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直齒錐齒輪傳動箱噪音淺析

文檔作者：張葉飛		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年02月27日
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第1期 汽齒科技 2010鉦
直齒錐齒輪傳動箱噪音淺析
張葉飛
摘要：直齒錐齒輪傳動箱的主要噪聲源是嚙合齒輪，影響它的主要因素有設(shè)計(jì)參數(shù)、制造精度與它
的工作條件。由我廠多年生產(chǎn)實(shí)踐和時(shí)間數(shù)據(jù)可知：傳動箱的噪聲值隨著中心距的增大、轉(zhuǎn)速的升
高和傳動比的減小而增大、傳動箱的工作條件如載荷的變化、潤滑荊的種類、傳動環(huán)節(jié)的誤差等也
都影響著它的噪聲值，而傳動箱的制造精度(主要是齒輪及箱體的加工精度等)則是決定噪聲大小
的關(guān)鍵因素。本文重點(diǎn)對影響直齒錐齒輪傳動箱噪聲的主要原因：齒輪的設(shè)計(jì)及加工、箱體的加工、
裝配精度加以闡述，結(jié)合自己的學(xué)習(xí)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)提出自己的一點(diǎn)建議。
l 噪聲產(chǎn)生的原理分析
傳動箱的噪聲是由于在它運(yùn)轉(zhuǎn)過程中箱體內(nèi)齒輪嚙合產(chǎn)生周期性的交變力對軸承，箱體
的作用而引起的發(fā)生振動。
在傳動箱工作中，齒輪噪聲主要有三種：輪齒嚙入撞擊、輪齒嚙合噪聲、輪齒嚙出噪聲。
三處都與齒輪質(zhì)量有關(guān)系，對低精度齒輪，齒輪齒與齒嚙入時(shí)產(chǎn)生撞擊，發(fā)出噪音最大。
在彈性變形不掩蓋精度尺寸偏差范圍內(nèi)?？偟内厔菔蔷仍礁撸胍粼降?。但一般測量的精
度是靜態(tài)精度，精度有一定公差，還與安裝質(zhì)量等其它因素影響，傳動箱的噪聲是由輪齒的
嚙合表現(xiàn)出來，但是其它很多因素，諸如箱體的加工精度等也都是影響噪聲的因素。精度與
噪音不成點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系，而是區(qū)域?qū)﹃P(guān)系。
2 齒輪對噪聲的影響
2．1 齒輪參數(shù)對齒輪傳動噪聲的影響
齒輪參數(shù)的選擇是決定齒輪工作性能和嗓音的首要問題。
2．1．1 模數(shù)和齒數(shù)
齒輪的模數(shù)越大，強(qiáng)度越高，在傳動中齒形變形越小。從理論上說，所引起的齒輪角速
度會小些，引起的震動和噪聲也會小一點(diǎn)，但事實(shí)上模數(shù)越大，加工誤差的絕對值也會增大，
在傳動中會增大動載荷，增大震動和噪音；同時(shí)，由聲學(xué)理論上來說，旋轉(zhuǎn)體的端面面積越
大，相同角速度時(shí)產(chǎn)生的噪音也越大。當(dāng)齒數(shù)一定時(shí)，增大模數(shù)，就增大了端面面積，增大
了噪音的發(fā)射能力；另一方面，齒輪噪音也與齒輪節(jié)圓的線速度有關(guān)，線速度越大，運(yùn)轉(zhuǎn)噪
音也越大，相關(guān)試驗(yàn)反映，齒輪線速度增加一倍，齒輪噪音就增加6分貝。
當(dāng)模數(shù)一定時(shí)，減少齒輪的齒數(shù)，就減少了噪音，就減少了噪音的輻射面積，同時(shí)也減
少了齒輪的圓周速度，這些都有利于降低齒輪噪音。但減少齒數(shù)受到以下兩方面的限制：一
是齒數(shù)太少，用范成法加工齒輪時(shí)會出現(xiàn)根切現(xiàn)象；另一方面，當(dāng)壓力角一定時(shí)，主被動的
第1期 張葉飛：直齒錐齒輪傳動箱噪音淺析 ·25·
齒數(shù)和太小，會降低重疊系數(shù)，影響平穩(wěn)性和傳遞載荷的能力
綜合上述分析，從降低齒輪噪音方面來說，應(yīng)該在滿足強(qiáng)度的前提下，選用較小的模數(shù)；
在保證單個(gè)齒輪不根切，主被動齒輪的接觸比在1．75~2．o0的前提下選用較少的齒數(shù)，以便得
到較小的齒輪直徑。
另外，在齒輪傳動中，要求主被動齒輪的齒數(shù)應(yīng)互為質(zhì)數(shù)，這樣可以分散齒接觸誤差對
