齿轮表面波纹度对齿轮噪声的影响

一、故障现象：

电动汽车减速器产品在研发批产前阶段，EOL下线测试台上阶次噪声表现如上图所示，出现二级主减齿轮副一倍１１．７阶、二 倍２３．５阶 和 三 倍 ３５．２阶尖峰 常阶次。。经过现场更换齿轮排查试验确认，是中间轴上主动齿轮的问题。

减速器总成下线监测阶次谱

波纹异常齿面三维表面形貌检测图

上图是该齿轮表面三维形貌图，应用英国TAYLOR HOBSON泰勒霍普森表面形貌仪(粗糙度轮廓仪)检测，从齿顶到齿根并沿着啮合对角线方向，可以发现隐藏在粗糙度成分之中的波纹度曲线，如图中圈出的两个波峰和一个波谷，波峰波谷轮廓算术平均高度在２０ｕｍ 左右，一个波峰或波谷宽度在１０ｍｍ 左右，一个齿面啮合过程中，构成三次波形阶跃式激励，即存在与其齿数相关的一倍、二倍和三倍频阶次。

波纹异常齿面传递误差曲线检测图

上图是该齿轮齿面传递误差曲线检测图，应用齿面接触计量仪检测（齿轮测量中心），该图中可以直观地看出，每个大 波形表示一个齿节，由一个齿轮的三个相同齿节组成，其传递误差值ＴＥ大 约 在０．００４ｍｍ。该传递误 差曲线检测图，与三维形貌图相对应，如图中圈出的分叉波形，也是由两个波峰和一个波谷组成。

综合以上分析可以得出，齿面波纹度与齿面传递误差，这两者之间存在较强相关一致性，即波纹度误差可以构成一种波形阶跃激励。另外，结合该问题现场分析与验证结果可知，只有当该齿轮磨齿加工发生异常抖动，齿面波纹度相比齿轮副其它激励源比较突出时，才会构成较为突出的倍频阶次或明显的齿轮啸叫噪声。

二、机理分析：

对于任何一个连续回转类摩擦副，其表面波纹度都可以构成以每一转为一个周期的几何形状的误差激励，且该连续回转的几何误差激励可以分解为一系列不同大小波形组成的阶跃式激励。可以对任一周期类的误差激励进行傅里叶变换，提取主要的激励阶次，与电磁力分解原理一样。

当每个轮齿面都有一个“中凹”情形，且“中凹”相对其它激励较大为主的情况，主要的噪声阶次为第 一主阶次，还有齿面划伤等。

实测齿形误差曲线

当齿面发生“Ｓ”形波纹时，则该波形形成的主阶次并不一定与主动齿轮齿数ｚ相同或成整数倍关系，因加工的各种原因，“Ｓ”形组成的波峰波谷个数与主动齿轮齿数始终成一个固定比例关系，且通常情形下为分数值比例关系，通常被行业内称 之为“鬼阶”。

三、改善对策：

通过在磨床上改进该磨齿工艺后，齿面波纹度参数基本可控制在波纹轮廓算术偏差 Ｗａ≤１３ｕｍ 和波纹轮廓陡度 Ｗｋｕ≤４．０范围。

如果要消除波纹度阶次噪声，则需要将波纹度幅值降到其它激励源幅值之下，至少让它不要成为主要突出激励。