【文章內(nèi)容簡介】 理論共軛齒廓,從而產(chǎn)生隨時間變化的動態(tài)嚙合力,因而振動、噪聲的產(chǎn)生也是不可避免的。對于漸開線圓柱齒輪傳動,產(chǎn)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、嚙出的沖擊。(4) 動態(tài)嚙合力。 (5) 由于摩擦力方向的改變而產(chǎn)生的節(jié)點沖擊。這幾種激勵源有一些是互為因果的，例如動態(tài)嚙合剛度受傳動誤差的影響；而嚙合剛度的變化、傳動誤差以及輪齒的嚙入嚙出沖擊的綜合作用，使傳動齒面產(chǎn)生動態(tài)嚙合力；摩擦力方向在節(jié)點處發(fā)生變化又將產(chǎn)生節(jié)點沖擊[2]。對于漸開線齒輪，前三種因素使齒輪噪聲的主要影響因素，由于齒面間的摩擦力方向改變而造成沖擊所產(chǎn)生的噪聲與這三中因素產(chǎn)生的噪聲量值相比是比較小的。 實際上，造成齒輪噪聲的因素很多。通過對汽車、機床、通用機械、減速器等動力傳動齒輪裝置(齒輪模數(shù)，分度圓直徑，齒輪精度相當(dāng)于GBl0095—88中的8級精度以上)的調(diào)查，在噪聲產(chǎn)生的全部原因(見圖2)中，組裝占15％，制造占30％，設(shè)計占35％，使用占20％，如圖1。 齒輪噪聲產(chǎn)生的主要方面 齒輪噪聲產(chǎn)生的原因 齒輪噪聲的構(gòu)成 1．按噪聲頻率特性劃分 齒輪噪聲中包含有與齒輪本體固有頻率和嚙合頻率(往往伴有上、下邊頻)有關(guān)的兩種成分。這兩種成分中包含有高次諧波，通常到三次諧波。 前者是由齒輪嚙合沖擊激發(fā)的齒輪本身的固有振動噪聲，這種噪聲在無負載時尤為明顯。后者產(chǎn)生的噪聲也即為齒輪的加速度噪聲。它是由于輪齒在齒輪嚙合點產(chǎn)生很大的加速度，從而輻射出噪聲。 2. 按噪聲在頻譜中的位置劃分 齒輪噪聲包括高頻噪聲和低頻噪聲。高頻噪聲產(chǎn)生的主要原因是齒輪的基節(jié)偏差。；高頻噪聲產(chǎn)生的次要原因是齒形誤差。低頻噪聲主要是由齒輪的周節(jié)累積誤差所引起的，由于頻率較低，人的聽覺對它感受幣太靈敏，只有當(dāng)周節(jié)累積誤差很大時，才會聽到較火的“隆隆”聲。 3．按噪聲性質(zhì)劃分 由于在齒輪嚙臺頻率成分的噪聲中，還包括有與結(jié)構(gòu)噪聲性質(zhì)不同的空氣動力噪聲。因此齒輪噪聲義可分為結(jié)構(gòu)振動噪聲和空氣及液體動力噪聲。 1)結(jié)構(gòu)振動噪聲。由于輪齒剛度的周期變化及齒輪各種誤差的變化形成了對系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動的激振力，從而引起齒輪周向振動及齒輪軸的彎曲振動，進而產(chǎn)生與嚙合頻率對應(yīng)的齒輪噪聲。2)液體潤滑油噴注產(chǎn)生的噪聲，使齒輪激發(fā)強烈的高頻振動，輻射出噪聲，同時高壓油從齒端高速噴射，射流沖擊齒輪箱體也會引發(fā)嚙合頻率激勵而產(chǎn)生齒頻噪聲及其倍頻噪聲。 齒輪噪聲的影響因素齒輪噪聲更準(zhǔn)確地稱為齒輪傳動噪聲，其聲源為齒輪嚙合傳動中的相互撞擊。齒輪傳動中的撞擊主要由齒輪嚙合剛性的周期性變化以及齒輪傳動誤差和安裝誤差引起。 模數(shù)與齒數(shù)。由于輪齒剛度的周期變化將引起齒輪周向振動及齒輪軸的彎曲振動，進而產(chǎn)生與嚙合頻率對應(yīng)的齒輪噪聲，而輪齒的彎曲強度義與齒輪模數(shù)成正比，加工誤差如齒距誤差和齒形誤差也和模數(shù)成正比。所以，齒輪負荷較人時，輪齒彎曲對齒輪噪聲的影響大于加工誤差的影響；齒輪負荷較小時，則加工誤差的影響大。 若模數(shù)不變而改變齒數(shù)，則齒輪直徑將改變。而噪聲的大小又不一定取決于振源的能最，而是較多取決于噪聲的輻射面積。從這個角度講，加大齒輪直徑對降低噪聲小利。但另一方面，在滿足輪齒彎曲強度的前提下，從降低齒輪加工成本和增加重合系數(shù)的角講，齒輪齒數(shù)以多齒數(shù)為好。齒寬加大可以改善輪齒接觸性能，從而降低噪聲。所以從降低噪聲的角度來看，理想設(shè)計為：(1)選擇合適的材料與熱處理，提高齒輪強度；(2)盡量減小齒輪直徑，以降低輪齒強度；(3)加大齒寬，以彌補輪齒強度的降低。齒輪嚙合系數(shù)越大，降噪越明顯。這是因為較大的嚙合系數(shù)可以改善輪齒的接觸性能。 周節(jié)誤差可造成齒輪嚙合沖擊及角速度變動，對噪聲影響很大。由于從動輪的輪齒在嚙合起點處彎曲最大，加上周節(jié)誤差．振動時大時??；而豐動輪的輪齒在嚙臺終點處彎曲最大，周節(jié)誤差對其影響小，所以應(yīng)在從動輪上采取措施。