齿轮噪声范文

齿轮噪声范文（精选7篇）

齿轮噪声 第1篇

1 齿轮传动噪声起因分析

我们知道, 齿轮传动系统在工作中起着传递运动和承载扭矩的作用, 它的传动通过轮齿的啮合来实现, 从理论上说, 假如齿轮的制造和安装都没有误差, 将不会有噪声的出现或者说可以忽略不计, 但事实上这是不可能的。那么, 齿轮传动产生噪声的具体情况如何呢?我们在铣床噪声的现场测试中发现, 齿轮传动的噪声类型主要有以下几种。

1.1 周期性噪声

这种噪声忽高忽低, 呈周期性变化。它的主要起因是齿轮在加工或 安装时存在齿向误差△Fβ, 造成齿轮端面跳动过大或与其轴心线不垂直, 引起轮齿在旋转 啮合时产生冲击, 且啮合区周期性移动, 因而在齿轮传动时呈现周期性的噪声。

1.2 高频噪声

这种噪声较刺耳, 一般在85dB (A) 左右, 主要是由于齿轮齿向误差或安装时两轴线平行度误差引起。

1.3 高频冲击噪声

这种噪声就象有东西在连续敲击, 而且位置不易辨别, 主要是由齿形误差△Ff 引起。

1.4 低频冲击噪声

这种噪声听起来有明显的打点声和摩擦声, 主要是由齿面上的磕碰和毛刺引起。以下是国内某铣床生产商提供的噪声测试数据, 见表1。

根据《金属切削机床噪声测量方法》 (JB2281-78) 规定的要求, 一般机床噪声标准为83dB (A) 以下, 由表1可见, 铣床的齿轮传动在高速区产生的噪声是不符合要求的。

原部颁标准中, 对齿轮的制造精度规定了12个精度等级, 其中 1、2级是为发展远景规定的, 目前的加工工艺尚未能达到此水平, 7 级为基础级。按齿轮各项误差对传动性能的主要影响, 将齿轮的各项公差分成三个公差组:公差组Ⅰ 传递运动的准确性:通过切向综合公差Fi′、周节累积公差Fp及公法线长度变动公差Fw等来检验齿轮的精度;公差组Ⅱ 传动的平稳性:通过切向相邻一齿综合公差Fi′、径向相邻齿综合公差Fi″及齿形公差Ff等来检验齿轮的精度;公差组Ⅲ 载荷分布的均匀性:通过齿向公差Fβ等来衡量。由此引出本文的论点:引起齿轮传动噪声最主要的原因就是齿轮所承载的各种变载荷力 (瞬时冲击力、周期性力、随机力) 以及这些力对齿轮在制造和安装时所产生的各种误差的作用所产生的结果。那么这些力是如何产生作用的呢?我们以标准斜齿圆柱齿轮传动为例, 它的啮合线单位长度上的计算载荷pca为:

pca=KaKFi/ (bεcosα)

式中:Ka为啮合齿对间载荷分配不均匀系数;K为载荷系数;Ft为圆周切向力;b为齿宽;ε为端面重迭系数;α为齿轮端面压力角。由上式可以看出, 对某一特定齿轮, 首先假设当齿轮轮齿所承载的Ft圆周切向力为一恒定值时, 似乎计算载荷pca也为一恒定值, 其实不然。我们知道, 齿轮在加工时, 每个轮齿齿面的精度不可能非常一致, 会有一定的差异, 由此造成载荷分配不均匀系数Ka也会有一定的差异 (随着精度等级的降低而变大) , 因此, 其计算载荷pca也会有一定的变化, 同时也由于制造精度的原因, 会造成轮齿啮合区周期性地移动, 由此产生瞬时冲击力和周期性力等, 使齿轮在传动时呈现周期性的噪声。而事实上, 齿轮轮齿所承载的 Ft 圆周切向力根本不可能为一恒定值, 因为其动力源和齿轮传动系统 (如机床) 的负载不可能是恒定不变的, 因此更加造成计算载荷pca的波动, 齿轮传动系统的噪声也就不可避免了。

综上所述, 无论是哪种形式的噪声, 都与齿轮的制造和安装精度、齿轮传动的啮合精度有很大的关系。

2 降低、抵御齿轮传动噪声是一个复杂的系统工程

由以上的分析可以看出, 齿轮传动系统噪声的起因并不是一个单一的因素, 而是由许多复杂的因素造成, 因此, 降低、抵御齿轮传动噪声也是一个复杂的系统工程, 以下分各个方面详细论述。

2.1 设计方面

1) 在设计齿轮传动系统时, 不能按传统的思路只以经济因素来确定齿轮精度等级。美国齿轮制造者协会通过大量基础研究, 确认高精度等级齿轮比低精度等级齿轮产生的噪声小得多。这在上面的计算载荷 pca计算公式的论述中已充分说明了, 因此, 在经济条件许可范围内应尽可能提高齿轮的精度等级来减小齿轮传动的噪声。

2) 德国奥帕兹的研究表明, 随着齿轮运转速度的提高, 噪声等级也将提高, 这也可从表1中的数据得到证明, 因此, 应尽可能采用较低的转速。

3) 德国奥帕兹的研究表明, 扭矩恒定时, 小齿宽将比大齿宽的噪声曲线梯度高。这也能从上面的计算载荷 pca计算公式得到论证:当齿轮轮齿宽度 b减小时, 其承受的计算载荷 pca将变大。因此, 设计时可增加齿宽来减小恒定扭矩下的单位负载, 以降低轮齿挠曲, 减小噪声激励, 从而降低传动噪声。

4) 根据齿轮声辐射特性分析, 噪声将随着引起辐射的齿轮端面面积增大而增大, 因此, 可以在齿轮的大端面上设计减重孔来降低噪声。

5) 实践研究表明, 采用圆筒形箱体对减振有利, 在其他条件相同时, 普通结构箱体的噪声比圆筒形箱体噪声级平均高6dB, 因此, 应尽量采用此圆筒形结构, 并对箱体进行共振测试, 在共振位置适当增加筋条板, 也可降低噪声。

2.2 制造方面

1) 齿轮在制造时产生的齿形误差、基节误差、齿向误差是导致齿轮传动噪声的主要误差。齿形误差小、齿面粗糙度值小的齿轮在相同试验条件下, 其噪声级比普通齿轮小10dB;基节误差小的齿轮, 在相同试验条件下, 其噪声级比普通齿轮小6～12dB;齿向误差造成齿轮传动功率不由全齿宽传递, 啮合区在齿面上移动, 因局部受力较大, 轮齿挠曲导致噪声级提高。

2) 随着齿轮硬齿面技术的发展, 齿面精加工显得尤为重要。通过修正齿顶和齿根, 使齿形曲线略有中凸, 调小齿轮的齿形角以减小轮齿啮合时的冲击, 并使小齿轮的基节略大于大齿轮的基节, 这些措施都能明显降低齿轮传动的噪声。

2.3 安装方面

1) 在安装齿轮传动系统时, 应尽量避免机身与基础及连接件之间发生共振。某些要求低传动噪声和振动的齿轮传动系统, 如检测仪器等, 应选用高韧性和高阻尼的基础材料来减少噪声和振动的发生。

