齒輪噪音影響因素二:齒輪加工及輪系與齒輪箱方面
來(lái)源:騰鑫 發(fā)布時(shí)間:2021-12-21 瀏覽次數(shù):
1、齒輪精度方面
齒輪的加工精度對(duì)齒輪系統(tǒng)噪聲有著重要的影響。一般來(lái)說(shuō),提高加 工精度有助于降低齒輪系統(tǒng)的噪聲。但提高加工精度要受加工成本的限制,且初始的加工精度越高,提高精度的降噪效果也越不明顯。
在各單項(xiàng)輪齒誤差中,齒形誤差對(duì)噪聲的影響最大。齒形誤差大,則齒輪噪聲大,但兩者間并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。因?yàn)樵肼暤拇笮?,不僅取決于齒形誤差的大小,更主要的是取決于齒形形狀。實(shí)驗(yàn)證明,略帶鼓形的齒形形狀,有利于降低噪聲。
關(guān)于齒輪輪齒側(cè)隙對(duì)噪聲的影響,一般說(shuō)來(lái),如果側(cè)隙過(guò)小,噪聲會(huì)急劇增大,而側(cè)隙稍大些對(duì)噪聲的影響并不大。
2、齒輪加工方法方面
齒輪加工的方法有多種,一般說(shuō)來(lái),加工方法與齒輪噪聲沒(méi)有十分固定的關(guān)系,因?yàn)檫€要受到加工技術(shù)的影響。通常,不同的加工方法將產(chǎn)生不同的齒面粗糙度,改善齒面粗糙度有利于降低噪聲。
3、輪系及齒輪箱方面
(1)齒輪輪體結(jié)構(gòu)方面
齒輪輪體的結(jié)構(gòu)對(duì)齒輪系統(tǒng)的噪聲有重要影響。
首先,在輪齒動(dòng)態(tài)激勵(lì)力作用下,輪體作為一個(gè)彈性體會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)并輻射噪聲。其次,作用在輪齒上的動(dòng)態(tài)激勵(lì)力會(huì)通過(guò)輪體傳給傳動(dòng)軸,并進(jìn)而傳至軸承和箱體。再則,輪體的結(jié)構(gòu)還會(huì)影響輪齒嚙合過(guò)程的傳遞誤差,反過(guò)來(lái)又會(huì)影響動(dòng)態(tài)激勵(lì)力的大小。 為此,我們可以從減少齒輪體噪聲輻射及減小齒輪體振動(dòng)的傳遞兩方面來(lái)降低噪聲。
減少齒輪體噪聲輻射
一般說(shuō)來(lái),噪聲的大小除與振源能量有關(guān)外,主要決定于輻射面積.因此減小齒輪的表面積,可以減小噪聲的輻射面積,從而降低輻射噪聲。此外,齒輪的形狀與噪聲大小也有一定關(guān)系,例如齒坯越厚、直徑越小,噪聲也越小。
減小齒輪體振動(dòng)的傳遞
對(duì)此,我們可以采用一些復(fù)合結(jié)構(gòu),或在齒輪體中間填入振動(dòng)衰減材料來(lái)增大齒輪的阻尼效應(yīng),從而減小振動(dòng)的傳遞,來(lái)降低噪聲。
(2)軸系結(jié)構(gòu)方面
可以防止傳動(dòng)軸的偏斜,井通過(guò)軸系的設(shè)計(jì),控制多級(jí)齒輪傳動(dòng)中各嚙合激勵(lì)的相位關(guān)系,來(lái)達(dá)到降低噪聲的目的。
(3)箱體結(jié)構(gòu)方面
齒輪箱體是一個(gè)典型的彈性結(jié)構(gòu)系統(tǒng),它在軸承動(dòng)載荷作用下產(chǎn)生振動(dòng),輻射噪聲,因此合理設(shè)計(jì)箱體的結(jié)構(gòu)和振動(dòng)特性,將有助于降低齒輪系統(tǒng)的噪聲。 例如,設(shè)計(jì)時(shí)以箱體薄壁的振動(dòng) 最小為目的,以頻率約束、應(yīng)力約束、幾何約束等為約束條件,使箱壁振動(dòng)在動(dòng)態(tài)激勵(lì)作用下最小,達(dá)到降低噪聲輻射的目的。
此外,在箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)注意使軸承支承座與箱體支點(diǎn)間的結(jié)構(gòu)聯(lián)系具有足夠的剛度,以減少系統(tǒng)的振動(dòng)。對(duì)于較大面積的薄壁,應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)筋,以減少振動(dòng)噪聲的幅度。
