齒輪傳動減振降噪

郝志偉 馬馳

【摘 要】對齒輪進行傳動時振動噪音出現的原理進行分析，對齒輪在運動過程中如何修復降噪的方法進行討論，找出合理的解決方式。

【關鍵詞】齒輪傳動；振動；噪聲

1 齒輪傳動中振動噪聲的產生機理

它是通過輪齒的相互咬合去形成力的運動，就是在定義中一模一樣的兩個齒輪，也會根據它們之中咬合的次數不一樣，造成它的硬度不一樣，也會導致情況更激烈并向外散發噪音。當因為制作偏差、位置的偏差和它們受到壓力之后的狀態，也會在運動中使得齒的輪廓與共軛的輪廓發生一定的偏差，就會造成隨著運動過程中逐漸變化的咬合力，所以感受到震動、噪音是不能回避的。對于漸開線圓柱齒輪，產生振動噪聲的激勵源主要有以下幾個方面：（1）嚙合剛度的變化；（2）傳動誤差；（3）輪齒的嚙入、嚙出沖擊；（4）動態嚙合力；（5）由于摩擦力方向的改變而產生的節點沖擊。

以上提到的5種比較重要的激勵源里，假如對外界的因素不進行考慮，就齒輪運作的規律來說，這之中有一定的因果關系，并且一部分從漸開線的齒輪運動時的契合特點確定，比如，動態契合剛度與運作時的出現的誤差互相影響，契合剛度變化程度與誤差及傳動的沖擊結合運用，這樣就會產生動態契合力。節點處容易致使摩擦力轉變方向，這樣就會造成節點沖擊，這是因為漸開線的齒輪在傳動的過程中因契合的特點所確定的，就圓弧傳動的過程中，節點不會改變其摩擦力的方向。不過因為圓弧輪齒在運作時是由軸向共軛產生的傳動，在跑和之后圍繞著輪齒轉動的方向瞬時接觸，受壓變形之后接觸的方法會形成恒定的運行軌跡，其接觸痕跡在整個環境中沿著齒寬進行移動，這樣使得力在一定的地段不斷的變化，這也就是出現噪音與振聲的重要原因。

上面所說的是關于一種齒輪造成震動和很大的噪音的幾種重要的因素，其中重中之重的便是咬合硬度的改變和運動所造成的偏差，通過在日常生活中的調查說明，因為兩齒之間的進行相對運動的位置發生變化而形成的噪音是在以上幾種要素之間的噪音比所占的分量比重很輕，最重要的是直齒輪的運動，因為變形與輪齒間的誤差出現的提前契合與延遲契合，在其齒輪的上部分出現的契合沖擊能夠根據標準對其齒輪底部與頂部進行調整，或者是螺旋休整來解除隱患。筆者進行分析之后得出，因為在制造時出現的誤差，例如螺旋角、安裝時造成的誤差，例如漸開線輪齒與圓弧形的輪齒在運作的過程中出現的誤差與其鋸齒波，這種振動噪音是一種在位移的過程激勵得出的方程式里的強迫而沒有連貫性激勵而產生的。要想去除這種在運作過程中的誤差依據以往的經驗來進行修補是做不到的，這就需要采用拓撲結構在數控床進行輪齒的修補，這就是在齒胚與切齒中的幾何聯系不屬于線性方程式。

如今針對齒輪的動態運作的特點的研究，我們最注重的也就是契合的剛度產生的變化出現的噪音振動。傳動時的誤差是一個新的討論點。傳動時的誤差也就是在瞬時間的輪齒所在的位置與理論標準中共軛輸出的齒輪的位置的差距，能夠使用角度的方式或者是位置的位置記性計算。這也就是出現誤差、安裝與其綜合分析之后得出的結果。所以這與以往的誤差方式既有著相同點又不相同。這個行業之中，齒輪在震動時的特性也就是運作過程中出現的誤差，因此，就需要對齒輪的動態特征就行改進，把這個方面作為研究點是很重要的。

值得注意的是，時變嚙合剛度和傳動誤差對齒輪動態特性的影響隨齒輪運轉速度的高低其影響效果各不相同。在低速運轉時，嚙合剛度的變化而導致的振動噪聲比傳動誤差所導致的振動噪聲要大，而在高速運轉時則正好相反。

