深度探讨伞齿/电机齿噪的原因和优化（巨啰嗦长文警告）

峰海 · 发表于 2024-1-17 21:21:25

本话题由于篇幅较长，将分三部分详细探讨伞齿和电机齿之间的噪音控制问题。

第一部分：伞齿和电机齿齿噪的产生原因
第二部分：控制伞齿和电机齿齿噪的完整调节逻辑和方法
第三部分：几个细节的齿噪优化方法

第一部分：伞齿和电机齿齿噪的产生原因
要控制伞齿和电机齿的齿噪，我们首先要了解齿噪产生的几个主要原因：
一、两齿的重叠深度和齿面距离
二、电机的反作用扭动
三、齿形的匹配
四、握把决定的电机角度

一、两齿的重叠深度和齿面距离
1、重叠深度
在实践中，有两种主流的确定重叠深度的方法：一是电机齿不完全伸入伞齿齿盘，电机齿的低端留出一点（比如留出10%）在伞齿齿盘外，与伞齿不完全重叠。二是电机齿全部伸入伞齿盘，与伞齿100%重叠。两种方法各有适用场合，适用于不同齿形的匹配情况下。

2、齿面距离
理论上，两齿面在完全接触松紧适度的情况下是最理想的，然而，受齿形和电机扭动的影响，其实齿面距离需要保持适度的虚位，才能获得较好的降噪效果，后文详述。

二、电机的反作用扭动
在不带负载的情况下，电机齿和伞齿的齿轴是理论上垂直的；而在带上负载以后，情况就完全不一样了。对于常用的2号或其他不带金属马达架结构的其他类型波箱上，电机是无法被固定得纹丝不动的。在电机启动带动负载时，电机会在反作用下自身发生扭动，于是造成了电机齿与伞齿真正发生咬合瞬间，是并非齿轴垂直、而是有一定微小夹角的。这种夹角造成了齿轮实际转动时，齿轮间的间距和压迫比无负载的理想情况要大，这就是电机齿和伞齿之间噪音比平齿咬合要更显著的原因。

经验告诉我们，波箱主弹簧越强、电机的启动和爆发力越强、电池输出越强，电机的反作用扭动幅度越大，伞齿和电机齿的实际夹角也越大，噪音也会越明显和尖锐。这就是为什么我们通常说齿轮手拨空转也好、带电空转也好，此时的最好齿噪状态并不能代表加负载以后也是最好的齿噪状态，就是因为带负载以后的电机扭动会改变松弛状态下看似理想的咬合角度。

由于不同负载情况下带来的不同幅度的电机扭动的存在，需要我们在伞齿背面留出足够的、幅度不同的余量来用以容错，使电机扭动改变伞齿和电机齿咬合角时不至于造成压迫过紧而增大齿噪。

三、齿形的匹配
齿形的差异点可以有很多，比较明显和常见的主要是电机齿坡度和薄背/厚背伞齿
1、电机齿坡度
通过观察我们可以发现，不同的电机齿的嘴上部和最底部宽度是有差异的，也就是说，不同电机齿的齿瓣坡度有可能是不同的。当电机齿坡度（相对伞齿坡度）较大时，就可能带来难以解决的齿噪。
图中可见同轴排列的3个伞齿存在最宽处宽度不同和齿瓣坡度的不同

理想情况下，伞齿和电机齿咬合时，坡度应该是一致的。但实际上当电机齿坡度较大时，会出现电机齿下部与伞齿保持的距离合适、但上部与伞齿留有虚位、两者无法兼顾的情况。此时，电机齿上部与伞齿盘的虚位，就会在咬合过程中出现“打滑”而引起额外齿噪，这个情况往往因为隐蔽不易察觉而容易被忽视。

基于以上的原因，在实践中玩家就得到了两种确定两齿重叠深度的感受：
1）、当电机齿和伞齿的坡度比较接近时，电机齿上半部的“打滑齿噪”比较不明显，此时电机齿适合于全部伸入伞齿盘，以便获得更确实的咬合面，有利于获得低齿噪和更大的传动效率。
2）、当电机齿和伞齿的坡度差别较大时，如果将电机齿伸入伞齿盘过多，会出现电机齿上半部的“打滑齿噪”，如果要加大电机齿上半部与伞齿的咬合面，则势必会造成电机齿下半部与伞齿压迫过紧，带来新的齿噪。此时只有减少电机齿伸入的深度，使电机齿的上半部能与伞齿咬合更多避免“打滑”的同时、电机齿与伞齿盘脱离接触而避免压迫过紧。