2) 齿轮传动系统 (包括轴承、轴承座、齿轮轴和箱体等) 的安装精度直接影响噪声的级别, 因此, 应严格执行装配工艺规程, 在装配时及时检测其安装精度、几何精度。

3) 在安装时, 应防止个别零部件的松动, 如轴承预紧机构、轴系定位机构、限位机构、拨叉等, 以避免系统定位不准、非正常位置啮合、轴系移位等引起振动和噪声。

4) 在安装时, 必须更换由于不当操作而损伤的零部件, 以避免引起系统运动不准确或运动失稳。

2.4 维护方面

1) 保持齿轮传动系统内部的清洁。这是保证齿轮传动系统正常运转的基本条件, 任何杂质、污物的进入都会影响或损伤齿轮传动系统, 并导致噪声的升级恶劣。

2) 必须保证传动系统的正常工作温度, 保证系统得到及时正确的润滑, 避免系统因过高的温升产生变形而导致非正常啮合, 使系统保持在一定的噪声等级范围内, 延缓劣化趋势。

3) 正确使用齿轮传动系统, 在系统的正常负荷范围内使用系统, 这样可以最大限度地避免系统的损伤和损坏, 保证稳定的噪声等级。

4) 定期维护保养齿轮传动系统, 包括换油、更换磨损零部件、紧固松动零部件、清除杂物、调整零部件间隙和相对位置精度等, 可以提高系统抵御噪声等级劣化能力, 维持系 统状态的良好、稳定。

3 结论

齿轮传动系统噪声的研究和控制是一个复杂的系统工程。它涉及齿轮传动的设计、制造、安装、使用和维护直至更新的整个过程, 对设计人员、制造人员, 以及安装、使用和维护人员都提出诸多要求, 上述的每一个环节都必须得到重视和落实, 齿轮传动系统的噪声才能得到有效的控制。

参考文献

[1]机床编辑组.机床精度与测试[M].上海科学技术文献出版社, 1985.

[2]张策.机床噪声———原理及控制[M].天津科技出版社, 1984.

齿轮噪声产生的原因及治理方法 第2篇

关键词：齿轮噪声,影响因素,解决方法

引起齿轮的振动的原因是圆周方向的齿轮的扭转振动, 半径方向轴的弯曲振动引起的, 同时由于这些振动引起齿轮本体的轴向振动和倾斜振动。这些振动, 一部分从空气中发射出去, 同时通过轴承部分的振动, 又引起了齿轮箱的振动。

润滑油的搅拌声以及啮合时从齿槽里喷出润滑油的声音, 在高速时也相当大, 另一方面通过轴承部分, 齿轮的振动传给齿轮箱引起的齿轮箱的振动, 由于声发射的面积很大所以问题很大, 特别是轴承是滚动时, 轴承的噪声也是问题。

1 噪声的测定

1.1 用声级计测量:

机床的噪声声压级在空运转条件下测量, 测量结果应符合GB 15760的规定;测量方法宜符合GB/T 16769的规定。 (表1)

1.2 用耳听:

把耳朵触在箱体、变速手柄或主轴锥孔处听, 不允许有撞击声、杂声, 音质要“悦耳”, 正反转一致。噪音好坏要以耳听为准。

2 噪声的种类和产生的原因

通过声级计测量和耳听测量齿轮噪声能够得到两种结果, 这两个结果产生的原因各不相同, 具体种类、原因分析如下:

2.1 声级计所测量噪声的产生主要是齿轮的振动, 引起齿轮振动的主要原因有:

(1) 齿轮受载时轮齿的变形及刚性的变化; (2) 齿轮的制造误差; (3) 未经磨齿的齿轮的热处理变形; (4) 齿轮轴的制造误差; (5) 齿轮轴的组装误差; (6) 受载时齿轮轴的弯曲扭转变形, 箱体的变形 (7) 驱动机械, 原动机方面传递的振动; (8) 轴承部分的振动及刚性等。

2.2 耳听测量噪声可以理解为齿轮运转时存在撞击声和杂音, 此音质的产生原因比较复杂, 而且声音各不相同;

如抛开上述原由, 单从生产现场的观测和实践中分析噪声的种类和产生的原因, 主要有下列几种: (1) 周期性噪声:这种音用耳听起来是忽高忽低, 周期性发生。产生这种噪声的原因主要是传动齿轮对旋转轴线有偏心、偏摆或齿轮周节累积误差大等造成。 (2) 高频噪声:这种音用耳听起来并不一定难听, 但它使人有一种不舒服感, 离开音源远些听起来很清晰, 用声级计测同, 噪声一般在85分贝左右。产生这种噪声的原因主要是齿轮基节误差不一致, 齿轮啮合成点接触造成。 (3) 尖叫噪声:这种音用耳听起来似哨叫, 产生这种噪音的原因主要是齿轮啮合时齿顶、齿根接触或啮合侧隙过小造成。 (4) 高频冲击噪声:这种音用耳听起来似有东西在连续冲击, 击点不易明显辩别。产生这种噪声的原因主要是齿向接触不好、齿形啮合区过渡线断续、啮合侧隙过大等造成。 (5) 异常噪声:这种音属低频冲击噪声, 用耳听起来有较明显的打点声、咯啦声、摩擦声等。产生这种噪声的原因主要是齿面有毛刺、伤点、齿向倒角不一致、磨齿时漏了齿、拨叉别劲等造成。

以上几种噪声, 少数是一种出现, 多数是两种或两种以上同时出现。有些噪声产生的影响会直接表现在齿轮啮合面上, 观察轮齿啮合面位置与形状的变化可以帮助查找产生撞击声和杂音的原因。

3 影响齿轮噪音的因素与解决方法

3.1 齿轮类型对噪音的影响。

不同类型的齿轮, 由于它们的几何特性不同, 将有不同形式的啮合过程。例如:在载荷与速度相同的条件下, 斜齿轮的噪音可比直齿轮低3~10d B。

3.2 压力角对齿轮噪音的影响。

为了传递一定的功率须保待F为定值。如果增大压力角a, 就得增大齿面法向力Fn, 这在具有摩擦力的实际齿面上就会增大节线冲力和啮合冲力, 因而导致振动和噪音级的增大。

3.3 重合度对齿轮噪音的影响。

轮齿在传递载荷时有不同程度数变动。这样在进入和脱离啮合的瞬间就会产生沿啮合线方向的啮合冲力, 因而造成扭转振动和噪音。

3.4 齿轮精度对噪音的影响。

在单项误差这中, 影响最大的有以下几项: (1) 基节:相邻基节差要控制在3~4微米, 齿圈跳动要控制在0.02毫米以内, 一对齿轮中的基节差要求方向一致。减小基节误差控制好啮合间隙, 振动就会随之减小, 从而有效的控制声级计测量值。 (2) 齿向:齿向误差要求不大于5微米, 且不允许有凸凹现象, 齿尖倒角要两边一致, 全长均匀不允许有高点。减小齿向误差可以降低齿轮运转时产生的撞击声。 (3) 齿形:压力角误差要求不大于5微米, 齿廓要圆滑, 中间只允许稍凸, 但不准凹。同时采用修形齿是改善啮合条件降低噪声的一项有力措施;以上可以降低齿轮运转时产生的杂音。 (4) 齿圈径向跳动:在齿轮噪音里有时产生多种尖叫音, 偏心等引起周节的连续变化, 产生在齿轮回转频率有关的长周期噪音, 人耳对此十分敏感, 特别在高速时影响很大。 (5) 齿面粗糙度:齿轮粗糙度对噪音的影响很大, 特别在此啮合频率高的领域里, 声压级相当高, 发出难听的声音。

