淺談如何降低齒輪傳動噪音

李曉道

摘要：齒輪箱在電機中應用廣泛，既可以改變傳動方向和速度，也可以起到離合與分配動力的作用，是機械傳動中最重要的部件之一。齒輪嚙合時是否產生噪音是衡量齒輪傳動性能的重要因素，文章分析了齒輪傳動噪音產生的原因，并提出了降低齒輪傳動噪音的相應對策。

關鍵詞：齒輪傳動噪音；嚙合系數；加工精度；齒輪設計；模數設計

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）15-0073-02

齒輪傳動的工作原理是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動，具有傳動平穩，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大等優點，是機械領域廣泛應用的傳動方式。齒輪傳動的主要缺點之一是噪音問題，因而降低齒輪傳動噪聲是進一步提升齒輪品質的重要研究方向。本文分析了齒輪傳動噪音產生的原因，并提出了相應對策。

1齒輪傳動噪音發生的原因

1.1內因

這里的內因主要是指齒輪的設計參數帶來的噪音問題，主要有齒數比、模數、齒寬、螺旋角、壓力角、嚙合系數、及加工質量等。

1.1.1齒數比

齒數比是齒輪傳動時相嚙合的大齒輪齒數與小齒輪齒數之比，齒數比的設計依據齒輪的載荷性質和齒面硬度而定，如設計不當則會增大噪音。

1.1.2模數

齒輪的承載如果不是很大，在強度允許的條件下盡量選擇較小的模數。而動力傳動齒輪，為避免其齒根出現彎曲變形應選擇選大模數，以降低噪音。

1.1.3齒寬

一般來說，齒寬越大噪音越小，但齒寬應限制在一定范圍內以免造成接觸不良，在加大齒輪外徑時應選擇較小直徑。

1.1.4螺旋角

在保證齒輪表面光潔的前提下，隨著螺旋角的增加，振動與噪聲均會減小。

1.1.5壓力角

相同條件下，壓力角越大其重合度越小，齒輪傳動過程中沖擊間隙越大，因而噪音越大。

1.1.6嚙合系數

齒輪嚙合時會產生嚙合沖擊而發生與齒輪嚙合頻率相對應的噪聲，因而嚙合系數越大，噪音越小。

1.1.7加工精度

加工的精確程度直接關系到噪音的產生情況，如果存在誤差會引起嚙合沖擊產生雜音，或者是邊緣磨損容易產生哨聲。

1.2外因

除了齒輪本身的問題，產生噪音的重要因素還有軸系的彎曲與扭轉，軸承、軸承座及齒輪箱等。

1.2.1軸系

齒輪通過鍵、銷、螺釘等零件安裝在軸上，這需要高精度的軸與之相配合，否則再好的齒輪也會因軸的彎曲、撓動、扭轉而增加振動與噪聲。滾動軸承本身就是一個振動源。就軸承本身而言，內外滾道特別是滾動體的圓度是影響噪聲的最重要因素。

1.2.2軸承與軸承座

軸承是影響軸系精度、振動與噪聲的重要元件，在震動過程中，軸承和軸承座會有沖擊，軸承座受到脈動循環變應力，不僅產生噪音，對軸承和軸承座損傷也很大。

1.2.3齒輪箱箱體質量及裝配質量對噪聲的影響

箱體上箱壁與其罩、蓋是機床振動部分與空氣接觸面積最大的振動體，是噪聲的主要輻射體，它們的振動越大，噪聲也越大。箱體剛性好，振動速度低，傳聲就小。

除以上分析，在機床的液壓、氣動裝置中,一般都存在噪聲問題，這是因為流體以一定的壓力和速度流經縫隙時，造成能量損失，這部分能量以振動與噪聲的形式消耗掉。

2降低齒輪傳動噪音的對策

2.1齒輪原材料的選擇

提高齒輪品質是減少噪音的重要方法，高品質離不開好的原材料。制造齒輪的材料主要有鋼材和非金屬材料兩種。如果對齒輪要求不高，為了降低噪聲，則建議使用非金屬材料。制造齒輪的材料衰減性能要優良，但衰減性能優良的原材料一般有強度較低的缺點，因此一定要特別注意齒輪的使用環境，例如輕工機械就可以選用酚醛樹脂等材料。而重工機械宜選用40Cr和45鋼制造齒輪，也可采用高分子材料及粉末冶金材料代替鋼材，以增加阻尼及吸振作用。此外，在一對嚙合齒輪中，小齒輪可以可以采用非金屬材料，大齒輪仍采用金屬材料，以降低齒輪傳動噪音。另外要重視原材料的檢驗工作，主要包括化學成分檢驗、晶粒度測定和純潔度評定，對于原材料的把關要嚴格。

