第六章 三環(huán)減速器振動(dòng)和噪聲試驗(yàn)分析研究
§6-1 引言
以SHQ40型三環(huán)減速器分例，我們對(duì)三環(huán)減速器進(jìn)行了固有參數(shù)測(cè)試、振動(dòng)和噪聲級(jí)的測(cè)試及分析，驗(yàn)證理論建模及噪聲預(yù)估值計(jì)算的可信程度，分析三環(huán)減速器的振動(dòng)機(jī)理及振動(dòng)、噪聲分布。
§6-2 振動(dòng)噪聲試驗(yàn)方案
§6-2.1 振動(dòng)噪聲試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)示意圖如圖6-0示。

圖6-0 試驗(yàn)方案布置

圖中：1，2——控制臺(tái)；
3——100kw直流測(cè)功機(jī)；
5——聯(lián)軸器；
4，6，8，10，12，14——輸入轉(zhuǎn)速扭矩傳感受器；
7，11——SHQ40；
9——輸出轉(zhuǎn)速扭矩傳感器；
13——汽車(chē)變速箱；
15——50kw直流測(cè)功機(jī)；
16——輸入轉(zhuǎn)速扭矩儀；
17——輸出轉(zhuǎn)速扭矩儀；
18，19——交直流機(jī)組；
20——傳感器；
21——放大器2635型；
22——TEAC-5000WB磁帶記錄儀；
23——CF-355頻譜分析儀；
24——脈沖錘；
25——聲強(qiáng)儀，Sound Intensity Analyzer Type 4433；
26——聲強(qiáng)儀測(cè)頭，Tho Sound Intensity Probe Type 3520；
27——CX-335繪圖儀；
實(shí)物如圖6-1及圖6-2示；

圖6-1 電功率流封閉齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)

試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)控制臺(tái)1，2調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)讓交直流機(jī)組18發(fā)出適當(dāng)?shù)闹绷麟妷菏怪绷鳒y(cè)功機(jī)3（工作于恒速電動(dòng)工況）按恒定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器4，6和輸入轉(zhuǎn)速扭矩傳感器5與試件7輸放端（高速端）相聯(lián)接。試件7輸出端通過(guò)聯(lián)軸器8，10，12，14及輸出扭矩傳感受器9、升速用11、汽車(chē)變速箱13而與直流測(cè)功機(jī)15（工作于恒電流工況）聯(lián)接，驅(qū)使其發(fā)出適當(dāng)電壓的直流電，再通過(guò)交直流機(jī)組19將其逆變成為工頻北流電返回電網(wǎng)，完成整個(gè)電功率封閉閉鏈。

圖6-2 控制臺(tái)

輸入轉(zhuǎn)速扭矩傳感器5得到的輸入轉(zhuǎn)速和輸入扭矩信號(hào)，通過(guò)輸入扭矩儀16直接數(shù)顯讀出。同樣，輸出轉(zhuǎn)速扭矩傳感器9得到的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速扭矩信號(hào)，可通過(guò)輸出扭矩儀17直接數(shù)顯讀出。
試件7上的振動(dòng)信號(hào)與脈沖激勵(lì)的響應(yīng)信號(hào)通過(guò)傳感器20取出信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大器21放大后，用磁帶記錄儀22記錄并可采用頻譜分析儀23監(jiān)控并分析，而其上的噪聲信號(hào)可以通過(guò)聲強(qiáng)儀25的測(cè)頭26取出信號(hào)后送入22和23中用于分析研究。
§6-2.2 SHQ40試件及測(cè)點(diǎn)布置
SHQ40試件如圖6-4（a）（b）所示。
其主要特性參數(shù)如下：
一、名稱(chēng)：SHW40
二、傳動(dòng)比：i=16；
三、輸出扭矩：Mout=4.196KNm；
四、箱體材料：HT20-40
a.抗拉強(qiáng)度：δ_b=314MPa
b.抗彎強(qiáng)度：δ_bB=520MPa
c.布氏硬義：HB=187～255；
d.抗壓強(qiáng)度：δ_bc=736MPa
e.彈性模量：E=118～126GPa
f.切變模量：G=44.3GPa
g.泊松比：μ=0.3
h.密度γ=7.0g/cm³

