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齒輪傳動是機械設(shè)備中應(yīng)用最廣的傳動之一，在汽車中的應(yīng)用也非常廣泛，如汽車手動變速器、汽車驅(qū)動橋傳動等。齒輪在傳動中會產(chǎn)生振動和噪聲，噪聲不僅妨礙機械技術(shù)的進步，而且影響著人類的身心健康。因此，現(xiàn)代生產(chǎn)必須有效控制機械噪聲。在汽車的傳動系統(tǒng)中，齒輪傳動是產(chǎn)生機械噪聲的主要來源，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。6 n5 H4 \) l8 q
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齒輪噪聲產(chǎn)生原因
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* ]1 w5 ^2 @; g( n' Q 一般地說，如果力的大小、作用點或作用方向隨時間而變化，則結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生噪聲或振動。齒輪傳動中一個可能的噪聲源是由負載逐齒傳遞而引起的。在大型齒輪箱中，負載傳遞的時間與應(yīng)力波從一個齒傳遞到下一個齒花費的時間相仿，尤其是大而薄的內(nèi)齒輪，因為那里彎曲波傳播相對較慢，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)生根源是傳動誤差，因而在比較設(shè)計方案時，最好估算相應(yīng)1μm嚙合傳動誤差激勵產(chǎn)生的振動級（尤其在齒頻及其倍頻上）。
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# n, q* A! e7 X. ]! G9 e 在齒輪系統(tǒng)中，根據(jù)機理的不同，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，沖擊會使齒輪產(chǎn)生很大的加速度并會引起周圍介質(zhì)擾動，由這種擾動產(chǎn)生的聲輻射稱為齒輪的加速度噪聲。另一方面，在齒輪動態(tài)嚙合力作用下，系統(tǒng)的各零部件會產(chǎn)生振動，這些振動所產(chǎn)生的聲輻射稱為自鳴噪聲。/ d; Q/ L& [% p% K5 v1 |: a
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對于開式齒輪傳動，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、傳動軸等處輻射出來。對于閉式齒輪傳動，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通過傳動軸引起支座振動，從而通過齒輪箱箱壁的振動而輻射出來。一般說來，自鳴噪聲是閉式齒輪傳動的主要聲源。 }" z5 x3 b2 h% z# s+ T1 i; Z; j
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8 x6 v) e' t5 P 因此，齒輪系統(tǒng)的噪聲強度不僅與輪齒嚙合的動態(tài)激勵力有關(guān)，而且還與輪體、傳動軸、軸承及箱體等的結(jié)構(gòu)形式、動態(tài)特性以及動態(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方面。
& M2 e1 I& h' b: k1 i- \8 d（1）齒輪設(shè)計方面 參數(shù)選擇不當、重合度過小、齒廓修形不當或沒有修形、齒輪箱結(jié)構(gòu)不合理等都會產(chǎn)生噪聲。* t+ l6 v+ G: a- |
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?。?）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產(chǎn)生噪聲。
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?。?）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?shù)纫蛩貢a(chǎn)生噪聲。' V4 x' F8 {9 c! M! Q
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（4）其他方面 輸入轉(zhuǎn)矩、負載、轉(zhuǎn)矩的波動，軸系的扭振，發(fā)（電）動機及其他傳動副的平衡情況等產(chǎn)生的噪聲。
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齒輪噪聲控制9 ~5 W( j! F. g" S& r. T
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1.控制齒輪噪聲振源9 g0 f# @) _6 r9 T- m0 S$ P
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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加工工藝。嚴格控制齒形誤差，尤其避免出現(xiàn)節(jié)點附近齒形中凹現(xiàn)象。8 \ M- v. y ?9 D4 G- [& [
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?。?）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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! \9 @ D2 x+ X8 Y3 l$ M' Z# N: k 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）。
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?。?）優(yōu)化齒輪設(shè)計參數(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)傳動比；選用合適的齒側(cè)間隙及螺旋角；適當增大重疊
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& q6 M( N5 [# N6 N 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)傳動比，可避免制造誤差周期性地復(fù)映到傳動系統(tǒng)上，從而加劇振動和噪聲。側(cè)隙過大會產(chǎn)生沖擊，側(cè)隙過小會使嚙合時的排氣速度增加，致使振動和噪聲增加。
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0 |* b+ A) s5 {! ?2 l ?。?）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，當輪齒彎曲的影響大于誤差的影響時，宜選用較大的模數(shù)。
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* S6 d3 F0 K; M4 F/ {; f9 h1 ~7 r ?。?）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。+ y( \' A1 J9 l3 U- N3 a
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2.阻斷齒輪噪聲的傳播
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: W8 X: T$ U7 i7 B, w; L; L 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收到事半功倍的效果。具體措施：1 Q+ {0 i( H: |$ I- y: i
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5 z& A$ S' @4 n3 H) w) @& k6 D ?。?）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，發(fā)射的噪聲會迅速增加。因此，在汽車傳動系統(tǒng)中應(yīng)盡可能采用較大齒寬實體
) @( m ?- D5 Z（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個消聲孔能降低噪聲約2dB（A）（A為計權(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。6 V$ f& t' r4 y6 g
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?。?）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。! h$ r- o% l1 o6 ?3 x
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（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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d1 s5 m& d+ t+ N. g 以上齒輪傳動中為降低噪聲而采取的常用措施都適用于汽車傳動系統(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重要方面。: M5 U6 B2 T: D, |7 J @; y1 J! ]% v) E
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結(jié)語- ~# |+ P, y8 ]
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; u- A4 f8 f" U 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，減小齒輪傳動中的激振力，降低各激振力的幅值，減小激振力的個數(shù)，控制制造誤差，保證正常的裝配質(zhì)量。再次就是進行齒形修整，通過適當?shù)凝X形修整，改變齒面的初始接觸狀態(tài)，使之達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)，最終達到降低齒輪噪聲、提高汽車駕駛的安全性和舒適性目的。 a! U8 X& X; R, o) r7 g- r
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發(fā)表于 2012-2-13 14:35:51
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