格里森錐齒輪嚙合噪聲控制分析

侯新平

（廣州數控設備有限公司，廣東 廣州510535）

1 格里森錐齒輪零件加工的過程控制

在零件加工過程中，對格里森錐齒輪嚙合噪聲的控制除了要確保齒形幾何參數正確外，還要注意格里森錐齒輪坯料按照圖紙正確加工的精度、加工工藝的合理性及對加工過程中齒形的調整。

1.1 注意格里森錐齒輪坯料按照圖紙正確加工的精度

在齒輪齒形加工以前的工序，最主要的是要保證齒輪頂錐角、輪冠距、安裝距的精度。在設計格里森錐齒輪加工的工裝時，在結構允許的情況下，最好是用安裝的基準作為工裝的定位基準，便于在加工過程中直接測量，不產生累積誤差，從而提高格里森錐齒形輪冠距的精度；如果遇到因為結構的需要不能直接用安裝基準定位時，就要將定位基準、安裝基準和測量基準之間進行尺寸鏈換算，從而獲得理想的加工齒形。

1.2 確保加工工藝的合理性

格里森錐齒輪最后加工完成后，要保證格里森錐齒形的回轉中心線和軸承中心線的同軸度及齒輪裝配后的安裝精度。所以，要根據材料、熱處理方式的不同選擇正確的加工工藝。建議加工過程中最好以中心孔為基準，如果軸中心是空的，就要想辦法制作工藝堵頭，也有可能要做工藝臺等，在粗精加工不同工序里，最好增加對研中心孔，熱處理前后也要對研中心孔，這樣方能為后序加工提供精確的基準。

1.3 注意對加工過程中齒形的調整

在加工格里森錐齒形時，首先要對齒輪做著色檢查，即把紅丹均勻涂在2個格里森的凸面和凹面，讓2個格里森錐齒輪安裝在工裝上，做嚙合傳動，根據嚙合的著色情況對機床加工的齒形參數進行調整。根據經驗，格里森錐齒輪著色嚙合區大致情況為：在齒高方向上，嚙合著色區在中間稍偏上較理想；在齒長方向上，嚙合著色區在中間稍偏向小端比較理想。因為格里森錐齒輪在負荷工作時，根據實際受力情況，齒形變形趨勢是向大端方向。

嚙合情況如下：（1）按齒高方向分，一種是著色嚙合區在齒根附近，另一種是著色嚙合區在齒頂附近。這種情況下調節水平輪位的參數就可以解決。（2）按齒長方向分，一種是著色嚙合區在小端附近，另一種是著色嚙合區在大端附近。這種情況下調節搖臺角的參數就可以解決。（3）按齒面嚙合情況分，一種是著色嚙合區一端靠近小端齒頂，另一端靠近大端齒根；另一種情況是著色嚙合區一端靠近小端齒根，另一端靠近大端齒頂。這種情況下調節滾動比就可以解決。

2 格里森錐齒輪裝配完成后的安裝精度控制

格里森錐齒輪在安裝的時候要科學安排裝配工藝，那么在設計的時候就要考慮格里森錐齒輪的裝配工藝。根報筆者多年的工作經驗，讓一對格里森錐齒輪精確嚙合，也就將是一對格里森錐齒輪的輪冠距安裝準確，噪音達到理想的分貝，格里森錐齒輪加工是一方面，更主要的還是其裝配方法。建議格里森錐齒輪的2個方向最好都是可調整的，也就是在格里森錐齒輪的2個方向上都要設計調整墊片或者別的調整裝置。根據裝配的情況先裝配1個格里森錐齒輪，裝配的尺寸位置要根據格里森錐齒輪嚙合間隙和輪冠距定，這個格里森錐齒輪的安裝只是初步安裝，不一定是最佳位置，最佳位置是要安裝第2個格里森錐齒輪，調整好嚙合間隙。在嚙合過程中，通過檢查這對格里森錐齒輪的嚙合痕跡來確定裝配的理想位置（也可采用著色檢查來確定）：在齒高方向上，嚙合著色區宜稍偏向頂圓的方向；在齒長方向，嚙合著色區在中間稍偏向小端比較理想。在不斷的裝配檢測過程中，也可以用分貝儀檢測噪音的大小，大致確定正確的位置。根據筆者的經驗，如大端模數1.5，小齒輪齒數31，大齒輪齒數40，軸交角為90°，噪音大致在70 d B以下比較合適。當然模數不一樣，齒數不一樣，噪音分貝的標準也不可能一樣，這要在實際的工作中進行總結。

