齒輪傳動噪聲分析與控制

王志哲

摘 要：通常情況下來說，由于齒輪傳動本身具備了一個非常明顯的特點，那就是周期性嚙合，因此沒有辦法防止齒輪出現(xiàn)振動，從而產(chǎn)生了噪聲。對此，本文專門針對齒輪傳動噪聲出現(xiàn)的原因進行了詳細的分析，并且在此基礎(chǔ)上提出了具體控制措施。

關(guān)鍵詞：齒輪傳動；產(chǎn)生噪聲原因；控制措施

中圖分類號：TH132 文獻標(biāo)志碼：A

一般在以下這兩個方面會導(dǎo)致齒輪傳動產(chǎn)生噪聲：一方面，當(dāng)齒輪進行嚙合的時候，因為齒輪與齒輪相互之間會進行滑動，從而產(chǎn)生一種力，那就是摩擦力，與此同時它的方向也會不斷地發(fā)生改變，在碰撞的這一過程當(dāng)中就會使得嚙合沖力出現(xiàn)，這樣就造成了噪聲；另外一個方面，當(dāng)齒輪在進行振動的時候，往往對于減速器當(dāng)中的空氣在一定程度上起到了激勵作用，由于空氣自身能夠膨脹和壓縮，所以當(dāng)其受到了振動影響之后，自然而然會出現(xiàn)膨脹或者是壓縮這種現(xiàn)象，而且也會產(chǎn)生聲波，形成噪聲。

1 齒輪傳動出現(xiàn)噪聲的原因

齒輪進行傳動的時候，因為受到了裝配精度與制造精度等多個不同因素的影響，所以就會使其出現(xiàn)噪聲這種情況。

1.1 嚙合沖擊

當(dāng)一對齒輪在進行嚙合的時候，輪齒就會受到力，那么在這一過程中肯定就會使其出現(xiàn)沖擊變形。但是有新的輪齒在進行嚙合之后，在一定程度上把以前輪齒嚙合載荷降低了，所以受到?jīng)_擊而發(fā)生變形的那部分齒輪會變回原來的形狀，還給了齒輪體切向加速度。與此同時，由于以前那些輪齒在嚙合之后把原來的形狀改變了，造成了新的輪齒在進行嚙合時沒有辦法獲得理論齒廓的平滑接觸，這樣就出現(xiàn)了碰撞現(xiàn)象，最終產(chǎn)生了嚙合沖力。當(dāng)齒輪受到了沖擊力的影響之后，肯定會使其產(chǎn)生比如軸向與徑向以及圓周等多種振動，所以出現(xiàn)了噪聲。

1.2 脈動沖擊

當(dāng)漸開線齒輪進行傳動的時候，齒輪當(dāng)中輪齒接觸點通常會在嚙合線上按照順序一直進行著運動。經(jīng)過一系列研究表明，由于齒輪傳動的時候其嚙合點的位置在不斷地發(fā)生著變化，所以嚙合線上齒廓之間進行滑動而產(chǎn)生的速度也會有所區(qū)別，嚙合開始與結(jié)束這兩個點在這當(dāng)中最大，節(jié)圓切點在這當(dāng)中的滑動速度是零，除此之外，其與滑動速度的大小及方向也會發(fā)生變化。因為這些原因的出現(xiàn)，肯定會使得摩擦力也發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了節(jié)線沖力。摩擦力的滑動速度和節(jié)線沖力大小之間有著直接密切的聯(lián)系。所以說，齒輪摩擦力會隨著齒輪傳動功率的增大而逐漸減弱，而脈動沖擊就會逐漸地增大。輪齒嚙合時沒有辦法預(yù)防脈動沖擊的出現(xiàn)，脈動沖擊的出現(xiàn)必然會讓齒輪出現(xiàn)振動，從而產(chǎn)生了噪聲。

2 齒輪傳動噪聲分析

如果想要使得齒輪傳動噪聲有所降低，那么前提就是需要對其產(chǎn)生噪聲的類別與機理進行詳細的分析。

2.1 類別

通常能夠把齒輪傳動噪聲分成兩類，一類是自鳴噪聲，另外一類是加速度噪聲。所謂自鳴噪聲，指的就是齒輪輪齒在嚙合時由于受到了嚙合力的影響，所以就會使得所有部件出現(xiàn)振動，從而形成的聲輻射。所謂加速度噪聲，指的就是輪齒嚙合過程當(dāng)中，因為其受到了很大的沖擊之后，不僅會使得加速度產(chǎn)生，而且還擾動了其他不同的介質(zhì)，從而形成的聲輻射。

