【摘 要】本文對(duì)齒輪噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的控制策略。

【關(guān)鍵詞】齒輪；噪聲；原因；控制

齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是輪齒相互交替嚙合，在嚙合處既有游動(dòng)又有滑動(dòng)，不可避免地要產(chǎn)生齒與齒之間的撞擊與摩擦，從而使齒輪產(chǎn)生振動(dòng)并發(fā)出噪聲。另外，工作中的齒輪還承受著交變負(fù)荷，齒輪的加工誤差會(huì)使這種負(fù)荷更為嚴(yán)重，從而使軸產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，并在軸承上引起動(dòng)負(fù)荷，最終傳給箱體，使之輻射出噪聲。

1.齒輪噪聲的類型及產(chǎn)生的原因

齒輪噪聲可分為高頻齒輪噪聲和低頻齒輪噪聲兩大類。

高頻齒輪噪聲主要是由齒輪基節(jié)偏差引起的，是齒輪噪聲的主要成分。基節(jié)偏差會(huì)使齒輪在進(jìn)入嚙合或分離時(shí)產(chǎn)生撞擊，該撞擊稱為嚙合撞擊，無(wú)論主動(dòng)輪的基節(jié)大于還是小于從動(dòng)輪的基節(jié)，都將使齒輪每轉(zhuǎn)一個(gè)輪齒就產(chǎn)生一次撞擊，撞擊頻率取決于齒輪轉(zhuǎn)速和齒數(shù)。當(dāng)齒輪和相關(guān)旋輪件的安裝或制造有偏心時(shí)，除引起離心慣性力激發(fā)噪聲外，偏了心的齒輪旋轉(zhuǎn)一周期間，兩個(gè)齒輪嚙合的松緊程度要發(fā)生變化，這使嚙合力隨齒輪傳動(dòng)角位移而變，從而激發(fā)振動(dòng)和噪聲，這種噪聲也是高頻噪聲。此外，齒形誤差及齒面的表面粗糙度等因素也引起部分高頻噪聲。

低頻齒輪噪聲主要是由齒距累積誤差引起的沖擊噪聲。這種噪聲—般不是齒輪噪聲的主要成分。值得注意的是齒輪的固有頻率，而激發(fā)強(qiáng)烈的噪聲。

2.影響齒輪噪聲的因素

齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)(如結(jié)構(gòu)、材料、嚙合率、壓力角、模數(shù)、齒形修正、相配軸及軸承等)、力口工精度(如各種誤差、表面質(zhì)量、加工手段及熱處理方法等)、裝配情況(如齒隙、接觸面、位置準(zhǔn)確度、裝配力矩等)及使用條件(如轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、潤(rùn)滑及使用場(chǎng)合等)等，都對(duì)齒輪噪膨有一定影響。

2.1齒輪設(shè)計(jì)

常用齒輪有直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪及直齒鏈齒輪和螺旋錐齒輪等幾種齒輪特性參數(shù)對(duì)其噪聲有明顯影響，增加齒輪重疊系數(shù)，可以使齒輪傳動(dòng)時(shí)參與嚙合的齒數(shù)增多，這樣就減小了單個(gè)輪齒上的載荷，降低了輪齒的沖擊和變形，改善了輪齒進(jìn)入和脫開嚙合的狀況，從而使齒輪噪聲得以降低。在傳遞扭據(jù)一定的條件下壓力角增加將造成徑向力增大，從而導(dǎo)致較高的噪聲級(jí)。值得注意的是，齒輪壓力角不僅決定于齒輪的原始設(shè)計(jì)，而且隨一對(duì)嚙合齒輪的中心距而變化，實(shí)際中心距增大則壓力角變大，其它如齒輪安裝、制造誤差、溫度變化及釉向剛度等因素，都可能改變實(shí)際的壓力角。齒寬對(duì)噪聲的影響，增加齒寬，單位齒長(zhǎng)載荷降低，齒輪噪聲減弱，減弱的幅度取決于齒輪精度與輪齒承載變形的關(guān)系。對(duì)于低精度齒輪，其噪聲受單位齒長(zhǎng)載荷影響較小，即增加齒寬不會(huì)顯著改善其噪聲，對(duì)于高精度齒輪，由于輪齒承載變形影響正常的嚙合，所以單位齒長(zhǎng)載荷對(duì)噪聲有較大影響，即縮小齒寬會(huì)引起其噪聲顯著增加，增加齒寬有利于獲得低噪聲齒輪。齒輪的側(cè)隙是為潤(rùn)滑和避免因制造安裝誤差造成運(yùn)動(dòng)干涉而設(shè)計(jì)的，測(cè)隙過小，則難以達(dá)到設(shè)計(jì)目的，并且使齒輪噪聲急劇增加。因此，除正、反轉(zhuǎn)換向頻繁、定位精度要求較高以及裁荷變化較大的齒輪抄L，宜將側(cè)隙取大些，這有利于降低齒輪噪聲。

在相同精度的條件下，模數(shù)增加會(huì)使齒輪噪聲減小。其原因是，增加模數(shù)使輪齒變得粗狀，從而減少了輪齒的彎曲變形和沖擊。若保持模數(shù)不變，則增加齒數(shù)會(huì)讓齒輪直徑變大，從而輻射噪聲增加。

齒輪材料和熱處理方法的選擇，對(duì)齒輪噪聲也有一定的影響。例如，鑄鐵比鋼有更好的聲振動(dòng)衰減率和阻尼特性，因此用鑄鐵制造的齒輪比用鋼制造的齒輪噪聲低，差值可達(dá)3-4dB。不同熱處理方法對(duì)材料彈性模數(shù)幾乎不起作用，因而對(duì)齒輪的固有頻率也就沒有影響，但材料淬火后，聲振動(dòng)衰減性能降低，使齒輪噪聲增加3-4dB。

