由于高性能工程塑膠的發展，加速了以塑代鋼的應用程序，使得塑膠在機械工程領域應用的比例不斷增大，制作齒輪的材料也不再限于金屬材料，已發展到塑膠齒輪。
國内外有關塑膠齒輪的應用與理論研究已進行了許多，但和鋼質齒輪相比，出現時間較晚，研究時間也較短，對于塑膠齒輪尤其是行星輪的實驗研究更是鮮見于報道。
而且國内外研究人員對塑膠齒輪性能和應用等方面的了解還很不成熟，隻是在鋼質齒輪的基礎上模仿和改進，是以，對塑膠齒輪進行實驗研究很有必要，意義重大。
從一般觀念上講，人們普遍都會認為由于塑性材料具有粘彈性能，因而應該具有較明顯的降噪和減振性能。
實際上，對于傳遞動力的齒輪來講，當齒輪本體的固有頻率和齧合頻率非常接近的時候，即使是粘塑性材料齒輪，也會産生共振和較大的噪聲，是以，在進行塑膠齒輪設計時,對其進行振動和噪聲的測試也是一個非常重要的方面。
而且比起鋼質齒輪，塑膠齒輪在承受較大的負載時，彈性變形會加大，必然影響整個機構的穩定性和可靠性，可見研究塑膠齒輪在不同負載下的振動特性是十分必要的。
齒輪的齧合沖擊
1、齒輪噪聲産生機理
對于标準漸開線齒廓的齒輪，在節線附近是單齒齧合，在節線兩側的某個部位(确切位置由重疊系數确定)至齒頂和齒根的兩個區段為雙齒齧合。
是以，每個輪齒在齧合過程中載荷的配置設定是變化的，載荷的變化會引起輪齒剛性的變化，進而引起輪齒的振動，加上齒輪的制造誤差和安裝誤差，以緻在齧合時必将發生齒與齒的碰撞而産生沖擊振動，這種振動稱為齒輪的齧合振動。
由于齧合振動産生的激振，齒輪一方面要産生頻率為齧合頻率和它高次諧波的受迫振動，另一方面則要産生頻率為固有頻率的瞬态自激振動。當齧合頻率和固有頻率互為整數倍數時可能産生強烈的共振。
是以，齒輪噪聲有兩種表現形式：一種是齧合頻率的噪聲，另一種是整個齒輪以它的固有頻率振動所産生的噪聲，因而研究這些頻帶下的振動特性是設計塑膠齒輪的關鍵所在。
2、齧合頻率及剛度分析
本實驗對2K-H型塑膠行星齒輪進行振動信号的采集，其三維模型和有限元模型如圖1所示。
圖1 2K-H型行星齒輪三維模型及有限元模型
齒輪副的齧合輪齒剛度随齒輪的轉動發生單、雙對的交替轉變。
為了便于數值理論分析，絕大多數齒輪動力學的研究均将其展開為Fourier級數：
本文中，對于内齒圈固定時其齧合圓周頻率為一定值，其值可表示為
釆用圖1中的有限元模型按多齧合點計算法，求出輪齒上20個齧合點處的齧合剛度，采用曲線拟合法得到其時變齧合剛度如圖2所示。
從圖2中可以看出，當采用塑膠行星輪取代鋼質行星輪後，其齧合剛度發生了較大的變化,在不同負載下運作時，其振動特性較之鋼制齒輪而言必然會有顯著的變化。
圖 2 行星齒輪齒輪副 的齧合剛度
圖 2 行星齒輪齒輪副的齧合剛度
圖 2 行星齒輪齒輪副 的齧合剛度 圖 2 行星齒輪齒輪副的齧合剛度
圖2行星齒輪齒輪副的齧合剛度
實驗
如圖3所示，本套實驗裝置主要由交流電機，行星齒輪減速器、磁粉制動器、變頻調速器、傳感器以及一套信号采集儀組成。
圖3 實驗裝置
本實驗用電渦流傳感器标定轉速，用加速度傳感器測得減速器的振動信号，本實驗中選取了20個不同位置的測點，圖3中标示出了1、2、3、4這4個不同的測點，發現1處采集到的振動信号是最明顯的，于是把該處作為本實驗的最佳測點，進行資料釆集。
試驗用塑膠行星齒輪的參數如表1所示。
在機械裝置負載運作過程中，用傳感器測得周期性振動信号有時很難在時域圖上辨識出來，因為它被較強的随機信号所淹沒掉，這種情況下若對傳感器測得的信号進行自功率譜分析，就可以發現測得信号中不僅具有軸或齒輪回轉頻率的周期信号成分，還具有其它頻率的周期信号成分。
是以，本實驗中，在對塑膠行星齒輪振動信号進行資料處理時将主要采用自功率譜的方法，而為了避免噪聲信号對結果的影響以有效的提取每個分頻帶的信号，必須進行濾波處理，本試驗中将選用FIR數字濾波器，利用Matlab信号處理工具箱提供的基于窗函數的工具函數來實作這一功能。