2 設計齒輪時對預防噪音的設計

總的來說，基于齒輪傳動產生噪音的原因，將其歸結為載荷、振動頻率、齒輪摩擦以及軸承轉動。因此，在對齒輪進行噪音的預防設計上，也應該基于這幾點進行重點研究。一是，載荷，針對載荷主要是依舊齒輪的承受的生產重量而言，因此，在對相應生產產品進行齒輪選擇時，要依舊產品所能承受的生產重量而定，即根據不同產品所需要的重量對齒輪進行適當的調換，避免部分齒輪傳動過程中不能承受相應的重量產生噪音。二是，振動的頻率，部分齒輪之間猶豫摩擦大、速度快，造成振動速度過快，進而產生噪音。在對齒輪進行設計中，應當注意齒輪的運轉速度，即在一定時間范圍內規定其應當運行的周數，而不是任其過快轉動。三是，齒輪摩擦，正如上面說到的，齒輪之間摩擦過大，振動過大，相應的產生的噪音也會很大。為減少齒輪之間的摩擦，在選擇齒輪時盡量應當選擇外表平滑的齒輪，切記不能選擇外表粗糙，摩擦力大的齒輪，此外，也可以在齒輪中注入潤滑劑，提升齒輪間的有效運轉。四是，軸承轉動，不僅要求設計者對齒輪軸承的設計，也包括了檢驗者對齒輪軸承周數的監管。要求，設計者對設計的試論軸承保證期能夠承受齒輪傳動中應該能承受的誤差，以及設計齒輪中預測出的可能存在一定合理范圍內的設計缺失。

3齒輪減振降噪的幾種途徑

由于影響齒輪傳動噪聲的因素很多，我們可以從多個方面研究降低噪聲的方法，其將減低噪音之要點及對策整理如下：

3.1 提高齒輪的精度等級

a.將節距誤差、齒形誤差、齒溝誤差、齒筋誤差改小，則噪音自然會變小；

b.研磨齒面，除了改善齒輪之各個精度外，還可改良齒面粗糙度，故對減低噪音有很好的效果。

3.2 適當之齒隙

a.若為脈動性之傳動，則較小之齒隙對噪音之降低有幫助；

b.一般較均衡性之負荷，齒隙略大對噪音的降低有好處。

3.3 采用光滑之齒面

研磨、擦磨、砥磨均可達到很理想齒面粗度，另在油中熱身運轉一段時間也可以改善齒面粗度，這對噪音均有降低作用。

3.4 正確的齒面接觸

a.實施齒面彭形加工（crowning）或削端加工（Relieving），防止單片接觸，噪音自然會降低；

b.適當的齒形修整對降低噪音也有效：當一對齒輪相嚙合時，它們的基節應該相等，傳動才能平穩、噪聲就小。但是，由于制造誤差，使齒輪的基節或大或小時，會在齒輪高速運轉或載荷較大時發生撞擊和噪聲。為了較小輪齒的撞擊和噪聲，需采用修緣法，就是將輪齒的齒頂修去一些，其修緣方式可分為：直線修緣和曲線修緣。

c.消除齒面上的碰傷或打痕。

3.5 較大的咬合率

a.咬合率越大噪音越小，因此減小壓力角或加高齒深均可以增加咬合率；

b.重疊率加大也可以降低噪音，因此螺旋齒輪比正齒輪噪音小。

3.6 較小的齒輪

采用較小之模數及較小的外徑。

3.7 較高之剛性

a.加寬齒幅，高剛性之形狀對噪音之降低有利；

b.加強齒輪箱及軸類之剛性。

3.8 采用振動減衰率高之材質

a.若為輕負荷回轉之齒輪采用塑膠齒輪是很好的選擇，但要注意溫度上升問題；

b.鑄鐵齒輪比鋼齒輪對降低噪音有效。

3.9 適當之潤滑

潤滑油是為了使齒輪維持高效率之動力傳達，在咬合齒面形成安定的油膜來防止金屬接觸即是減小摩耗的作用；

a.實施充分之潤滑；

b.潤滑油的選擇：潤滑油必須隨齒輪轉動時速度及溫度之不同而保持適當粘度以便于油膜的形成；潤滑油必須有防止高荷重之齒面在滑動時所產生融著、刮痕等損傷之性質；潤滑油必須具有能對抗因長時間使用之高溫、濕度而產生氧化之高安定性；潤滑油必須有優異的消泡性，以抵抗因回轉、潤滑油起泡而使油膜不易形成；潤滑油必須有防蝕防銹之性質，防止因潤滑油之過早氧化造成“銹”的產生，混入潤滑油中加速齒面的磨擦；

4 結束語

隨著我國齒輪傳動行業的高速發展，現代齒輪制造業中，受相關環保法規的制約，齒輪傳動中降噪技術的研究已經成為一個重要的課題。齒輪噪聲控制水平反映了一個齒輪制造廠的質量水平，而且直接影響其市場競爭能力。

參考文獻：

[1]凌晨.淺析齒輪傳動噪音產生原因及降噪設計[J].內江科技，2014（10）：25-26.

[2]李曉道.淺談如何降低齒輪傳動噪音[J].中國高新技術企業，2012（05）：56.

（作者單位：1長城汽車股份有限公司；

2長城汽車底盤研究院）