齒輪傳動噪音的影響因素

張樹平

（中國重汽集團大同齒輪有限公司， 山西 大同 037000）

引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，齒輪傳動噪音這一因素越來越引起市場的強烈關(guān)注。近年來，中國重汽集團大同齒輪有限公司的齒輪除了磕碰等傳統(tǒng)的市場問題被關(guān)注外，噪音分析也越來越被公司所重視。目前已知的齒輪噪音形成因素大致可從設(shè)計、制造、安裝、維護等方面來分析，本文從設(shè)計和制造角度來分析產(chǎn)生噪音的影響因素。

1 齒輪參數(shù)對齒輪傳動噪音的影響

1.1 壓力角

隨著市場對齒輪噪音的關(guān)注度逐漸升溫，齒頂修緣越來越受大家親睞。齒頂修緣能夠有效降低除共振峰處的動力學響應(yīng)幅值，減少震動和沖擊，而壓力角的大小決定了修緣量的大小。齒輪壓力角增大，齒面接觸正應(yīng)力減小，可有效防止齒面疲勞，但齒輪要傳遞一定的功率就必須保持力的恒定，如果壓力角太大，齒面法向力就會增大，這在具有摩擦力的實際齒面上就會增大節(jié)線沖力和嚙合沖力，從而導致噪音的增大。而適當?shù)膲毫怯捎邶X輪接觸角和橫向重疊比較大，所以運轉(zhuǎn)的噪聲小。

1.2 齒距

小齒距能夠保證有較多的輪齒同時接觸，齒輪重疊增多，減少單個齒輪撓曲，可以有效降低傳動噪聲，提高傳動精度。

1.3 齒寬

齒輪噪音會隨著齒寬的增加而減小。德國H奧帕茲研究表明，在扭矩恒定時，小齒寬比大齒寬的噪聲曲線梯度高。在傳動系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，適當?shù)脑黾育X寬，可以有效減少單位負荷，降低輪齒撓曲，加大齒輪承載能力，減少噪聲激勵，從而降低傳動噪音。但是，增大齒寬使之容易增大由制造安裝齒輪帶來的齒向誤差，因此，常被用到齒向修緣，就是在齒寬一定的情況下變相增加齒面的接觸面積，從而變相增加齒寬[1]。

2 加工精度對齒輪傳動噪音的影響

2.1 齒輪精度

美國齒輪制造協(xié)會曾通過大量的齒輪研究確定，高精度等級的齒輪比低精度的齒輪產(chǎn)生的噪聲要小的多。為了提高齒輪精度，大同齒輪有限公司用砂輪作為刀具來磨削已經(jīng)加工出的齒輪齒面，其精度可達6～3級（JB 179—83）甚至更高，大大提高了齒輪的精度和粗糙度。

2.2 齒形齒向誤差

在制造過程中，齒形誤差和齒向誤差是導致齒輪傳動噪音的主要誤差。齒向誤差導致傳動功率不是通過全齒面的傳遞，接觸位置將轉(zhuǎn)向齒的這端面或那端面，因局部受力所以增大了輪齒的撓曲，導致傳動噪音的產(chǎn)生。齒形誤差對噪音影響非常敏感。齒輪的齒形曲線偏離標準漸開線形狀，其公法線長度誤差也就增大，而齒形誤差的偏離量使得齒頂與齒根互相干擾，導致了齒頂棱邊相嚙合，從而產(chǎn)生振動和噪音。在實際生產(chǎn)過程中，我們根據(jù)實際情況對齒形齒向進行修行，通過對齒形和齒向進行修形，可以有效改善嚙合性能，降低噪音。但是在磨齒過程中還是會出現(xiàn)鼓形亮超差，徑跳超差、齒形中凹等情況，造成齒輪傳動噪音。

3 實例分析

大同齒輪有限公司生產(chǎn)的出口齒輪在裝機試驗時發(fā)現(xiàn)發(fā)動機異響，拆解分析發(fā)現(xiàn)齒輪產(chǎn)生噪音。因齒輪已經(jīng)過多年加工，設(shè)計參數(shù)經(jīng)過驗證不會產(chǎn)生噪音，那么制造過程中生產(chǎn)精度產(chǎn)生噪音[2]。隨后公司對該齒輪進行齒形齒向檢測發(fā)現(xiàn)齒形中凹，如下頁圖1所示。

原因分析：砂輪與齒輪的嚙合是一對空間齒輪的嚙合過程，由于砂輪螺旋升角很小，可看作齒條與齒輪的嚙合，對于標準參數(shù)齒輪與標準齒條嚙合過程中，嚙合齒面對數(shù)在1～2之間，即重合度在1～2之間。當重合度不是整數(shù)時，嚙合齒面的對數(shù)在發(fā)生變化，這樣就會在齒面的法向方向產(chǎn)生一個交變力，這個交變力就是產(chǎn)生中凹齒形的主要原因。

圖1 齒形中凹

改進措施：第一，減小磨削力。因為磨削力的交變分量與總的磨削力的比值基本保持不變，如果能適當?shù)臏p小磨削力，其交變分量也將相對減少，從而減小了工件系統(tǒng)的變形，即減小了齒形中凹的變形。第二，增加工件托盤。對于較大的工件采用圖2式裝夾，由于齒輪自身的回轉(zhuǎn)剛性低且直徑較大，在磨削力交變分量的作用下會產(chǎn)生較大變形，改用增加工件托盤，有效地提高了工件系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)剛性，如圖3所示。

修改驗證：如圖4所示。

圖2 改進前裝夾

圖3 帶工件托盤裝夾

圖4 齒輪齒形齒向示意圖

4 結(jié)語

齒輪傳動噪音的影響因素有很多，合理地設(shè)計齒輪參數(shù)以及有效地提高制造精度在一定程度上可避免噪音，從而實現(xiàn)齒輪的高質(zhì)量傳動。

參考文獻

[1]李啟光.凸輪磨削輪廓誤差機理及精度提高方法研究[D].北京：機械科學研究總院，2014.

[2]黃志軍.運用CAD進行修緣滾刀設(shè)計及包裝分析[J]機械工藝師，2000（9）：20-21.