改善齿轮噪声的措施

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1、#机械传动2004 年文章编号：1004 - 2539(2004)01 - 0061 - 03改善齿轮噪声的措施（杭州前进齿轮箱集团有限公司，浙江杭州311203） 陈建玲摘要阐述了齿轮噪声产生的机理，分析了影响齿轮噪声的一些因素，说明要控制齿轮噪声，在设计与制造阶段应合理地确定齿轮的结构参数及其制造精度，并根据实际情况进行综合利用。关键词齿轮噪声 分析控制 1992007 ChinaJcunia Electronic Publishing Hauijc, All rights reserved, http;/ww-w,enki.ntit#机械传动2004 年 1992007 ChinaJcu

2、nia Electronic Publishing Hauijc, All rights reserved, http;/ww-w,enki.ntit63机械传动2004 年引言齿轮箱是机械传动中广泛应用的重要部件，一对齿轮啮合时，由于不可避免地存在着齿距、齿形等误差,在运转过程中会产生啮合冲击而发生与齿轮啮合 频率相对应的噪声,齿面之间由于相对滑动也发生摩 擦噪声。由于齿轮是齿轮箱传动中的基础零件，降低齿轮噪声对控制齿轮箱噪声十分必要，本文就齿轮噪声产生原因及在设计、制造过程中应采取的措施作一 探讨。1 齿轮噪声产生机理1. 1啮合齿轮节点的脉动冲击一对渐开线齿轮在传动过程中，各对齿轮的接触

3、点所走的轨迹始终在啮合线上连续地依次运转，如图1所示。图1 “理想”渐开线齿轮啮合图1中，轮01为主动齿轮，以角速度 5顺时针 方向回转；轮02为被动齿轮，以角速度32按逆时针 方向回转，两齿轮从啮合起点A开始啮合，随着传动的进行，两齿廓的啮合点将沿着啮合线NN移动，当啮合进行到主动轮的齿顶圆与啮合线交点C时,两轮齿即脱离接触。齿轮副在啮合过程中，相同的基圆展开 角所对应的渐开线弧长是不相等的，因此，产生齿面相对滑动，并且整个啮合线上齿廓间相对滑动速度的大小将随啮合点位置不同而改变。其中以啮合起始点 A和终止点C的相对滑动速度为最大，在节圆切点 B上 相对滑动速度最小接近于零。在节圆切点 B的

4、相对滑动方向开始改变，由于啮合齿面上存在着相对滑动，则必将产生滑动摩擦力，当相对滑动速度方向在 B点 改变时，摩擦力方向也开始改变，由于摩擦力的大小与 方向改变，导致节点上发生了力的脉动，其大小与持续 时间与齿轮啮合时的传动力、齿轮间的摩擦系数和相对滑动速度与回转速度成正比。因此，齿轮的传递功 率越大,转速越高，齿轮表面粗糙度越差，则节点脉动 冲击也就越大，这种脉动冲击使齿轮产生震动并伴有 摩擦声，所以对一对“理想”的齿轮来说，在啮合过程中 产生的脉动冲击是难以避免的，这使齿轮传动产生震动与噪声。1.2齿轮的啮合冲击一对齿轮在啮合过程中，由于轮齿受力后必将产 生一定程度的弹性变形 ，因此，每当

5、一个轮齿啮合上 时,原来啮合的轮齿的载荷就会相对减少，它们就会立即向着载荷位置恢复变形，从而给齿轮体一个切向加 速度,再加上原有啮合轮齿在受载下的弯曲变形，使新啮合的轮齿不能得到设计齿廓的平滑接触而发生碰 撞,形成所谓“啮合冲击力”，齿轮在这种激振力作用 下，也将激发起齿轮的周向振动 、径向振动、轴向振动， 从而产生出噪声并通过空气及固体媒介传播出去。因此齿轮啮合过程中所产生的脉动冲力和啮合冲力使一 对传动齿轮产生振动，从而辐射出噪声。2 齿轮设计的降噪措施2. 1采用细高齿在保证齿轮强度的基础上 ，采用尽可能大的齿高 系数,这不但可以增大重合度 ，而且由于齿根减薄，增 加了轮齿的柔性，因而更

