齒輪傳動噪聲分析與控制

王志哲

摘 要：通常情況下來說，由于齒輪傳動本身具備了一個非常明顯的特點(diǎn)，那就是周期性嚙合，因此沒有辦法防止齒輪出現(xiàn)振動，從而產(chǎn)生了噪聲。對此，本文專門針對齒輪傳動噪聲出現(xiàn)的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并且在此基礎(chǔ)上提出了具體控制措施。

關(guān)鍵詞：齒輪傳動；產(chǎn)生噪聲原因；控制措施

中圖分類號：TH132 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

一般在以下這兩個方面會導(dǎo)致齒輪傳動產(chǎn)生噪聲：一方面，當(dāng)齒輪進(jìn)行嚙合的時候，因?yàn)辇X輪與齒輪相互之間會進(jìn)行滑動，從而產(chǎn)生一種力，那就是摩擦力，與此同時它的方向也會不斷地發(fā)生改變，在碰撞的這一過程當(dāng)中就會使得嚙合沖力出現(xiàn)，這樣就造成了噪聲；另外一個方面，當(dāng)齒輪在進(jìn)行振動的時候，往往對于減速器當(dāng)中的空氣在一定程度上起到了激勵作用，由于空氣自身能夠膨脹和壓縮，所以當(dāng)其受到了振動影響之后，自然而然會出現(xiàn)膨脹或者是壓縮這種現(xiàn)象，而且也會產(chǎn)生聲波，形成噪聲。

1 齒輪傳動出現(xiàn)噪聲的原因

齒輪進(jìn)行傳動的時候，因?yàn)槭艿搅搜b配精度與制造精度等多個不同因素的影響，所以就會使其出現(xiàn)噪聲這種情況。

1.1 嚙合沖擊

當(dāng)一對齒輪在進(jìn)行嚙合的時候，輪齒就會受到力，那么在這一過程中肯定就會使其出現(xiàn)沖擊變形。但是有新的輪齒在進(jìn)行嚙合之后，在一定程度上把以前輪齒嚙合載荷降低了，所以受到?jīng)_擊而發(fā)生變形的那部分齒輪會變回原來的形狀，還給了齒輪體切向加速度。與此同時，由于以前那些輪齒在嚙合之后把原來的形狀改變了，造成了新的輪齒在進(jìn)行嚙合時沒有辦法獲得理論齒廓的平滑接觸，這樣就出現(xiàn)了碰撞現(xiàn)象，最終產(chǎn)生了嚙合沖力。當(dāng)齒輪受到了沖擊力的影響之后，肯定會使其產(chǎn)生比如軸向與徑向以及圓周等多種振動，所以出現(xiàn)了噪聲。

1.2 脈動沖擊

當(dāng)漸開線齒輪進(jìn)行傳動的時候，齒輪當(dāng)中輪齒接觸點(diǎn)通常會在嚙合線上按照順序一直進(jìn)行著運(yùn)動。經(jīng)過一系列研究表明，由于齒輪傳動的時候其嚙合點(diǎn)的位置在不斷地發(fā)生著變化，所以嚙合線上齒廓之間進(jìn)行滑動而產(chǎn)生的速度也會有所區(qū)別，嚙合開始與結(jié)束這兩個點(diǎn)在這當(dāng)中最大，節(jié)圓切點(diǎn)在這當(dāng)中的滑動速度是零，除此之外，其與滑動速度的大小及方向也會發(fā)生變化。因?yàn)檫@些原因的出現(xiàn)，肯定會使得摩擦力也發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了節(jié)線沖力。摩擦力的滑動速度和節(jié)線沖力大小之間有著直接密切的聯(lián)系。所以說，齒輪摩擦力會隨著齒輪傳動功率的增大而逐漸減弱，而脈動沖擊就會逐漸地增大。輪齒嚙合時沒有辦法預(yù)防脈動沖擊的出現(xiàn)，脈動沖擊的出現(xiàn)必然會讓齒輪出現(xiàn)振動，從而產(chǎn)生了噪聲。

2 齒輪傳動噪聲分析

如果想要使得齒輪傳動噪聲有所降低，那么前提就是需要對其產(chǎn)生噪聲的類別與機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2.1 類別

通常能夠把齒輪傳動噪聲分成兩類，一類是自鳴噪聲，另外一類是加速度噪聲。所謂自鳴噪聲，指的就是齒輪輪齒在嚙合時由于受到了嚙合力的影響，所以就會使得所有部件出現(xiàn)振動，從而形成的聲輻射。所謂加速度噪聲，指的就是輪齒嚙合過程當(dāng)中，因?yàn)槠涫艿搅撕艽蟮臎_擊之后，不僅會使得加速度產(chǎn)生，而且還擾動了其他不同的介質(zhì)，從而形成的聲輻射。

