齒輪減速器在機(jī)械傳動(dòng)中降噪問題研究

      在減速器設(shè)計(jì)中，齒輪傳動(dòng)作為主要的功率傳遞和減速裝置，在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是隨著人們對減速器噪音控制要求越來越高，在現(xiàn)代減速器設(shè)計(jì)和制造過程中，齒輪傳動(dòng)噪音的控制已是生產(chǎn)質(zhì)量控制的重要一部分。本文通過分析齒輪傳動(dòng)中噪音產(chǎn)生機(jī)理，研究了齒輪減速器在機(jī)械傳動(dòng)中噪音形成原因，然后根據(jù)噪音產(chǎn)生成因提出了相應(yīng)的降噪措施和處理方法，使噪音的降低有了科學(xué)的理論依據(jù)。

      在工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，齒輪傳動(dòng)是齒輪減速器最主要的部分，也是系統(tǒng)功率傳遞的主要形式，因此齒輪作為機(jī)械傳動(dòng)的主要角色，在整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，但是以往的對于齒輪傳動(dòng)性能的評價(jià)只注重于傳動(dòng)效率、平穩(wěn)性、可靠性等方面，忽略了齒輪傳動(dòng)噪音的問題。隨著人們對于機(jī)械設(shè)備性能品質(zhì)要求的提高，對工作環(huán)境也有了很高的要求，從而使得減速器齒輪傳動(dòng)噪音問題凸顯了出來，成為了機(jī)械傳動(dòng)中急需解決的問題。

齒輪傳動(dòng)中噪音產(chǎn)生機(jī)理

1系統(tǒng)傳動(dòng)誤差

在齒輪傳動(dòng)中，一個(gè)整體機(jī)械系統(tǒng)其組成往往較為復(fù)雜，完整的齒輪箱作為復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)，在力的各種形式轉(zhuǎn)化過程中，會(huì)產(chǎn)生高達(dá)幾十種的固有頻率，因此振動(dòng)形式各式各樣。在物理學(xué)中我們知道，聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的，任何系統(tǒng)傳動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。在系統(tǒng)傳動(dòng)中，振動(dòng)是由系統(tǒng)誤差引起的，系統(tǒng)誤差是導(dǎo)致振動(dòng)的主要原因。

2齒輪傳動(dòng)誤差

齒輪傳動(dòng)中噪音主要產(chǎn)生原因是漸開線誤差或者齒輪間相鄰齒距誤差而造成的。而齒輪傳動(dòng)中振動(dòng)幅度和振動(dòng)頻率是齒輪噪音大小的主要衡量因素，在噪音研究中有著重要的意義。但是在實(shí)際研究中齒輪系統(tǒng)機(jī)械響應(yīng)是非常復(fù)雜的，因此可以通過調(diào)整激勵(lì)來改變系統(tǒng)固有頻率。總而言之，齒輪傳動(dòng)誤差是作用在齒輪和整個(gè)系統(tǒng)的擾動(dòng)因素并使之產(chǎn)生響應(yīng)，從而產(chǎn)生噪音通過空氣向外傳播。

齒輪減速器在機(jī)械傳動(dòng)中噪音成因分析

     參數(shù)因素

齒輪精度是其設(shè)計(jì)和加工品質(zhì)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，高精度的齒輪在機(jī)械傳動(dòng)過程中平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較少的噪音。但是在實(shí)際輪齒設(shè)計(jì)和加工中，出于經(jīng)濟(jì)性原因，為了降低成本，設(shè)計(jì)者往往在滿足基本強(qiáng)度要求下最大限度選用低精度齒輪等級，因此忽略了精度等級，低精度成為齒輪產(chǎn)生噪聲與側(cè)隙的主要因素，造成噪音增大。

• 齒輪寬度

在齒輪傳動(dòng)允許的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，盡可能的增大從動(dòng)齒輪齒寬，這樣可以增大接觸面積，不但能夠提高齒輪受載能力，還可以提高輪齒傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減少振動(dòng)，達(dá)到降噪聲目的。

• 齒距和壓力角

在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)減小齒距能夠增加輪齒嚙合數(shù)量，增加輪齒重合度，從而降低嚙合齒輪撓度，提高傳動(dòng)效率，減少噪音的產(chǎn)生。此外，較小的壓力角可以使得齒輪接觸角和橫向重合度都增大，使得傳動(dòng)平穩(wěn)，降低噪音、提高傳動(dòng)精度。

222精度因素

• 嚙合平穩(wěn)性精度

齒輪的工作平穩(wěn)性精度是指在齒輪傳動(dòng)中對于齒輪瞬時(shí)速比的變化要求。在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)會(huì)多次出現(xiàn)的轉(zhuǎn)角誤差，在輪齒嚙合過程中瞬時(shí)傳動(dòng)比的變化會(huì)使得齒輪產(chǎn)生多次撞擊形成振動(dòng)，這樣使齒輪在傳動(dòng)過程中產(chǎn)生噪音。