6、容易吸收轮齿的震动，但也要 注意增大齿高系数限制的条件：1）齿轮的齿顶宽不能小于0.3mn；2）与相啮合的齿轮的齿根和齿顶不发生 干涉。例如,我公司从德国ZF公司引进的一种工程机 械变速器，输入传动链（速度较高端）的齿轮由原来的 标准齿高改为细高齿，模数由原来的4mm改为 3.5mm,工作齿高由2mn改为2.5m.,齿轮的重合度由“ =1.42增加到2.12,从而使变速箱的噪声降低了 3dB 6dB。2. 2改变模数和齿数齿轮的刚性一般随着模数的增大而增强，对于传递功率较大的齿轮，齿根弯曲变形是主要影响因素，宜 选用较大模数。模数越大，噪声越小。而对于一般载 荷不大的齿轮，应尽可能选用较小模数

7、，因为此时的加 工误差是主要的影响因素，而且模数小可增加齿数，使 重合度增大，有利于提高传动平稳性，降低噪声。模数 和齿数都对啮合系统的自振频率有影响，设计时应综合考虑。2. 3增大重合度和变位重合度越大，齿轮传动越平稳，越有利于降低噪 声。故应优先选用斜齿轮传动。主动齿轮进行正变位可使齿轮齿顶啮合线段变长，同时增大齿轮刚度，有利 于降低噪声。齿轮变位系数的确定是齿轮设计中非常 重要的因素。它即影响齿轮的强度，又影响齿轮的啮 合噪声。而一般的设计手册均以齿轮强度平衡为出发 点作为选择变位系数的依据，没有以降低噪声为指标 进行计算。2. 4齿廓修形受载时轮齿即要发生变形，实际齿形与理论齿形 就有

8、误差。它对承载能力和噪声性能的不良影响可以 通过齿廓修形和齿向修形来减少。齿顶、齿根修形可降低啮入、啮出冲击，齿端修形有利于油膜形成且均载 效果好，均利于降低噪声。但无论哪种形式都会降低 重合度（程度较小）,若修形量不适当将加大噪声。2. 4. 1齿廓修形齿廓修形分为修缘和修根。齿廓修形即有意识地修削齿廓，使齿廓形状偏离理论齿 廓。修缘即在齿顶附近对齿廓形状进行有意识的修 削；修根即在齿根曲面附近对齿廓形状进行有意识的 修削。齿形误差对噪声的影响最大，理论和实践都证 明,齿顶具有较大的正偏差时（即齿形凸起）和齿面中 凹时，都会产生刺耳的尖叫声。当齿轮啮合时轮齿有 弯曲变形和齿轮本身具有齿形误差

9、和齿距误差，将导致齿轮啮合时的瞬时冲击，产生振动和噪声。因此，为 了减少齿轮在啮合时由于齿顶凸出而造成的啮合冲 击,使齿轮均匀而圆滑地传动，将齿顶的干涉部分切除 即修缘，如图2所示。但啮合误差会降低齿顶修形的 作用，因此在进行齿顶修形时，齿轮精度应达到 7级,至少高于8级。但是要注意，修形量太大有时甚至比 不修形还要不利。2.4. 2齿向修形齿向修形即有意识地沿齿线方向微量修削齿面，使齿面形状偏离理论上的齿形，分为 齿端修薄和鼓形修整。齿端修薄即对轮齿的一端或两 端,在一小段齿宽范围内，按照朝齿端逐渐加大削薄量 的要求,将齿厚予以削薄；鼓形修整即采用齿向修形 （或同时采用齿廓修形）的办法，使轮