為了測得不同載荷下塑膠行星齒輪的振動特性，本實驗利用磁粉制動器分别施加0N.m、6N.m、10N.m的負載，從頻率為20Hz(1155r/min)開始每間隔1Hz釆集一組資料直到68Hz(3896r/min)，下面以負載為6N.m，頻率為40Hz(2274r/min)測得的資料為例，進行說明如下：
為了便于比較，我們對所采集的資料在不同負載下和不同頻帶處分别進行了三次樣條曲線拟合，如圖11至圖14。
本研究對采集的原始時域信号進行了自功率譜分析、時域濾波處理，并進行了無量綱化處理，從圖中可以看出，試驗中拾取的減速器振動信号主要包括：齧合頻率及其各次諧波；在齧合頻率及其它一些高頻成分兩邊，由于調制效應産生的邊頻帶；軸速頻率及其低次諧波，這是由于齒輪軸每旋轉一周重複産生的附加脈沖引起的；交叉調制成分及隐含成分等。
從圖3可看岀塑膠行星齒輪的振動主要分布在齒輪齧合基頻帶、2倍頻帶、3倍頻帶及1/3、1.5倍諧頻帶以及轉子不平衡頻帶等，從圖4、圖5可以很清楚的看出，該頻帶有明顯的沖擊信号，振動産生的主要原因是轉子不平衡的影響。
圖6~圖9也反映出在塑膠行星齧合基頻帶(/=719Hz)、齧合2倍頻(/=1392.8Hz)具有明顯的沖擊信号，這主要是由塑膠行星齒輪本身的齧合沖擊産生的，圖10很明顯的反映出負載和轉速的增大能很好的抑制轉子不平衡産生的影浦。
在圖11中可以發現，轉速和負載的升高會明顯的加劇塑膠行星齒輪齧合基頻帶的振動強度，而随着負載的增加其共振峰值較之于較低負載會提前在更低的轉速下出現，(負載為6N.m時，在轉速為3600r/min時出現，負載為10N.m，在轉速為3000r/min時出現)。
從圖12可看出，在2倍頻帶，在行星齒輪機構承受較小的負載時(6N-m)，在轉速為2300r/min時出現一個振動峰值，但随着轉速的不斷升高，該頻帶的沖擊信号會受到抑制；而随着負載的不斷增大，不管轉速的變化如何，2倍齧合頻率處的振動強度都會受到抑制(如圖中10N.m曲線所示)。
從圖13中可以發現，在齒輪齧合1/3諧頻帶振動信号十分複雜，但跟齧合基頻帶的情況有相似之處，随着負載的增大該頻帶的振動會随之增加，而且大的負載會使振動峰值更早的出現(負載為6N.m時，在轉速為2000r/min時出現，負載為10N.m，在轉速為2800r/min時出現)。
2、實驗結果分析
齒輪的傳動誤差主要包括了以下誤差：
切向綜合誤差+切向一齒綜合誤差+齒形誤差+齒距誤差和齒距累積誤差+基節偏差
儀器以及安裝誤差：
刻度誤差=制造時進行刻度劃分時的誤差
系統誤差=刻度誤差+細分誤差
安裝後誤差=系統誤差+安裝差異的影響
實際上誤差曲線是由多種因素綜合作用的結果，有時需要有意改變某種因素來觀察誤差曲線的變化，才能确定誤差的性質和大小。
人字齒輪具有大重合度，是以其齧合剛度高而剛度變化波動小，那麼傳動誤羞也較小。
從圖3和表1中可以看到，修形前後的齒頻傳動誤差幅值已很小，且修形後齒頻傳動誤差幅值又明顯減小，測量結果驗證了分析預計，齒頻誤差資料均在±1arcsec範圍内，也反映出該檢測分析系統的高精度和可行性。
當然齧合頻率分析也有不足之處：它是衆多齒輪振動能量的平均值，是以在局部齒輪損傷或者出現加工誤差時，其幅值的增長并不十分顯著。
結論
我的團隊提出了一種高精度檢測實際齒輪傳動誤差的方法，并編寫了相應的采集分析軟體。實測結果驗證了該方法的可行性和精确性，為進一步改善齒輪的設計和加工修形提供實驗依據，也為高傳動精度要求齒輪副的精确檢測提供了一種實用有效的手段。
(1)塑膠行星齒輪的振動能量主要分布在齒輪齧合基頻帶、2倍頻帶、3倍頻帶、1/3和1.5倍諧頻帶以及轉子不平衡帶。
(2)負載的增大會明顯的增大塑膠行星齒輪系統在齧合基頻帶的振動，尤其是共振峰值處的振動。
(3)負載和轉速增大會抑制塑膠行星齒輪傳動在齧合2倍頻帶的振動。
(4)負載的增大會加劇塑膠行星齒輪在1/3諧頻帶的振動，使該頻帶的非線性行為更為複雜。
(5)負載和轉速的增大有效的抑制了軸轉速諧頻處的振動。
我們團隊的研究将對進一步了解塑膠行星齒輪傳的動動力學行為、提高傳動精度、降低振動與噪聲、豐富和完善行星齒輪傳動設計方法具有重要意義，不過塑膠行星齒輪傳動有着複雜的振動信号還有待進一步的分析研究。