齒輪傳動中減振降噪的探討

張木菊

摘 要：對齒輪進行傳動時噪音出現的原理進行分析，對齒輪在運動過程中如何修復降噪的方法進行討論，找出合理的解決方式。

關鍵詞：齒輪傳動；振動；噪聲

1 齒輪傳動中振動噪聲的產生機理

它是通過輪齒的相互咬合去形成力的運動，就是在定義中一模一樣的兩個齒輪，也會根據它們之中咬合的次數不一樣，造成它的硬度不一樣，也會導致情況更激烈并向外散發噪音。當因為制作偏差、位置的偏差和它們受到壓力之后的狀態，也會在運動中使得齒的輪廓與共軛的輪廓發生一定的偏差，就會造成隨著運動過程中逐漸變化的咬合力，所以感受到震動、噪音是不能回避的。對于漸開線圓柱齒輪，產生振動噪聲的激勵源主要有以下幾個方面：（1）嚙合剛度的變化；（2）傳動誤差；（3）輪齒的嚙入、嚙出沖擊；（4）動態嚙合力；（5）由于摩擦力方向的改變而產生的節點沖擊。

以上提到的5種比較重要的激勵源里，假如對外界的因素不進行考慮，就齒輪運作的規律來說，這之中有一定的因果關系，并且一部分從漸開線的齒輪運動時的契合特點確定，比如，動態契合剛度與運作時的出現的誤差互相影響，契合剛度變化程度與誤差及傳動的沖擊結合運用，這樣就會產生動態契合力。節點處容易致使摩擦力轉變方向，這樣就會造成節點沖擊，這是因為漸開線的齒輪在傳動的過程中因契合的特點所確定的，就圓弧傳動的過程中，節點不會改變其摩擦力的方向。不過因為圓弧輪齒在運作時是由軸向共軛產生的傳動，在跑和之后圍繞著輪齒轉動的方向瞬時接觸，受壓變形之后接觸的方法會形成恒定的運行軌跡，其接觸痕跡在整個環境中沿著齒寬進行移動，這樣使得力在一定的地段不斷的變化，這也就是出現噪音與振聲的重要原因。

上面所說的是關于一種齒輪造成震動和很大的噪音的幾種重要的因素，其中重中之重的便是咬合硬度的改變和運動所造成的偏差，通過在日常生活中的調查說明，因為兩齒之間的進行相對運動的位置發生變化而形成的噪音是在以上幾種要素之間的噪音比所占的分量比重很輕，最重要的是直齒輪的運動，因為變形與輪齒間的誤差出現的提前契合與延遲契合，在其齒輪的上部分出現的契合沖擊能夠根據標準對其齒輪底部與頂部進行調整，或者是螺旋休整來解除隱患。筆者進行分析之后得出，因為在制造時出現的誤差，例如螺旋角、安裝時造成的誤差，例如漸開線輪齒與圓弧形的輪齒在運作的過程中出現的誤差與其鋸齒波，這種振動噪音是一種在位移的過程激勵得出的方程式里的強迫而沒有連貫性激勵而產生的。要想去除這種在運作過程中的誤差依據以往的經驗來進行修補是做不到的，這就需要采用拓撲結構在數控床進行輪齒的修補，這就是在齒胚與切齒中的幾何聯系不屬于線性方程式。

如今針對齒輪的動態運作的特點的研究，我們最注重的也就是契合的剛度產生的變化出現的噪音振動。傳動時的誤差是一個新的討論點。傳動時的誤差也就是在瞬時間的輪齒所在的位置與理論標準中共軛輸出的齒輪的位置的差距，能夠使用角度的方式或者是位置的位置記性計算。這也就是出現誤差、安裝與其綜合分析之后得出的結果。所以這與以往的誤差方式既有著相同點又不相同。這個行業之中，齒輪在震動時的特性也就是運作過程中出現的誤差，因此，就需要對齒輪的動態特征就行改進，把這個方面作為研究點是很重要的。

值得注意的是，時變嚙合剛度和傳動誤差對齒輪動態特性的影響隨齒輪運轉速度的高低其影響效果各不相同。在低速運轉時，嚙合剛度的變化而導致的振動噪聲比傳動誤差所導致的振動噪聲要大，而在高速運轉時則正好相反。

