齒輪傳動(dòng)減振降噪

郝志偉 馬馳

【摘 要】對(duì)齒輪進(jìn)行傳動(dòng)時(shí)振動(dòng)噪音出現(xiàn)的原理進(jìn)行分析，對(duì)齒輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如何修復(fù)降噪的方法進(jìn)行討論，找出合理的解決方式。

【關(guān)鍵詞】齒輪傳動(dòng)；振動(dòng)；噪聲

1 齒輪傳動(dòng)中振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理

它是通過(guò)輪齒的相互咬合去形成力的運(yùn)動(dòng)，就是在定義中一模一樣的兩個(gè)齒輪，也會(huì)根據(jù)它們之中咬合的次數(shù)不一樣，造成它的硬度不一樣，也會(huì)導(dǎo)致情況更激烈并向外散發(fā)噪音。當(dāng)因?yàn)橹谱髌?、位置的偏差和它們受到壓力之后的狀態(tài)，也會(huì)在運(yùn)動(dòng)中使得齒的輪廓與共軛的輪廓發(fā)生一定的偏差，就會(huì)造成隨著運(yùn)動(dòng)過(guò)程中逐漸變化的咬合力，所以感受到震動(dòng)、噪音是不能回避的。對(duì)于漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪，產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的激勵(lì)源主要有以下幾個(gè)方面：（1）嚙合剛度的變化；（2）傳動(dòng)誤差；（3）輪齒的嚙入、嚙出沖擊；（4）動(dòng)態(tài)嚙合力；（5）由于摩擦力方向的改變而產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)沖擊。

以上提到的5種比較重要的激勵(lì)源里，假如對(duì)外界的因素不進(jìn)行考慮，就齒輪運(yùn)作的規(guī)律來(lái)說(shuō)，這之中有一定的因果關(guān)系，并且一部分從漸開(kāi)線(xiàn)的齒輪運(yùn)動(dòng)時(shí)的契合特點(diǎn)確定，比如，動(dòng)態(tài)契合剛度與運(yùn)作時(shí)的出現(xiàn)的誤差互相影響，契合剛度變化程度與誤差及傳動(dòng)的沖擊結(jié)合運(yùn)用，這樣就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)契合力。節(jié)點(diǎn)處容易致使摩擦力轉(zhuǎn)變方向，這樣就會(huì)造成節(jié)點(diǎn)沖擊，這是因?yàn)闈u開(kāi)線(xiàn)的齒輪在傳動(dòng)的過(guò)程中因契合的特點(diǎn)所確定的，就圓弧傳動(dòng)的過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)不會(huì)改變其摩擦力的方向。不過(guò)因?yàn)閳A弧輪齒在運(yùn)作時(shí)是由軸向共軛產(chǎn)生的傳動(dòng)，在跑和之后圍繞著輪齒轉(zhuǎn)動(dòng)的方向瞬時(shí)接觸，受壓變形之后接觸的方法會(huì)形成恒定的運(yùn)行軌跡，其接觸痕跡在整個(gè)環(huán)境中沿著齒寬進(jìn)行移動(dòng)，這樣使得力在一定的地段不斷的變化，這也就是出現(xiàn)噪音與振聲的重要原因。

上面所說(shuō)的是關(guān)于一種齒輪造成震動(dòng)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(yùn)動(dòng)所造成的偏差，通過(guò)在日常生活中的調(diào)查說(shuō)明，因?yàn)閮升X之間的進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置發(fā)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(yùn)動(dòng)，因?yàn)樽冃闻c輪齒間的誤差出現(xiàn)的提前契合與延遲契合，在其齒輪的上部分出現(xiàn)的契合沖擊能夠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其齒輪底部與頂部進(jìn)行調(diào)整，或者是螺旋休整來(lái)解除隱患。筆者進(jìn)行分析之后得出，因?yàn)樵谥圃鞎r(shí)出現(xiàn)的誤差，例如螺旋角、安裝時(shí)造成的誤差，例如漸開(kāi)線(xiàn)輪齒與圓弧形的輪齒在運(yùn)作的過(guò)程中出現(xiàn)的誤差與其鋸齒波，這種振動(dòng)噪音是一種在位移的過(guò)程激勵(lì)得出的方程式里的強(qiáng)迫而沒(méi)有連貫性激勵(lì)而產(chǎn)生的。要想去除這種在運(yùn)作過(guò)程中的誤差依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行修補(bǔ)是做不到的，這就需要采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在數(shù)控床進(jìn)行輪齒的修補(bǔ)，這就是在齒胚與切齒中的幾何聯(lián)系不屬于線(xiàn)性方程式。