所以，两齿的理想重叠深度受齿形匹配的影响，没有一定之规，需要根据实际测试结果来选择两个齿的重叠深度。

2、薄背伞齿和厚背伞齿的选择问题
薄背伞齿是为了适应波箱内壁间距较小的使用场合而生产的，薄背伞齿的主要结构特点是伞齿齿沟（相比普通厚背伞齿）更深。由于伞齿齿沟更深，薄背伞齿在一定程度上可以缓解前文所述的电机齿下半部与伞齿压迫过紧的问题。但是薄背伞齿也并不是适用于所有场合，而是要根据实际情况来选择。

在薄背伞齿与厚背伞齿与同一个位置的电机齿保持相同咬合度时，会出现薄背伞齿的底部明显偏向于左侧波壳的现象。如果波箱左侧的调齿空间偏小的话，可能造成两个问题：

1）薄背伞齿引起伞齿齿面与电机齿相距过远的问题
可能出现伞齿的下方即使不垫任何垫片，伞齿的齿面依然偏高、导致与电机齿相距过远的问题。这个问题有时会因为调齿程序不够严密而被忽视。
2）薄背伞齿会加大伞齿压迫中齿齿面的几率
由于为了保证伞齿齿面与电机齿的距离足够近，可能迫使伞齿过分接近左侧波壳，在波箱内壁间距、法兰凸起高度等因素影响下，伞齿底部与中齿齿面发生直接摩擦或距离过近的问题，或在伞齿带负载后发生偏移时，因伞齿与中齿受力产生夹角而发生齿面摩擦。

四、握把决定的电机角度
通常大家容易理解的是握把与机匣的夹角有问题，导致电机角度不正。除此以外，常规握把底盖的设计尺寸、两个底盖固定螺丝（不是电机调节螺丝）的松紧不对称、翻盖式握把底盖的自然松动这些问题都可能导致电机的角度不正而影响电机齿和伞齿的咬合角度。这个问题涉及厂家的生产数据，且无法直观检测，实属玄学。遇到问题时只能通过换握把碰运气来解决问题。

第二部分：控制伞齿和电机齿齿噪的完整调节逻辑和方法
在列举了齿噪产生的各种原因以后，我们就知道该如何按照一定的顺序逻辑来安排调齿的顺序，来尽量检查和避免可能出现的漏洞了：

第一步：确定合适的两齿重叠深度
1、先把右侧（不带导电片的一侧）半片波壳、伞齿、握把和电机装上，调节底盖机米使电机齿和伞齿重叠大约80-90%
2、把两侧波壳、伞齿和握把电机装上，在伞齿上方叠适当厚度的垫片使留出0.2-0.3的余量。
3、通电让电机齿和伞齿转动，缓慢调节底盖机米螺丝1-2圈（根据常见底盖螺丝的螺距，调节1-2圈即可使电机齿和伞齿的重叠深度达到100%，重叠更多没有意义），过程中听齿噪进行判断，齿噪达到明显增大时的（不是听齿噪最小的点，重叠深度小的时候自然齿噪会小，但这不是我们需要的点）拐点，就是比较合适的重叠深度。

一般来说，获得的合适重叠深度越趋近100%越好。

第二步：确定用厚背还是薄背伞齿并确定伞齿的预调垫片
1、先将波壳装上不加任何垫片的伞齿锁紧螺丝，观察伞齿两侧的框量，会出现两种可能情况：
情况一：伞齿两侧框量很小。这种情况下，无论怎样后续的调节都很受限，最好直接选择换用齿盘间厚度更小的伞齿。
情况二、伞齿两侧有适当的框量，此时可以装上已经调节好重叠深度的握把和电机，进行下一步

2、顶伞齿右侧（不带导电片一侧）齿轴，观察向左的框动量。
1）如果没有框动量或量极小，不用多想，直接换背部更薄一点的伞齿，或者设法加大伞齿右侧调齿空间
2）如果有合理的框动量，则按这个框动量给伞齿右侧加垫片，留出的余量可以尽量小。

3、只装波箱壳和伞齿，观察伞齿左侧的框量
1）如果左侧框量极小甚至没有，就要考虑上一步中伞齿向左的最大位置是由于伞齿齿盘间距过大造成的假象、伞齿被轴承法兰向左侧挡住而伞齿实际上距离电机齿还有虚位的可能性。最好换用齿盘间距更小的伞齿，或设法加大伞齿左侧的调齿空间。
2）如果左侧有合理的框量，则按框量给伞齿左侧加上垫片。

