齿轮传动噪音的影响因素

2018-05-18张树平

机械管理开发 2018年4期

张树平

（中国重汽集团大同齿轮有限公司，山西大同 037000）

引言

随着汽车行业的不断发展，齿轮传动噪音这一因素越来越引起市场的强烈关注。近年来，中国重汽集团大同齿轮有限公司的齿轮除了磕碰等传统的市场问题被关注外，噪音分析也越来越被公司所重视。目前已知的齿轮噪音形成因素大致可从设计、制造、安装、维护等方面来分析，本文从设计和制造角度来分析产生噪音的影响因素。

1 齿轮参数对齿轮传动噪音的影响

1.1 压力角

随着市场对齿轮噪音的关注度逐渐升温，齿顶修缘越来越受大家亲睐。齿顶修缘能够有效降低除共振峰处的动力学响应幅值，减少震动和冲击，而压力角的大小决定了修缘量的大小。齿轮压力角增大，齿面接触正应力减小，可有效防止齿面疲劳，但齿轮要传递一定的功率就必须保持力的恒定，如果压力角太大，齿面法向力就会增大，这在具有摩擦力的实际齿面上就会增大节线冲力和啮合冲力，从而导致噪音的增大。而适当的压力角由于齿轮接触角和横向重叠比较大，所以运转的噪声小。

1.2 齿距

小齿距能够保证有较多的轮齿同时接触，齿轮重叠增多，减少单个齿轮挠曲，可以有效降低传动噪声，提高传动精度。

1.3 齿宽

齿轮噪音会随着齿宽的增加而减小。德国H奥帕兹研究表明，在扭矩恒定时，小齿宽比大齿宽的噪声曲线梯度高。在传动系统允许的范围内，适当的增加齿宽，可以有效减少单位负荷，降低轮齿挠曲，加大齿轮承载能力，减少噪声激励，从而降低传动噪音。但是，增大齿宽使之容易增大由制造安装齿轮带来的齿向误差，因此，常被用到齿向修缘，就是在齿宽一定的情况下变相增加齿面的接触面积，从而变相增加齿宽[1]。

2 加工精度对齿轮传动噪音的影响

2.1 齿轮精度

美国齿轮制造协会曾通过大量的齿轮研究确定，高精度等级的齿轮比低精度的齿轮产生的噪声要小的多。为了提高齿轮精度，大同齿轮有限公司用砂轮作为刀具来磨削已经加工出的齿轮齿面，其精度可达6～3级（JB 179—83）甚至更高，大大提高了齿轮的精度和粗糙度。

2.2 齿形齿向误差

在制造过程中，齿形误差和齿向误差是导致齿轮传动噪音的主要误差。齿向误差导致传动功率不是通过全齿面的传递，接触位置将转向齿的这端面或那端面，因局部受力所以增大了轮齿的挠曲，导致传动噪音的产生。齿形误差对噪音影响非常敏感。齿轮的齿形曲线偏离标准渐开线形状，其公法线长度误差也就增大，而齿形误差的偏离量使得齿顶与齿根互相干扰，导致了齿顶棱边相啮合，从而产生振动和噪音。在实际生产过程中，我们根据实际情况对齿形齿向进行修行，通过对齿形和齿向进行修形，可以有效改善啮合性能，降低噪音。但是在磨齿过程中还是会出现鼓形亮超差，径跳超差、齿形中凹等情况，造成齿轮传动噪音。

3 实例分析

大同齿轮有限公司生产的出口齿轮在装机试验时发现发动机异响，拆解分析发现齿轮产生噪音。因齿轮已经过多年加工，设计参数经过验证不会产生噪音，那么制造过程中生产精度产生噪音[2]。随后公司对该齿轮进行齿形齿向检测发现齿形中凹，如下页图1所示。

原因分析：砂轮与齿轮的啮合是一对空间齿轮的啮合过程，由于砂轮螺旋升角很小，可看作齿条与齿轮的啮合，对于标准参数齿轮与标准齿条啮合过程中，啮合齿面对数在1～2之间，即重合度在1～2之间。当重合度不是整数时，啮合齿面的对数在发生变化，这样就会在齿面的法向方向产生一个交变力，这个交变力就是产生中凹齿形的主要原因。

图1 齿形中凹

改进措施：第一，减小磨削力。因为磨削力的交变分量与总的磨削力的比值基本保持不变，如果能适当的减小磨削力，其交变分量也将相对减少，从而减小了工件系统的变形，即减小了齿形中凹的变形。第二，增加工件托盘。对于较大的工件采用图2式装夹，由于齿轮自身的回转刚性低且直径较大，在磨削力交变分量的作用下会产生较大变形，改用增加工件托盘，有效地提高了工件系统的回转刚性，如图3所示。

修改验证：如图4所示。