3.5 润滑油对噪声的影响。

用润滑油可以降低摩擦噪声, 摩擦噪声在全部噪声内究竟占多大比例还是个问题, 当轮齿的刚度变化很小而且齿轮的误差也很小时, 摩擦噪声有比较大的影响。为了减小在节点的冲击和摩擦噪声, 应适当地增大粘度, 粘度大可以有效的减小摩擦力和防止啮合冲击。在啮合时润滑油从齿槽里被挤出的噪声会影响到整机的噪声, 究竟应当从啮合侧供油, 还是从啮出侧供油, 意见有分歧。润滑油注在啮合点上时, 噪声的高频成分显著增加, 有时发出像汽笛那样的尖叫声。这种噪声主要是由于润滑油的困油现象所造成的。所以适当的润滑油可以减小噪声, 但有时也会成为产生噪声的原因。

解决齿轮噪声, 要使音质“悦耳”这一工作我们也还在试验和摸索阶段, 今后还有待继续探讨、研究和改进, 以期能达到更加完善和有效的作法。

参考文献

[1]陈立德.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社, 2002.

[2]濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社, 1989.

[3]徐锦康.机械原理[M].北京:机械工业出版社, 1994.

压力机齿轮传动及噪声成因分析 第3篇

压力机工作时发出的噪声主要由压力机运转时产生的噪声和冲压工件时产生的噪声两部分组成。齿轮传动噪声是压力机运转时重要的噪声源之一,称之为齿轮噪声。降低齿轮噪声虽然是一个久远的话题了,但其依然具有重大的现实意义。本文以渐开线齿轮为例予以阐述。

中大型压力机中的传动系统都设置有一级、两级或三级齿轮传动,压力机又是周期运转的,因而压力机运转中往往会有一些周期性的齿轮传动噪声发生。按照齿轮传动原理分析,齿轮噪声是不可避免的。所以如何降低齿轮噪声,减少对环境造成的危害,是设计人员努力要做的工作。那么,齿轮传动为什么会伴随有噪声?降低噪声的途径是什么呢?

2 齿轮传动及其噪声分析

渐开线齿轮运转时,相啮合轮齿的两齿廓相互滚动,二者的啮合点轨迹沿着公共啮合线,在节点处啮合时,两齿廓在啮合点处的速度相同,两齿廓间没有相对运动。在节点以外啮合线上的各啮合点处,其速度不相同,两齿廓间就产生了相对滑动,远离节点相差越大,一般齿根的滑动系数大于齿顶的,而且小齿轮齿根的滑动系数大于大齿轮齿根的。有相对滑动运动的地方必然就会发生摩擦,有摩擦就会伴随噪声发生。除此以外,如同摩擦力一样,噪声的大小还和两齿廓间接触力的大小、摩擦系数、材质硬度及表面粗糙度和齿轮的制造安装误差等有关。显然,在已设定的齿轮传动中,噪声和制造及安装误差关系重大。正常的齿轮传动中,多数情况下同时会有两对轮齿啮合,若齿侧间隙较小,还有齿距误差及齿形误差等制造误差存在,就可能造成一对轮齿能勉强完成啮合过程,而第二对轮齿必须随之挤入齿间,导致出现“问题轮齿”。实际上两对啮合的轮齿也可能都会发生挤入状态,这一状态可能发生在全齿廓的啮合过程,也可能是瞬间发生在齿廓的某局部处,总之会发生在齿廓的高度或宽度方向上有误差的地方。显然,即使没加负载,在挤入情况发生的齿廓间都会因挤压发生弹性变形,形成啮合点间附加的接触正压力,使得摩擦力增加,噪声随之加大。所以对压力机而言,在空载时和负载时的空行程过程都会有噪声发生。而在压力机受到冲击负荷的瞬间,啮合轮齿间相对摩擦更大,会引发更大的噪声,若同时再碰到“问题轮齿”,会使噪声更加剧,只是受到负荷时板材变形断裂发出的剧烈声响的掩盖,很难判断。实际中只检测空运转时的噪声。

压力机中,与相啮合的小齿轮相比,偏心大齿轮加工制造过程中容易出现“问题轮齿”,而偏心大齿轮与曲柄相对位置是固定的,因此偏心齿轮中的“问题轮齿”与曲柄相对位置也是固定的。假若压力机空载运转中周期发出噪声,多半都是由这对低速齿轮传动中大齿轮上的“问题轮齿”引发的。

以上分析得知齿轮传动的噪声不可避免,而超标的噪声要殃及人的生命,必须尽可能降低噪声。对于已设定的齿轮,降低齿轮噪声的主要目标是提高齿轮的制造精度、粗糙度及安装精度,相关标准中对此已有明确规定,倘若设计选用合理,强化了加工工艺,加工设备精度高,保证齿轮滚刀等加工刀具准确无误,检测量具先进可靠,就能够达到要求,从而防止“问题轮齿”的出现。

在齿轮传动设计时,为了降低齿轮噪声,应注意几点:首先将各对啮合齿轮的传动比都设为无理数,防止“问题轮齿”重复啮合,同时还可以起到轮齿均匀磨损的作用。

为了减小摩擦系数,加大两个啮合齿廓的硬度差,小齿轮选用中碳合金钢类材料,对齿廓作高频淬火处理(应该先进行跑和运转工序),大齿轮选用球墨铸铁、灰口铸铁、铸钢等铸件。选用粘度较大的润滑油,保证啮合齿廓间有充足的润滑。

优化选用最佳的变位齿轮组合,使得两轮齿根的滑动系数,几何压力系数极大减小,以减轻摩擦,从而减小噪声。还可参考资料中推荐的用以提高齿轮耐磨性的最有利的变为系数。但要验算重叠系数和齿顶宽系数必须达到要求。

很重要的一点是合理选用齿厚和公法线的公差,保证啮合时有足够的齿侧间隙。对此说明如下。

为减轻“问题轮齿”传动中产生的噪声,在压力机设计时可以预先设置较大的齿侧间隙,让啮合的轮齿相对“宽松点”,以减轻摩擦,减小磨擦发出的噪声。这在实际生产中已得到证实。至于其可行性,是因为在压力机中装置的平衡器装置,可以使齿侧间隙始终出现在轮齿的非工作面上,因而间隙不会影响压力机正常运转。

提高齿轮加工的精度,首先要确保齿廓的渐开线形状。和粗糙度相比,后者经过运转跑合后还可以改善,唯独加工出不合格的齿廓形状很难改变。为此首先要选用范成法加工齿轮,保证自动生成渐开线形状齿廓。要求加工刀具、特别是精加工的刀具必须精度高而且耐磨损,精加工时的加工量尽可能小,防止由于刀具磨损,造成加工过程中的误差。为了保证压力机下行时各啮合齿廓的正确性,可将加工的接刀点放到和偏心下死点相对应的上部。还要强调在齿轮安装之后都须进行运转互相研磨跑合的过程,以提高齿廓的精度和粗糙度。

