维普资讯 http://www.cqvip.com 《装备制造技术））２００８年第３期 渐开线直齿圆柱齿轮传动噪音控制研究 赵晓玲 （南通Ｉｐ，业大学，江苏南通２２６００７） 摘要：对渐开线直齿圆柱齿轮传动噪音与振动的产生原因以及如何采取相应的控制措施等方面作出了分析，对其他不同啮合方式的齿 轮传动也提供了借鉴。 关键词：直齿圆柱齿轮；传动；噪音；振动；控制 中图分类号：ＴＧ６１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７２—５４５Ｘ（２００８）０３—００８３－－０２ 渐开线直齿圆柱齿轮是目前应用最为广泛的传动方式，它 电动机及其他传动副的平衡情况等。 由于齿型加工比较容易，相对加工误差比较小，加工手段和加 ２．１齿轮啮合原理对噪音与振动的影响 工方法多样，决定了其应用的广泛性。但其工作时产生的噪音 从渐开线直齿圆柱齿轮的啮合原理上讲，齿轮传动过程中 与振动。是无法完全避免而又相当有害的缺陷，它严重影响了 两个共轭齿面之间的摩擦应该是纯滚动运动摩擦，但实际应用 渐开线直齿圆柱齿轮的正常传动，并造成了一定程度的噪音污 中理论上的纯滚动啮合是不存在的，渐开线直齿圆柱齿轮啮合 染。所以如何最大限度地减小传动噪音和振动，从而提高传动 轨迹是滚动运动和相对滑动运动共存的复杂运动，这是难以避 性能、传动效率和传动精度，是本文研究的主要方向。 免和克服的。在加工齿轮齿面的过程中，如果没有经过最后的 齿面的研磨，实际的齿面就类似于不同直线连接起来的曲线， １渐开线直齿圆柱齿轮传动噪音与振动产生的原因 在滚动加滑动摩擦的过程中，摩擦和撞击是在所难免的，噪音 和振动也就随之而来了。 为从设计角度出发降低齿轮传动系统的噪声，先来分析齿 ２．２齿轮传动重合度及齿轮参数对传动噪音与振动的影响 轮系统噪声的种类和发生机理。 （１）齿轮传动重合度对传动噪音与振动的影响 在齿轮系统中，根据机理的不同，可将噪声分成加速度噪 渐开线直齿圆柱齿轮传动中，重合度ｅ值是保证齿轮传 声和自鸣噪声两种。在轮齿啮合时，由于冲击而使齿轮产生很 动连续性、平稳性与承载及抗弯曲能力的重要指标。增大重合 大的加速度并会引起周围介质扰动，由这种扰动产生的声辐射 度可以减小单对轮齿的弯曲载荷及冲击强度，从而能减小轮齿 称为齿轮的加速度噪声；在齿轮动态啮合力作用下，系统的各 啮入和啮出时的载荷冲击，降低齿轮传动噪声。其次，随着接触 零部件会产生振动，这些振动所产生的声辐射称为自鸣噪声。 轮齿对数的增加，单对轮齿的传动误差被均化，加之齿面摩擦 副中润滑脂的作用，都能减小轮齿的动态噪音和振动的叠加。 对于开式齿轮传动，加速度噪声由轮齿冲击处直接辐射出 （４）模数ｍ的大ｄ＇，ｘ，－ｔｆ￣动噪音与振动的影响 来，自鸣噪声则由轮体、传动轴等处辐射出来。对于闭式齿轮传 在渐开线直齿圆柱齿轮的相关参数中，齿轮模数是齿轮的 动，加速度噪声先辐射到齿轮箱内的空气和润滑油中，再通过 主要设计参数，也是齿轮传动产生噪音的一个重要因素。一 齿轮箱辐射出来。自鸣噪声则由齿轮体的振动通过传动轴引起 对齿轮啮合时，啮合齿轮之间的相互弯曲作用应力，使得齿轮 支座振动，从而通过齿轮箱箱壁的振动而辐射出来。一般说来， 的齿形产生弯曲弹性变形，在离开啮合后，齿形经过弹性变形 自鸣噪声是闭式齿轮传动的主要声源。 的回弹又恢复原来的齿形状态，从而产生振动和噪音。而轮齿 因此，齿轮系统的噪声强度不仅与轮齿啮合的动态激励力 的弯曲刚度又与模数成正比，所以模数对渐开线直齿圆柱齿轮 有关，而且还与轮体、传动轴、轴承及箱体等的结构形式、动态 噪音的产生有关键的影响。 特性以及动态啮合力在它们之间的传递特性有关。一般来说， （３）齿轮宽度ｂ及辐板厚度ｈ对传动噪音与振动的影响 齿轮系统噪声发生的原因主要有以下几个方面： 齿宽变化会引起噪声改变。因为齿宽不同，能量衰减的程 （１）齿轮设计方面参数选择不当，重合度过小，齿廓修形 度就不同。齿宽大的齿轮由于接触的点和线较多，其衰减性能 不当或没有修形，齿轮箱结构不合理等。 好，噪声也低。另外，齿轮辐板的厚度对噪音的大小也有影响。 （２）齿轮加工方面基节误差和齿形误差过大，齿侧间隙 ２．３；￣ｇ－ｖ过程诸因素对齿轮传动噪音与振动的影响 过大，表面粗糙度过大等。 （１）“压力角偏差”的影响 （３）轮系及齿轮箱方面装配偏心，接触精度低，轴的平 在齿轮加工过程中，不论是滚齿、插齿、剃齿还是磨齿，齿 行度差，轴，轴承支承的刚度不足，轴承的回转精度不高及间 轮的齿形都取决于加工刀具分度圆上的压力角。若在加工过程 隙不当等。 