如何制定滾動測試公差？使用 R 300 的工作流程

簡單來說，噪音是部件或複雜組件的振動，這些振動已成為空氣傳播的噪音，例如車輛變速箱的運行振動。車輛變速箱的主要噪音來源是安裝在其中的齒輪和變速箱軸的滾子軸承。Höfler 圓柱齒輪滾動試驗機 R 300 提供了一個理想的解決方案，可在齒輪末端測試(end-of-line test)之前客觀評估齒輪的噪音行為。

Höfler 圓柱齒輪滾動測試機 R300 可透過滾動測試對齒輪的功能品質進行 100% 線上檢查。此測試的目的是透過測試和評估安裝在變速箱中的齒輪潛在的不利噪音激勵，最大限度地降低生產線末端變速箱測試台上與運行和噪音相關的廢品率。

這究竟是如何發生的呢？要回答這個問題，我們必須簡單回想一下齒輪的幾何與噪音行為之間的關係。

齒面形狀的所有問題

當兩個具有漸開線輪廓的齒輪嚙合時，輸入軸的旋轉運動會毫無偏差地傳送到輸出軸。沒有偏差是指由齒輪比決定的齒輪傳動比沒有波動。如果傳動比沒有波動，也就沒有振動，因此也就沒有噪音激發。

不幸的是，具有純漸開線輪廓形狀的齒輪不適合在車輛變速器中使用。這是因為純漸開線齒形的齒輪在無負載條件下完美地產生，因此沒有噪音，但當輪齒受到負載時，會發生應變，導致嚙合干涉。 這種嚙合幹擾最初會導致傳動比出現脈衝狀波動，從而導致運行噪音增加。 在最壞的情況下，可能會發生齒損壞，導致變速箱完全失效。

因此，通常的做法是設計具有修整的齒面拓譜的齒輪，以抵消這種負載引起的嚙合幹擾。例如，與漸開線輪廓形狀相比，冠狀輪廓形狀是一種可能的修改方式（參見圖 1a）。

當使用齒輪接觸分析模擬這樣的齒輪的無負載滾動時，結果是拋物線傳輸誤差曲線，其階次頻譜基本上只包含前四個齒輪嚙合階次的振幅（請參閱圖 1b）

在 R 300 上對此類齒輪進行實際滾動測試時，顯示的不是拋物線，而是更正弦的傳動誤差曲線，其頻譜比齒接觸分析中的一階齒嚙合更強烈地占主導地位（參見圖 1b）。

不良噪音行為的原因

如果齒輪的製造沒有任何製造誤差，並且也沒有任何位置偏差地安裝在變速器中，則由於傳動誤差譜中的齒嚙合諧波階數，只會存在噪音激勵。 但由於不存在完美的生產和裝配，階次譜會擴大到包括不屬於齒輪設計一部分的額外譜線，並可能導致不必要的噪音激勵。

如果我們關注製造缺陷引起的階次譜的變化，我們可以識別出以下影響：

• 週期性單節距偏差所造成的工件旋轉諧波次數高振幅
• 由於設計的齒面拓譜的形狀偏差導致低齒嚙合諧波的振幅分佈變化
• 齒嚙合引起的高齒嚙合諧波振幅分佈的變化－齒面形貌形狀的週期性波紋
• 由於工件旋轉諧波次數的高振幅，導致齒嚙合諧波的邊帶
• 齒嚙合非週期干擾所造成的幽靈階次(ghost orders)傳動誤差
• 損傷或相鄰節距極端差異所產生的嚙合干擾衝擊所引起的脈衝頻譜

為了說明這些影響，圖 2 顯示了具有修正齒面拓譜的齒輪和也疊加了齒嚙合週期波紋度的齒輪的傳動誤差曲線和相關階次頻譜的比較。這種波紋度導致較高齒嚙合階次的振幅增加。

此外，圖3顯示了傳輸誤差曲線和相關的階次頻譜，這些階次頻譜可以由於單一齒距偏差誤差而透過振幅和頻率調製生成，並導致齒嚙合諧波產生相應的邊帶。

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轉變主觀評價為客觀評價

如果我們假設 a) 按照設計規範製造的齒輪幾乎沒有偏差，則具有出色的噪音行為，並且 b) 齒輪工程師熟悉生產偏差和階次頻譜之間的相關性，則齒輪工程師最初可以進行根據齒輪滾動測試對變速器中的（好或壞）運作和噪音行為進行主觀評估。

然而，對於客觀的品質檢查，如果滾動試驗機的相應操作員進行單獨評估是沒有幫助的。 因此，齒輪工程師必須定義滾動測試結果的公差，從而將最初對噪音行為的主觀評估轉變為客觀評估。

方法如下：辨識異常齒輪...

Klingelnberg齒輪測試分析儀 (GTA) 軟體可用於此目的。此網路服務應用程式可以先從 R 300 上傳測量資料以進行視覺化並比較多個測量結果（見圖 4）。

其他圖形可用於識別異常齒輪。 這很重要，因為對於下一步 - 基於統計的公差計算 - 必須先從資料庫中消除具有潛在不良雜訊激勵行為的測量結果。這是透過停用 GTA 軟體的公差計算模組中不應用於基於統計的公差計算的相應資料集來完成的（請參閱圖5）。

...並定義公差

然後，根據平均值或最大保持頻譜以及各種偏移參數計算公差階次頻譜，並將其保存在檔案中（請參閱圖 5）。最後，操作員將從 GTA 軟體保存的公差匯入到 R 300 Gear Tester (GT) 軟體中，並將它們「嫁接到」相應的測試計劃中。從此時起，所有齒輪都將根據這些公差值進行測試並進行客觀評估。

在迭代過程中，即根據大量生產資料重複進行公差計算，透過將其與下線傳輸測試台的結果進行比較來微調公差。 如果安裝在變速箱中的所有齒輪在組裝前都在 R 300 上進行了測試，則相關齒輪滾動測試的結果也可用於每個 EoL 變速箱測試。

噪音行為的客觀評估

為了微調計算出的容差，在 EoL 傳輸測試期間導致拒絕評估的資料集將從資料池中刪除。然後根據調整後的資料池重新計算公差。這迭代地改善了齒輪滾動測試和 EoL 傳輸測試結果之間的相關性。這樣，透過在 R 300 上進行滾動測試以及 KLINGELNBERG 的相關軟體工具即可對齒輪的運作和雜訊行為進行客觀評估。

透過對 R300 和 KLINGELNBERG 的相關軟體工具進行滾動測試，可以對齒輪的運作和雜訊行為進行客觀評估。

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