2 齒輪減振降噪的幾種途徑

通過適當的齒廓修形，達到齒輪傳動過程中的減振降噪，從理論上講，實際上是減小齒輪的傳動誤差和嚙合剛度變化的幅度，齒廓修形可分為長修形、短修形以及螺旋線方向的修整三種。長修形適用于載荷轉速相對恒定的工作條件，而短修形則一般應用于轉速變化，從而使工作載荷小于設計載荷的情況，如汽車變速箱系統等。而沿螺旋線方向的修整主要是補償軸的安裝誤差以及彎曲變形而導致的偏載和振動。

就輪齒在加工方面來說，通常，增加齒輪的精準加工可以有效的減少在運作的時候出現的振動而發出的噪音。不過一些時候因為滾輪機器與在加工時的精度對齒輪所造成的噪音也是非常重要的，這與精準加工的方式有關系，比如，根據資源分析說明，進行拋光再加工的輪齒出現的噪音比剃齒的噪聲要大的多。

進行齒輪設計的過程中，必須要考慮的是在以后的工作中齒輪的動態運作的機能，就噪音在振動時再進行治理是沒有辦法的。外國在這個問題上做了很多的時間得出了結果，下表1就有多種漸開線輪齒在改進之后的抗噪的能力。

除了這個之外，在一定的條件之下，可以適當的加大螺旋角，這樣也能夠有效的改善振動。這其中的原因也就是加大了螺旋角，這樣軸向負載也更大，契合的長度使得符合程度變小。這種經驗是比較足的，例如在國外的某轎車中的圓柱形斜輪齒，這其中的螺旋角的角度超過了三十度。

既然增大螺旋角能增加接觸線長度，那么增大齒寬同樣能達到增加接觸線長度。而事實上，對于不同的齒輪類型，依靠增加齒寬來達到減小振動，其效果有比較明顯的差別。例如筆者和其他人的實驗結果業已證明，對雙圓弧齒輪傳動，在軸向重合度一定時，齒寬減小，噪聲反而減小，即使軸向重合度減小，隨之而來的齒寬減小，在一定范圍內噪聲也可減小。其原因是：（1）齒寬減小，齒輪質量下降，齒輪共振頻率提高，在一般中低轉速下，震動量值減小。（2）當重合度一定時，齒寬減小，螺旋角增大，從而可使傳動誤差減小，這是比較關鍵的一點。而對于漸開線直齒輪，從理論上講，齒寬增大，單位齒寬載荷減小，但齒寬增大的同時也增大了對軸的變形和安裝誤差的敏感程度，極易發生偏載，這需要有比較精確的修形措施來保證。

應該指出的是，上述改進措施聯合應用，并不一定能產生良好的減振降噪效果。其原因在于當使用一種改進措施時，隨之也會產生新的問題，各改進措施之間互相制約。

從整體上分析，齒輪傳動是一個系統，它可分為兩個子系統，一是包括齒輪、軸以及軸承在內的軸系系統；二是支撐上述系統的齒輪箱體結構子系統。這兩個子系統以軸承為彈性耦合元件組成一個完整的齒輪傳動系統。

在齒輪傳動系統向外輻射的噪聲中，大部分是固體聲，其中齒輪箱體輻射的噪聲占主要成份，因而應用結構動力學的理論和方法來研究改進齒輪箱體結構，以達到減振降噪的目的是非常有意義的。

3 結束語

減少噪音加大輪齒的運作能力，這項研究非常重要。不過新型的齒輪的出現，也關系到了工刀以及其他方面的一些問題。實際情況來說，在科技不斷進步的今天，計算機的輔助的制造與設計都是新型的概念，逐漸的被世人所運用與接收。科技比較發達的國家出現了自由輪齒的設計理念，也就是具體加工與所要達到的設計的目標等，結合多個角度進行分析與探討，在得出經驗之后，采用專門的方式進行設計并制造出來，做好精密度的檢測。因為使用了計算機進行設計，出成品的時間并不會很長。了解具體使用的情況進行設計的輪齒與出產，在使用過程中的各方面的性能都會比較好。