2.2 機(jī)理

從開齒齒輪傳動這一角度來說，從傳動軸與輪體等這些不同的地方產(chǎn)生了自鳴噪聲，從輪齒沖擊這個地方產(chǎn)生了加速度噪聲。站在閉式齒輪傳動這一角度上來講，在齒輪體產(chǎn)生振動，然后對傳動軸進(jìn)行運(yùn)用之后，使得支座出現(xiàn)了振動現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過齒輪箱箱壁的振動就會產(chǎn)生自鳴噪聲。而加速度噪聲是在對于輪齒箱當(dāng)中的空氣進(jìn)行輻射的前提條件下，然后運(yùn)用齒輪箱進(jìn)行輻射。從這當(dāng)中能夠看出，齒輪傳動噪聲的大小除了和輪齒嚙合動態(tài)激勵之間有著直接密切地聯(lián)系之外，與此同時和箱體結(jié)構(gòu)與輪體結(jié)構(gòu)等也有關(guān)系。齒輪傳動產(chǎn)生噪聲的原因具體表現(xiàn)在了以下幾點(diǎn)：第一，齒輪箱和輪系的接觸精度相對來說不是非常高，軸承間隙不是很合理等。第二，在進(jìn)行加工齒輪的時候，齒輪的粗糙度非常大與齒輪形狀之間存在相對來說比較大的誤差等。第三，在進(jìn)行設(shè)計(jì)齒輪的時候，齒輪箱的結(jié)構(gòu)沒有具備科學(xué)合理性與沒有對于齒廓的形狀進(jìn)行修理或者是修理不是非常嚴(yán)格等。

2.3 齒輪傳動噪聲具體控制措施

通過對于齒輪傳動噪聲進(jìn)行了詳細(xì)的分析之后，下面從齒輪的材料方面與種類方面以及集合參數(shù)方面等來對齒輪傳動噪聲進(jìn)行有效控制。

（1）材料

在選擇齒輪材料的時候，在其強(qiáng)度允許的前提條件下應(yīng)當(dāng)選擇使用一些高阻尼材料，從而對于噪聲控制起到了一定的作用。因?yàn)榉墙饘俨牧贤ǔＤ軌蚴沟谜駝哟蟠蟮販p小，從根本上降低了噪聲，在使得其使用要求得到滿足的基礎(chǔ)上，大齒輪應(yīng)該選擇使用一些金屬材料，而小齒輪應(yīng)該選擇使用一些非金屬材料，只有做到這樣才能夠讓噪聲得到控制。

（2）種類

輪齒嚙合情況往往與齒輪的種類之間有著一定的聯(lián)系，齒輪當(dāng)中的直齒輪輪齒在進(jìn)行接觸的時候?qū)儆邶X輪寬度的接觸線，雖然斜齒輪也屬于線接觸，與直齒輪不同的是斜齒輪是通過齒頂一端而進(jìn)行嚙合，在最初階段接觸線慢慢地在變長，然后又慢慢地變短，最終與嚙合脫離了之后才會結(jié)束。因?yàn)榕c直齒輪傳動相互進(jìn)行比較的話，斜齒輪傳動具有多個方面的優(yōu)勢，比如，斜齒輪傳動嚙合線相對來說比較大與承載能力也比較高等等，這樣斜齒輪傳動所產(chǎn)生的噪聲自然也會低于直齒輪傳動所產(chǎn)生的噪聲。所以，在選擇齒輪的時候，應(yīng)當(dāng)盡可能選擇斜齒輪。

（3）集合參數(shù)

①模數(shù)。如果齒輪的載荷相對來說比較大，那么就需要對于比較大的模數(shù)來進(jìn)行選擇使用，在這個時候齒根彎曲變形成為了一個非常重要的因素，而且齒輪的模數(shù)越大的話，對于控制噪聲所起到的作用也就越大。如果齒輪的傳遞功率比較小，那么就需要對于比較小的模數(shù)來進(jìn)行選擇使用，在這個時候齒輪加工誤差作為了一個非常重要的因素，選用比較小的模數(shù)能夠讓齒輪的齒數(shù)大大地增加，對于提高齒輪傳動的平衡性具有極其重要的意義，從而降低了齒輪傳動噪聲。

②直徑和齒數(shù)。假如已經(jīng)確定了齒輪的模數(shù)，這時不管是對其直徑進(jìn)行了改變，還是對其齒數(shù)進(jìn)行了改變，都肯定會使得彎曲量或者是彈性剛度在不同程度上發(fā)生變化。從某種角度上來說，雖然加工精度與直徑之間沒有很大的聯(lián)系，可是如果直徑逐漸增大了之后，噪聲的輻射面積自然而然也會不斷地增大。所以必須把齒輪的直徑盡量減小。

（4）控制箱體噪聲

制作箱體的一系列過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)把橡膠涂在箱體里邊或者是盡可能對于那些高阻尼材料進(jìn)行選擇使用，這樣能夠控制噪聲。除此之外，也可以把箱體內(nèi)壁在一定程度上進(jìn)行加厚，不僅能夠使其剛度得到了顯著性提高，而且也使得振動大大地減小了，最終使得噪聲得到了控制。

結(jié)語

總而言之，齒輪傳動噪聲和軸承安裝精度以及軸剛度等有著一定的聯(lián)系，如果想要使其噪聲真正的得到控制，那么就必須從制造和使用以及設(shè)計(jì)等多個不同的方面進(jìn)行研究，然后采用有效的控制措施，從而才會使得目標(biāo)得到實(shí)現(xiàn)。

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