傳動系的齒輪噪聲問題及其控制

揚州邗江中等專業學校 崔林娟

傳動系的齒輪噪聲問題及其控制

揚州邗江中等專業學校 崔林娟

傳動系是發動機及其動力總成的一部分，其中的變速器、分動器、傳動軸、差速器和減速器等部件都會產生噪聲。在發動機、變速器等部件的裝配中都會應用到齒輪的傳動，因此，控制傳動系齒輪噪聲的影響就成了一個關鍵的因素。

齒輪在運行時，不僅受到嚙合的頻率和振動因素的影響，還受到齒輪材料本身固有頻率產生振動的影響。在強度和剛度允許的條件下，選擇衰減性能好的材料，對降低齒輪噪聲具有明顯效果。在大齒輪的輪輻上加金屬阻尼環，依靠阻尼環與輪輻之間的滑動摩擦，耗散振動能量，抑制噪聲的輻射，可以有效降低齒輪噪聲。

一、齒輪噪聲的特點

輪齒在嚙合和脫離過程中產生的周期性沖擊噪聲的基頻即為齒輪的嚙合頻率。改變齒輪的質量、剛度及尺寸能改變齒輪的固有頻率，從而改變其與外加激振力的頻率的差值，以防止諧振的發生。齒輪嚙合頻率計算公式如下：

式（1）中，n為轉速，z為齒輪頻數。

輪齒表面的粗糙度對齒輪噪聲影響很大，一般摩擦系數越小，齒輪的噪聲越小。噪聲的聲級與齒面的粗糙度近似于線性關系，一個齒面粗糙度低的齒輪和一個齒面粗糙度高的齒輪噪聲級約差4 dB。除此之外，潤滑也控制著摩擦系數，因此，保持齒輪具有良好的潤滑，也可以明顯降低齒輪噪聲。

二、影響齒輪噪聲的主要因素

1.齒輪留磨量。齒頂二面倒角可以降低淬火后齒形誤差對齒輪噪聲的影響。齒輪淬火后，齒根常常變肥，致使嚙合時發生干涉，齒根部會發生亮帶，從而產生較大的噪聲。磨小齒輪的齒頂圓、減小嚙合系數、修磨齒頂倒角都是較好的解決辦法。對于磨齒工序、齒面及齒根都有留磨量，但是砂輪的齒頂容易磨損，所以磨出的齒也容易出現齒根變肥；留磨量不當，齒根還會產生凸臺，所以齒頂二面倒角對于減少根部干涉是一種很有效的措施。

2.齒輪的齒寬。齒寬與噪聲也有密切關系，齒寬大，則齒上的單位載荷小，彎曲變形就小，噪聲也就減小。同時，齒寬較大還可改善齒輪的衰減性能。受齒向精度所制約，齒寬也不能過大。如果齒輪的直徑較大，齒寬受到限制，則設計時應增加輪輻的厚度，以減少端面振動亦提高衰減性能。對于淬火的齒輪，內徑定心若可以保證精度，則可根據齒圈定心找出正端面磨內孔。對剃齒后高頻淬火的齒輪可以糾正以前工序的齒圈振擺，并解決內孔淬火收縮問題。

3.齒輪修緣的誤差。齒輪修緣時，可修齒頂或齒根，也可兩者都修。齒輪修緣一般集中在小齒輪上，這s樣做工序比較簡單；若考慮到小齒輪的強度問題，也可以分配給2個齒輪。一般齒頂修緣，可獲得2 dB的降噪量；齒頂修緣量在0.02～0.04 mm。修緣量的大小取決于齒輪所承受的動載荷、靜載荷、受熱變形誤差、加工誤差等因素。理論計算的數值精確度不高，一般由試驗確定。在工程實際中，為了提高齒輪的接觸精度，使齒面承受的載荷均勻，避免輪齒單邊接觸或不規則的接觸，長在齒輪的寬度方向修緣，稱為齒向修緣。

三、傳動系齒輪噪聲的控制

1.齒輪參數和結構形式。增大齒輪的模數會增加制造難度，增大齒輪的制造誤差，從而增加了工作時的噪聲。此外，齒輪壓力角的增加也會造成嚙合過程的徑向力增加而增大噪聲。在強度允許的條件下，適當降低模數和壓力角，可以降低齒輪噪聲。齒輪設計時，還要考慮重疊系數；經驗表明，重疊系數為2時，噪聲水平比較低。測量齒輪運轉過程中的噪聲時，可以找出頻率較大的噪聲，聯系相關機械運動，可以找出噪聲源，從而確定解決措施。但是要找出發生噪聲的確切頻率，則需用窄頻程的濾波器確定，常用的倍頻程濾波器或1/3倍頻程濾波器能有效地指出聲能在各頻帶的分布，但不能確定峰值頻率。

2.齒輪的制造和工藝。通常在齒輪粗加工和熱處理以后，應進行剃齒或磨齒等精加工。為減少齒輪在承載后的彈性變形和制造誤差（主要是基節誤差和齒形誤差）造成的齒頂和齒根處的干涉，在齒輪加工時通常將干涉部分削去，以降低齒輪工作時的噪聲。

3.材料和結構。采用高分子材料取代傳統的金屬材料齒輪可以大大降低齒輪噪聲。另外，對金屬齒輪進行阻尼處理，如，在齒輪兩邊涂上阻尼材料、在金屬齒輪體內填充大阻尼橡膠等，形成阻尼結構，可以達到減振降噪目的。此外，適當的潤滑和合理的安裝也能降低齒輪噪聲。

四、結論

嚙合頻率是齒輪的旋轉速度與齒數的乘積，在實際工作中，常會遇到旋轉頻率的嚙合諧振，有時也會遇到2個或更多個干擾力的頻率的復合振幅。齒面銑出波紋時可能出現高于嚙合頻率多倍的噪聲，稱為類嚙合頻率。滾齒與磨齒工藝有時會在理論齒廓外范成一個偽形時，上述情況就會發生。設計新型的齒輪的結構形式，創新齒輪制造工藝，研究新型的低噪聲齒輪制造材料，都可以有效降低齒輪噪聲。