申曙光

摘 要：本文從設(shè)計(jì)、加工、裝調(diào)等方面針對(duì)少齒數(shù)齒輪噪音進(jìn)行了簡(jiǎn)析，通過大量的試驗(yàn)，找出了少齒數(shù)齒輪低噪音設(shè)計(jì)方法、加工工藝，有效降低了少齒數(shù)齒輪的嚙合噪音。

關(guān)鍵詞：少齒數(shù)；噪音；壓力角

1、引言

目前對(duì)齒數(shù)在2-8齒的齒輪稱為少齒數(shù)齒輪，具有傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)小，成本低的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)代步車、電動(dòng)輪椅等領(lǐng)域。因齒數(shù)少，形成的漸開線基圓半徑比一般的齒輪小得很多，加工困難，精度不易提高，易產(chǎn)生噪音等問題。本文就如何控制少齒數(shù)齒輪噪音的進(jìn)行分析，并提出了設(shè)計(jì)、加工等方法，有效降低少齒數(shù)齒輪齒輪副在嚙合過程中的噪音。

2、少齒數(shù)齒輪設(shè)計(jì)、加工及控制

2.1、壓力角及齒形誤差。

齒形誤差主要反映在壓力角的變化上，由于齒輪嚙合時(shí)的彈性變形，經(jīng)研究主動(dòng)輪的周節(jié)減小，被動(dòng)輪的周節(jié)增大，也就是主動(dòng)輪的壓力角增大，被動(dòng)輪的壓力角減小，從而在實(shí)際嚙合過程中主，被動(dòng)輪壓力角是不一致的，一般少齒數(shù)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)大都為主動(dòng)輪（停車時(shí)轉(zhuǎn)換為被動(dòng)輪），因此主動(dòng)輪的壓力角要規(guī)定正負(fù)方向，即一般為正的壓力角。經(jīng)過對(duì)50對(duì)同樣齒輪的噪聲研究，主動(dòng)輪的壓力角小于被動(dòng)輪的壓力角大約70%數(shù)量噪聲比主動(dòng)輪的壓力角大于被動(dòng)輪的壓力角齒輪的噪聲低3-5分貝。負(fù)的壓力角技術(shù)， 經(jīng)過大量齒輪加工數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)用標(biāo)準(zhǔn)刀具滾剃時(shí)實(shí)際齒形為較小壓力角，其誤差有0.03-0.05，并且左右不一致。剃齒加工后，由于剃齒刀的切削力作用及產(chǎn)生金屬的滑移特別是向齒頂方向堆積而造成齒頂高出來，即壓力角減小，特別是當(dāng)?shù)毒卟讳h利或者刀具的線速度不夠時(shí)這種壓力角減小趨勢(shì)更為明顯，為避免齒頂干涉應(yīng)考慮齒頂修緣問題，因此主動(dòng)輪的壓力角要為負(fù)（即齒頂要低）。滾刀容屑槽數(shù)目對(duì)加工精密齒輪特別是少齒數(shù)來說有重要作用，容屑槽數(shù)多，滾展成線越致密，可以減小固有齒形誤差。

剃齒加工時(shí)切削壓力、剃齒刀與被剃齒輪以兩對(duì)齒面接觸點(diǎn)同時(shí)工作在齒頂，齒根的”雙齒嚙合區(qū)域”，而在節(jié)圓附近為”單齒嚙合區(qū)域”。后者齒面壓力大于前者，使得齒輪在節(jié)圓附近被多切削一部分金屬，從而形成中凹。剃齒刀與齒輪嚙合切削時(shí)，切削速度發(fā)生變化，嚙合點(diǎn)由齒輪的起始點(diǎn)移向齒頂終止點(diǎn)，除節(jié)點(diǎn)外的其他嚙合點(diǎn)速度方向是不一致，齒面間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，引起滑動(dòng)摩擦力.相對(duì)速度在嚙合點(diǎn)由齒根移動(dòng)到節(jié)點(diǎn)的過程中逐漸減小，再由節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到齒頂?shù)倪^程中逐漸增大。剃齒刀在齒形各點(diǎn)處的速度是變化的，在節(jié)點(diǎn)附近的同時(shí)嚙合齒面對(duì)數(shù)少， 切削速度低，工件與剃齒刀的齒面越貼近， 切削金屬越多，形成中凹。