几点建议:关于齿轮公法线的验证。查表计算出齿轮公法线理论长度,其正确性可以在用CAD程序生成的齿形图面上直接测量检查。这和生产中用游标卡尺检测公法线的原理方法相同。按照公法线形成的理论,生产中用游标卡尺上两个卡脚来卡欲测的轮齿两端的齿廓,可测量出齿轮的公法线尺寸。同理,完全可以设法作出两条平行线在齿廓上滚动,代替卡尺中的二个卡脚,在齿廓上任意处都可以检测,平行线间的距离就是公法线的理论长度。

关于啮合齿轮的齿侧间隙计算,因为所标注的公法线长度是无齿侧间隙啮合的理论尺寸,齿侧间隙是由两轮的极限偏差来保证的。很明显齿轮公法线的上下极限偏差表示的是一个齿厚的最小最大减薄量,公法线长度中间包括的几个轮齿间的距离都是以理论齿距存在的,只有两端的齿廓存在着减薄量,相当一个齿厚的减薄量。所以相啮合的一对齿轮中,将两个公法线中上极限偏差的绝对值相加就是最小齿侧间隙,两个下极限偏差的绝对值相加就是最大齿侧间隙。

关于齿侧间隙的选用,设计时在常用的技术要求基础上,可以加大点,但是还不能超过标准中最大值的要求。实施的方法是将各齿轮的齿厚再减薄点,齿间自然就大了。(1)加大轮齿的减薄量。为此将齿轮公法线长度公差按照相应低一级的标准选用。(2)增大啮合齿轮的最小齿侧间隙。采用加大各齿轮公法线中最小减薄量的方法,使最小极限偏差靠近最大值。达到使原公差值缩小三分之一的限值,大齿轮甚至可达到二分之一。其结果就使得两齿轮啮合时的最小齿侧间隙加大了三分之一多,而且还不超标。在小批量和单件生产中乃至在大修时可用选配法确定配对齿轮的齿厚,其目的是使齿侧间隙尽量接近最大值,齿侧间隙的大小在设计、生产、安装中都有用,设计时可要求最小值接近资料中所推荐的最小齿侧间隙中的最大值。现场安装时,首先要复查齿轮公法线,安装前按图纸计算出齿侧间隙的最大和最小值,安装后一定要按要求检测验证,检测时要让轮齿一侧接触,齿侧间隙在一边存在。假若测得的齿侧间隙超过点将会影响到以后的备件供应,但是间隙偏小是不希望的。

现场齿轮模数m的估算。(1)可测量齿距估算模数m,齿距是πm,现场可在接近半齿高的高度上测一个齿厚和齿间的直线距离,再除以π,根据结果估算可知。(2)测顶隙估算模数,顶隙是0.25m,将所测齿轮的径向顶隙除以0.25后可估算出模数。

关于同时啮合的齿轮对数,可由计算一对齿轮的重叠系数得知。保证一对齿轮连续不间断啮合的重叠系数要大于1.3,这个数值表达的意义是当啮合点发生在节点附近时,一对轮齿啮合,这在一对轮齿啮合过程中,大概约占到54%的几率,其余时段都是两对轮齿啮合的。重叠系数2.3时则表示有时是两对轮齿啮合,有时是三对。

说到啮合的齿对问题,这里又引发出关于齿轮弯曲强度的验算问题,长期以来都是按照简化的力学模型,由在齿顶位置上啮合的一对轮齿传递力而计算的,显然过于安全。不仅如此,就是使用的许用应力也是针对当时的材料结构在相对落后的试验条件下得出的。因此有必要做一些基础研究,用现代的技术针对现代的材料进行探讨和试验,以充分发挥材料的潜能,节材降耗。

3 结语

齿轮传动在压力机及相关重工业领域应用广泛,因而降低齿轮传动噪声意义重大。另外,包括有关齿轮的强度计算优化选用变位齿轮等诸多方面问题都需不断更新,还有大量的基础工作要做。相关问题的研究影响深远,现实意义重大,应该受到业内重视。

摘要：齿轮噪声是由轮齿间摩擦引发的,是不可避免的。通过优化设计,优化加工工艺,提高制造精度完全可降低噪声。推荐了相关的几项建议供参考。并且希望加强基础技术研究,为基层提供先进的技术支持。

关键词：机械制造,压力机,齿轮传动,噪声

参考文献

[1]靳栩彬,李鹏德,李彬.降低压力机齿轮传动噪声的几种有效方法.锻压装备与制造技术,2010,45(4).

变速箱齿轮噪声机理及应对措施研究 第4篇

随着汽车工业技术的发展, 汽车已经不再仅仅满足结实耐用的一般需求, 在舒适性特别是车内噪声方面已经有了显著的改善, 怠速工况的车内噪声从几年前的45-46 d B (A) 已经降低到现在42d B (A) 左右, 甚至有些已经达到了40 d B (A) , 要达到这个级别的声压级, 悬置、进排气等系统对车内噪声的影响已经很小, 而动力总成带来的噪声特别是怠速工况下变速箱的噪声对车内噪声的影响已经成为了主要影响因素。

对于匹配手动变速箱的动力总成来说, 发动机在工作过程中活塞往复运动, 将燃烧压力转换为旋转动力, 曲轴每转动两圈, 即活塞往复运动两次才有一次点火, 燃烧在气缸中发生一次, 这样就产生的扭矩波动, 随着发动机追求更好的动力性, 缸内平均有效压力也在不断增大, 这种扭矩波动也越来越大。这一扭矩波动经过离合器传送到变速箱, 尽管有离合器的减振, 但是手动变速箱没有高粘性阻尼的内在液力变矩器[1], 所以无法消除变速箱的噪声。

本文中所研究的MPV车型在怠速工况和匀速80km/h工况, 驾驶员位置均能较明显的听到来自变速箱的噪声, 通过优化离合器刚度和阻尼、优化传递路径等方法, 显著降低了变速箱噪声对车内特别是驾驶员位置影响。

1、变速箱齿轮噪声产生的原因

根据产生原理的不同, 变速箱齿轮噪声可以分别啸叫声 (Gear Whine) 和敲击声 (Gear Rattle) 。

变速箱啸叫声一般是由传递力的那对齿轮副或者多对齿轮副间的传动误差导致, 由于齿轮的相互撞击, 传递力的齿轮会产生形变, 再加上齿轮存在加工误差和齿轮副间存在配合间隙, 使得在齿轮副传递力的过程中不断地产生撞击, 从而形成了啸叫声;其频率范围一般为中高频, 且具有阶次性, 同样还会存在谐波, 即存在一阶、二阶等成分;主阶次的声压级一般较总声压级小10d B (A) 以上, 但是由于其频带很窄且随着转速增加频率也增加, 因而听起来类似口哨声, 所以很容易被人察觉并产生不适感[2,3]。