• 齒輪接觸精度

齒輪接觸斑點(diǎn)大小是評價(jià)齒輪接觸精度好壞的主要指標(biāo)，接觸斑點(diǎn)過小勢必會(huì)造成齒輪傳動(dòng)噪聲增大。齒輪接觸精度低是由于齒向誤差影響了輪齒橫向接觸面積，而輪齒基節(jié)偏差和齒形誤差都會(huì)對輪齒橫向接觸面積產(chǎn)生影響。

• 齒輪運(yùn)動(dòng)精度

齒輪的運(yùn)動(dòng)精度主要表征了運(yùn)動(dòng)傳遞的準(zhǔn)確性，即齒輪在嚙合一個(gè)周期后轉(zhuǎn)角誤差最大限值。齒輪齒圈徑向跳動(dòng)在齒輪旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)的齒間累計(jì)誤差會(huì)產(chǎn)生低頻噪音，尤其當(dāng)齒間累計(jì)誤差逐漸增大時(shí)，會(huì)在齒輪嚙合時(shí)造成沖擊，從而導(dǎo)致角速度的變化，使得噪音顯著增大。

3     裝配因素

• 齒輪軸向裝配間隙過小

如果齒輪在裝配前沒有將其毛刺及時(shí)清除，將會(huì)導(dǎo)致齒輪端面與前后端蓋之間的滑動(dòng)接合面在嚙合過程中造成接合面的損壞，使得齒輪運(yùn)動(dòng)精度降低，產(chǎn)生噪音。

• 雜物影響

齒輪箱由于雜物進(jìn)入，造成輪齒間磨損加劇，齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中平穩(wěn)度降低，不但降低齒輪傳動(dòng)效率，還會(huì)使得噪音增大。

齒輪減速器在機(jī)械傳動(dòng)中的降噪措施

1齒輪的參數(shù)合理優(yōu)化

• 適當(dāng)增大主動(dòng)齒輪的螺旋角

因?yàn)楫?dāng)螺旋角增大時(shí)，齒輪重合度也會(huì)隨之加大，這樣會(huì)使得噪音大大降低。然后，當(dāng)螺旋角過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致齒輪加工和安裝可操作性變差，對安裝精度要求很高，如果達(dá)不到精度，就會(huì)使實(shí)際的重合度變小，其降噪效果反而比螺旋角較小時(shí)要差，因此要選擇合適的螺旋角。

• 增加從動(dòng)齒輪齒面寬

齒寬適當(dāng)增加會(huì)使得輪齒嚙合度提高，從而使輪齒傳動(dòng)平穩(wěn)性增強(qiáng)。所以齒輪的齒寬越大其平穩(wěn)性越好，降噪效果越好。

• 提高齒輪精度

齒輪精度的提高，將大大提高輪齒表面粗糙度，從而提高齒輪的運(yùn)動(dòng)精度，有效的降低噪音。

2合理選擇齒面硬度、齒輪側(cè)隙

通過實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論：通常模數(shù)齒輪側(cè)隙小于0.04mm時(shí)，噪聲較低。所以在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)適當(dāng)減小齒輪側(cè)隙就可以降低噪音。此外，在相同材料和精度的情況下，軟齒面比硬齒面噪聲要小1.5-6dB，采用主動(dòng)齒輪硬度比從動(dòng)齒輪硬度高2-3HBC時(shí)取C，可有效降低噪聲。

3對齒面進(jìn)行特殊處理

在齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)所允許的情況下，齒輪加工可以選用高阻尼鑄鐵或某些非金屬材料，也可以通過給齒面進(jìn)行涂鍍非金屬材料來進(jìn)行處理。因?yàn)檫x用具有良好塑性和韌性的材料可以減少齒輪嚙合沖力與節(jié)線撞擊，通過減少振動(dòng)與撞擊的方法，就可以有效降噪。

4改善齒輪潤滑條件

齒輪的潤滑要根據(jù)齒輪的圓周速度來選擇適當(dāng)?shù)臐櫥�方式與潤滑油，這樣就可以有效的降低噪音。因此根據(jù)減速器的不同以及工作條件的差異來選擇合適的潤滑方式與潤滑劑。此外，對于在高溫環(huán)境下工作的減速器，僅通過油池潤滑將達(dá)不到潤和要求，因此要結(jié)合循環(huán)油潤滑等方式進(jìn)行潤滑。

5合理設(shè)計(jì)減速箱箱體結(jié)構(gòu)

在減速器齒輪箱箱體設(shè)計(jì)過程中，合理的箱體結(jié)構(gòu)可以增加齒輪傳動(dòng)箱的密封性，使其具有良好的降噪效果。因此齒輪設(shè)計(jì)時(shí)盡可能采用閉式結(jié)構(gòu)，同時(shí)箱體結(jié)合處要安裝減振裝置，同時(shí)將減速器安裝在固定的座體或支撐上，采用這些方法都能夠有效降低噪聲。此外，在對減速器噪音要求較高的情況下，可以在箱體表面設(shè)置阻尼材料層，如泡沫塑料等來降低減速器噪音的產(chǎn)生。