如今針對(duì)齒輪的動(dòng)態(tài)運(yùn)作的特點(diǎn)的研究，我們最注重的也就是契合的剛度產(chǎn)生的變化出現(xiàn)的噪音振動(dòng)。傳動(dòng)時(shí)的誤差是一個(gè)新的討論點(diǎn)。傳動(dòng)時(shí)的誤差也就是在瞬時(shí)間的輪齒所在的位置與理論標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算。這也就是出現(xiàn)誤差、安裝與其綜合分析之后得出的結(jié)果。所以這與以往的誤差方式既有著相同點(diǎn)又不相同。這個(gè)行業(yè)之中，齒輪在震動(dòng)時(shí)的特性也就是運(yùn)作過(guò)程中出現(xiàn)的誤差，因此，就需要對(duì)齒輪的動(dòng)態(tài)特征就行改進(jìn)，把這個(gè)方面作為研究點(diǎn)是很重要的。

值得注意的是，時(shí)變嚙合剛度和傳動(dòng)誤差對(duì)齒輪動(dòng)態(tài)特性的影響隨齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)速度的高低其影響效果各不相同。在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合剛度的變化而導(dǎo)致的振動(dòng)噪聲比傳動(dòng)誤差所導(dǎo)致的振動(dòng)噪聲要大，而在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)則正好相反。

2 設(shè)計(jì)齒輪時(shí)對(duì)預(yù)防噪音的設(shè)計(jì)

總的來(lái)說(shuō)，基于齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生噪音的原因，將其歸結(jié)為載荷、振動(dòng)頻率、齒輪摩擦以及軸承轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，在對(duì)齒輪進(jìn)行噪音的預(yù)防設(shè)計(jì)上，也應(yīng)該基于這幾點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)研究。一是，載荷，針對(duì)載荷主要是依舊齒輪的承受的生產(chǎn)重量而言，因此，在對(duì)相應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行齒輪選擇時(shí)，要依舊產(chǎn)品所能承受的生產(chǎn)重量而定，即根據(jù)不同產(chǎn)品所需要的重量對(duì)齒輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)換，避免部分齒輪傳動(dòng)過(guò)程中不能承受相應(yīng)的重量產(chǎn)生噪音。二是，振動(dòng)的頻率，部分齒輪之間猶豫摩擦大、速度快，造成振動(dòng)速度過(guò)快，進(jìn)而產(chǎn)生噪音。在對(duì)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)注意齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，即在一定時(shí)間范圍內(nèi)規(guī)定其應(yīng)當(dāng)運(yùn)行的周數(shù)，而不是任其過(guò)快轉(zhuǎn)動(dòng)。三是，齒輪摩擦，正如上面說(shuō)到的，齒輪之間摩擦過(guò)大，振動(dòng)過(guò)大，相應(yīng)的產(chǎn)生的噪音也會(huì)很大。為減少齒輪之間的摩擦，在選擇齒輪時(shí)盡量應(yīng)當(dāng)選擇外表平滑的齒輪，切記不能選擇外表粗糙，摩擦力大的齒輪，此外，也可以在齒輪中注入潤(rùn)滑劑，提升齒輪間的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。四是，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，不僅要求設(shè)計(jì)者對(duì)齒輪軸承的設(shè)計(jì)，也包括了檢驗(yàn)者對(duì)齒輪軸承周數(shù)的監(jiān)管。要求，設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)的試論軸承保證期能夠承受齒輪傳動(dòng)中應(yīng)該能承受的誤差，以及設(shè)計(jì)齒輪中預(yù)測(cè)出的可能存在一定合理范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)缺失。