变速箱的敲击噪声通常是由不传递力的齿轮副导致的, 表现为金属和金属之间的敲击声;由于齿轮副不传递力所以其在旋转方向上没有约束, 很容易受到发动机在运行过程中扭矩波动的影响产生敲击;根据敲击门槛值理论[4], 齿轮敲击噪声受驱动力矩、阻滞力矩和惯性力矩三者影响, 当阻滞力矩小于惯性力矩时, 一般会产生敲击;其频率一般为宽频带, 通常会在某一转速区间产生, 一般会出现在低速区间, 没有阶次性特点, 听起来类似“咔嗒”声或者“哗啦”声。

2、传递路径分析及验证

2.1 变速箱噪声传递路径分析

变速箱齿轮噪声一般通过空气和结构两种传播方式传递到车内, 如图1。通过车身、车门等的孔洞和缝隙、车门密封条及地板等壁板直接传入到车内, 是空气声传播;通过换挡拉索、悬置支架、悬架等与车身的连接部件, 引起车身壁振动从而传递到车内, 是结构声传播。

对于空气声来说, 通常采用的措施提高整车的隔性能, 如提高车身的密封性能、提高车门密封条的接触面积和采用隔吸声性能更好的声学包材料 (特别是地板和防火墙等位置) 等方法。

对于结构声来说, 通常采用传递路径的分析法。对于变速箱噪声来说, 变速箱作为激励源, 并通过悬置、拉索等多个路径传递到车内, 每一个激励分量和车内的响应都有一条传递路径相关联[5]。变速箱则通过某一条路径的激励而产生的车内噪声响应可以表达为:

其中, Hi (w) 为该路径的传递函数;Xi (w) 为某一激励力的力谱。

如果有这样的n条传递路径, 那么车内噪声的声压级可表达为:

2.2 传递路径查找及验证

本文所要研究的车型的动力总成为纵置的布置形式, 变速箱为带有中间轴的5速变速箱 (5个前进档和1个倒档) , 其结构简图见图2。

各级齿数比见下表,

怠速工况时, 驾驶员位置能够明显的听到“哗啦哗啦”的声音和类似吹口哨的声音, 当踩下离合器踏板后此声音消失, 初步判断是由于变速箱内部齿轮或同步环等金属件产生的;通过声音回放可以断定“哗啦哗啦”声音的频率为815Hz左右 (图3中1所圈部分) 。

由于频率较高首先怀疑是空气声传播, 对该车型进行了超声波泄露检查, 发现中通位置的泄漏较严重, 且车身钣金直接裸露, 于是对此部位进行了声学处理, 处理前后的对比见图4。

处理后进行了主观评价, 发现“哗啦”没有明显的变化, 于是决定从结构传递路径查找根源, 又排查了换挡拉索和变速箱悬置支架。通过测试变速箱悬置的隔振测试发现, 变速箱悬置车身侧在840 Hz区间的振动要明显大于发动机左悬置, 变速箱悬置车身侧支架的振幅为2.6 m/s2, 发动机左悬置振幅为0.3 m/s2, 其振动对比见图5。

为了进一步确定800Hz左右的声音是由变速箱悬置这条路径传递到车内的, 对变速箱的变速箱侧支架和车身侧支架进行了FRF (频率响应函数Frequency Response Function) 的测试, 传感器布置方式和测试悬置隔振时相同, 见图6左侧图。

通过对比变速箱悬置的主被动侧支架频率响应结果, 发现同样激励下变速箱侧支架对800Hz的响应更大 (图7中红色实线) , 为了降低变速箱侧悬置支架的频响特性, 在支架上附加了约1000g的质量块 (见图6中的右侧图) , 再次对支架进行了频响函数的敲击测试, 测试结果见图7种绿色虚线, 通过和原状态的响应对比, 可以发现附加质量后在800多Hz频率段的响应明显降低, 且在整个频率段 (0-1600Hz) 没有峰值存在, 效果比较明显。

为了验证效果, 测试了附加质量后怠速工况车内噪声, 与最初状态对比发现, 在815Hz频率附近的峰值有较明显的下降, 降低了近10d B (A) , 同时主观感觉“哗啦”的声音也基本感觉不到, 说明对变速箱悬置主动的支架进行附加质量后可以有效降低变速箱敲击声从悬置支架这条路径传递到车内的能量。

(红色:原状态;绿色虚线:附加质量后)

3、离合器及齿轮优化验证

怠速主观评价时除了能听到“哗啦”声外, 还存在一种类似口哨的声音, 经过声音回放可以确定其频率为261Hz左右 (图3中2号圈位置) , 同时该试验车在匀速80km/h行驶时, 驾驶员右耳位置能听到更加明显的口哨声, 其频率为855Hz, 其频谱如图9所示。

在怠速工况和五档80km/h匀速行驶时发动机转速分别为750rpm和2430rpm, 则发动机激励的基频为:

f80km/h=ne/60=2430/60=405.Hz变速器长啮合齿轮副的齿比为32:21, 那么长啮合主动齿在怠速工况和80km/h的匀速工况激励频率分别为:

f2=f80km/h*n=405.*21=8505.Hz其中n为长啮合齿轮副主动齿数;f1和f2分别为怠速和匀速80km/h时主动齿的激励频率。

通过对比f1和图3中2号圈位置的频率、f2和图9所圈位置的频率基本吻合, 可以断定两种工况听到的口哨声均是由长啮合齿轮副中的主动齿导致的。针对此问题, 首先对原车所配离合器的刚度 (约为40Nm/o) 进行了调整, 降低10%的刚度, 同时增加约10%的阻尼, 调整前后离合器的照片 (弹簧由5圈减少到4圈) , 见图10。

同时, 对长啮合的齿轮进行了齿轮的修形, 尽可能的使齿面在传递力的过程中齿面压力均匀, 降低其传递误差。实施这两个措施后, 怠速工况的测试结果, 见图10, 从colormap图的对比可以明显的看到, 在260Hz频带的颜色明显变浅, 同时主观感觉口哨声基本消失。

从图12的匀速80km/h测试结果对比可以明显的看到, 800Hz频率段的噪声峰值降低了超过10d B (A) , 口哨声已经消失, 车内噪声值也从原状态的67.96 d B (A) 降低到了65.68d B (A) , 主观感觉已无明显的变速箱啸叫声, 效果较好。

通过降低离合器刚度增加阻尼的方法可以降低发动机传递到变速箱的扭矩波动, 降低怠速工况下的变速箱噪声;通过优化长啮合齿轮的齿形, 可以改善齿轮在啮合过程中的接触面, 降低齿轮的传递误差, 从而降低齿轮的啸叫声。

4、结论

通过对变速箱噪声产生机理的分析, 对车内噪声的影响主要通过结构传递和空气传递;

怠速工况下的变速箱敲击声更容易通过结构传递到车内, 需要特别关注换挡拉索和变速箱悬置支架等路径;

通过声音回放的方式可以较容易的判断异响出现的频率, 并根据阶次跟踪的理论可以较快速的判断产生啸叫声的齿轮副;

降低优化离合器刚度、增大阻尼可以降低发动机传递到变速箱的扭矩波动;

优化齿轮的齿形, 保证齿轮在受力的过程中接触面受力均匀, 降低传递误差可以有效地改善齿轮的啸叫声。

摘要：为解决某试验样车在怠速和匀速行驶工况下变速箱噪声问题, 分析了变速箱噪声的特点, 通过频谱分析和阶次分析的理论, 找到了敲击声和啸叫声的频率特点和范围, 并根据传递路径的方法确定了敲击声的传递路径为变速箱悬置的主动侧支架, 啸叫声为长啮合齿轮的主动齿引起的。通过改进变速箱悬置主动侧支架的频率响应降低了敲击声的传递;通过改进离合器刚度和阻尼参数及优化长啮合齿的齿形, 降低了变速箱的啸叫声。

关键词：变速箱噪声,啸叫声,敲击声

参考文献

[1]M.Y Wang, R.Manoj, W.Zhao, 汽车手动变速箱的齿轮敲击模拟和分析[J], 传动技术, 2002, 16 (4) , 27-32.

