格里森錐齒輪嚙合噪聲控制分析

侯新平

（廣州數(shù)控設(shè)備有限公司，廣東 廣州510535）

1 格里森錐齒輪零件加工的過(guò)程控制

在零件加工過(guò)程中，對(duì)格里森錐齒輪嚙合噪聲的控制除了要確保齒形幾何參數(shù)正確外，還要注意格里森錐齒輪坯料按照?qǐng)D紙正確加工的精度、加工工藝的合理性及對(duì)加工過(guò)程中齒形的調(diào)整。

1.1 注意格里森錐齒輪坯料按照?qǐng)D紙正確加工的精度

在齒輪齒形加工以前的工序，最主要的是要保證齒輪頂錐角、輪冠距、安裝距的精度。在設(shè)計(jì)格里森錐齒輪加工的工裝時(shí)，在結(jié)構(gòu)允許的情況下，最好是用安裝的基準(zhǔn)作為工裝的定位基準(zhǔn)，便于在加工過(guò)程中直接測(cè)量，不產(chǎn)生累積誤差，從而提高格里森錐齒形輪冠距的精度；如果遇到因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的需要不能直接用安裝基準(zhǔn)定位時(shí)，就要將定位基準(zhǔn)、安裝基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)之間進(jìn)行尺寸鏈換算，從而獲得理想的加工齒形。

1.2 確保加工工藝的合理性

格里森錐齒輪最后加工完成后，要保證格里森錐齒形的回轉(zhuǎn)中心線和軸承中心線的同軸度及齒輪裝配后的安裝精度。所以，要根據(jù)材料、熱處理方式的不同選擇正確的加工工藝。建議加工過(guò)程中最好以中心孔為基準(zhǔn)，如果軸中心是空的，就要想辦法制作工藝堵頭，也有可能要做工藝臺(tái)等，在粗精加工不同工序里，最好增加對(duì)研中心孔，熱處理前后也要對(duì)研中心孔，這樣方能為后序加工提供精確的基準(zhǔn)。

1.3 注意對(duì)加工過(guò)程中齒形的調(diào)整

在加工格里森錐齒形時(shí)，首先要對(duì)齒輪做著色檢查，即把紅丹均勻涂在2個(gè)格里森的凸面和凹面，讓2個(gè)格里森錐齒輪安裝在工裝上，做嚙合傳動(dòng)，根據(jù)嚙合的著色情況對(duì)機(jī)床加工的齒形參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，格里森錐齒輪著色嚙合區(qū)大致情況為：在齒高方向上，嚙合著色區(qū)在中間稍偏上較理想；在齒長(zhǎng)方向上，嚙合著色區(qū)在中間稍偏向小端比較理想。因?yàn)楦窭锷F齒輪在負(fù)荷工作時(shí)，根據(jù)實(shí)際受力情況，齒形變形趨勢(shì)是向大端方向。

嚙合情況如下：（1）按齒高方向分，一種是著色嚙合區(qū)在齒根附近，另一種是著色嚙合區(qū)在齒頂附近。這種情況下調(diào)節(jié)水平輪位的參數(shù)就可以解決。（2）按齒長(zhǎng)方向分，一種是著色嚙合區(qū)在小端附近，另一種是著色嚙合區(qū)在大端附近。這種情況下調(diào)節(jié)搖臺(tái)角的參數(shù)就可以解決。（3）按齒面嚙合情況分，一種是著色嚙合區(qū)一端靠近小端齒頂，另一端靠近大端齒根；另一種情況是著色嚙合區(qū)一端靠近小端齒根，另一端靠近大端齒頂。這種情況下調(diào)節(jié)滾動(dòng)比就可以解決。

2 格里森錐齒輪裝配完成后的安裝精度控制

格里森錐齒輪在安裝的時(shí)候要科學(xué)安排裝配工藝，那么在設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮格里森錐齒輪的裝配工藝。根報(bào)筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，讓一對(duì)格里森錐齒輪精確嚙合，也就將是一對(duì)格里森錐齒輪的輪冠距安裝準(zhǔn)確，噪音達(dá)到理想的分貝，格里森錐齒輪加工是一方面，更主要的還是其裝配方法。建議格里森錐齒輪的2個(gè)方向最好都是可調(diào)整的，也就是在格里森錐齒輪的2個(gè)方向上都要設(shè)計(jì)調(diào)整墊片或者別的調(diào)整裝置。根據(jù)裝配的情況先裝配1個(gè)格里森錐齒輪，裝配的尺寸位置要根據(jù)格里森錐齒輪嚙合間隙和輪冠距定，這個(gè)格里森錐齒輪的安裝只是初步安裝，不一定是最佳位置，最佳位置是要安裝第2個(gè)格里森錐齒輪，調(diào)整好嚙合間隙。在嚙合過(guò)程中，通過(guò)檢查這對(duì)格里森錐齒輪的嚙合痕跡來(lái)確定裝配的理想位置（也可采用著色檢查來(lái)確定）：在齒高方向上，嚙合著色區(qū)宜稍偏向頂圓的方向；在齒長(zhǎng)方向，嚙合著色區(qū)在中間稍偏向小端比較理想。在不斷的裝配檢測(cè)過(guò)程中，也可以用分貝儀檢測(cè)噪音的大小，大致確定正確的位置。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，如大端模數(shù)1.5，小齒輪齒數(shù)31，大齒輪齒數(shù)40，軸交角為90°，噪音大致在70 d B以下比較合適。當(dāng)然模數(shù)不一樣，齒數(shù)不一樣，噪音分貝的標(biāo)準(zhǔn)也不可能一樣，這要在實(shí)際的工作中進(jìn)行總結(jié)。

