动强度和结构噪声等振动特性进行数值模拟。所需的二阶微分方程为：

动态坐标的时间方程 M 被替换为 θ采用龙格-库塔降阶原理求解高速齿轮副的动态啮合力。图3显示了输入级和最终输出级的啮合力计算结果。

2.2 振动分析结果

图4所示为减速器结构。选取输入端和输出端的轴承座位置进行计算，得到偏心误差为20 μm时的频域振动特性曲线。

如图5所示，考虑偏心误差后，25 Hz的输入轴转速会对其他齿轮副在不同阶段产生影响，尤其是在位移曲线上。基于振动结果的噪声计算可以揭示偏心误差对减速器异常噪声的影响。

3.转向架轴桥辐射噪声预测

3.1 声学模型

根据引用的参考文献，声学属于流体研究领域。因此，声波方程可以从流体连续性方程出发进行研究。就介质状态而言，它可以表示为：

公式中， ρ, v, p， 和 秒 分别是空气的密度、速度、声压和熵，而 f 和 q 是空气介质的外部激励源。

基于桥式起重机减速器的振动响应，对加速度计算结果进行傅里叶变换和三分之一倍频程处理。减速器高速级轴承座的结构噪声计算结果如图6所示。

考虑偏心误差后，减速器的结构噪声在0-100 Hz的低频范围内明显增大。根据声学理论，6 dB的噪声差异相当于能量水平的一次变化。如图6所示，某些频段的噪声差异达到了约三倍，表明偏心误差对减速器的低频振动有显著影响。此外，在500 Hz和1000 Hz处也出现了明显的峰值，这是由输入级齿轮啮合频率引起的。

3.2 减少异常噪声的措施

计算中使用的20μm偏心距是根据齿轮传动精度等级选择的。实际运行中，可能存在更大的偏心距误差，这会对减速机的振动和噪声抑制产生显著影响。基于本文的分析和结论，可以从以下几个方面降低异常噪声：

1. 改进齿轮传动精度等级的选择。许多桥式起重机使用8级螺旋齿轮。普通起重机减速器不考虑后续的精密加工，因此偏心误差可能导致较高的辐射噪声。如果在最终精加工阶段考虑淬火、齿轮磨削、齿面研磨或类似处理，则可以达到7级或6级精度。对于噪声控制要求较高的车间来说，这可能是一个更好的选择。

2. 优化齿轮传动系统。从传动系统角度来看，应考虑齿轮闭合接触疲劳强度、传动比和齿宽系数等约束条件。可采用遗传算法在不显著改变这些约束条件的前提下，对齿轮模数、齿宽和主动齿轮齿数进行微调，从而使减速器的噪声传递频率远离人耳敏感范围。具体方法需要相应的程序和试验来验证最优齿轮参数。

3. 优化减速器壳体结构。壳体优化的主要目的是提高其固有频率。多级平行轴传动系统的前十个固有频率通常较低，一般在50-500 Hz范围内，容易与主动齿轮的旋转频率及其谐波重叠，引起共振。基于减速器的结构，可以从某些位置去除材料。这不仅可以节省材料成本，还可以提高减速器的固有频率，并有效降低偏心误差引起的异常噪声。

4 结论

本文以一台桥式起重机及其减速器为研究对象，分析了齿轮副偏心误差对减速器异常噪声的影响。结论如下：

1. 考虑偏心误差时，从动齿轮的角速度呈现规律性波动，波动范围集中在40.5～41.5 rad/s之间。这反映了输入轴25 Hz的旋转频率和从动齿轮6.5 Hz的输出旋转频率，并持续影响后续齿轮副的传动。

2. 在偏心误差作用下，减速器的结构噪声在0-100 Hz的低频范围内明显增大。最大差异达到15 dB，噪声水平增加2.5倍，明显加剧了齿轮箱的异常噪声。

3. 提出了几种解决方案，包括提高传动精度等级、优化齿轮参数和提高结构固有频率。

辛蒂

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