齿轮传动中减振降噪的探讨

张木菊

摘 要：对齿轮进行传动时噪音出现的原理进行分析，对齿轮在运动过程中如何修复降噪的方法进行讨论，找出合理的解决方式。

关键词：齿轮传动；振动；噪声

1 齿轮传动中振动噪声的产生机理

它是通过轮齿的相互咬合去形成力的运动，就是在定义中一模一样的两个齿轮，也会根据它们之中咬合的次数不一样，造成它的硬度不一样，也会导致情况更激烈并向外散发噪音。当因为制作偏差、位置的偏差和它们受到压力之后的状态，也会在运动中使得齿的轮廓与共轭的轮廓发生一定的偏差，就会造成随着运动过程中逐渐变化的咬合力，所以感受到震动、噪音是不能回避的。对于渐开线圆柱齿轮，产生振动噪声的激励源主要有以下几个方面：（1）啮合刚度的变化；（2）传动误差；（3）轮齿的啮入、啮出冲击；（4）动态啮合力；（5）由于摩擦力方向的改变而产生的节点冲击。

以上提到的5种比较重要的激励源里，假如对外界的因素不进行考虑，就齿轮运作的规律来说，这之中有一定的因果关系，并且一部分从渐开线的齿轮运动时的契合特点确定，比如，动态契合刚度与运作时的出现的误差互相影响，契合刚度变化程度与误差及传动的冲击结合运用，这样就会产生动态契合力。节点处容易致使摩擦力转变方向，这样就会造成节点冲击，这是因为渐开线的齿轮在传动的过程中因契合的特点所确定的，就圆弧传动的过程中，节点不会改变其摩擦力的方向。不过因为圆弧轮齿在运作时是由轴向共轭产生的传动，在跑和之后围绕着轮齿转动的方向瞬时接触，受压变形之后接触的方法会形成恒定的运行轨迹，其接触痕迹在整个环境中沿着齿宽进行移动，这样使得力在一定的地段不断的变化，这也就是出现噪音与振声的重要原因。

上面所说的是关于一种齿轮造成震动和很大的噪音的几种重要的因素，其中重中之重的便是咬合硬度的改变和运动所造成的偏差，通过在日常生活中的调查说明，因为两齿之间的进行相对运动的位置发生变化而形成的噪音是在以上几种要素之间的噪音比所占的分量比重很轻，最重要的是直齿轮的运动，因为变形与轮齿间的误差出现的提前契合与延迟契合，在其齿轮的上部分出现的契合冲击能够根据标准对其齿轮底部与顶部进行调整，或者是螺旋休整来解除隐患。笔者进行分析之后得出，因为在制造时出现的误差，例如螺旋角、安装时造成的误差，例如渐开线轮齿与圆弧形的轮齿在运作的过程中出现的误差与其锯齿波，这种振动噪音是一种在位移的过程激励得出的方程式里的强迫而没有连贯性激励而产生的。要想去除这种在运作过程中的误差依据以往的经验来进行修补是做不到的，这就需要采用拓扑结构在数控床进行轮齿的修补，这就是在齿胚与切齿中的几何联系不属于线性方程式。

如今针对齿轮的动态运作的特点的研究，我们最注重的也就是契合的刚度产生的变化出现的噪音振动。传动时的误差是一个新的讨论点。传动时的误差也就是在瞬时间的轮齿所在的位置与理论标准中共轭输出的齿轮的位置的差距，能够使用角度的方式或者是位置的位置记性计算。这也就是出现误差、安装与其综合分析之后得出的结果。所以这与以往的误差方式既有着相同点又不相同。这个行业之中，齿轮在震动时的特性也就是运作过程中出现的误差，因此，就需要对齿轮的动态特征就行改进，把这个方面作为研究点是很重要的。

值得注意的是，时变啮合刚度和传动误差对齿轮动态特性的影响随齿轮运转速度的高低其影响效果各不相同。在低速运转时，啮合刚度的变化而导致的振动噪声比传动误差所导致的振动噪声要大，而在高速运转时则正好相反。

