齿轮传动噪声分析与控制

王志哲

摘 要：通常情况下来说，由于齿轮传动本身具备了一个非常明显的特点，那就是周期性啮合，因此没有办法防止齿轮出现振动，从而产生了噪声。对此，本文专门针对齿轮传动噪声出现的原因进行了详细的分析，并且在此基础上提出了具体控制措施。

关键词：齿轮传动；产生噪声原因；控制措施

中图分类号：TH132 文献标志码：A

一般在以下这两个方面会导致齿轮传动产生噪声：一方面，当齿轮进行啮合的时候，因为齿轮与齿轮相互之间会进行滑动，从而产生一种力，那就是摩擦力，与此同时它的方向也会不断地发生改变，在碰撞的这一过程当中就会使得啮合冲力出现，这样就造成了噪声；另外一个方面，当齿轮在进行振动的时候，往往对于减速器当中的空气在一定程度上起到了激励作用，由于空气自身能够膨胀和压缩，所以当其受到了振动影响之后，自然而然会出现膨胀或者是压缩这种现象，而且也会产生声波，形成噪声。

1 齿轮传动出现噪声的原因

齿轮进行传动的时候，因为受到了装配精度与制造精度等多个不同因素的影响，所以就会使其出现噪声这种情况。

1.1 啮合冲击

当一对齿轮在进行啮合的时候，轮齿就会受到力，那么在这一过程中肯定就会使其出现冲击变形。但是有新的轮齿在进行啮合之后，在一定程度上把以前轮齿啮合载荷降低了，所以受到冲击而发生变形的那部分齿轮会变回原来的形状，还给了齿轮体切向加速度。与此同时，由于以前那些轮齿在啮合之后把原来的形状改变了，造成了新的轮齿在进行啮合时没有办法获得理论齿廓的平滑接触，这样就出现了碰撞现象，最终产生了啮合冲力。当齿轮受到了冲击力的影响之后，肯定会使其产生比如轴向与径向以及圆周等多种振动，所以出现了噪声。

1.2 脉动冲击

当渐开线齿轮进行传动的时候，齿轮当中轮齿接触点通常会在啮合线上按照顺序一直进行着运动。经过一系列研究表明，由于齿轮传动的时候其啮合点的位置在不断地发生着变化，所以啮合线上齿廓之间进行滑动而产生的速度也会有所区别，啮合开始与结束这两个点在这当中最大，节圆切点在这当中的滑动速度是零，除此之外，其与滑动速度的大小及方向也会发生变化。因为这些原因的出现，肯定会使得摩擦力也发生变化，从而产生了节线冲力。摩擦力的滑动速度和节线冲力大小之间有着直接密切的联系。所以说，齿轮摩擦力会随着齿轮传动功率的增大而逐渐减弱，而脉动冲击就会逐渐地增大。轮齿啮合时没有办法预防脉动冲击的出现，脉动冲击的出现必然会让齿轮出现振动，从而产生了噪声。

2 齿轮传动噪声分析

如果想要使得齿轮传动噪声有所降低，那么前提就是需要对其产生噪声的类别与机理进行详细的分析。

2.1 类别

通常能够把齿轮传动噪声分成两类，一类是自鸣噪声，另外一类是加速度噪声。所谓自鸣噪声，指的就是齿轮轮齿在啮合时由于受到了啮合力的影响，所以就会使得所有部件出现振动，从而形成的声辐射。所谓加速度噪声，指的就是轮齿啮合过程当中，因为其受到了很大的冲击之后，不仅会使得加速度产生，而且还扰动了其他不同的介质，从而形成的声辐射。

