李国栋
中车大连机车车辆有限公司 工艺技术部
摘要：本文以一台东风4D型内燃调车的启动变速箱出现异音的调查及分析过程为例，针对内燃机车启动变速箱出现的几种异音现象进行了汇总和分析，提出了相应的对策，最后总结了在变速箱设计和加工阶段为其降低其噪音而应采取的几种改进措施。
关键词 启动变速箱 齿轮 噪声 分析 改进
1 前言
启动变速箱是内燃机车传动机构中的重要部件，在机车运行过程中经常会发生启动变速箱发出异常噪音的现象，对机车的正常行驶造成了重大的安全隐患，因此及时找出噪音的形成原因及相应的解决方法具有十分重要的意义。本文正是以此为出发点，借鉴了国内外厂家在变速箱降噪方面的一些设计和工艺改进的措施，提出了改进意见。
2 内燃机车启动变速箱内部结构及工作原理介绍
2.1 内燃机车启动变速箱内部结构比较复杂，本文只将其与本文有关系的重要零部件予以介绍，起动变速箱主要由变速箱体，主动轴，两根输出轴及主动齿轮、从动齿轮、轴承法兰等组成（如图1所示）。其结构形态是由所带动的各辅助设备需要而定。
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图1
1、7-从动齿轮；2、8-输出轴；3-主动齿轮；4-主动轴；5-过轮；6-中间轴；9-变速箱体
2.2 启动变速箱工作原理介绍
当启动柴油机时，启动发电机作为电动机由蓄电池供电运转，经启动变速箱的输出轴2带动主动轴4通过万向轴带动柴油机发火启动。当柴油机启动运转后，柴油机带动主动轴4，通过主动齿轮驱动各从动齿轮，继而驱动各输出轴，驱动通风机，启动电机、励磁机、测速电机等辅助设备工作。
3 机车启动变速箱异音情况的分析和对策
3.1 变速箱运转时齿侧间隙过大引起的响声
a. 现象分析：这种响声一般是“刚啷、刚啷”的齿面撞击声，当行驶速度相对稳定时，响声一般减弱或消失。在变速箱温度增高或润滑油较稀时，响声一般较严重。
b. 成因分析：齿轮及齿轮轴经长期使用磨损，当间隙增大到一定程度时，机车行驶中由于受路面条件变化的影响，使变速箱主、被动齿轮产生相互撞击而发生响声。
c. 诊断：机车起步或在行驶中，当柴油机转速发生变化时，若某个电机处上出现响声，故障就有可能在该电机连接的齿轮上。
d. 解决方法：应拆开变速箱盖检查，若某对齿轮的啮合间隙超过标准时，一般应成对更换。根据情况，若能恢复正常间隙，也可只更换其中的一个齿轮。不过，这样有时会发生由齿面撞击声变为啮合不正常的噪音，但经使用磨合，噪音会逐渐消失。
3.2 齿轮的噪音
a. 现象分析：这种响声一般出现在新修的或新更换齿轮的变速箱内。当柴油机低速运转时，可听到变速箱处发出无节奏的“咯啦、咯啦”的运行噪音，提高转速时，会变为较杂乱的“嘎啦啦”不正常的齿轮撞击声。变速箱内温度升高或润滑油较稀时，响声有所加大。
b. 成因分析： (1)未成对更换齿轮，或新换齿轮不标准。(2)非原配齿轮装在一起，或装配时错位。(3)由于调整柴油机转速时齿轮产生撞击，齿端有碰伤。
c. 诊断：如空载时出现响声，可让柴油机怠速运转，将听诊器具触在变速箱壳体上，并稍微变换柴油机转速逐次听诊，一般可诊出噪音部位。
d. 解决方法：应拆下变速箱盖检查，经诊断为某对齿轮发响，可检查该啮合齿轮的磨损情况。如属齿轮位置不对，应重新装配或调整；如齿轮损伤，应视情况修磨或更换。
3.3 变速箱齿轮啮合不均的响声
a. 现象分析：在柴油机怠速状态下运行时，变速箱内可发出有节奏的、周期性的“嘎噔、嘎噔”的响声；若加大柴油机转速，则变为“嘎嘎嘎”的连响。严重时变速箱有震动。
b. 成因分析 ：(1)个别轮齿有损伤。(2)使用中操作不当，使个别齿轮掉牙或牙齿折断。(3)个别齿轮中心线偏移。(4)二轴或中间轴弯曲。