[2]Ashish Kanase, Yogiraj Mane, Amey Kulkarni, Manual Gearbox Gear Whine Noise Prediction and Importance of Parametric nsitivity in NVH[J], SAE 2013-26-0091.

[3]江会仙, 汽车手动变速箱啸叫的原因分析与改进[D].南京:南京航空航天大学.2014.

[4]李润方, 王建军.齿轮系统动力学[M].北京:科学出版社, 1997.

齿轮噪声 第5篇

机械噪声是机械零件在运转过程中相互间发生碰撞、摩擦、冲力产生振动而发出的噪声。齿轮传动是产生机械噪声的主要来源, 噪声不仅阻碍机械技术的进步, 而且影响着人们的身心健康。所以, 研究其噪声对降低某些机器的声级具有十分重要的意义。

1 机械装置噪声源及噪声的本质

在实际工作中往往把整台机器或装置看作一个声源。这个声源实际是由许多不同功能的零件 (或部件) 在工作时形成的很多声源叠加而成的。如图1所示为一个齿轮减速装置。当它在工作时, 由齿轮啮合过程产生的冲击振动, 将首先传到齿轮的轮体, 并通过轮体表面辐射出空气声 (一次空气声) 。同时, 振动还会经过齿轮传到轴, 由轴而传到轴承, 连同轴承本身产生的振动一起传到箱体表面。由于箱体具有较大的表面, 很容易被激励而产生振动并向外辐射出空气声 (二次空气声) 。在很多情况下, 二次空气声往往成为减速装置总噪声级的主要成分。特别是当齿轮的啮合频率与轴承的振动频率或箱体的固有频率相重合或接近时, 将产生共振而辐射出强烈的噪声。

机器的噪声本质上是由于机器在运转过程中力的变化而产生的。这是由于:

(1) 机器零件的运动不平衡而发声:如旋转的零件 (齿轮、离合器等) 由于不平衡的质量引起力的波动, 电机中磁场力的变化使机器零部件产生激励而发声。

(2) 机器零件间的接触力变化而发声:如齿轮接触面间摩擦力和相对滑动速度的变化而产生节线冲力, 节线冲力的变化产生冲击振动, 因而使机器辐射噪声。

(3) 机器零件与周围媒质之间的相互作用而发声:如风机的叶片旋转, 使周围的空气发生涡流, 气体分子高速撞击而发声。

2 齿轮噪声产生的原因

在齿轮啮合过程中, 节线冲力和啮合冲力是齿轮振动和噪声的激振源。齿轮噪声的产生除了齿轮本身的原因之外, 还有轴、轴承、箱体以及驱动系统和执行机构等方面的原因。产生噪声的全部原因当中, 组装占15%, 制造占30%, 设计占35%, 使用占20%。

2.1 齿轮噪声的特点

齿轮在啮合过程中由于受到节线冲力和啮合冲力的激振, 它们一方面要产生频率为啮合频率和它的高次谐波的受迫振动, 另一方面则要产生频率为固有频率的瞬态自激振动。齿轮噪声有2种表现形式:一种是啮合频率的噪声;另一种是整个齿轮以它的固有频率振动所发生的噪声。也就是说, 在齿轮的噪声频谱中既有啮合频率又有固有频率。这取决于齿轮的精度、轮齿传递载荷的大小等多方面因素。齿轮频谱上各个频率的峰值, 都会随着齿轮转速的升高而加大, 故当齿轮的转速升高时, 齿轮的激振力加大了, 则使振幅加大, 引起齿轮发出高的噪声。

2.2 齿轮的噪声控制

(1) 提高齿轮制造、装配精度。齿轮的啮合冲力主要取决于齿轮的制造精度和装配精度, 提高精度能有效地减小齿轮噪声。齿轮精度的基本要求, 必须控制在GB10995887约等于8级, 线速度高于20 m/s的齿轮, 一定要稳定达到7级精度。在达不到7级精度的情况下, 齿部要倒棱, 要严防齿根凸台。装配方面对齿轮传动噪声影响很大, 装配前要注意清洗齿轮端面的毛刺, 尽量选用同一台机床加工出来的左右旋齿轮, 将有利于降低齿轮的啮合噪声。在安装齿轮传动系统时, 应尽量避免机身与基础及连接件之间发生共振, 及时防止个别零部件的松动。如齿轮预紧机构、轴系定位机构、限位机构、拨叉等。提高齿轮的安装和制造精度达到一定程度后, 再进一步提高, 往往成本是很高的, 有时是很难实现的。因此对齿轮的各项精度指标要分别研究其对噪声的影响, 以便采取针对性的降噪措施。

(2) 降低齿面粗糙度值。啮合齿轮的齿面粗糙度, 控制了轮齿间的摩擦系数。通常, 摩擦系数越小, 齿轮的噪声越低, 一个齿面粗糙度低的齿轮 (磨齿) , 和一个齿面粗糙度高的齿轮 (铣齿) 之间, 大约有4 d B的差别。对于8级精度的齿轮, 齿面粗糙度要求在Ra3.2 mm以上。提高齿轮精度、降低齿面粗糙度可用磨削或磨研等方法。

(3) 从设计参数控制齿轮的噪声。选择齿轮参数时, 应有利于降低齿轮传动的噪声。

1) 对于齿轮结构的选择。不同类型的齿轮, 将引起不同形式的啮合。由于啮合冲力大, 会引起大的噪声。在相同的运转条件下, 直齿圆柱齿轮在啮合的瞬间是整个齿宽的线接触, 而斜齿轮的接触从齿上的一点开始, 向下渐近, 跨过全齿。因此, 它产生的啮合冲力很小。应尽量采用斜齿轮。对于同模数和同齿数的辐板形和整体形, 应尽量采用整体形圆柱齿轮。只要满足强度要求, 齿轮应尽量减轻重量, 这样, 可使齿轮的固有频率降低, 从而降低啮合的噪声。

2) 齿轮压力角。工作压力角不仅由设计者决定, 且随一对啮合齿轮的实际中心距而变化, 中心距加大, 则压力角变大, 反之缩小。一般要求压力角在8°～20°之间。另外, 齿轮在运转过程中, 由于负载的波动会引起轴的变形, 从而产生中心距的变化, 故增加轴的刚性, 将降低齿轮的噪声。