2.2加工精度

齒輪加工的尺寸誤差、形位誤差和表面質(zhì)量都影響齒輪的噪聲水聲。影響噪聲的主要誤差有齒形誤差、齒距誤差及基節(jié)誤差。齒形誤差輪齒偏離漸開線，造成嚙合過程中的沖擊與振動(dòng)，從而噪聲輻射量增加。齒距誤差和基節(jié)誤差也會(huì)破壞齒輪嚙合過程的乎穩(wěn)均勻性，使齒輪傳動(dòng)角速度被動(dòng)而形成沖擊振動(dòng)，從而增加齒輪噪聲。

輪齒的表面質(zhì)量影響齒而接觸時(shí)的摩擦系數(shù)，從而影響齒輪吸聲。當(dāng)輪齒的表面質(zhì)量好，即表面粗糙度值低時(shí)，齒面摩擦系數(shù)小，嚙合時(shí)的沖擊和噪聲就低。一個(gè)齒輪表面粗糙度值低的齒輪(磨齒)與一個(gè)齒面表面粗糙度值高的齒輪(磨齒)相比，噪聲相差約4dB。在齒輪加工過程中使用不同的輪齒成形方法，將影響齒面質(zhì)量，從而影響齒輪噪聲。按照所加工成形的齒輪噪聲大小的順序，可將常用輪齒成形方法排列如下：低精度滾齒切削、齒條刀切齒、該齒切削、波齒切削剃齒。

2.3裝配精度

即使在齒輪加工精度足夠的條件下，裝配精度低也會(huì)破壞齒輪嚙合狀況，產(chǎn)生較大的沖突振動(dòng)，使齒輪噪聲大幅度增加。對(duì)傳遞扭矩較小的齒輪，噪聲增長(zhǎng)幅度尤為明顯。

2.4使用條件

使用中加入潤(rùn)滑油，可以防止齒面直接接觸并起阻尼作用，有利于降低輪噪聲，其降低幅度由潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑油脂的性質(zhì)而定，不同的潤(rùn)滑狀況對(duì)齒輪噪聲的影響。試驗(yàn)時(shí)齒輪空載運(yùn)轉(zhuǎn)，供油量為lml／s。若齒輪箱采用油浴潤(rùn)滑，則箱內(nèi)油面高度不同時(shí)齒輪噪聲有一定差別，這是因?yàn)樾纬傻挠土＜R程度不同。

3.齒輪噪聲的控制

在齒輪設(shè)計(jì)、制造及使用過程中，有相當(dāng)多的因素影響齒輪噪聲的形成和傳播?？刂讫X輪噪聲，就是合理調(diào)整這些因素，降低齒輪工作時(shí)的噪聲。

（1）合理選擇齒輪結(jié)構(gòu)形式和改進(jìn)齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)于圓柱齒輪來(lái)說，按噪聲大小排列順序?yàn)椋褐饼X、斜齒、人字形齒；對(duì)于圓錐齒輪來(lái)說，按噪聲大小排列的順序?yàn)椋褐饼X、螺旋齒、雙曲線齒。因此，從降低噪聲的角度出發(fā)宜優(yōu)先選擇低吸聲的齒輪結(jié)構(gòu)。

齒輪參數(shù)的低噪聲設(shè)計(jì)原則是，增加重疊系數(shù)，減小齒輪間的相對(duì)措移和沖擊，使齒輪工作過程平穩(wěn)。為此，首先要選擇大重疊系數(shù)的嚙合副，但應(yīng)注意重疊系數(shù)不宜過大，尤其是在齒輪精度不高的場(chǎng)合，多對(duì)輪齒同時(shí)齒合反而會(huì)加劇振動(dòng)、增大噪聲。嚙合副型式—定時(shí)，增大齒輪模數(shù)、減小齒輪壓力角，也可以使重疊系數(shù)增加，從而降低齒輪噪聲。其次選擇齒寬的大小要適當(dāng)，以保證齒隙大小合適。齒隙過大，齒輪工作時(shí)有較大沖擊；而齒隙過小，輪齒嚙合時(shí)排氣速度增加，輪齒間容易發(fā)生干涉，都將使齒輪噪聲水平上升。

（2）改進(jìn)工藝提法加工精度。在一般情況下，提高齒輪制造精度，降低各種誤差和輪齒表面粗糙度，均可有效減小齒輪噪聲。其中齒輪精度依次為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)和D級(jí)。A級(jí)精度最高，在各種傳遞功率條件下噪聲均最小。精度降低一級(jí)，噪聲約增加7-10dB。因此，在齒輪制造時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作要求、噪聲限制值和制造成本，綜合考慮并確定加工精度。

輪齒的不同成形方法會(huì)帶來(lái)不同的精度，從而影響齒輪噪聲。一般而言，磨齒、研齒和剃齒能得到較高精度，其齒輪噪聲較低。此外，熱處理方法必須適當(dāng)，以防止熱處理后輪齒變形。

齒形修緣是改善輪齒受力狀況、降低噪聲的又一有效方法。由于齒輪工作會(huì)產(chǎn)生變形，加之各種誤差的影響，有可能造成一個(gè)齒輪的齒項(xiàng)與另一個(gè)齒輪的齒面在進(jìn)入嚙合時(shí)發(fā)生干涉，形成頂撞和沖擊。 [科]