c. 诊断：机车起机空载试验，并注意仔细倾听各种情况下的声音变化。反复变更柴油机转速，认真听变速箱内的声音变化情况，如响声较清脆，可能是轮齿碰伤或掉牙；如声音比较沉重并有点杂乱，可能是齿轮中心偏移或二轴与中间轴弯曲变形；如除某转速响声较强外，相邻齿轮有不同程度地发响，一般是二轴或中间轴弯曲变形所致；如各转速均有这种响声，表明常啮合齿轮有损伤。
d. 解决方法：拆下变速箱盖检查，如属于轮齿碰伤，可用砂轮片修磨，并用油石修平；如属齿轮掉牙或中心偏移，应更换齿轮；若是二轴或中间轴弯曲变形，应校直或更换齿轮轴。
通过对以上各种情况的排查，最后得出结论为与启动电机相连的齿轮副齿侧间隙过大导致噪声，更换启动电机端的从动齿轮后噪声减小至正常水平。
4、在设计和加工阶段为其降低其噪音而应采取的几种改进措施
4.1 提高齿轮加工精度和齿面粗糙度要求
机车工作时，启动变速箱齿轮副转速高，利用率高，但承受的负荷要小，而对它噪声要求相对于承载能力要高得多，因此，应按噪声要求选取参数，它的制造精度和齿面粗糙应较一般齿轮副高一个等级。其常啮合齿轮副的精度为6级(DIN3962)，齿面粗糙度Rz6.3～3.2，用磨齿方法加工，其他各档齿轮副的精度均为7级(DIH3692)。
4.2 增大齿轮副重叠系数
齿轮副重叠系数对齿轮噪音也起着重要的作用，因此确定齿部基本参数应考虑尽可能增大重叠系数。重叠系数为整数2或3最适宜。但考虑误差的存在，允许重叠系数为1.8-1.9或2.8-2.9。由国内外一些机车变速箱采用的齿轮基本参数证实，增大齿数和、减小模数、加大齿顶高系数、采用小压力角、增大螺旋角和齿面宽度等，均可达到增大重叠系数的目的。
4.3、合理齿轮副侧隙和确定齿厚偏差
按国家齿轮标准的规定来先取侧隙，从控制噪声的角度出发，按下列公式确定最小侧隙Jnmin。
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式中：fpt1、fpt2 --主、从动齿轮齿距误差
△Fr1、△Fr2--主、从动齿轮径向跳动偏差
αn--法向齿形角
K--考虑热变形热膨胀和尘屑等因素的系数
4.4 齿轮体结构形状的设计
4.4.1从限制噪声传播的角度考虑，为降低噪声，应减小齿轮表面的辐射面积，而达到这一目的的方法：一是尽可能减小齿轮直径，其次是在齿轮体上打孔。二是增加齿轮体厚度和布上环状筋等也可降低噪声，但这些措施受到变速箱轴向尺寸的限制。
4.4.2 齿形修正(设计齿形)：除齿顶和齿根部分较理论渐开线稍短一些外，一般希望沿整个齿高方向为呈正压力角误差的齿形为宜，具体齿形形状仍需通过大量试验确定。
4.4.3 齿向修正(设计齿向)：为避免轮齿的端接触或偏接触的出现，一般要求按齿的长度方向做成中间凸出即鼓形齿，中凸量一般为0.005-0.012mm。
4.5 箱体的降噪设计
箱体的降噪设计是降低变速箱噪声的另一个有效途径，有如下几种方案可供采用：
4.5.1 箱体的形状应能使其刚度大、声辐射面积减少，避免大平面过渡。表面应设计成法向方法各异的小面连接，以降低箱壁振动和减少辐射能量。
4.5.2 改善箱体结构的动态特性，增加刚度，以避免箱体产生共振，使箱体振动幅度下降，从而达到降低结构辐射噪声的目的。
4.5.3 在箱壁内表面上敷以吸声材料，吸声效果不错，最好时可降噪3-5dB。
结论，通过上述的原因分析和解决措施，能够帮助我们从设技、制造和使用等各个环节对变速箱产生的异音有了解，也能在相应的环节解决出现的异音问题。
参 考 文 献
1.孙志礼.机械设计.沈阳：东北大学出版社，2000
2.金捷等. 机械制造技术.北京：清华大学出版社 2006
作者简介：李国栋（1980），男，汉族，辽宁大连。高级工程师，大学本科，研究方向：机车组装工艺。