傳動平穩(wěn)性的影響，在傳動中就不會出現(xiàn)某些周期性的重復(fù)嚙合現(xiàn)象，這就消除了這種誤差
引起齒輪傳動中周期性的強(qiáng)迫震動所引起的噪音。
2．1．2 齒輪壓力角
增大壓力角，可以提高齒輪的強(qiáng)度，但在主被動齒輪齒數(shù)不變時(shí)，增大壓力角將降低接
觸比。更重要的是增大壓力角，會增大軸承的徑向負(fù)荷和周的彎曲變形，這將影響主被動齒
輪的正常嚙合，引起震動和噪音。因此為了提高齒輪的承載能力，采用大的壓力角的齒輪是
弊大于利。意大利COMER公司齒輪的壓力角基本采用22。和22．5。。
2．1．3 從動輪齒面寬
從理論上說，增加齒寬可以提高齒輪的強(qiáng)度和剛度，減少齒輪齒在嚙合中的變形。減少
噪音。在傳動箱運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)齒寬變化對噪音的影響有限，齒輪噪音幾乎沒有太大的變化，
因此，在設(shè)計(jì)中一般按Gleason推薦的外錐距的3O％到33％。
2．2 齒輪加工對傳動箱噪聲的影響
減小與控制齒輪噪聲是降低傳動箱噪聲的根本。為了降低齒輪噪聲，不僅需要從結(jié)果設(shè)
計(jì)方面考慮，齒輪加工精度也是很重要的一個(gè)方面。
2．2．I 齒側(cè)間隙
雙曲面齒輪加工具有一定的側(cè)隙量，這個(gè)側(cè)隙是根據(jù)齒距和工作條件而定的。如果齒側(cè)
間隙太小，就會增加齒間潤滑油的壓力， 引起彈性震動，甚至破壞齒面的油膜，還可能引起
齒側(cè)的干涉。我們在加工直齒錐齒輪時(shí)都會確定齒輪的最小減薄量(根據(jù)查圓錐齒輪測量手
冊而得)來控制齒厚，在滾動檢查儀上，在理論安裝距下，通過控制小齒輪的齒厚來獲得齒
側(cè)間隙。在實(shí)際生產(chǎn)加工過程中，我們基本上都是使齒側(cè)間隙盡可能大(在公差范圍內(nèi))，因
為考慮到齒側(cè)間隙在安裝過程中可以通過調(diào)整墊片的厚度來控制。
2．2．2 齒輪接觸精度
評定齒輪接觸精度的綜合指標(biāo)是接觸斑點(diǎn)，接觸不好的齒輪其噪聲必大。在我們的生產(chǎn)
加工過程中，我們嚴(yán)格要求執(zhí)行齒輪接觸斑點(diǎn)檢驗(yàn)?，F(xiàn)在國內(nèi)對于直齒錐齒輪的接觸區(qū)的位
置有各種說法，但是我們根據(jù)客戶的使用情況及要求，我們確定齒輪接觸區(qū)為節(jié)圓靠近小端，
具體方法參照內(nèi)江機(jī)床說明書。
在直齒錐齒輪切齒后檢驗(yàn)接觸區(qū)時(shí)，我們通常會要求實(shí)際接觸區(qū)要較理論接觸區(qū)更靠近
小端，這是因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)按照理論接觸區(qū)切出來的齒輪(材料為低碳合金鋼)，在齒輪熱處理
后發(fā)現(xiàn)齒輪接觸區(qū)都會往齒的中間靠近，而這樣往往會造成較大的噪聲。通過試驗(yàn)，這樣調(diào)
整可以降低3個(gè)分貝左右的噪聲。
齒面精度等級無疑也是影響齒輪噪聲的重要因素。我們一般通過齒廓修形來改善齒面的
精度。一般手段是通過研磨來達(dá)到要求。在生產(chǎn)中，我們經(jīng)常對傳動比較大的齒輪副進(jìn)行研
磨，例如9_310．875及9．313．875總成中的齒輪，為了得到較小的齒輪噪聲我們都會對齒輪進(jìn)
行研磨，通常可以使噪聲下降5～8個(gè)分貝。
·26· 汽齒科技 2olO年
2．2-3 齒輪的運(yùn)動精度對噪聲的影響
齒輪的運(yùn)動精度是指傳遞運(yùn)動的準(zhǔn)確性，即齒輪每轉(zhuǎn)一周的轉(zhuǎn)角誤差最大誤差值不能超
過一定限度。由于齒輪運(yùn)動精度是周期性(齒輪旋轉(zhuǎn)一周)誤差，而由齒輪齒圈徑跳在齒輪
旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)的周節(jié)累計(jì)誤差會產(chǎn)生低頻率噪聲，但當(dāng)周節(jié)累計(jì)誤差增大時(shí)，將造成齒輪嚙合
沖擊及角速度的變動，此時(shí)噪聲明顯增大并發(fā)出“隆隆”聲。
2．2．4 齒輪安裝孔與節(jié)圓的同軸度
_旦齒輪安裝孔與節(jié)圓同軸度不好即會造成錯(cuò)誤的齒輪接觸區(qū)位置，造成周期性噪聲，
且噪聲值都會較高。
