齿面傅里叶检测与噪音分析

随着电动车的推广，发动机的噪声问题基本解决，而齿轮噪声问题越来越突出，对齿轮制造精度的要求越来越高。目前监控齿面的质量，主要检测齿轮的齿形齿向，评估距离规范值的偏差量。对于齿形**报告，如齿面S形，异常凸起凹陷，仅靠经验评估而无量化的指标。齿面波纹度检测，即齿面傅里叶检测，齿形齿向报告的补充和延伸。 

01
齿面波纹度对噪音的影响

齿轮噪声激励主要原因是齿轮啮合变化引起的加速度动态变化，空载或负载时齿轮啮合变形，以及齿面波纹度超差。波纹度超差是由加工震动，预加工质量**及设备精度不足导致的，也与刀具，工装夹具的制造精度和位置精度相关。波纹度对噪音的影响大部分 取决于齿轮啮合线方向的阶次振幅情况。波纹度的检测和监控对控制NVH很有必要。 

02
齿面傅里叶的检测原理

任何连续测量的时序或信号，都可以表示为不同频率正弦波信号的无限叠加。傅里叶变换算法利用直接测量到的原始信号，以累加方式来计算该信号中不同正弦波信号的频率、振幅和相位。傅立叶：简单说就是实际测量的表面，用傅立叶变换方法分解成不同阶次的正弦波，*后评估频域图像。 

如图1所示，齿面傅里叶检测，根据测量的齿面曲线，通过*小二乘法先分解阶次*大的正弦波，计算频谱；随后**大阶次正弦波被分解计算频谱；*终第十较大阶次的正弦波被分解并计算。分别计算出被确定阶次振幅的均方根，得出频谱图像。

图1频谱图像的形成过程

03
傅里叶报告及公式解读

使用克林贝格KLINGELNBERG或温泽WENZEL齿形齿向测量设备，输出齿面傅里叶报告如图2，红色字体即对报告的解读。当啮合接触方向上的波纹度方向 βw 接近于母线偏移 βb角的线，*大的误差激励就会发生。检测时默认 βw 等于 βb。 

图2 齿面傅里叶报告

傅立叶公式及参数含义如下：

S(W) =Ｒ/( W - 1) N 

N = NO + K/W

S(W) ：阻带边缘；Ｒ：可接受的波纹高度；W：波数；NO：经验常数；K：经验更正值。 

推荐经验数值NO = 0．6，K = 2．8。控制 Ｒ 值，可得到波数W与振幅S(W) 的函数曲线，即不同波数对应的振幅评估范围曲线。傅里叶公式计算实例，如图3所示。

图3 傅里叶公式计算实例

04
傅里叶参数的选定

根据经验数据，发现EOL分贝值与振幅超出量正相关。在EOL台架阶次表现在上中下及超差的样箱中，选中15台有代表性的样箱，分别测量其齿形齿向傅里叶数据，得出相应的振幅和波数数据，将实际测量的结果代入傅里叶公式，选择出合适的 Ｒ 值，使得拟合的边界曲线筛选出振幅超差且EOL不合格的零件；

推荐经验参数N0 = 0．6，K = 2．8 

根据测量的傅里叶报告，统计每个零件的*大振幅及波数；EOL边界状态W = 54，S(W) = 0．50；W = 57，S(W) = 0．48；

EOL NOK状态W = 52，S(W) = 0．44；EOL OK状态W = 58，S(W) = 0．57；

根据计算公式：

S(W) =Ｒ/( W－1) N

N = NO + K/W 

反推，得出 Ｒ= 0．0068，以此得到限制曲线参数 Ｒ，NO，K。

05
结束语

综上所述，通过齿面傅里叶检测可以筛选出对NVH有影响的问题件，降低台架NVH的发生率。方便制造需着手分析NVH原因，锁定问题工序，排查工装刀具精度及设备的精度，以降低阶次振幅值。

上海浦量元齿轮技术

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