2 齿轮减振降噪的几种途径

通过适当的齿廓修形，达到齿轮传动过程中的减振降噪，从理论上讲，实际上是减小齿轮的传动误差和啮合刚度变化的幅度，齿廓修形可分为长修形、短修形以及螺旋线方向的修整三种。长修形适用于载荷转速相对恒定的工作条件，而短修形则一般应用于转速变化，从而使工作载荷小于设计载荷的情况，如汽车变速箱系统等。而沿螺旋线方向的修整主要是补偿轴的安装误差以及弯曲变形而导致的偏载和振动。

就轮齿在加工方面来说，通常，增加齿轮的精准加工可以有效的减少在运作的时候出现的振动而发出的噪音。不过一些时候因为滚轮机器与在加工时的精度对齿轮所造成的噪音也是非常重要的，这与精准加工的方式有关系，比如，根据资源分析说明，进行抛光再加工的轮齿出现的噪音比剃齿的噪声要大的多。

进行齿轮设计的过程中，必须要考虑的是在以后的工作中齿轮的动态运作的机能，就噪音在振动时再进行治理是没有办法的。外国在这个问题上做了很多的时间得出了结果，下表1就有多种渐开线轮齿在改进之后的抗噪的能力。

除了这个之外，在一定的条件之下，可以适当的加大螺旋角，这样也能够有效的改善振动。这其中的原因也就是加大了螺旋角，这样轴向负载也更大，契合的长度使得符合程度变小。这种经验是比较足的，例如在国外的某轿车中的圆柱形斜轮齿，这其中的螺旋角的角度超过了三十度。

既然增大螺旋角能增加接触线长度，那么增大齿宽同样能达到增加接触线长度。而事实上，对于不同的齿轮类型，依靠增加齿宽来达到减小振动，其效果有比较明显的差别。例如笔者和其他人的实验结果业已证明，对双圆弧齿轮传动，在轴向重合度一定时，齿宽减小，噪声反而减小，即使轴向重合度减小，随之而来的齿宽减小，在一定范围内噪声也可减小。其原因是：（1）齿宽减小，齿轮质量下降，齿轮共振频率提高，在一般中低转速下，震动量值减小。（2）当重合度一定时，齿宽减小，螺旋角增大，从而可使传动误差减小，这是比较关键的一点。而对于渐开线直齿轮，从理论上讲，齿宽增大，单位齿宽载荷减小，但齿宽增大的同时也增大了对轴的变形和安装误差的敏感程度，极易发生偏载，这需要有比较精确的修形措施来保证。

应该指出的是，上述改进措施联合应用，并不一定能产生良好的减振降噪效果。其原因在于当使用一种改进措施时，随之也会产生新的问题，各改进措施之间互相制约。

从整体上分析，齿轮传动是一个系统，它可分为两个子系统，一是包括齿轮、轴以及轴承在内的轴系系统；二是支撑上述系统的齿轮箱体结构子系统。这两个子系统以轴承为弹性耦合元件组成一个完整的齿轮传动系统。

在齿轮传动系统向外辐射的噪声中，大部分是固体声，其中齿轮箱体辐射的噪声占主要成份，因而应用结构动力学的理论和方法来研究改进齿轮箱体结构，以达到减振降噪的目的是非常有意义的。

3 结束语

减少噪音加大轮齿的运作能力，这项研究非常重要。不过新型的齿轮的出现，也关系到了工刀以及其他方面的一些问题。实际情况来说，在科技不断进步的今天，计算机的辅助的制造与设计都是新型的概念，逐渐的被世人所运用与接收。科技比较发达的国家出现了自由轮齿的设计理念，也就是具体加工与所要达到的设计的目标等，结合多个角度进行分析与探讨，在得出经验之后，采用专门的方式进行设计并制造出来，做好精密度的检测。因为使用了计算机进行设计，出成品的时间并不会很长。了解具体使用的情况进行设计的轮齿与出产，在使用过程中的各方面的性能都会比较好。