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齒輪傳動(dòng)是機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最廣的傳動(dòng)之一，在汽車中的應(yīng)用也非常廣泛，如汽車手動(dòng)變速器、汽車驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)等。齒輪在傳動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，噪聲不僅妨礙機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步，而且影響著人類的身心健康。因此，現(xiàn)代生產(chǎn)必須有效控制機(jī)械噪聲。在汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪傳動(dòng)是產(chǎn)生機(jī)械噪聲的主要來源，所以要研究汽車齒輪噪聲產(chǎn)生的原因，有效降低噪聲，從而提高汽車駕駛的安全性和舒適性。, d M* e& i+ _& I9 V' H9 ^
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K) G4 a3 c1 }- m6 D- b 齒輪噪聲產(chǎn)生原因+ F4 S4 a. U8 @' n# @% n. H
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一般地說，如果力的大小、作用點(diǎn)或作用方向隨時(shí)間而變化，則結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生噪聲或振動(dòng)。齒輪傳動(dòng)中一個(gè)可能的噪聲源是由負(fù)載逐齒傳遞而引起的。在大型齒輪箱中，負(fù)載傳遞的時(shí)間與應(yīng)力波從一個(gè)齒傳遞到下一個(gè)齒花費(fèi)的時(shí)間相仿，尤其是大而薄的內(nèi)齒輪，因?yàn)槟抢飶澢▊鞑ハ鄬^慢，就容易產(chǎn)生噪聲。如果在較寬的直齒輪入口側(cè)加了過多的潤滑油，從而使油留在齒根部而無法迅速排出，由此產(chǎn)生高的壓力，就可能發(fā)生一種不平常的齒輪噪聲。齒輪噪聲另一產(chǎn)生根源是傳動(dòng)誤差，因而在比較設(shè)計(jì)方案時(shí)，最好估算相應(yīng)1μm嚙合傳動(dòng)誤差激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)級（尤其在齒頻及其倍頻上）。
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6 ? G% X+ r6 y$ t' |# {& c9 } j, d 在齒輪系統(tǒng)中，根據(jù)機(jī)理的不同，可將噪聲分成加速度噪聲和自鳴噪聲兩種。一方面，齒輪輪齒嚙合時(shí)，沖擊會(huì)使齒輪產(chǎn)生很大的加速度并會(huì)引起周圍介質(zhì)擾動(dòng)，由這種擾動(dòng)產(chǎn)生的聲輻射稱為齒輪的加速度噪聲。另一方面，在齒輪動(dòng)態(tài)嚙合力作用下，系統(tǒng)的各零部件會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這些振動(dòng)所產(chǎn)生的聲輻射稱為自鳴噪聲。; x/ F8 i; J& ~# v4 l
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對于開式齒輪傳動(dòng)，加速度噪聲由輪齒沖擊處直接輻射出來，自鳴噪聲則由輪體、傳動(dòng)軸等處輻射出來。對于閉式齒輪傳動(dòng)，加速度噪聲先輻射到齒輪箱內(nèi)的空氣和潤滑油中，再通過齒輪箱輻射出來；自鳴噪聲則由齒輪體的振動(dòng)通過傳動(dòng)軸引起支座振動(dòng)，從而通過齒輪箱箱壁的振動(dòng)而輻射出來。一般說來，自鳴噪聲是閉式齒輪傳動(dòng)的主要聲源。4 u4 @0 F+ t9 `+ I% t
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+ ~, q7 r4 n& Q9 G 因此，齒輪系統(tǒng)的噪聲強(qiáng)度不僅與輪齒嚙合的動(dòng)態(tài)激勵(lì)力有關(guān)，而且還與輪體、傳動(dòng)軸、軸承及箱體等的結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)態(tài)特性以及動(dòng)態(tài)嚙合力在它們之間的傳遞特性有關(guān)。一般來說，齒輪系統(tǒng)噪聲發(fā)生的原因主要有以下幾個(gè)方面。+ M e! a" x4 H$ d: R- X6 G
（1）齒輪設(shè)計(jì)方面 參數(shù)選擇不當(dāng)、重合度過小、齒廓修形不當(dāng)或沒有修形、齒輪箱結(jié)構(gòu)不合理等都會(huì)產(chǎn)生噪聲。
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/ j! k F0 x* p9 `! @ ?。?）齒輪加工方面 基節(jié)誤差和齒形誤差過大、齒側(cè)間隙過大、表面粗糙度值過大等也會(huì)產(chǎn)生噪聲。
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$ k5 n/ ^( q& `2 t- t0 L( g ?。?）輪系及齒輪箱方面 裝配偏心，接觸精度低，軸的平行度差，軸、軸承及支承的剛度不足，軸承的回轉(zhuǎn)精度不高及間隙不當(dāng)?shù)纫蛩貢?huì)產(chǎn)生噪聲。4 C& f% T+ U6 n* p+ Y- O
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（4）其他方面 輸入轉(zhuǎn)矩、負(fù)載、轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，軸系的扭振，發(fā)（電）動(dòng)機(jī)及其他傳動(dòng)副的平衡情況等產(chǎn)生的噪聲。" O4 ]. F6 `% ~% ], B" r! l! e
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齒輪噪聲控制2 P; @( x b9 n7 ]5 H9 q
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f. p; T! Y( w 1.控制齒輪噪聲振源
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?。?）提高齒輪制造、裝配精度及降低齒面粗糙度值 盡可能采用硬剃、磨齒及電拋光等先進(jìn)加工工藝。嚴(yán)格控制齒形誤差，尤其避免出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)附近齒形中凹現(xiàn)象。5 y7 C! ]" l2 ?* q. v
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8 p/ p1 C4 D: e/ N, S ?。?）采用修形齒輪 常用修形方法有齒形修緣、鼓形齒或兩端減薄齒和減小齒頂寬等。齒形修緣可減小由于輪齒彎曲變形所引起的瞬間頂撞，有效降低噪聲。修緣量一般結(jié)合實(shí)際使用情況確定，圖1所示是一般的齒輪修緣量（m為齒輪模數(shù)）。
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$ Z3 y* Z3 S9 s1 ]. B# A 采用鼓形齒可減小齒的干涉，提高接觸精度。鼓形量可取為（4~24）Bμm,其中B為輪齒的寬度（單位：mm）。6 Q. Z, R( m. `, x& u
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?。?）優(yōu)化齒輪設(shè)計(jì)參數(shù) 為降低圓周速度應(yīng)盡量采用小模數(shù)、小齒數(shù)；采用非整數(shù)傳動(dòng)比；選用合適的齒側(cè)間隙及螺旋角；適當(dāng)增大重疊4 X3 ^! I* l% L1 X7 ?