齒形誤差。單向誤差中，齒彤誤籌剝噪聲影響最大，但兩者不是簡單的止比關(guān)系。不少情況下，噪聲大小不儀取決于齒形誤差的大小，這主要取決于齒形的形狀。由于一般機床機械強度足夠，因此齒形誤差首先要考慮。檢查接觸精度是從根根本上尋找齒輪噪聲產(chǎn)生原因的最好方法。影響它的主要因素有：齒輪的齒形和齒向誤差；齒面?zhèn)?；箱體孔的加工誤差；軸及軸承剛性不足、精度低。齒圈徑向跳動對噪聲影響不顯著，只有當(dāng)齒輪無側(cè)隙嚙合時，齒圈徑向跳動引起輪齒干涉，使噪聲急劇變大。規(guī)定側(cè)隙，可避免產(chǎn)生輪齒間的干涉。側(cè)隙過小，將導(dǎo)致齒間可太緊，噪聲急劇增大；相反，側(cè)隙過火，又將使齒互相撞山，同樣對噪聲影響較大。齒輪軸的中心距誤差要小，否則噪聲盧壓級將劇增。齒輪軸的平行度對噪聲也有影響。為了減少齒輪傳動系統(tǒng)中的振動和噪聲,通常有以下幾個方面的途徑。 選擇材料 減振金屬材料對于減小振動和降低噪聲較有效，由于球墨鑄鐵作等溫淬火處理后獲得貝氏體基體，不僅具有較高的綜合力學(xué)性能，而且具有良好的減振性能，因此球墨鑄鐵目前正在被廣泛用于制造齒輪。在滿足使用要求的情況下，一對嚙合的齒輪，小齒輪用非金屬材料，大齒輪用金屬材料可降低齒輪傳動的噪聲。 齒輪參數(shù) 在設(shè)計中，齒輪參數(shù)的選擇應(yīng)有利于降低齒輪傳動的噪聲。(1)當(dāng)分度圓直徑d=mz一定時，模數(shù)m越小，齒數(shù)z則越多，增加了重合系數(shù)，使載荷分配在較多的輪齒上，使齒面單位壓力減小，不僅降低了傳動噪聲，而且降低了加工成本。(2)如果不能降低齒輪模數(shù)，可首先考慮采用斜齒輪，并適當(dāng)增大螺旋角，這樣可增加重合系數(shù)，增加嚙合線長度，使單位嚙合線上的載荷減小，從而降低噪聲。 螺旋角對噪聲的影響 齒輪結(jié)構(gòu)(1)實驗結(jié)果表明，在同樣齒寬的條件下，如果其它條件相同，齒輪采用整體形結(jié)構(gòu)比輻板式結(jié)構(gòu)噪聲將得到較大幅度下降。 整體形和輻板形齒輪噪聲的比較(2)對于輻板式結(jié)構(gòu)齒輪可通過在輻板上開不規(guī)則的孔、槽，使結(jié)構(gòu)不完全對稱，以改變其振動模態(tài)，降低齒輪噪聲輻射效率，從而降低噪聲。也可降低齒輪重量，使齒輪的固有頻率降低，從而降低了嚙合噪聲。 加工工藝 (1)齒形修緣。一對嚙合的齒輪，其基節(jié)相等時，傳動才能平穩(wěn)。由于存在各種誤差，傳動時會產(chǎn)生“頂刃嚙合’，引起撞擊和噪聲。而“修緣法”就是將從動齒輪齒頂切去一部分，使由基節(jié)誤差產(chǎn)生的“頂刃嚙合”對噪聲的影響程度減小。為此采取了沿漸開線方向的齒頂修緣和齒根微量根切的工藝手段，以達到法向負荷突變量相對減小和“平緩過渡”，從而實現(xiàn)“減振降噪”的目的。 齒頂修緣量(2)采用數(shù)控工藝手段，加工“鼓形齒輪”。每一個齒沿齒向呈鼓形(中間厚、兩端薄)或準(zhǔn)鼓形(中間為較短的直線段兩端呈鼓形弧線)的齒輪，如圖6?！肮男锡X輪”的輪齒在嚙合過程中，由原來的線接觸變?yōu)辄c接觸，在承受負荷后將產(chǎn)生材料的彈性變形，又由點接觸變?yōu)槲⑿〉摹懊妗苯佑|，隨著“跑合”行程的增加，接觸“面”會逐漸擴大，不僅有利于載荷分布狀態(tài)，有利于降低噪聲，還可降低生產(chǎn)成本6％一8％。 鼓形齒截面圖 修形對齒輪噪聲的影響通過適當(dāng)?shù)凝X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(zhuǎn)速相對恒定的工作條件,而短修形則一般應(yīng)用于轉(zhuǎn)速變化,從而使工作載荷小于設(shè)計載荷的情況,如汽車變速箱系統(tǒng)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(dǎo)致的偏載和振動。過去人們總是力求使輪齒的精度盡可能地接近理論齒形，實踐證明，在高速大功率傳動時，符合理論齒形的輪齒反而不能滿足要求。采用齒頂和齒根修緣、齒向修形后，有效改善輪齒的嚙合性能，降低齒輪噪聲。齒輪傳動中的撞擊是產(chǎn)生噪聲的主要原因，因此，消除或減小齒輪傳動中的撞擊是降低噪聲的有效途徑。采用齒輪修形能有效減小齒輪傳動中的撞擊，從而控制齒輪傳動噪聲，因此該方法在齒輪傳動設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。齒輪修形在某些場合下比提高齒輪精度更為有效。雖然提高齒輪精度可以減小齒輪傳動誤差，降低齒輪傳動噪聲（ 尤其是空載狀態(tài)