2.2模數和齒數的設計

2.2.1模數的設計

如果齒輪傳動的載荷較大，為了避免因輪齒變形導致噪音增大，可以選擇增大模數以減小輪齒的動態激勵。而在載荷較小的情況下，隨著模數的增大，輪齒的誤差也會增大，從而會增大噪音。因此需要比較齒距誤差與輪齒變形的程度，從齒輪加工誤差的角度來衡量模數大小對噪聲的影響。假設齒距誤差為△P，△P=C1+C2M+C3，齒形誤差△F= C4M+C5，其中，M是模數，C1、C2、C3、C4、C5為有關常數。結論是在荷載較小時，在保證齒輪強度的前提下，盡可能取小的模數。

2.2.2齒數的設計

模數不變的情況下，如改變齒數，改變齒輪的直徑和表面積也發生了改變。假設聲功率是W，則W=0.06pW2R2/ΠC3（6+0.85RP）2×F2，其中，F是按正弦規律變化的激振力的有效值，R是圓板直徑，P是空氣密度，C是常數。結論：圓板直徑增大，噪聲將增大，因此在齒輪設計中，應盡可能減小齒輪的直徑。

2.3提高加工精度

2.3.1保證齒輪的精度

按照相關標準規定，齒輪線速度需高于20m/s，精度要達到GB10995-88 7～8級，齒輪，齒距極限偏差、齒圈徑向跳動公差、齒向公差要達到7級精度，而且需要達到穩定。

2.3.2控制齒坯的精度

齒輪孔的尺寸的精度要求在孔的偏差值的中間差左右分布，定在±0.003～±0.005mm；如果超差而又在孔的設計要求范圍內，必須分類，分別轉入切齒工序。齒坯的端面跳動及徑向跳動為6級，定在0.01～0.02mm。

2.4防止熱處理變形

齒坯在粗加工后成精鍛件需要進行正火或調質處理，以達到如下目的：（1）消除殘余應力；（2）軟化鋼件以便進行切削加工；（3）細化晶粒，改善組織以提高鋼的機械性能。應注意的是，在正火或調質處理中，一定要保持爐膛溫度均勻，以及采用工位器具，使工件均勻地加熱及冷卻，嚴禁堆放在一起。需鉆孔減輕重量的齒輪，應將鉆孔序安排在熱處理后進行。齒輪的最終熱處理采用使零件變形較小的齒面高頻淬火；高頻淬火后得到的齒面具有高的強度、硬度、耐磨性和疲勞極限，而心部仍保持足夠的塑性和韌性。為減少變形，齒面高頻淬火應采用較低的淬火溫度和較短的加熱時間、均勻加熱、緩慢冷卻。

2.5使用超級潤滑劑

為降低金屬間接觸，降低噪音，還可以使用超級潤滑劑，它是一種特殊惰性材料，主要作用是降低金屬間直接摩擦。它的作用機理是在外螺紋和內螺紋間形成一個接觸面，保護接頭免受摩擦和磨損影響，它可以承受1407kg/cm2的壓力。超級潤滑劑也是一種極好的齒輪箱添加劑，可以在內部件上形成以一層薄膜，從而降低摩擦，齒輪噪音以及泄露。它還具有降低力矩應力，滿足動力減壓需求的功能。

3結語

上文論述了齒輪傳動中噪音產生的原因，并結合筆者實際經驗提出了若干對策。如何減小齒輪噪音是需要齒輪制造屆和學術界持續研究的課題，還需要相關工作人員在實踐中不斷總結和探索，消除齒輪應用中的各種問題，提高齒輪質量。

參考文獻

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（責任編輯：趙秀娟）