2.2 机理

从开齿齿轮传动这一角度来说，从传动轴与轮体等这些不同的地方产生了自鸣噪声，从轮齿冲击这个地方产生了加速度噪声。站在闭式齿轮传动这一角度上来讲，在齿轮体产生振动，然后对传动轴进行运用之后，使得支座出现了振动现象，在此基础上经过齿轮箱箱壁的振动就会产生自鸣噪声。而加速度噪声是在对于轮齿箱当中的空气进行辐射的前提条件下，然后运用齿轮箱进行辐射。从这当中能够看出，齿轮传动噪声的大小除了和轮齿啮合动态激励之间有着直接密切地联系之外，与此同时和箱体结构与轮体结构等也有关系。齿轮传动产生噪声的原因具体表现在了以下几点：第一，齿轮箱和轮系的接触精度相对来说不是非常高，轴承间隙不是很合理等。第二，在进行加工齿轮的时候，齿轮的粗糙度非常大与齿轮形状之间存在相对来说比较大的误差等。第三，在进行设计齿轮的时候，齿轮箱的结构没有具备科学合理性与没有对于齿廓的形状进行修理或者是修理不是非常严格等。

2.3 齿轮传动噪声具体控制措施

通过对于齿轮传动噪声进行了详细的分析之后，下面从齿轮的材料方面与种类方面以及集合参数方面等来对齿轮传动噪声进行有效控制。

（1）材料

在选择齿轮材料的时候，在其强度允许的前提条件下应当选择使用一些高阻尼材料，从而对于噪声控制起到了一定的作用。因为非金属材料通常能够使得振动大大地减小，从根本上降低了噪声，在使得其使用要求得到满足的基础上，大齿轮应该选择使用一些金属材料，而小齿轮应该选择使用一些非金属材料，只有做到这样才能够让噪声得到控制。

（2）种类

轮齿啮合情况往往与齿轮的种类之间有着一定的联系，齿轮当中的直齿轮轮齿在进行接触的时候属于齿轮宽度的接触线，虽然斜齿轮也属于线接触，与直齿轮不同的是斜齿轮是通过齿顶一端而进行啮合，在最初阶段接触线慢慢地在变长，然后又慢慢地变短，最终与啮合脱离了之后才会结束。因为与直齿轮传动相互进行比较的话，斜齿轮传动具有多个方面的优势，比如，斜齿轮传动啮合线相对来说比较大与承载能力也比较高等等，这样斜齿轮传动所产生的噪声自然也会低于直齿轮传动所产生的噪声。所以，在选择齿轮的时候，应当尽可能选择斜齿轮。

（3）集合参数

①模数。如果齿轮的载荷相对来说比较大，那么就需要对于比较大的模数来进行选择使用，在这个时候齿根弯曲变形成为了一个非常重要的因素，而且齿轮的模数越大的话，对于控制噪声所起到的作用也就越大。如果齿轮的传递功率比较小，那么就需要对于比较小的模数来进行选择使用，在这个时候齿轮加工误差作为了一个非常重要的因素，选用比较小的模数能够让齿轮的齿数大大地增加，对于提高齿轮传动的平衡性具有极其重要的意义，从而降低了齿轮传动噪声。

②直径和齿数。假如已经确定了齿轮的模数，这时不管是对其直径进行了改变，还是对其齿数进行了改变，都肯定会使得弯曲量或者是弹性刚度在不同程度上发生变化。从某种角度上来说，虽然加工精度与直径之间没有很大的联系，可是如果直径逐渐增大了之后，噪聲的辐射面积自然而然也会不断地增大。所以必须把齿轮的直径尽量减小。

（4）控制箱体噪声

制作箱体的一系列过程当中，应当把橡胶涂在箱体里边或者是尽可能对于那些高阻尼材料进行选择使用，这样能够控制噪声。除此之外，也可以把箱体内壁在一定程度上进行加厚，不仅能够使其刚度得到了显著性提高，而且也使得振动大大地减小了，最终使得噪声得到了控制。

结语

总而言之，齿轮传动噪声和轴承安装精度以及轴刚度等有着一定的联系，如果想要使其噪声真正的得到控制，那么就必须从制造和使用以及设计等多个不同的方面进行研究，然后采用有效的控制措施，从而才会使得目标得到实现。

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