3 格里森錐齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性控制

格里森錐齒輪在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾方面：齒形冠輪上的齒形線是圓弧型的；承載能力高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小；對(duì)安裝誤差和變形不敏感；軸向力大，且隨轉(zhuǎn)向變化，用于轉(zhuǎn)速n≥1 000 r／min或v≥5 m／s及重載的傳動(dòng)，適于成批生產(chǎn)；磨齒后可用于高速v≥40～100 m／s。

格里森錐齒輪齒輪副一般采用等頂隙收縮齒，因?yàn)辇X輪副的頂隙沿齒長(zhǎng)保持與大端相等（即一個(gè)齒輪的頂錐母線與配對(duì)齒輪的根錐母線相平行），頂錐的頂點(diǎn)不與分錐和根錐的頂點(diǎn)重合；增大齒根的圓角半徑，應(yīng)力集中減小，齒根強(qiáng)度提高；增大刀具刀尖的圓角，提高刀具壽命；增加小端齒頂厚度；減少因齒輪錯(cuò)位而造成小端“咬死”的可能性。

在設(shè)計(jì)格里森錐齒輪時(shí)就要根據(jù)輸入扭矩和功率確定格里森小錐齒輪的軸直徑、模數(shù)、材料和熱處理方式，根據(jù)傳動(dòng)比和可能的空間確定格里森小錐齒輪的齒數(shù)、大齒輪的齒數(shù)，從而可以根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算出所需要格里森錐齒輪的各個(gè)參數(shù)。安裝距要根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。

格里森錐齒輪的傳動(dòng)要用軸承做定心，也可能要用軸承定軸向的位置。軸承可以選角軸承，也可選向心球軸承，根據(jù)實(shí)際需要來(lái)定。一般情況下一對(duì)格里森錐齒輪，其中任何1個(gè)齒輪都要有2個(gè)軸承來(lái)支承。從安裝工藝來(lái)說(shuō)，選用2個(gè)向心球軸承裝配時(shí)會(huì)容易些，但裝配后的精度沒(méi)有選用角軸承高。選用角軸承，裝配工藝要復(fù)雜一些，因?yàn)榻禽S承要有軸向預(yù)緊，在調(diào)整格里森錐齒輪的軸向嚙合間隙時(shí)不好控制，有時(shí)候要把預(yù)緊后的角軸承拆下來(lái)，重新調(diào)整后還要再裝上角軸承，然后再預(yù)緊。不管是選用角軸承還是向心球軸承，都要計(jì)算一下格里森錐齒輪在負(fù)載傳動(dòng)時(shí)的最大軸向力，軸承所能承受的軸向力必須比實(shí)際需要的大，這樣才能保證格里森錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正確合理性。

4 格里森錐齒輪的機(jī)加工精度等級(jí)控制

格里森錐齒輪的精度等級(jí)越高，相對(duì)來(lái)說(shuō)噪聲會(huì)越小，但制造成本會(huì)越高。試驗(yàn)研究和使用經(jīng)驗(yàn)表明，齒面粗糙度影響齒輪抗點(diǎn)蝕能力、抗膠合能力和抗彎強(qiáng)度，也影響齒輪的傳動(dòng)精度（噪聲和振動(dòng)），因此設(shè)計(jì)者應(yīng)在齒輪零件圖樣上標(biāo)注出成品狀態(tài)齒面粗糙度的數(shù)值。齒輪精度等級(jí)與粗糙度等級(jí)之間沒(méi)有直接的關(guān)系，但其粗糙度在一定情況下會(huì)影響齒輪的精度等級(jí)，從而使齒輪嚙合的噪聲增加。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，影響格里森錐齒輪嚙合噪聲的因素很多。要根據(jù)設(shè)計(jì)的輸入條件合理控制格里森錐齒輪嚙合噪聲的大小，就要在保證尺寸精度和位置精度的前提下，盡量使工藝經(jīng)濟(jì)合理，更好地為所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品服務(wù)。也就是說(shuō)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原理正確、控制穩(wěn)定可靠，將噪聲控制在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，同時(shí)也要保證經(jīng)濟(jì)節(jié)約。只有在每個(gè)環(huán)節(jié)上都把好關(guān)，才能制造出更合理科學(xué)的格里森錐齒輪，其噪聲也能得到很好的控制。

［1］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

［2］吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008