10、齿在齿面中部区 域与相啮合齿面接触。齿轮传动由于受制造和安装误 差,齿轮传递功率时轮齿产生变形，使载荷沿齿宽方向分布不均匀，出现偏载现象，为了提高轮齿的承载能 力,提高齿轮的接触精度，使齿面负荷均匀，采用齿向 修形的办法。为了加工方便常采用齿端修薄的方法，如图3所示。使齿面成鼓形，这样在啮合时，轮齿接触2.5齿面粗糙度齿面粗糙度是影响噪声的重要因素，粗糙度越大，齿轮传动时摩擦力矩越大，噪声越大，齿面磨损也越快。特别是主动齿轮的节圆以下的齿部和从动齿轮节 圆以上的齿部。2. 6 接触率齿轮啮合接触率越大，单位齿面承受力（压强）就 越小。轮齿变形就越小，有利于降低噪声。2.7精度等级轻载时啮合误差

11、与安装误差起主要作用，重载时变形的影响大于啮合误差而使啮合误差对噪声的影响 较小。因此,提高齿轮加工的精度等级也是一条降低 齿轮噪声的重要措施。2. 7. 1齿距偏差、基节偏差以及啮合角偏差这些偏差都能加大轮齿啮合过程中的刚度变化。由齿距偏差激起的震动是伴随着齿轮啮合频率而产生的，相互啮合的轮齿齿距偏差彼此之间或相互增强或相互抵 消。对产生噪声起决定性作用的是各单项误差的综合 作用。基节偏差既反映齿廓倾斜偏差AfHa （齿形角误差）,又反映了齿距偏差山伏。当主动轮为标准渐开线,被动轮有正基节偏差Afpb时，齿轮进入啮合时会发生冲击；相反，当被动轮有负基节偏差时，它不再在齿顶进入啮合，而是在齿轮

12、齿廓中部的某一点进入啮 合，这种情况啮入冲击要比有正基节偏差时啮入冲击 1992007 ChinaJcunia Electronic Publishing Hauijc, All rights reserved, http;/ww-w,enki.ntit第28卷第1期改善齿轮噪声的措施#要小。主、被动齿轮都有基节偏差时，可以将主、被动齿轮的基节偏差之差作为总的基节偏差作同样的处 理,并且可以把齿轮加载后弹性变形也作为基节误差 类似处理。我公司比较广泛地使用了这种在齿轮加工 中注意基节误差控制的方法来降低噪声，取得比较好的效果。但也要注意基节偏差取得适当。如我公司有一对齿轮，当主动齿轮的齿廓倾斜

13、偏差fHa为+0. 01 8,被动齿轮的齿廓倾斜偏差fHa为-0. 035时，产生比较大的噪声，而当把主动齿轮的齿廓倾斜偏差fHa返修为+ 0.005时，噪声情况有很大改善。2.7.2齿距累积误差齿轮啮合过程中齿距累积误差每周出现两次（一正一负）,使齿轮发生摆动。相 互啮合轮齿所产生的摆动增强或减弱而产生不同程度 的噪声。轮齿的分度误差也会增强噪声。2. 7.3 齿形误差与齿圈径向跳动齿形误差与齿圈径向跳动在轮齿每次啮合中通常能引起多次冲击振 动,特别是在直齿啮合时会大大提高噪声。3 齿轮制造的降噪措施圆柱齿轮常用的加工工艺方案为滚磨工艺或滚剃工艺。滚齿时齿轮的齿形精度不仅取决于滚刀精度、机床

14、精度，而且与安装精度有着密切的关系，如果机床与滚刀的精度得到保证，则滚刀的安装精度显得尤其 重要。滚刀安装精度越高，齿形误差值就越小。我公司轻型汽车齿轮均采用滚剃工艺法，用标准渐开线齿形剃齿刀加工的零件常会在齿形节圆呈中 凹，中凹量可达 0. 030. 04,并存在热处理后齿形变 形,这将产生齿轮的啮合噪声，需要对剃齿刀进行反修 形,并根据实际情况反复修正、试剃，从而保证了剃齿和热后的齿形达到图纸要求；剃前滚刀采用小压力角形式，也能提高剃前齿轮的精度和降低齿面的粗糙度我公司从 ZF公司引进的一种变速器，其技术含量高,齿轮传动链长，转速高。所有齿轮均要求进行齿 形K形修整和齿向修形，我们在制造过

