齿轮传动减振降噪

郝志伟 马驰

【摘 要】对齿轮进行传动时振动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 设计齿轮时对预防噪音的设计

总的来说，基于齿轮传动产生噪音的原因，将其归结为载荷、振动频率、齿轮摩擦以及轴承转动。因此，在对齿轮进行噪音的预防設计上，也应该基于这几点进行重点研究。一是，载荷，针对载荷主要是依旧齿轮的承受的生产重量而言，因此，在对相应生产产品进行齿轮选择时，要依旧产品所能承受的生产重量而定，即根据不同产品所需要的重量对齿轮进行适当的调换，避免部分齿轮传动过程中不能承受相应的重量产生噪音。二是，振动的频率，部分齿轮之间犹豫摩擦大、速度快，造成振动速度过快，进而产生噪音。在对齿轮进行设计中，应当注意齿轮的运转速度，即在一定时间范围内规定其应当运行的周数，而不是任其过快转动。三是，齿轮摩擦，正如上面说到的，齿轮之间摩擦过大，振动过大，相应的产生的噪音也会很大。为减少齿轮之间的摩擦，在选择齿轮时尽量应当选择外表平滑的齿轮，切记不能选择外表粗糙，摩擦力大的齿轮，此外，也可以在齿轮中注入润滑剂，提升齿轮间的有效运转。四是，轴承转动，不仅要求设计者对齿轮轴承的设计，也包括了检验者对齿轮轴承周数的监管。要求，设计者对设计的试论轴承保证期能够承受齿轮传动中应该能承受的误差，以及设计齿轮中预测出的可能存在一定合理范围内的设计缺失。

3齿轮减振降噪的几种途径

由于影响齿轮传动噪声的因素很多，我们可以从多个方面研究降低噪声的方法，其将减低噪音之要点及对策整理如下：

3.1 提高齿轮的精度等级

a.将节距误差、齿形误差、齿沟误差、齿筋误差改小，则噪音自然会变小；

b.研磨齿面，除了改善齿轮之各个精度外，还可改良齿面粗糙度，故对减低噪音有很好的效果。

3.2 适当之齿隙

a.若为脉动性之传动，则较小之齿隙对噪音之降低有帮助；

b.一般较均衡性之负荷，齿隙略大对噪音的降低有好处。

3.3 采用光滑之齿面

研磨、擦磨、砥磨均可达到很理想齿面粗度，另在油中热身运转一段时间也可以改善齿面粗度，这对噪音均有降低作用。

3.4 正确的齿面接触

a.实施齿面彭形加工（crowning）或削端加工（Relieving），防止单片接触，噪音自然会降低；

b.适当的齿形修整对降低噪音也有效：当一对齿轮相啮合时，它们的基节应该相等，传动才能平稳、噪声就小。但是，由于制造误差，使齿轮的基节或大或小时，会在齿轮高速运转或载荷较大时发生撞击和噪声。为了较小轮齿的撞击和噪声，需采用修缘法，就是将轮齿的齿顶修去一些，其修缘方式可分为：直线修缘和曲线修缘。

c.消除齿面上的碰伤或打痕。

3.5 较大的咬合率

a.咬合率越大噪音越小，因此减小压力角或加高齿深均可以增加咬合率；

b.重叠率加大也可以降低噪音，因此螺旋齿轮比正齿轮噪音小。

3.6 较小的齿轮

采用较小之模数及较小的外径。

3.7 较高之刚性

a.加宽齿幅，高刚性之形状对噪音之降低有利；

b.加强齿轮箱及轴类之刚性。

3.8 采用振动减衰率高之材质

a.若为轻负荷回转之齿轮采用塑胶齿轮是很好的选择，但要注意温度上升问题；

b.铸铁齿轮比钢齿轮对降低噪音有效。

3.9 适当之润滑

润滑油是为了使齿轮维持高效率之动力传达，在咬合齿面形成安定的油膜来防止金属接触即是减小摩耗的作用；

a.实施充分之润滑；

b.润滑油的选择：润滑油必须随齿轮转动时速度及温度之不同而保持适当粘度以便于油膜的形成；润滑油必须有防止高荷重之齿面在滑动时所产生融著、刮痕等损伤之性质；润滑油必须具有能对抗因长时间使用之高温、湿度而产生氧化之高安定性；润滑油必须有优异的消泡性，以抵抗因回转、润滑油起泡而使油膜不易形成；润滑油必须有防蚀防锈之性质，防止因润滑油之过早氧化造成“锈”的产生，混入润滑油中加速齿面的磨擦；

4 结束语

随着我国齿轮传动行业的高速发展，现代齿轮制造业中，受相关环保法规的制约，齿轮传动中降噪技术的研究已经成为一个重要的课题。齿轮噪声控制水平反映了一个齿轮制造厂的质量水平，而且直接影响其市场竞争能力。

参考文献：

[1]凌晨.浅析齿轮传动噪音产生原因及降噪设计[J].内江科技，2014（10）：25-26.

[2]李晓道.浅谈如何降低齿轮传动噪音[J].中国高新技术企业，2012（05）：56.

（作者单位：1长城汽车股份有限公司；

2长城汽车底盘研究院）