3齒輪減振降噪的幾種途徑

由于影響齒輪傳動(dòng)噪聲的因素很多，我們可以從多個(gè)方面研究降低噪聲的方法，其將減低噪音之要點(diǎn)及對(duì)策整理如下：

3.1 提高齒輪的精度等級(jí)

a.將節(jié)距誤差、齒形誤差、齒溝誤差、齒筋誤差改小，則噪音自然會(huì)變??；

b.研磨齒面，除了改善齒輪之各個(gè)精度外，還可改良齒面粗糙度，故對(duì)減低噪音有很好的效果。

3.2 適當(dāng)之齒隙

a.若為脈動(dòng)性之傳動(dòng)，則較小之齒隙對(duì)噪音之降低有幫助；

b.一般較均衡性之負(fù)荷，齒隙略大對(duì)噪音的降低有好處。

3.3 采用光滑之齒面

研磨、擦磨、砥磨均可達(dá)到很理想齒面粗度，另在油中熱身運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間也可以改善齒面粗度，這對(duì)噪音均有降低作用。

3.4 正確的齒面接觸

a.實(shí)施齒面彭形加工（crowning）或削端加工（Relieving），防止單片接觸，噪音自然會(huì)降低；

b.適當(dāng)?shù)凝X形修整對(duì)降低噪音也有效：當(dāng)一對(duì)齒輪相嚙合時(shí)，它們的基節(jié)應(yīng)該相等，傳動(dòng)才能平穩(wěn)、噪聲就小。但是，由于制造誤差，使齒輪的基節(jié)或大或小時(shí)，會(huì)在齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)或載荷較大時(shí)發(fā)生撞擊和噪聲。為了較小輪齒的撞擊和噪聲，需采用修緣法，就是將輪齒的齒頂修去一些，其修緣方式可分為：直線(xiàn)修緣和曲線(xiàn)修緣。

c.消除齒面上的碰傷或打痕。

3.5 較大的咬合率

a.咬合率越大噪音越小，因此減小壓力角或加高齒深均可以增加咬合率；

b.重疊率加大也可以降低噪音，因此螺旋齒輪比正齒輪噪音小。

3.6 較小的齒輪

采用較小之模數(shù)及較小的外徑。

3.7 較高之剛性

a.加寬齒幅，高剛性之形狀對(duì)噪音之降低有利；

b.加強(qiáng)齒輪箱及軸類(lèi)之剛性。

3.8 采用振動(dòng)減衰率高之材質(zhì)

a.若為輕負(fù)荷回轉(zhuǎn)之齒輪采用塑膠齒輪是很好的選擇，但要注意溫度上升問(wèn)題；

b.鑄鐵齒輪比鋼齒輪對(duì)降低噪音有效。

3.9 適當(dāng)之潤(rùn)滑

潤(rùn)滑油是為了使齒輪維持高效率之動(dòng)力傳達(dá)，在咬合齒面形成安定的油膜來(lái)防止金屬接觸即是減小摩耗的作用；

a.實(shí)施充分之潤(rùn)滑；

b.潤(rùn)滑油的選擇：潤(rùn)滑油必須隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)速度及溫度之不同而保持適當(dāng)粘度以便于油膜的形成；潤(rùn)滑油必須有防止高荷重之齒面在滑動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生融著、刮痕等損傷之性質(zhì)；潤(rùn)滑油必須具有能對(duì)抗因長(zhǎng)時(shí)間使用之高溫、濕度而產(chǎn)生氧化之高安定性；潤(rùn)滑油必須有優(yōu)異的消泡性，以抵抗因回轉(zhuǎn)、潤(rùn)滑油起泡而使油膜不易形成；潤(rùn)滑油必須有防蝕防銹之性質(zhì)，防止因潤(rùn)滑油之過(guò)早氧化造成“銹”的產(chǎn)生，混入潤(rùn)滑油中加速齒面的磨擦；

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)齒輪傳動(dòng)行業(yè)的高速發(fā)展，現(xiàn)代齒輪制造業(yè)中，受相關(guān)環(huán)保法規(guī)的制約，齒輪傳動(dòng)中降噪技術(shù)的研究已經(jīng)成為一個(gè)重要的課題。齒輪噪聲控制水平反映了一個(gè)齒輪制造廠(chǎng)的質(zhì)量水平，而且直接影響其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李曉道.淺談如何降低齒輪傳動(dòng)噪音[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（05）：56.

（作者單位：1長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司；

2長(zhǎng)城汽車(chē)底盤(pán)研究院）