系數(shù)。
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不平衡離心力與速度的平方成正比，降低圓周速度可減小齒與齒之間的沖擊。采用非整數(shù)傳動(dòng)比，可避免制造誤差周期性地復(fù)映到傳動(dòng)系統(tǒng)上，從而加劇振動(dòng)和噪聲。側(cè)隙過大會(huì)產(chǎn)生沖擊，側(cè)隙過小會(huì)使嚙合時(shí)的排氣速度增加，致使振動(dòng)和噪聲增加。
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?。?）提高齒輪抗振能力 包括采用變位齒輪，提高輪齒嚙合剛度；在強(qiáng)度允許的情況下盡量減小齒寬，以減小齒向誤差的影響；適當(dāng)選取齒輪模數(shù)，即對承載小的齒輪宜取用較小的模數(shù)。對承載大的齒輪，當(dāng)輪齒彎曲的影響大于誤差的影響時(shí)，宜選用較大的模數(shù)。
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?。?）安裝平衡塊 應(yīng)用于汽車高速及重要場合的齒輪可加裝平衡塊（見圖2），以消除振源。) y6 f2 y0 x- S! [+ i
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9 @/ P: ]' V; w% Z 2.阻斷齒輪噪聲的傳播
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8 ^9 W$ c0 O5 i$ Q& W 在汽車齒輪結(jié)構(gòu)上采取一些消聲措施，與提高齒輪精度相比往往會(huì)收到事半功倍的效果。具體措施：
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% H4 @% C6 a* M （1）減小噪聲輻射面積，改變齒坯結(jié)構(gòu)形狀 齒輪輻射的聲功率與其外徑平方成正比，因此應(yīng)盡可能減小齒輪外徑；齒坯形狀不同，齒輪發(fā)射的噪聲也不同。圖3中三種結(jié)構(gòu)發(fā)射的噪聲依次增加，但圖3a中齒輪厚度過薄時(shí)，發(fā)射的噪聲會(huì)迅速增加。因此，在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)盡可能采用較大齒寬實(shí)體
^! i- N5 ]( |（2）在輪體側(cè)面鉆消聲孔或在孔中塞入阻尼塞 如圖4所示，在輪體側(cè)面鉆4~6個(gè)消聲孔能降低噪聲約2dB（A）（A為計(jì)權(quán)聲級噪聲單位）。在消聲孔中塞入多聚胺脂橡膠或銅-錳合金的阻尼塞，則降低噪聲的效果更好。
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（3）在輪體上鑲裝阻尼環(huán) 如圖5所示，阻尼環(huán)由銅-錳合金制成，非重要場合也可采用HT250.加裝阻尼環(huán)后使齒輪阻尼系數(shù)增大約10倍，且阻尼環(huán)制作安裝方便，是降低齒輪噪聲的最有效手段之一。2 n2 D. f" k/ I1 C+ ?
' p+ U9 B) P" j* D9 x（4）利用阻尼材料 在輪體側(cè)面開槽，填入阻尼材料（見圖6a），或在齒輪端面噴涂阻尼材科（見圖6b），應(yīng)用于重要場合的齒輪可于輪體中安裝減振器，都能有效減小噪聲的傳播。
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以上齒輪傳動(dòng)中為降低噪聲而采取的常用措施都適用于汽車傳動(dòng)系統(tǒng)。另外，齒輪制造過程中的文明生產(chǎn)、避免磕碰劃傷也是降低齒輪噪聲的一個(gè)重要方面。( K# `7 K* o9 G6 z' Z7 L
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) @7 L7 X I2 f( h: W7 S 結(jié)語
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降低齒輪噪聲，首先必須提高齒輪精度。其次就是控制齒形誤差，減小齒輪傳動(dòng)中的激振力，降低各激振力的幅值，減小激振力的個(gè)數(shù)，控制制造誤差，保證正常的裝配質(zhì)量。再次就是進(jìn)行齒形修整，通過適當(dāng)?shù)凝X形修整，改變齒面的初始接觸狀態(tài)，使之達(dá)到減少齒輪嚙入嚙出沖擊，改善齒面載荷分布，使之具有減振降噪效果的理想齒面接觸狀態(tài)，最終達(dá)到降低齒輪噪聲、提高汽車駕駛的安全性和舒適性目的。8 m! E0 X8 _' H" t& q
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發(fā)表于 2012-2-13 14:35:51
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