3) 齿数和模数。在选择齿轮的齿数时, 应以多齿数为好。可有效地降低载荷, 产生较小的轮齿变形, 改善啮合齿进入啮合和脱离啮合时的状况, 因此, 有效地降低了齿轮的噪声。在中心距确定的情况下, 尽量取小的模数。

4) 齿宽。由于齿轮齿宽与轮齿的弯曲变形成反比, 即齿宽增加了, 齿的弯曲变形减少, 那么, 噪声也将随齿宽的增加而减少。但当齿宽增加到一定程度时, 在制造过程中容易引起齿向误差和接触不良等情况, 反而使齿轮传动噪声增大。

2.2.4 控制齿形误差

齿轮工作时由于受力的变化, 产生齿轮的一齿面与另一齿的齿尖啮合瞬间的顶撞, 在具有较大的齿形误差时, 顶撞更加厉害。不仅齿形误差的本身对齿轮噪声有很大的影响, 而且齿形误差曲线的形状对噪声也有很大的影响。在节点附近凹下的齿形, 在啮合过程中引起瞬时回转角的变化, 在传动过程中产生冲击和振动, 发出的噪声大。在节点附近凸出的齿形噪声最小, 两者相差10 d B之多, 在高速情况下尤为显著, 故要加工低噪声的高速齿轮, 往往采用造价高的磨齿工艺。

另外, 我们采用齿轮修缘法, 以改善接触。齿形修缘可以只修齿顶, 也可以只修齿根, 或两者均修整。修缘量可分配给一个齿轮, 也可分配给两个齿轮。针对不同模数和齿数, 制定修缘量。但修缘量过大会加大噪声, 故对修缘量要严加控制。得出最佳修缘量, 获得齿轮的最大降噪效果。

2.2.5 改变传动齿轮箱的结构

传动齿轮箱的结构设计是在齿轮传动装置中装设固定杆, 则能改变该装置的固有频率并对箱壁起阻震作用, 减少了声辐射。

3 结语

齿轮传动产生噪声的原因是多方面的, 也是比较复杂的, 涉及齿轮传动的设计、制造、安装、使用和维护直至更新的整个过程。每一个环节都必须得到重视和落实, 齿轮传动系统的噪声才能得到有效的控制。

参考文献

[1]陈步童.内燃叉车噪声污染分析与控制.起重运输机械, 2006 (12)

滚齿加工直齿面齿轮的噪声检测试验 第6篇

在机械工程中, 机械设备的噪声是设备质量优劣的重要标志, 并且直接影响其经济价值[1]。齿轮箱是机械传动中广泛应用的重要部件, 一对齿轮啮合时, 由于不可避免地存在着齿距、齿形等误差, 在运转过程中会产生啮合冲击而发生与齿轮啮合频率相对应的噪声, 齿面之间由于相对滑动也发生摩擦噪声[2]。引起变速箱噪声的原因是错综复杂的, 其中齿轮噪声是一个主要方面[1]。对齿轮副噪声的检查, 采用声级计进行检测, 并结合检测人员的听觉经验来判断齿轮是否符合出厂噪声标准[4]。

1 试验方案

1) 滚齿加工面齿轮。根据转向机外壳和轴的尺寸, 设计并加工出直齿面齿轮和直齿圆柱齿轮。

2) 试验台的搭建。试验台组成:电动机、变频器、输入端传感器、转向机、输出端传感器、工作台、机座、联轴器、声级计、转速转矩传感器、转速转矩测量仪等。

3) 噪声检测。通过调节变频器, 使电动机在不同频率下运行, 频率范围为0~30 Hz, 然后用声级计测出电动机运动稳定后在不同频率下的最大噪声, 绘出频率与最大噪声的曲线图, 并对其进行分析。

2 仪器选型

1) 电动机。电动机型号为Y90L-4型三相异步电动机, 功率1.5 k W, 电压380 V, 电流3.7 A, 转速1 400 r/min, 频率50 Hz, 噪声67 d B。

2) 变频器。变频器型号为晓磊LEI2005-3022型变频器, 输入电压380V, 输出电流5A, 频率50Hz, 功率2.2k W。

3) 声级计。声级计型号为AR-824, A加权, 测量范围为30~130 d B, 测量精确度±1.5 d B, 数位及分辨率5Digits&0.1 d B, 取样频率2s-1。

4) 转矩转速传感器。选用JN338型转矩转速传感器, 转矩准确度>0.5%, 过载能力150%F·S。

5) 转矩转速测量仪。选用JN338M-A转矩转速测量仪, 转速不准确度≤0.2%, 转矩不准确度≤0.2%F·S。

3 噪声检测试验

面齿轮参数:材质为45钢, 模数m=2.5 mm, 压力角α=20°, 齿数Z=42, 外径D=119.5 mm, 内径d=100.5 mm, 齿宽B=9.5 mm。

圆柱齿轮参数:材质为45钢, 模数m=2.5 mm, 压力角α=20°, 齿数Z=37, 齿宽B=20 mm。

本次试验取变频器频率范围在0~30 Hz, 间隔2.5 Hz, 声级计放在离转向机1 m处, 待转向机转速稳定以后, 测出各个频率下的噪声 (见表1) 。

变频器频率与最大噪声曲线图的MATLAB程序如下:

hold on

grid on

由图4可知, 随着频率的增加, 转向机输出转速也不断增大, 最后趋于稳定。当转向机输出转速稳定以后, 频率在0~20 Hz之间, 最大噪声随频率的增大而增大, 超过20 Hz时, 最大噪声不再随着频率的增大而增大, 而是趋于平稳, 稳定在88.6~88.9 Hz之间。由于工厂要求噪声范围在85d B左右, 面齿轮加工、安装等都存在一定的误差, 因此测量值会比理论值偏大, 所以说加工的面齿轮基本符合噪声要求。

4 结语

本文通过对滚齿加工直齿面齿轮进行噪声检测试验, 得到的结果基本符合要求, 进而验证滚齿加工面齿轮方法的可行性, 为以后的加工、检测和改进滚齿机奠定基础。

参考文献

[1]冉昌龙.MQ250汽车传动器齿轮噪声仿真与试验研究[D].长春:吉林大学, 2009.

[2]陈建玲.改善齿轮噪声的措施[J].机械传动, 2004, 28 (1) :61-63.

[3]李凯岭, 孙乃坤, 崔剑平, 等.渐开线齿轮不同形式齿廓偏差对齿轮噪声的影响[J].机械工程学报, 2008, 44 (3) :93-94.