2.2 機理

從開齒齒輪傳動這一角度來說，從傳動軸與輪體等這些不同的地方產(chǎn)生了自鳴噪聲，從輪齒沖擊這個地方產(chǎn)生了加速度噪聲。站在閉式齒輪傳動這一角度上來講，在齒輪體產(chǎn)生振動，然后對傳動軸進行運用之后，使得支座出現(xiàn)了振動現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過齒輪箱箱壁的振動就會產(chǎn)生自鳴噪聲。而加速度噪聲是在對于輪齒箱當(dāng)中的空氣進行輻射的前提條件下，然后運用齒輪箱進行輻射。從這當(dāng)中能夠看出，齒輪傳動噪聲的大小除了和輪齒嚙合動態(tài)激勵之間有著直接密切地聯(lián)系之外，與此同時和箱體結(jié)構(gòu)與輪體結(jié)構(gòu)等也有關(guān)系。齒輪傳動產(chǎn)生噪聲的原因具體表現(xiàn)在了以下幾點：第一，齒輪箱和輪系的接觸精度相對來說不是非常高，軸承間隙不是很合理等。第二，在進行加工齒輪的時候，齒輪的粗糙度非常大與齒輪形狀之間存在相對來說比較大的誤差等。第三，在進行設(shè)計齒輪的時候，齒輪箱的結(jié)構(gòu)沒有具備科學(xué)合理性與沒有對于齒廓的形狀進行修理或者是修理不是非常嚴(yán)格等。

2.3 齒輪傳動噪聲具體控制措施

通過對于齒輪傳動噪聲進行了詳細的分析之后，下面從齒輪的材料方面與種類方面以及集合參數(shù)方面等來對齒輪傳動噪聲進行有效控制。

（1）材料

在選擇齒輪材料的時候，在其強度允許的前提條件下應(yīng)當(dāng)選擇使用一些高阻尼材料，從而對于噪聲控制起到了一定的作用。因為非金屬材料通常能夠使得振動大大地減小，從根本上降低了噪聲，在使得其使用要求得到滿足的基礎(chǔ)上，大齒輪應(yīng)該選擇使用一些金屬材料，而小齒輪應(yīng)該選擇使用一些非金屬材料，只有做到這樣才能夠讓噪聲得到控制。

（2）種類

輪齒嚙合情況往往與齒輪的種類之間有著一定的聯(lián)系，齒輪當(dāng)中的直齒輪輪齒在進行接觸的時候?qū)儆邶X輪寬度的接觸線，雖然斜齒輪也屬于線接觸，與直齒輪不同的是斜齒輪是通過齒頂一端而進行嚙合，在最初階段接觸線慢慢地在變長，然后又慢慢地變短，最終與嚙合脫離了之后才會結(jié)束。因為與直齒輪傳動相互進行比較的話，斜齒輪傳動具有多個方面的優(yōu)勢，比如，斜齒輪傳動嚙合線相對來說比較大與承載能力也比較高等等，這樣斜齒輪傳動所產(chǎn)生的噪聲自然也會低于直齒輪傳動所產(chǎn)生的噪聲。所以，在選擇齒輪的時候，應(yīng)當(dāng)盡可能選擇斜齒輪。

（3）集合參數(shù)

①模數(shù)。如果齒輪的載荷相對來說比較大，那么就需要對于比較大的模數(shù)來進行選擇使用，在這個時候齒根彎曲變形成為了一個非常重要的因素，而且齒輪的模數(shù)越大的話，對于控制噪聲所起到的作用也就越大。如果齒輪的傳遞功率比較小，那么就需要對于比較小的模數(shù)來進行選擇使用，在這個時候齒輪加工誤差作為了一個非常重要的因素，選用比較小的模數(shù)能夠讓齒輪的齒數(shù)大大地增加，對于提高齒輪傳動的平衡性具有極其重要的意義，從而降低了齒輪傳動噪聲。

②直徑和齒數(shù)。假如已經(jīng)確定了齒輪的模數(shù)，這時不管是對其直徑進行了改變，還是對其齒數(shù)進行了改變，都肯定會使得彎曲量或者是彈性剛度在不同程度上發(fā)生變化。從某種角度上來說，雖然加工精度與直徑之間沒有很大的聯(lián)系，可是如果直徑逐漸增大了之后，噪聲的輻射面積自然而然也會不斷地增大。所以必須把齒輪的直徑盡量減小。

（4）控制箱體噪聲

制作箱體的一系列過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)把橡膠涂在箱體里邊或者是盡可能對于那些高阻尼材料進行選擇使用，這樣能夠控制噪聲。除此之外，也可以把箱體內(nèi)壁在一定程度上進行加厚，不僅能夠使其剛度得到了顯著性提高，而且也使得振動大大地減小了，最終使得噪聲得到了控制。

結(jié)語

總而言之，齒輪傳動噪聲和軸承安裝精度以及軸剛度等有著一定的聯(lián)系，如果想要使其噪聲真正的得到控制，那么就必須從制造和使用以及設(shè)計等多個不同的方面進行研究，然后采用有效的控制措施，從而才會使得目標(biāo)得到實現(xiàn)。

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