圖6-3 SHQ40三環(huán)減速器

五、環(huán)板材料：45^#鋼
六、齒輪材料：45_#鋼
七、齒輪副齒數(shù)：
a.內(nèi)齒輪齒數(shù)：51
b.外齒輪齒數(shù)：48
八、齒輪齒形：漸開(kāi)線
九、軸承
a.箱體上：輸入軸與支承軸端為深溝球軸承409：
輸出端為調(diào)心滾子軸承53518
b.環(huán)板上：輸入軸與支承軸上為E92515。
十、重量：
三環(huán)減速器上測(cè)點(diǎn)布置如圖6-4示。

圖6-4 SHQ40試件測(cè)點(diǎn)

§6-2.3 試驗(yàn)規(guī)程
一、跑合試驗(yàn)
1、在200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、900rpm及1000rpm轉(zhuǎn)速下用30號(hào)機(jī)員跑合二十小時(shí)；
2、清選SHQ40，然后加雙曲線齒輪油；
3、在400rpm、650rpm-50kgm、850rpm-100kgm、1000rpm-150kgm、1000rpm-200kgm、1000rpm-300kgm、1000rpm-400kgm、1000rpm-440kgm工況下跑合二十小時(shí)。
4、清選SHQ40然后加雙曲線齒輪油，準(zhǔn)備試驗(yàn)。
二、空載試驗(yàn)
1、在轉(zhuǎn)速為400rpm工況下，測(cè)定并記錄試件SHQ40上測(cè)點(diǎn)1～12點(diǎn)的振動(dòng)速度和加速度；
2、在轉(zhuǎn)速為750rpm工況下，測(cè)定并記錄試件SHQ40上測(cè)點(diǎn)1～12點(diǎn)的振動(dòng)速度和加速度；
3、在轉(zhuǎn)速為1000rpm工況下，測(cè)定并記錄試件SHQ40上測(cè)點(diǎn)1～12點(diǎn)的振動(dòng)速度和加速度；
三、加載試驗(yàn)
1、在1000rpm-100kgm工況下測(cè)定并記錄SHQ40上測(cè)點(diǎn)1～12的振動(dòng)速度、加速度及聲壓和聲強(qiáng)；
2、在1000rpm-250kgm工況下測(cè)定并記錄SHQ40上測(cè)點(diǎn)1～12的振動(dòng)速度、加速度及聲壓和聲強(qiáng)；
3、在1000rpm-350kgm工況下測(cè)定并記錄SHQ40上測(cè)點(diǎn)1～12的振動(dòng)速度、加速度及聲壓和聲強(qiáng)；
4、在1000rpm-400kgm工況下測(cè)定并記錄SHQ40上測(cè)點(diǎn)1～12的振動(dòng)速度、加速度及聲壓和聲強(qiáng)；
四、脈沖激勵(lì)試驗(yàn)
1、固有特性參數(shù)測(cè)試
敲擊測(cè)點(diǎn)1～12，在測(cè)點(diǎn)13處記錄分析；
2、頻響函數(shù)測(cè)試
沿X向敲擊試件SHQ40上輸入軸上的14點(diǎn)并記錄測(cè)點(diǎn)12的響應(yīng)信號(hào)，用于分析計(jì)算。
§6-3 SHQ40試件振動(dòng)頻率計(jì)算
一、轉(zhuǎn)軸頻率
由式（2.3）可計(jì)算出SHQ40在各工況下轉(zhuǎn)軸頻率，如表6-1示，其中輸入軸頻率為f_in，輸出軸頻率為f_out，轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn)/分（rpm）。

表6-1 轉(zhuǎn)頻表

二、輪齒的嚙合頻率
由式（2.2）可計(jì)算出SHQ40在各種工況下輪齒的嚙合頻率，見(jiàn)表6-2示。

表6-2 嚙頻表

三、軸承頻率
由式（2.4）、（2.5）、（2.6）、（2.7）可計(jì)算出各軸承在不同工況下的外圈頻率for、內(nèi)圓頻率fin滾子元件頻率fb及保持架頻率fo,見(jiàn)表6-3示

表6-3 軸承頻率

四、平面四桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的激勵(lì)頻率

由式（2.8）、式（2.9）可計(jì)算出在各種工況下由平面四桿機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的激勵(lì)頻率如表6-4。
表6-4 平面四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)沖擊激勵(lì)頻率表