減少中凹的措施有選擇剃齒刀的切削速度為90-140r/min、臺(tái)面的走刀速度的合理搭配、進(jìn)刀量及其剃齒方向、剃齒余量（要?。Ｆ渲袦p少剃齒的切削時(shí)間是關(guān)鍵、采用中厚兩端簿剃前齒形。

2.2、齒形鼓形技術(shù)，

最佳齒形問題也很重要。為了避免齒根及齒頂?shù)姆菨u開線齒廓接觸，保證齒形嚙合處于齒廓中部，必須采取一定的措施得到最佳齒形。齒頂修緣（齒頂修?。┖妄X根少量根切可以防止齒輪進(jìn)入和退出時(shí)因?yàn)閺椥宰冃味a(chǎn)生的干涉，同時(shí)補(bǔ)償制造和安裝誤差。齒輪速度高時(shí)則效果更明顯。

2.3、齒向誤差影響齒輪的接觸精度

接觸精度不好時(shí)齒輪單位承載增加，載荷不均衡，接觸區(qū)產(chǎn)生游動(dòng)，產(chǎn)生較大沖擊，振動(dòng)和噪音。少齒數(shù)的齒輪一般為細(xì)小軸類零件更容易產(chǎn)生沖擊，振動(dòng)和噪音。因此輪體厚度C、外徑D和齒寬B關(guān)系遵循如下：

C/D≤1/5或C/B≤1/3軸向振動(dòng)大

B/D≤1/10 徑向振動(dòng)

2.4、側(cè)隙

側(cè)隙的作用為補(bǔ)償熱變形，彈性變形，儲(chǔ)油潤滑改善齒面間的摩擦和中心距的誤差。齒輪嚙合時(shí)的空氣逸出速度為節(jié)線速度的10倍，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可以接近聲速，形成沖擊波產(chǎn)生聲輻射，因此側(cè)隙有利于減小逸出速度，從而減小噪聲。側(cè)隙小容易發(fā)生干涉，潤滑條件差而引起較大的摩擦力，加之泵氣現(xiàn)象，容易發(fā)生尖叫，但是雜音好。側(cè)隙大，噪聲可以減小，但是容易產(chǎn)生沖擊從而音質(zhì)雜亂。

側(cè)隙大小是矛盾的統(tǒng)一體。經(jīng)過大量試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)出合適的側(cè)隙大小如下式：

Jnmin=k[（△Fpt1+△Fpt2+（△Fr1+△Fr1）tgα）]

Jnmax= Jnmin+[（Ts12+Ts22）×（cosαn）2+（TaSin20°）2]1/2

其中：

△Fpt1，△Fpt2 小，大輪的周節(jié)誤差

△Fr1，△Fr1小，大輪的齒圈跳動(dòng)

Ts1、Ts2小，大輪的齒厚公差 Ta=2fa

Fa中心距變動(dòng)公差

α壓力角

k 熱變形，彈性變形系數(shù)

2.5、基節(jié)

基節(jié)影響平穩(wěn)性，影響雜音。一般應(yīng)該控制在0.006內(nèi)。主動(dòng)輪基節(jié)大于被動(dòng)輪基節(jié)則一點(diǎn)嚙合時(shí)，另一點(diǎn)還未嚙合，這樣使得被動(dòng)輪逐漸降速，當(dāng)主動(dòng)輪繼續(xù)以勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，另一點(diǎn)勢(shì)必撞擊被動(dòng)輪的另一點(diǎn)，產(chǎn)生換齒撞擊。主動(dòng)輪基節(jié)小于被動(dòng)輪基節(jié)則一點(diǎn)還未嚙合時(shí)，另一點(diǎn)先撞擊，被動(dòng)輪加速，形成脫嚙撞擊。

3、結(jié)束語

降低齒輪噪聲的第一個(gè)措施就是提高齒輪精度，其中齒形誤差和齒距誤差為重點(diǎn)，根據(jù)不同的工況，對(duì)齒形進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到少齒數(shù)齒輪在嚙合時(shí)噪聲低、音質(zhì)好的效果。

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