15、程中采用了滚 磨工艺，并在东德磨齿机ZSTZ315C上采用齿形修形样 板,注意控制齿形的修形高度和修形量，同时对齿圈径 向跳动进行了严格的控制，从而较好地控制了齿轮箱 的整体噪声。齿轮加工的方式对齿轮的噪声也有影响。如在噪声性能要求相同时，剃齿齿轮的精度可比磨齿的齿轮 精度低1级2级。4 结束语综合上述，为降低噪声应选用适当的模数、齿数、变位系数，进行齿廓修形，提高齿轮精度，合理地控制 基节差；加工过程中注重选用合适的工艺手段等。另外,采用合适的热处理方法，合理设计箱体结构，选用适当的润滑油，提高齿轮装配精度也能有效地降低噪 声。参 考 文 献1齿轮精度国家标准宣贯工作组编.齿轮精度国家标准应

16、用指南.北 京:兵器工业出版社，19902齿轮手册编委会.齿轮手册.北京：机械工业出版，20013会田俊夫.齿轮的设计和制造（第四卷）.北京：中国农业机械出版 社,19854 G.尼曼H.温特尔.机械零件（第二卷）.北京:机械工业出版社,1989收稿日期:20030606收修改稿日期:20030806作者简介:陈建玲（1967-），女，浙江杭州人，工程师，在职研究生 1994-20(7 China Academic Jcuma Elcttrcuiic Publishing Hcsuijc, All rights rtstrvtd, http;/ki.ntit第28卷第1期改善齿轮噪声的措施#

17、1994-20(7 China Academic Jcuma Elcttrcuiic Publishing Hcsuijc, All rights rtstrvtd, http;/ki.ntit第28卷第1期改善齿轮噪声的措施64（上接第56页）参考B、D两点，综合两台样机分析的 结果,我们能够得出以下结论1） 通过测得的声压水平，结合频谱分析的结果 ，对齿轮箱各个档位噪声水平的初步估算结果表明，齿轮箱的主要噪声源是齿轮副Z25/ Z33与Z43/ Z27 ,且估算的结果表明齿轮副Z43/ Z27对箱体的总体噪声影响比常啮合齿轮Z25/ Z33影响大。2） 频谱分析的结果表明，齿轮副Z25/

18、Z33与Z43/ Z27 啮合频率噪声、调频噪声及其谐波噪声比较突出，是离 散频率噪声的主要来源。3） 齿轮副Z26/ Z41与 Z31/ Z32对MT75齿轮箱的噪声 有一定的影响，但影响不大。4）结合表（4）与表（6），可以肯定的是齿轮箱的共 振不是产生噪声的主要原因。参 考 文 献1王太勇,朱梦周，曾子平.机床噪声源的识别与控制.天津大学学 报,1995,28（3） :333 - 337.2. 黄其柏，徐斌.窗式空调器噪声源诊断与控制研究.噪声与振动控 制,1998（1） :6 - 93. 黄其柏,王雪川，卢文祥，师汉民.分布噪声源诊断的偏相干理论与 方法.声学技术,1995（3） :9

19、7 - 1014. 姚天任,孙洪.现代数字信号处理.武汉:华中理工大学出版社,1999 收稿日期:20030702作者简介：邱天高（1966- ），男，江西新建县人，工程师 1994-20(7 China Academic Jcuma Elcttrcuiic Publishing Hcsuijc, All rights rtstrvtd, http;/ki.ntit2Abstract Rased nn Genetie algorithm * the authors developed the opti- nuzattan of spiral bevel 睪dr with xwikadi raL