五、箱體固有頻率
見(jiàn)第三章表3-1。
§6-4 SHQ40固有頻率試驗(yàn)
本試驗(yàn)采用脈沖激勵(lì)法中的錘擊法測(cè)試SHQ40三環(huán)減速器的固有頻率，有關(guān)脈沖激勵(lì)法的理論及方法已在第三章中詳細(xì)論述過(guò)了。
脈沖激勵(lì)信號(hào)采樣的觸發(fā)值的大小及方法、位置及其窗函數(shù)如圖6-5所錄。脈沖響應(yīng)信號(hào)所加的窗函數(shù)——指數(shù)窗如圖6-6所示。

圖6-5 脈沖激勵(lì)信號(hào)力窗

圖6-6 脈沖響應(yīng)信號(hào)指數(shù)窗

脈沖激勵(lì)信號(hào)及響應(yīng)信號(hào)的時(shí)域波形及自功率譜密度函數(shù)分別如圖6-7和圖6-8示。由圖中可以看出，脈沖激勵(lì)信號(hào)及其響應(yīng)信號(hào)都較為理想。
在本試驗(yàn)中，通過(guò)錘擊SHQ40試件上的測(cè)點(diǎn)1～12，而在測(cè)點(diǎn)13上記錄其響應(yīng)信號(hào)，在此我們僅取測(cè)點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)5來(lái)討論。

圖6-7 脈沖激勵(lì)信號(hào)

圖6-8 脈沖響應(yīng)信號(hào)

圖6-9 13Z-5Z測(cè)試

圖6-10 13X-5Z測(cè)試

圖6-11 13Z-8Z測(cè)試

圖6-12 13X-8Z測(cè)試

圖6-9及圖6-10分別是錘擊測(cè)點(diǎn)5Z方向而在測(cè)點(diǎn)13Z向和X向采集響應(yīng)信號(hào)經(jīng)CF-355型頻譜分析儀分析后而得出的頻響函數(shù)及其相干函數(shù)以及SHQ40前十二階模態(tài)固有頻率值，其與理論建模通過(guò)FEM法計(jì)算而得的固有頻率值對(duì)比見(jiàn)表6-5。
圖6-11及圖6-12分別是錘擊測(cè)點(diǎn)8Z方向而在測(cè)點(diǎn)13Z向和X向采集信號(hào)經(jīng)CF-355型頻譜分析儀分析后而得出的頻響函數(shù)、相干函數(shù)以及SHQ40前十二階模態(tài)固有頻率值，其與理論建模通過(guò)FEM法計(jì)算出的固有頻率值對(duì)比見(jiàn)表6-6示。
從表6-5和表6-6中固有頻率的理論建模通過(guò)FEM法算出的計(jì)算值與脈沖激勵(lì)階測(cè)出的試驗(yàn)值對(duì)比可知，它們前十二階模態(tài)的固有頻率值相符性較好，盡管存在一定的誤差，但都在允許的范圍之內(nèi)。換句話(huà)說(shuō)，我們建立的理論模型在一定的范圍內(nèi)（本文只研究了前十二階模態(tài)950HZ以?xún)?nèi)的范圍）是可以替代實(shí)際的結(jié)構(gòu)用于分析、研究及計(jì)算。
造成固有頻率計(jì)算值與試驗(yàn)值之間誤碼率差的因素有以下幾個(gè)方面：
1、由實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定簡(jiǎn)化而建立理論模型而帶來(lái)的誤差；
2、FEM法本身所帶來(lái)的近似誤差；
3、加在理論模型上的約束和載荷與實(shí)際結(jié)構(gòu)的工況之間誤差；
下面我們列出SHQ40振動(dòng)系統(tǒng)850HZ-2KHZ間各階模態(tài)固有頻率的試驗(yàn)值。如圖6-13示。圖中左上部為相干函數(shù)，左下部圖為頻響函數(shù)圖，而右半圖部分為十三階到三十一階固有頻率值及其相干值。

表6-5 固有頻率計(jì)算值與試驗(yàn)對(duì)比表

表6-6 固有頻率計(jì)算值與試驗(yàn)對(duì)比表

階固有頻率值及其相干值。

圖6-13 固有頻率值及相干值

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