齒輪箱是機(jī)械傳動(dòng)中廣泛應(yīng)用的重要部件,一對(duì)齒輪嚙合時(shí),由于不可避免地存在著齒距、齒形等誤差,在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚙合沖擊而發(fā)生與齒輪嚙合頻率相對(duì)應(yīng)的噪聲,齒面之間由于相對(duì)滑動(dòng)也發(fā)生摩擦噪聲。由于齒輪是齒輪箱傳動(dòng)中的基礎(chǔ)零件,降低齒輪噪聲對(duì)控制齒輪箱噪聲十分必要,本文就齒輪噪聲產(chǎn)生原因及在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中應(yīng)采取的措施作一探討。
齒輪噪聲產(chǎn)生機(jī)理
(1)嚙合齒輪節(jié)點(diǎn)的脈動(dòng)沖擊
一對(duì)漸開線齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中,各對(duì)齒輪的接觸點(diǎn)所走的軌跡始終在嚙合線上連續(xù)地依次運(yùn)轉(zhuǎn),如圖1所示。圖1中,輪O1為主動(dòng)齒輪,以角速度ω1順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn);輪O2為被動(dòng)齒輪,以角速度ω2按逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn),兩齒輪從嚙合起點(diǎn)A開始嚙合,隨著傳動(dòng)的進(jìn)行,兩齒廓的嚙合點(diǎn)將沿著嚙合線NN移動(dòng),當(dāng)嚙合進(jìn)行到主動(dòng)輪的齒頂圓與嚙合線交點(diǎn)C時(shí),兩輪齒即脫離接觸。齒輪副在嚙合過(guò)程中,相同的基圓展開角所對(duì)應(yīng)的漸開線弧長(zhǎng)是不相等的,因此,產(chǎn)生齒面相對(duì)滑動(dòng),并且整個(gè)嚙合線上齒廓間相對(duì)滑動(dòng)速度的大小將隨嚙合點(diǎn)位置不同而改變。其中以嚙合起始點(diǎn)A和終止點(diǎn)C的相對(duì)滑動(dòng)速度為最大,在節(jié)圓切點(diǎn)B上相對(duì)滑動(dòng)速度最小接近于零。在節(jié)圓切點(diǎn)B的相對(duì)滑動(dòng)方向開始改變,由于嚙合齒面上存在著相對(duì)滑動(dòng),則必將產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力,當(dāng)相對(duì)滑動(dòng)速度方向在B點(diǎn)改變時(shí),摩擦力方向也開始改變,由于摩擦力的大小與方向改變,導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)上發(fā)生了力的脈動(dòng),其大小與持續(xù)時(shí)間與齒輪嚙合時(shí)的傳動(dòng)力、齒輪間的摩擦系數(shù)和相對(duì)滑動(dòng)速度與回轉(zhuǎn)速度成正比。因此,齒輪的傳遞功率越大,轉(zhuǎn)速越高,齒輪表面粗糙度越差,則節(jié)點(diǎn)脈動(dòng)沖擊也就越大,這種脈動(dòng)沖擊使齒輪產(chǎn)生震動(dòng)并伴有摩擦聲,所以對(duì)一對(duì)“理想”的齒輪來(lái)說(shuō),在嚙合過(guò)程中產(chǎn)生的脈動(dòng)沖擊是難以避免的,這使齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生震動(dòng)與噪聲。
(2)齒輪的嚙合沖擊
一對(duì)齒輪在嚙合過(guò)程中,由于輪齒受力后必將產(chǎn)生一定程度的彈性變形,因此,每當(dāng)一個(gè)輪齒嚙合上時(shí),原來(lái)嚙合的輪齒的載荷就會(huì)相對(duì)減少,它們就會(huì)立即向著載荷位置恢復(fù)變形,從而給齒輪體一個(gè)切向加速度,再加上原有嚙合輪齒在受載下的彎曲變形,使新嚙合的輪齒不能得到設(shè)計(jì)齒廓的平滑接觸而發(fā)生碰撞,形成所謂“嚙合沖擊力”,齒輪在這種激振力作用下,也將激發(fā)起齒輪的周向振動(dòng)、徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng),從而產(chǎn)生出噪聲并通過(guò)空氣及固體媒介傳播出去。因此齒輪嚙合過(guò)程中所產(chǎn)生的脈動(dòng)沖力和嚙合沖力使一對(duì)傳動(dòng)齒輪產(chǎn)生振動(dòng),從而輻射出噪聲。