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降低直流永磁减速电机减速齿轮机构噪音的实践研究
作者：杨红,秦祖兴,朱伟国
来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2012年第03期
摘要：本文针对直流永磁减速电机减速齿轮机构产生较大噪音的原因，以常州宝来电器有限公司生产的直流永磁减速电机为试验研究对象，分析并研究了直流永磁减速电机的齿轮结构、制造材料、加工工艺、刚度强弱等影响齿轮噪音的因素，提出了降低直流永磁电机减速齿轮机构噪音的有效方法，通过生产实践验证，效果良好。 关键词：直流减速电机噪音减速齿轮机构 0 引言
随着人们生活质量的日益提高，噪音污染问题越来越得到人们的重视。调查显示，在很多工业及民用产品中使用带塑料注塑和粉末冶金金属压铸齿轮的直流减速电机的数量相当惊人，该类电机的特点是转速高、负载大，其减速齿轮机构在传动中产生的齿轮噪音对人们的工作、生活环境产生了比较严重的影响。因此，很多用户把直流减速电机的噪音等级大小作为一个重要指标来考核，对电机生产厂家提出了进一步改善直流减速电机噪音的强烈要求[1-2]。本文以常州宝来电器有限公司生产的NEX6-F00-1-01型直流永磁减速电机为整改实例，详细分析直流永磁减速电机减速齿轮机构产生较大噪音的原因，研究降低减速齿轮机构噪音的方法，并通过实践验证方法的有效性。
1 NEX6-F00-1-01型直流永磁减速电机噪音原始情况分析[2]
1.1 用Model8925数位式噪音计测量库存的NEX6-F00-1-01型直流永磁减速电机的实际噪音，寻找正反转噪音差2 dB以内的电机。通过噪音测试，在1000台库存电机中找出了3台符合该要求的电机。这三台电机的实测噪音数据如下表1所示。 1.2 分析以上3台电机的零部件质量状况
①测量电机的正反转转速并计算转差率，测量数据见表2。
②测量电机的0号、1号、2号齿轮公法线变动、齿形误差、齿距误差、齿向误差，齿面粗糙度，单位：um。测量数据见表3。
③测量电机的齿轮端面与齿轮箱端面粗糙度Ra ，实测数据见表4。 ④测量电机的齿轮轴中心距，数据见表5
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由以上测试可知：直流电机的减速齿轮箱正反转噪音要控制在2dB以内，电机的正反转速转差必须在5%以内、同时控制好齿轮精度，对照国家标准需达到GB2363-90的7级精度要求、齿轮箱轴中心距偏离理论中心距在0.02mm以内，齿轮端面的表面粗糙在1.6um以内，机壳端面与齿轮接触的表面粗糙度在2.0um以内。
1.3 在噪音良好的3台直流减速电机中任取一台在HSS660X型噪音振动测量分析系统中做频谱分析，找出齿轮减速箱噪音最大频率点并分析原因[3]。频谱分析测试结果见表6、表7及图2和图3。
由以上测试可知：2号齿轮的大齿轮用非金属材料聚甲醛代替原来的金属齿轮，有效降低了齿轮箱的整体噪音（在50dB以下）。 2 降低直流减速电机噪音的方法
通过对噪音指标符合要求的3台电机进行的测试数据结果分析来看，要降低NEX6-F00-1-01直流永磁减速电机负载时的噪音，须做好以下几方面的工作：
①提高齿轮箱齿轮精度，按GB2363-90的7级精度要求设计、加工、制造0号、1号、2号齿轮和齿轮端面粗糙度。
②控制好电机额定负载下的转速。
③控制好齿轮箱体齿轮轴孔中心距和与齿轮配合的齿轮箱体端面的粗糙度。 ④用非金属齿轮代替金属齿轮并验证其强度和寿命。 下面就控制齿轮变形和提高齿轮模具精度作详细分析。 2.1 计算机模拟成型
对于注塑和压铸齿轮来说，模具的设计、制造与装配以及注塑、压铸过程都会影响齿轮制品的精度，其中模具的设计精度起到了奠基的作用。现在产品上用的齿轮设计方法原理是进行等距放大得到模具的型腔尺寸，所以外齿轮廓误差较大，为了改变热变形引起的齿廓形状误差的影响，在齿轮改进中采用了反向工程的方法，以常温下（30℃）标准渐开线齿轮形状为基础，逆向求取到注塑、压铸齿轮材料达到固化临界点时的齿廓曲线，并在此基础上进行注塑、压铸齿轮模具的设计精度分析，使齿轮成型后符合理论渐开线。首先在SOLIDWORKS中准确建立注塑齿轮的模型，然后将其导入ANSYS软件，进行注塑齿轮的热变形分析，得出齿轮廓面在特定温度时的形状变化结果，按此开模，齿轮渐开线精度高。
2.2 线切割模具齿片外圆和齿廓面全部采用慢走丝（精度0.005mm）图，以前普通线切割（精度0.025mm），齿廓面保证镜面, 保证成型齿轮的中心和外圆的同轴度。
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2.3 塑料齿轮模具浇口的设定，以前一个，齿轮冷却变形较大，现在增至三个，齿轮冷却均匀、变形较小。
为了进一步降低齿轮箱噪音，同时还进行了以下改进:
①增加齿轮轴的刚度。齿轮轴由原来的2mm改为2.3mm，因为齿轮轴在传动负载下的变形会使轮齿面在齿宽方向上接触长度缩短，造成啮合刚性下降，由此产生的传动误差也会产生噪音。
②润滑油的选用。用E356油脂（油脂混合均匀，齿轮润滑较均匀）代替原来的白色特种润滑脂（油脂分离大，黏附性较差），以稳定噪声等级。 3 整改后的直流减速电机噪音性能测试
为了验证上述改进方法的有效性，常州宝来电器有限公司按照上述整改方法新生产了1000台直流减速电机，并进行了相关指标的测试，具体情况如下：
3.1 从1000台直流减速电机生产线上随机抽取3台进行噪音测试，测试数据见表7。 3.2 从1000台直流减速电机生产线上随机抽取1台进行噪音频谱分析，测试结果见表8、表9和图4、图5。
从以上测试数据可以看出，整改后的直流减速电机噪音得到了明显改善，噪音指标达到了更高的要求。同时，考虑到2号齿轮改成塑料齿轮后，齿轮机械强度的降低，可能会影响到电机的使用寿命，于是对整改后的电机的2号塑料大齿轮进行了寿命试验考核。即在额定电压12V，额定负载40N.cm，额定转速7600rpm下，连续运转了800小时，试验结果证明，齿轮变形和磨损较小，其寿命达到了设计技术要求。 4 结论
直流减速电机的齿轮传动噪音与齿轮的精度息息相关，要提高齿轮精度，首先必须从齿轮的设计与齿轮模具的设计和齿轮的加工工艺入手，同时，在齿轮强度允许的条件下大胆采用非金属材料制造齿轮也是降低齿轮整体噪音很有效的手段。其次，直流电机本身的正反转差异，齿轮中心距的严格控制，齿轮轴的刚度强弱，齿轮润滑油的质量等也是影响齿轮噪音好坏的因素。另外，齿轮传动噪音有30%以上的原因来自毛刺、磕碰伤等，因此，在齿轮箱的装配过程中一定要做好质量控制，轻拿轻放。