3 格里森錐齒輪結構設計的合理性控制

格里森錐齒輪在結構設計上的優點主要有以下幾方面：齒形冠輪上的齒形線是圓弧型的；承載能力高，運轉平穩，噪聲小；對安裝誤差和變形不敏感；軸向力大，且隨轉向變化，用于轉速n≥1 000 r／min或v≥5 m／s及重載的傳動，適于成批生產；磨齒后可用于高速v≥40～100 m／s。

格里森錐齒輪齒輪副一般采用等頂隙收縮齒，因為齒輪副的頂隙沿齒長保持與大端相等（即一個齒輪的頂錐母線與配對齒輪的根錐母線相平行），頂錐的頂點不與分錐和根錐的頂點重合；增大齒根的圓角半徑，應力集中減小，齒根強度提高；增大刀具刀尖的圓角，提高刀具壽命；增加小端齒頂厚度；減少因齒輪錯位而造成小端“咬死”的可能性。

在設計格里森錐齒輪時就要根據輸入扭矩和功率確定格里森小錐齒輪的軸直徑、模數、材料和熱處理方式，根據傳動比和可能的空間確定格里森小錐齒輪的齒數、大齒輪的齒數，從而可以根據這些參數計算出所需要格里森錐齒輪的各個參數。安裝距要根據結構確定。

格里森錐齒輪的傳動要用軸承做定心，也可能要用軸承定軸向的位置。軸承可以選角軸承，也可選向心球軸承，根據實際需要來定。一般情況下一對格里森錐齒輪，其中任何1個齒輪都要有2個軸承來支承。從安裝工藝來說，選用2個向心球軸承裝配時會容易些，但裝配后的精度沒有選用角軸承高。選用角軸承，裝配工藝要復雜一些，因為角軸承要有軸向預緊，在調整格里森錐齒輪的軸向嚙合間隙時不好控制，有時候要把預緊后的角軸承拆下來，重新調整后還要再裝上角軸承，然后再預緊。不管是選用角軸承還是向心球軸承，都要計算一下格里森錐齒輪在負載傳動時的最大軸向力，軸承所能承受的軸向力必須比實際需要的大，這樣才能保證格里森錐齒輪傳動機構的正確合理性。

4 格里森錐齒輪的機加工精度等級控制

格里森錐齒輪的精度等級越高，相對來說噪聲會越小，但制造成本會越高。試驗研究和使用經驗表明，齒面粗糙度影響齒輪抗點蝕能力、抗膠合能力和抗彎強度，也影響齒輪的傳動精度（噪聲和振動），因此設計者應在齒輪零件圖樣上標注出成品狀態齒面粗糙度的數值。齒輪精度等級與粗糙度等級之間沒有直接的關系，但其粗糙度在一定情況下會影響齒輪的精度等級，從而使齒輪嚙合的噪聲增加。

5 結語

總之，影響格里森錐齒輪嚙合噪聲的因素很多。要根據設計的輸入條件合理控制格里森錐齒輪嚙合噪聲的大小，就要在保證尺寸精度和位置精度的前提下，盡量使工藝經濟合理，更好地為所設計的產品服務。也就是說，在設計的時候，要結構簡單、原理正確、控制穩定可靠，將噪聲控制在設計要求的范圍內，同時也要保證經濟節約。只有在每個環節上都把好關，才能制造出更合理科學的格里森錐齒輪，其噪聲也能得到很好的控制。

［1］機械設計手冊編委會.機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2004

［2］吳宗澤.機械設計實用手冊［M］.北京：化學工業出版社，2005

［3］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2008