傳動(dòng)系的齒輪噪聲問(wèn)題及其控制

揚(yáng)州邗江中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校 崔林娟

傳動(dòng)系的齒輪噪聲問(wèn)題及其控制

揚(yáng)州邗江中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校 崔林娟

傳動(dòng)系是發(fā)動(dòng)機(jī)及其動(dòng)力總成的一部分，其中的變速器、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸、差速器和減速器等部件都會(huì)產(chǎn)生噪聲。在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等部件的裝配中都會(huì)應(yīng)用到齒輪的傳動(dòng)，因此，控制傳動(dòng)系齒輪噪聲的影響就成了一個(gè)關(guān)鍵的因素。

齒輪在運(yùn)行時(shí)，不僅受到嚙合的頻率和振動(dòng)因素的影響，還受到齒輪材料本身固有頻率產(chǎn)生振動(dòng)的影響。在強(qiáng)度和剛度允許的條件下，選擇衰減性能好的材料，對(duì)降低齒輪噪聲具有明顯效果。在大齒輪的輪輻上加金屬阻尼環(huán)，依靠阻尼環(huán)與輪輻之間的滑動(dòng)摩擦，耗散振動(dòng)能量，抑制噪聲的輻射，可以有效降低齒輪噪聲。

一、齒輪噪聲的特點(diǎn)

輪齒在嚙合和脫離過(guò)程中產(chǎn)生的周期性沖擊噪聲的基頻即為齒輪的嚙合頻率。改變齒輪的質(zhì)量、剛度及尺寸能改變齒輪的固有頻率，從而改變其與外加激振力的頻率的差值，以防止諧振的發(fā)生。齒輪嚙合頻率計(jì)算公式如下：

式（1）中，n為轉(zhuǎn)速，z為齒輪頻數(shù)。

輪齒表面的粗糙度對(duì)齒輪噪聲影響很大，一般摩擦系數(shù)越小，齒輪的噪聲越小。噪聲的聲級(jí)與齒面的粗糙度近似于線性關(guān)系，一個(gè)齒面粗糙度低的齒輪和一個(gè)齒面粗糙度高的齒輪噪聲級(jí)約差4 dB。除此之外，潤(rùn)滑也控制著摩擦系數(shù)，因此，保持齒輪具有良好的潤(rùn)滑，也可以明顯降低齒輪噪聲。

二、影響齒輪噪聲的主要因素

1.齒輪留磨量。齒頂二面倒角可以降低淬火后齒形誤差對(duì)齒輪噪聲的影響。齒輪淬火后，齒根常常變肥，致使嚙合時(shí)發(fā)生干涉，齒根部會(huì)發(fā)生亮帶，從而產(chǎn)生較大的噪聲。磨小齒輪的齒頂圓、減小嚙合系數(shù)、修磨齒頂?shù)菇嵌际禽^好的解決辦法。對(duì)于磨齒工序、齒面及齒根都有留磨量，但是砂輪的齒頂容易磨損，所以磨出的齒也容易出現(xiàn)齒根變肥；留磨量不當(dāng)，齒根還會(huì)產(chǎn)生凸臺(tái)，所以齒頂二面倒角對(duì)于減少根部干涉是一種很有效的措施。

2.齒輪的齒寬。齒寬與噪聲也有密切關(guān)系，齒寬大，則齒上的單位載荷小，彎曲變形就小，噪聲也就減小。同時(shí)，齒寬較大還可改善齒輪的衰減性能。受齒向精度所制約，齒寬也不能過(guò)大。如果齒輪的直徑較大，齒寬受到限制，則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增加輪輻的厚度，以減少端面振動(dòng)亦提高衰減性能。對(duì)于淬火的齒輪，內(nèi)徑定心若可以保證精度，則可根據(jù)齒圈定心找出正端面磨內(nèi)孔。對(duì)剃齒后高頻淬火的齒輪可以糾正以前工序的齒圈振擺，并解決內(nèi)孔淬火收縮問(wèn)題。

3.齒輪修緣的誤差。齒輪修緣時(shí)，可修齒頂或齒根，也可兩者都修。齒輪修緣一般集中在小齒輪上，這s樣做工序比較簡(jiǎn)單；若考慮到小齒輪的強(qiáng)度問(wèn)題，也可以分配給2個(gè)齒輪。一般齒頂修緣，可獲得2 dB的降噪量；齒頂修緣量在0.02～0.04 mm。修緣量的大小取決于齒輪所承受的動(dòng)載荷、靜載荷、受熱變形誤差、加工誤差等因素。理論計(jì)算的數(shù)值精確度不高，一般由試驗(yàn)確定。在工程實(shí)際中，為了提高齒輪的接觸精度，使齒面承受的載荷均勻，避免輪齒單邊接觸或不規(guī)則的接觸，長(zhǎng)在齒輪的寬度方向修緣，稱(chēng)為齒向修緣。

三、傳動(dòng)系齒輪噪聲的控制

1.齒輪參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式。增大齒輪的模數(shù)會(huì)增加制造難度，增大齒輪的制造誤差，從而增加了工作時(shí)的噪聲。此外，齒輪壓力角的增加也會(huì)造成嚙合過(guò)程的徑向力增加而增大噪聲。在強(qiáng)度允許的條件下，適當(dāng)降低模數(shù)和壓力角，可以降低齒輪噪聲。齒輪設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮重疊系數(shù)；經(jīng)驗(yàn)表明，重疊系數(shù)為2時(shí)，噪聲水平比較低。測(cè)量齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的噪聲時(shí)，可以找出頻率較大的噪聲，聯(lián)系相關(guān)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可以找出噪聲源，從而確定解決措施。但是要找出發(fā)生噪聲的確切頻率，則需用窄頻程的濾波器確定，常用的倍頻程濾波器或1/3倍頻程濾波器能有效地指出聲能在各頻帶的分布，但不能確定峰值頻率。

2.齒輪的制造和工藝。通常在齒輪粗加工和熱處理以后，應(yīng)進(jìn)行剃齒或磨齒等精加工。為減少齒輪在承載后的彈性變形和制造誤差（主要是基節(jié)誤差和齒形誤差）造成的齒頂和齒根處的干涉，在齒輪加工時(shí)通常將干涉部分削去，以降低齒輪工作時(shí)的噪聲。

3.材料和結(jié)構(gòu)。采用高分子材料取代傳統(tǒng)的金屬材料齒輪可以大大降低齒輪噪聲。另外，對(duì)金屬齒輪進(jìn)行阻尼處理，如，在齒輪兩邊涂上阻尼材料、在金屬齒輪體內(nèi)填充大阻尼橡膠等，形成阻尼結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到減振降噪目的。此外，適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑和合理的安裝也能降低齒輪噪聲。

四、結(jié)論

嚙合頻率是齒輪的旋轉(zhuǎn)速度與齒數(shù)的乘積，在實(shí)際工作中，常會(huì)遇到旋轉(zhuǎn)頻率的嚙合諧振，有時(shí)也會(huì)遇到2個(gè)或更多個(gè)干擾力的頻率的復(fù)合振幅。齒面銑出波紋時(shí)可能出現(xiàn)高于嚙合頻率多倍的噪聲，稱(chēng)為類(lèi)嚙合頻率。滾齒與磨齒工藝有時(shí)會(huì)在理論齒廓外范成一個(gè)偽形時(shí)，上述情況就會(huì)發(fā)生。設(shè)計(jì)新型的齒輪的結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)新齒輪制造工藝，研究新型的低噪聲齒輪制造材料，都可以有效降低齒輪噪聲。