CST齿轮箱箱体振动特征的试验研究

梁晓宇

CST齿轮箱是机电液一体的驱动装置，主要由齿轮、反馈控制系统以及离合器组成。 通过研究箱体的振动特性可避免由于共振引起的动力失效。本次主要对空载工况和额定工况条件下的齿轮箱箱体加速度进行测试，在试验前先构建相应测试所需的实验台，得到合理的测试手段和方案，进而对齿轮箱箱体进行振动测量，从而得到在实际工作条件下齿轮箱的振动特征，为该类型齿轮箱的现场应用提供基础。

1 测试系统

从前人研究和经验中可知，齿轮咬合形成的啮合力是导致齿轮箱振动的主要因素，当箱体输入端的转速不同时，齿轮的啮合频率以及轴转频等就各异，从而引起齿轮箱不同频率的振动，故此需要对箱体输入端不同转速下的减速箱振动特征进行分析。图1为空载条件下齿轮箱振动测试系统，输入端为液压控制，输出端布置有齿轮传动系统，通过液黏传动来进行压力的控制，在图中齿轮箱的输出端和中部位置均布置有4个测点。

在进行空载条件下齿轮箱振动特征的测试时，设置电机不同的转速，对各个测点采集到的加速度峰进行记录和统计。为了全方面综合获得齿轮箱的振动特征，研究激振频率对振动的影响特征，还需要对额定工况条件下齿轮箱的振动特征进行分析，额定工况条件下振动测试的测点布置情况如图2所示，在齿轮箱箱体的输出端和中部位置均布置9个测点，分别为测点1～测点9和测点10～测点18。

2 振动测试结果研究

2.1空载工况条件

当齿轮箱处于空载工况条件下时，箱体输入端转速逐渐增大，对每个转速点下的最大加速度峰进行记录，由此得到的最大加速度峰和输入端转速的关系如图3所示。

从图3中可以发现，在输入端转速逐渐增大的过程中，最大加速度峰先逐渐增大而后减小。在输入端转速从150r/min增加到1250r/min的过程中，最大加速度峰从3m/s2增加到了30m/s2，当输入端转速从1250r/min增加到1480r/min的过程中最大加速度峰从30m/s2线性减小到了20m/s2。转速为1250r/min位置为峰值点位置，说明该转速下齿轮箱形成了共振，故1250r/min转速为临界转速位置。

2.2额定工况条件

在额定工况条件下，不同测点监测到了最大加速度峰如图4所示，从图中可以发现，测点3的振动峰值最小，为16m/s2，测点4的振动峰值最大，为43m/s2。

在齿轮箱内部，轴承所处位置为主要受载位置，而受载大小会直接影响到箱体的振动，在图2中，测点15在轴承附近，为了全面分析该工况下箱体的振动特点，对测点4、测点10、测点15以及测点17的振动的时域和频域特征进行研究。时域图体现箱体振动的周期以及振幅等特征，反应振动能量大小，而频域图可以反馈齿轮箱振动的主要频率，进而判断在该工况条件下齿轮箱是否会形成共振。

从图5中可以发现，各个测点监测到的加速度随时间呈现为周期性的改变，但不同测点同一时刻的加速度值也不同，这是因为距齿轮箱轴承距离不同。当激振源激励箱体时，振动信号会在箱体上形成叠加，从而使得结构产生较为显著的振动，当叠加频率与齿轮箱的固有频率较为接近时，则箱体会形成共振，从而对齿轮箱内部的薄弱结构形成较大的影响，降低齿轮箱的服务年限。

从图6中可以看出，齿轮箱振动的主要频率为244Hz、296Hz、487Hz、583Hz、592Hz以及888Hz。其中，296Hz为一级齿轮的啮合频率，583Hz为其二倍频率，888Hz为其三倍频率;583Hz为二级齿轮的啮合频率;244Hz为三级齿轮的啮合频率，487Hz为其二倍频率。将这些主要频率与齿轮箱的固有频率相比较，发现在额定工况条件下齿轮箱并不会发生共振现象。

综合图4～图6可得，在額定工况条件下，测点4所处位置的振动峰值最为显著，但在加速度频域特征图中测点17的振动幅值最为明显，可达5.3m/s2。另一方面，测点17距齿轮箱轴承的距离相对较近，故测点17所处位置箱体的振动能量最高。由此可见，距离载荷作用位置越近，振动能量越大。

3结论

本次在先构建测试实验台的基础上对不同工况条件下齿轮箱的振动特征进行了试验分析，得到主要结论为：

在空载工况条件下，转速为1250r/min位置为峰值点位置，说明该转速下齿轮箱形成了共振，故1250r/min转速为临界转速位置。

额定工况条件下，齿轮箱振动的主要频率成分较多，以一级、二级和三级齿轮的啮合频率及其高倍频率为主，但与齿轮箱的固有频率相比较，认为齿轮箱并不会发生共振现象。

测点17的振动幅值最为明显，其所处位置箱体的振动能量最高。说明距离载荷作用位置越近，振动能量越大。

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