20、io. TTie design vari- abkti are the uxrth height factor and the mcdificalicin iJtifJTieifflr (nonzero mniilicaiifin) 4 tlw ccmstraint& are umien2iitt cutler, strength and ihickncss of loodi top etc. The object is maximum of contact radio. The author developed lhe program whirh could ir-afh the desig

21、ned poal of hieji curitacl ratio.Key wards： Spiral Bevel Gear High Contact Ratio Genetic Al- gundiinTIk MultjubjKlivc Fuzzy OptimiEatios of ZK Worai Based on Fiiizy RdiabBity ReNtraiint Lin GunXian, el al.(30)Abstract HusecJ cm xxiwidf?rin lhe fvzey and reultkim ibr ZK worm drive parameter and obtai

22、n optimum rfnimauce, the paper deal with the multi - objective fuzzy optimum design of ZK worm drive parametFr hnsed on fuzzy ivLiability restraint tKey words zZK Wonn Fuzzy Reliability Fuzzy OptimizalionMathematical Model and 境mutation of New Shape Cutter for Cut* ting Hantened Gear Li ZkwGuu* 出 dd

23、T but can also easily COTiipare lhe dviiainic properties bfttw*w)cunw with diflenml parHineLei. So it is txwenierrt for us Io nmkf? a whole - piucess iiioriilor mid analysis.Key WDrds； MATLAB Disc Cam Profile Mechanical Design The Force Antias for Mkrogripper of Microsurgery *jju Dan* et al. (40) Ab

24、stract In telerobotic mierwnuery T it 帖 very important to produce and control the right range of force. Aniicropipper is the end - efifeclor d llit* ivb* fhr mkrosuigEiy. It pmthiccs lhe gripper Ibree. ThereforeT foncc analysis cf the grippw very necftsary Io nffe?r pnelirninary data to gripper dcMg

25、n and far gripper farce edihrakijn and cunlmL li* paper presents the suuctiffc of the microgripper developed in nur laboraiory and wiAly/H thfi foive produced by lhe microgrippcr in detail.Key words： MicmsujgEiry Microgripper Raw! ArialysisThe rterformance of Nousymmetrical ToUheil Chain* TianBn, nl

26、.(4S) Abstract The bwic structure and Ehajacteristic of noni$yiiinetnuil UXJthed chain are introduced in this paper. The polygon effect mefh impficti dynamics climbt transmiRainn efficiency, and service life are analyzed. The advantage of nonaynunctncaJ Loathed thahi drive is deduced thiuugh the ewr

27、tpaire with ernnmon chain drive.Key wonifi： Chain Drive Toothed Chain Ruller Gdiui Non- sjuunelricalStaMlit Analysis of Wet Clutch Jin Gang, et aL(43)Abstract Wd dutch is widely uetl in industry of coal, metallurgy and coiislruction machine. The paper analyses the control model of wte clutch, especi

28、ally Ha 怕bility* presents a emulation of the aystem hy ixnulirik nf MaLiah as well.Key words： Wet Clutch Stability hirnulalionExhuinted An出眩 of Gearx In JAspBtr liwsmassioa Bok for Rapier Lr-nnLou JiariCixb et al. (50Abstract ；tp feTiie tooth niak of hevd gsars in rapier tiEfisrTusaion L ei alu(59)A

29、bstract Hhj fiuulkxi, principle * compen&ation caJcukiicn and application of the pitch calibration device for th* prriinfuil j4tr*w marhin* in lathe are discussed in detail.Key wwds: precisional screw lathe Screw pitch calibration device The Reducing of Gear Nnne ChengJiajiLing(6l)Ah$tmct Mechaniam

30、of pruduciEg mnsu was described in thi paper. Some factors inlluendn gear noise were analysed. In anler to control gpttr rtoiw, the wiasonable gear parameter and the oiamifactiJi博 quality is necessai).Key words： Oar Noise Noise Control 1994-2(.)07 China Acadtmic Jcumal Llcctrcnic Publishing Hau sc. All rights reserved, httpAv ww, enki .net