齒輪內(nèi)孔一般說來是加工齒輪的定位孔，以此來保證齒輪內(nèi)孔即安裝孔于節(jié)圓的同軸度
要求。但是對于齒輪內(nèi)孔來說大多熱處理后要進(jìn) 磨加工，為了保證同軸度，一般在磨加工
時(shí)采用節(jié)圓夾具。以節(jié)圓為基準(zhǔn)來磨齒輪內(nèi)孔。
但是節(jié)圓夾具精度要求較高且造價(jià)較貴，為了降低成本，我們一般會在齒坯加工時(shí)要求
齒輪最外圈與內(nèi)孔一刀切削，保證其同軸度，在磨加工時(shí)，以外圓作為加工基準(zhǔn)磨內(nèi)孔。這
樣一來同樣可以得到較好的效果，節(jié)約了成本。
3 傳動箱箱體加工精度對噪聲的影響
箱體的加工精度對傳動箱的噪聲有著突出的影響。簡單地講，我們在加工過程中都是將
齒輪在理論安裝距下進(jìn)行切齒和檢驗(yàn)的，而箱體加工就是要盡量地得到和理論安裝距相同的
安裝距。
箱體的加工精度實(shí)際上就是孔的精度，中心距的誤差，各孔中心線的平行精度與傾斜度。
對直齒錐齒輪傳動箱來說，兩交錯(cuò)軸之間的誤差顯得尤為重要。一旦兩軸垂直度誤差出現(xiàn)誤
差， 以及兩軸承孔的同軸度出現(xiàn)誤差，將直接導(dǎo)致齒輪嚙合出現(xiàn)誤差，造成錯(cuò)誤的嚙合，導(dǎo)
致較大的噪聲。
隨著CNC加工中心的普及，現(xiàn)在的箱體加工精度基本上由機(jī)床決定。當(dāng)然正確而有效的
加工工藝也是必不可少的。
4 裝配精度對噪聲的影響
裝配質(zhì)量對減速器噪聲控制有著直接的影響。因此在傳動箱裝配中應(yīng)注意：
(1)各級齒輪傳動正常，保證嚙合側(cè)隙，齒面嚙合良好，在裝配時(shí)在大齒輪上涂紅丹粉，
以檢查接觸區(qū)。注意定位零件(如軸套)的固定，避免齒輪端面的振擺等。
(2)安裝軸承時(shí)要避免施加不當(dāng)?shù)那脫簦谘b配完成后，對軸承部位進(jìn)行清潔，使用高壓
氣槍吹干凈留在軸承內(nèi)的雜物，這類殘留在軸承內(nèi)的雜物會造成軸承的異響，同時(shí)會降低軸
承的使用壽命。在軸承運(yùn)輸、裝配過程中避免碰撞等。
(3)按要求對傳動箱傳動部件及箱體的清洗，避免在裝配過程中對傳動部件的磕碰，避免
齒軸類零件的敲毛碰傷。
5 結(jié)論
為了使噪聲盡可能得小，首先必須根據(jù)實(shí)際工況設(shè)計(jì)合理的齒輪副，盡量讓各種因素相
第l期 張葉飛：直齒錐齒輪傳動箱噪音淺析 ·27·
互影響，相互制約的特性為設(shè)計(jì)所用。避免出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)缺陷。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中一定要從
實(shí)際出發(fā)，要求太低則不能滿足客戶要求；要求過高則會增加成本，甚至難以實(shí)現(xiàn)，降低了
產(chǎn)品的市場競爭力。
在齒輪加工過程中嚴(yán)格按照齒輪加工工藝來執(zhí)行，按要求調(diào)試機(jī)床，并進(jìn)行檢驗(yàn)，保證
在理論安裝距下得到正確的齒輪嚙合狀態(tài)。對于接觸精度要求較高的齒輪進(jìn)行齒廓修形。在
齒輪加工過程中一定要盡量提高精度，盡量保證各項(xiàng)參數(shù)滿足要求。
箱體加工嚴(yán)格控制各項(xiàng)關(guān)鍵尺寸要求：孔的精度、中心距的誤差、各孔中心線的平行精
度與傾斜度等，使實(shí)際安裝距及軸交情況接近理論值。
隨著加工制造技術(shù)的不斷改進(jìn)，先進(jìn)裝配工藝的開發(fā)實(shí)施，并嚴(yán)格按照國家和國際有關(guān)
標(biāo)準(zhǔn)，以及客戶的要求，我相信一定能夠提高直齒錐齒輪的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
【l】 金晶立．齒輪振動與噪聲．沈陽出版社，1994．
【2】 格利森錐齒輪技術(shù)資料．北京齒輪廠譯．機(jī)械工業(yè)出版社．
【3】 齒輪手冊．機(jī)械工業(yè)出版社，第二版．
[4 】 張鴻源圓錐齒輪測量．計(jì)量出版社．
【5】 YE2725直齒錐齒輪銑齒機(jī)使用說明書．內(nèi)江機(jī)床廠。

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