齿轮噪声 第7篇

1 齿轮的理论设计

准双曲面齿轮副在理论设计时, 以下参数对齿轮副的啮合噪声有着较大的影响:

(1) 齿轮副的重合度。准双曲面齿轮在理论计算时, 重合度的大小是影响齿轮副运转强度和噪声的重要指标。准双曲面齿轮副在传递运动的过程中, 由于轮齿之间的接触面积和刚度随齿轮转动而不断变化, 从而引起轮齿之间的啮合冲击, 产生啮合噪声。准双曲面齿轮副在工作时传动误差和实际重合度是影响振动噪音的主要因素。为了降低齿轮的啮合噪声, 应使轮齿间的接触面积和刚度的变化量尽量减少, 通过理论设计计算提高准双曲面齿轮的重合度。增大齿轮副传动的重合度, 有利于改善准双曲面齿轮传动的平稳性和齿面载荷分布的均匀性, 提高齿轮的强度和动态性能。

(2) 从动锥齿轮大端模数。模数是准双曲面齿轮设计的主要参数, 一般而言, 齿轮的模数越大, 轮齿的刚度也就越大, 轮齿在啮合时产生的弹性变形也就越小, 从而降低了轮齿之间的冲击, 降低了噪声。但是随着模数的增大, 也将造成了齿距误差与齿形公差的增大, 所以在选择齿轮的模数时, 应综合考虑。

(3) 齿数。若齿轮的模数固定, 齿数与齿轮的直径成正比, 齿数的变化会引起轮齿弯曲变形量和弹性刚度发生变化。由于噪声的大小和辐射面积有关, 辐射面积越大, 则其辐射的声功率也就越大, 因此大的齿数不利于噪声的控制。

(4) 平均压力角。增大压力角可以使齿轮传动的弯曲强度和接触强度增加, 但同时压力角增大将引起齿轮间作用力的合力及合力的垂直分力的增加, 从而使得噪声增大。减小压力角能降低齿轮噪声, 但也有削弱齿轮强度的不利之处, 因此在设计时要选择合适的压力角。

(5) 中点螺旋角。螺旋角的大小直接影响到齿轮副的纵向重合度, 在模数和齿面宽一定的情况下, 增大螺旋角, 将会增大齿轮副的纵向重合度, 从而提高齿轮副传动的平稳性。在满足轴承使用要求的前提下所选螺旋角应尽量大一些, 使齿轮副能得到更大的接触比。

(6) 齿面宽。齿面宽的过度增加, 会造成齿轮小端齿间宽减小和可用的齿根圆角半径减小, 导致需要更薄和脆弱的刀具刀盘, 给齿轮的制造带来困难。但是适当增加齿面宽有利于增大接触比和提高承载能力, 所以应该结合实际情况选择经济可行的齿面宽。

(7) 接触印痕分析 (TCA) 的理论计算。接触印痕的大小、位置和形状对齿轮副的啮合噪声都会产生影响。齿轮副在进行接触印痕理论计算时, 应尽可能地将印痕调整到最佳位置, 避免边缘接触。边缘接触将产生较大的噪声和异响, 特别是小轮 (或大轮) 的齿顶不应参与啮合, 避免边缘接触的办法是合理的设计传动误差, 控制齿面沿齿高方向的失配量。

2 齿轮的制造精度

在实际的生产制造过程中, 制造齿轮所使用材料的性能、机床的加工精度、工装、夹具及刀具的制造精度、加工工艺的先进性、制造人员的素质及齿轮的制造环境等因素都会直接影响到齿轮的制造精度。齿轮的齿距累积误差、齿距极限偏差、接触印痕的位置及侧隙变动量均会影响准双曲面齿轮副的啮合噪声。制造精度低的齿轮副在啮合运转时, 由于加工误差和齿廓的变形引起的啮合冲量较大, 接触印痕的位置不稳定, 在每个啮合周期内实际重合度的变化很大, 导致噪声较大;制造精度高的齿轮, 啮合冲击主要是由齿廓的变形引起, 接触印痕的位置稳定, 在每个啮合周期的实际重合度变化很小, 所以准双曲面齿轮加工精度越高, 噪声越小, 制造精度是影响齿轮噪声量级的重要因素之一。

控制准双曲面齿轮的制造精度可以从以下几个方面着手:

(1) 注重选材, 钢材入厂后, 首先对钢材的化学成分进行光谱分析, 确定材料成分的准确性。然后进行淬透性试验, 检查钢材的金相组织, 掌握材料的淬透性性能。

(2) 钢材在下料时, 保证齿轮锻件锻造比的合理性。在锻造时严格控制加热温度, 防止温度过高产生组织晶粒粗大。锻坯完成后, 进行正火处理, 处理后检查锻坯的正火硬度及内部金相组织。

(3) 对加工设备精度、工装夹具精度按照工艺要求进行检测, 确保高质量齿轮的制造。

(4) 提高刀具精度。刀具刃磨后, 在找刀仪上严格按照工艺要求对刀具进行检查。

(5) 优化齿轮的切削参数, 控制精切削余量, 控制铣齿时间, 提高刀具的耐用度, 降低齿轮的表面粗糙度, 保证产品质量。

(6) 为了减小热处理变形对试验样件精度的影响, 可采取试验的方法寻找热处理变形规律, 从而有效控制齿轮热处理前、后变形对齿轮接触印痕的影响。

(7) 齿轮热处理后进行研齿或磨齿处理。

3 齿轮副的安装及润滑

由于准双曲面齿轮副在安装过程中存在安装误差, 轮齿在载荷的作用下要发生变形, 这些误差和变形破坏了准双曲面齿轮副传动的啮合关系, 使得齿轮啮合时的实际位置相对于其理论位置发生偏离, 从而导致准双曲面齿轮副的瞬时传动比发生变化, 齿轮副将不能匀速平稳地啮合运转, 时而加速时而减速, 造成轮齿与轮齿之间发生碰撞或冲击, 从而激发齿轮振动, 产生噪声。因此检测准双曲面齿轮副啮合噪声时, 需要保证准双曲面齿轮副的安装精度, 防止由于机床精度和检验夹具精度不高, 造成齿轮啮合噪声大。准双曲面齿轮在装配时, 同样要求整个传动系统的安装精度要满足设计要求, 否则也会造成齿轮副啮合质量和啮合噪声不合格。

润滑油对准双曲面齿轮副传动噪声有着一定的影响, 润滑油不仅能够减小了齿面间的摩擦力, 还能够吸收齿轮振动时产生的噪声, 其降噪量与润滑油的粘度、填充量的多少有关。准双曲面齿轮副采用飞溅润滑时, 添加润滑油太少, 油面过低, 齿轮将得不到充分润滑;油面过高, 会引起过大的搅油损失, 会增加噪音。一般而言, 加润滑油至从动锥齿轮下齿面宽的1/3处即可, 也可以通过试验确定加注润滑油量的多少, 根据试验中润滑油的温度、齿轮的传动噪音和磨损情况进行适量调整。

综上所述, 影响准双曲面齿轮啮合噪声的主要因素涉及到设计、制造、安装及润滑等多个方面, 齿轮副啮合过程中, 由于轮齿制造和安装误差的存在, 导致轮齿啮合对数、啮合点位置及瞬时传动比不断的变化, 使得轮齿刚度不断变化, 在啮合的过程中不断互相撞击, 从而激发齿轮振动产生噪声。由于齿轮振动导致传动系统的不稳定, 不仅会产生噪声, 增大能耗, 影响工作性能, 而且还可能引起疲劳破坏, 造成安全事故, 所以我们必须重视对齿轮噪声的控制。

参考文献

[1]周红新.降低汽车后桥弧齿锥齿轮噪声的方法[J].金属加工 (冷加工) .2004.12