至此，伞齿得到预调的垫片配置，即排除了伞齿齿盘间距过大、伞齿与电机齿保持了最小接触距离时的垫片配置。

第三步：确定伞齿上方的容错余量（预调垫片基础上减垫片）
1、由于不同的负载和动力会影响电机负载运转时的扭动，所以要按照实际使用情况的配置装上完整的波箱、电机、电池和握把，通电试射，并通过逐一减少伞齿右侧的垫片数量来观测齿噪，直到齿噪最小为止。
2、将伞齿右侧较少的垫片加到伞齿左侧，调齿完成。

第三部分：几个细节的齿噪优化方法
1、缓解伞齿大小齿盘间距过大的方法：
伞齿大小齿盘间距过大，会引起伞齿底部与轴承间距过小的问题，在伞齿在实际转动过程中被电机齿挤压而产生偏移时，就容易发生伞齿与中齿齿面摩擦带来噪音的问题。实在无法换齿解决时，可以在伞齿底部适度打磨出斜角来，留出容错角度，避免伞齿倾斜时与中齿摩擦。

2、注意伞齿大小齿盘间距过大带来的严重附加问题
伞齿大小齿盘间距过大，常常促使玩家努力将中齿贴近左侧波壳，由此容易带来齿轮组整体偏左的问题。由于拉桥齿过度偏左时，会造成拉桥在齿轮和波壳之间的可活动空间变大，加上在拉桥簧的力矩方向的作用下拉桥尾部往往可能向左右翘起，就可能引起如图中的问题，这些问题由于非常隐蔽，常常难以被注意到：

1）当拉桥尾部右偏时，可能高出拉桥齿柱或延时器，导致运行过程中拉桥几率性没有被充分后拉就从拉桥齿柱上滑脱，造成拉桥提前复位而缩小了进蛋窗口时间，导致几率性断供。
2）当拉桥尾部左偏时，在拉桥齿柱特别是延时器的挤压下，可能脱出波壳轨道而上翘，会造成拉桥因受挤压而复位不及时，造成几率性的跑分损失或尿蛋，同时，上翘的拉桥可能把天梯向上顶，对于框量过大的天梯来说很可能引起天梯在后拉过程中中途翘屁股，天梯大齿与拉桥齿脱离并逆向前冲，造成天梯与拉桥齿在转动中错位而引发打齿甚至扫齿，比较典型的例子就是波箱内壁间距较宽的精击波配用较为柔韧的胡萝卜拉桥时。

一些不明原因的顽固性尿蛋或者打齿，往往是这个隐蔽性的原因造成的。所以调好齿后，建议要装波后从尾顶方向仔细观察拉桥、波壳轨道和拉桥齿三者的间距，最好不带弹簧和天梯打几个单发，观察拉桥在不同停止位时，尾部有没有脱出波壳轨道的可能性。如果存在这类风险，就不应该习惯性的将齿轮组垫得太靠左。实在不愿调节齿轮组位置的情况下，可以在拉桥尾杆右侧用AB胶适当堆高，使得波壳轨道能够可靠的将拉桥压住确保不脱出。

3、缓解伞齿一侧调齿空间过小的方法
这种情况较为少见，但也较难人为调整。对于实在无法换齿轮的情况下，可以在空间不足的一侧换用轴套，并把轴套的法兰打磨薄，来变相增大一点调齿空间。

4、微调电机齿坡度过大的（极端）方法
电机齿的坡度过大，主要的问题在于最下部的宽度过大。实在无齿可换的情况下，可以将电机齿下部的齿尖稍稍打磨掉一点，形成“切角”的效果，就可以减少与伞齿的过度挤压了。但是打磨幅度要很小，以免破坏原有的渐开线，反而适得其反的造成噪音增大。

此法极端且不能保证一定有效，不到万不得已请慎用！慎用！慎用！

5、微调电机角度的（极端）方法
对于因握把原因导致电机角度不正，而又无其他办法可想时，可以用简单粗暴的方法尝试缓解：在握把适当位置打孔攻丝，拧入适当长度的机米螺丝，通过机米螺丝的拧入深度改变电机齿轴与伞齿的夹角，同时也可以一定程度上缓解电机扭动时撞击握把内壁的噪音。

此法极端且不能保证一定有效，不到万不得已请慎用！慎用！慎用！

以上，仅基于个人使用体会和理解，可能存在错漏之处，欢迎补充指正，大家共同把伞齿和电机齿的齿噪问题探讨清楚。

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