中，刀具分度圆上的压力角偏离了理论值，从而形成齿形的“压 （４）其他方面输入扭矩、负载扭矩的波动，轴系的扭振， 力角偏差”，那么齿轮啮合中就必然会噪音和振动。 收稿日期：２００７—１２—１６ 作者简介：赵晓玲（１９６４一），女，江苏南通人，南通职业大学高级讲师，研究方向：机械工程。 ８３ 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｅｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．３，２００８ （２）“齿形偏差”的影响 在齿轮加工过程中，如果加工方法是采用范成法加工，在 同一个齿面上所含的ＪＪｎ－ｒ刀数越多，形成的加工包络曲线数量 越多，等于齿面曲线形成的直线越短、越密集，齿面相对就越光 滑，反之就越粗糙，从而形成了“齿形偏差”，这是不可抗拒的加 工原理上的加工误差。 （３）齿侧间隙的影响 在齿轮中，齿侧间隙是决定齿轮传动噪音的重要因素。齿 侧间隙过大是由于加工过程中，加工刀具的切向深度过深，反 之就是切向深度不足。齿侧间隙过大时，由于齿侧间隙留有一 定的余量，使得一对相互传递转速的齿轮产生角速度差，传动 中齿面的相互撞击、振动是噪音产生的主要因素，齿侧间隙过 小，齿轮传动过程中齿间楔人会产生非正常的摩擦和径向振 动，还会破坏正常的润滑油膜，也破坏了油膜吸附噪音的功能。 ２．４传动系统中其它部件对齿轮传动的噪音影响 （１）齿轮传动是装配在与之相关的轴上的，带有齿轮传动 的轴绝大多数是采用不同直径的阶梯轴，轴的两端安装轴承的 部位，相互之间的同轴度与同圆度误差，两端轴承端轴与安装 齿轮轴的部位之间的同轴度及同圆度误差都是直接产生齿轮 传动中径向跳动的直接原因，而齿轮传动中的径向跳动又是直 接产生共轭齿面间相互撞击、产生传动系统噪音的根源。 （２）两端轴承的精度等级也是影响齿轮传动精度和噪音的 重要因素，如果轴承选用精度不正确，轴承的径向跳动超出正 常范围，影响齿轮的正常啮合，轴承的径向跳动是产生噪音和 振动的一个不可忽视的因素。 （３）箱体的两轴的平行度及中心距误差是一个后天无法克 服的产生噪音和振动的因素，在箱体上与一对齿轮传动相关的 两根轴的四个轴承定位支撑孔的平行与垂直度精度，是保障一 对齿轮正确啮合的基本条件，如果四孔之间误差过大，就会产 生齿轮非正常的啮合，传动精度无法保障使噪音和振动无法控 制在正常范围内。 （４）两轴的中心距误差会使齿轮传动发生齿侧间隙过大或 过小而产生撞击或楔人的噪音和振动。 （５）润滑系统是导出齿轮传动中所产生热量的保障系统， 而润滑脂是导出传动热量的介质，且对润滑齿轮、降低噪音、 减少振动、减少磨损、提高齿轮的使用寿命起着关键性的作 用，润滑系统和润滑脂之问有着密切合作，但在实际应用中往 往被忽略。 （６）齿轮轴与轴孔的误差。正常的轴孔与齿轮轴的配合应 该是过渡配合，但超公差的情况并不少见，这种超公差都体现 在齿轮上的孔径大于轴径，且不属于过渡配合的范畴，超公差 的直接影响就是齿轮运转的摆动振动和不规则的跳动，属不规 则噪音或突发性噪音，在遇－Ｎ＃ｂ部负荷过大或有冲击载荷时， 这种现象尤为突出。 ３改善齿轮传动噪音及振动的方法 ３．１从设计上合理选择齿轮参数 （１）合理选择渐开线直齿圆柱齿轮重合度８ 对于渐开线齿轮，理论上的设计要求其重合度８≥１，在 有较高的加工及装配能力，且理论上不产生传动干涉的情况下 尽可能的提高齿轮传动的重合度８，有利于平稳传动和减少 传动噪音及振动。 （２）合理选择齿轮模数／／１、齿宽ｂ和齿轮幅板厚度ｈ 从理论上讲，当传递较大载荷时，由于轮齿啮合的动态激 励主要是轮齿的弯曲变形引起的，而轮齿的弯曲刚度又与模数 成正比，因此增大模数可减小轮齿的动态激励，从而降低噪声。 但是在传递载荷较小或空载时，轮齿误差的影响会远大干轮齿 变形，就应从齿轮加工误差的角度来考虑模数大小对噪声的影 响．例如，齿距误差Ａｐ可按下式求得： Ａｐ＝Ｃ１ｄｏ＋Ｇｍ＋ｃ３ （１） 式中ｄ 一齿轮节圆直径 ｍ——模数 ｃｌ，ｃ２，ｃ３——有关常数算 而齿形误差△ｆ则可由下式计： Ａｆ＝Ｃａｍ＋ｃ５ （２） 式中ｃ４，ｃ５为有关常数。 由（１）（２）两式可以看出，上述两项误差直接与模数有关， 并且模数大，齿形误差大，噪声也大。因此，在传递较小载荷或 空载时，在齿轮强度允许的情况下，应尽可能取小模数。增大模 数／／１，能提高齿轮的抗弯强度，改善齿轮单齿的刚性，使单齿的 弯曲变形减小，并能减小瞬时角速度变化，减少齿轮噪声及振 动。但在齿数一定的条件下，模数ｍ加大后，齿轮节圆直径就 会随之加大。结构及体积也必然会增大，单位制造成本也会增 大，另外，根据声学原理，齿轮的轮盘直径越大，其发声强度也 越大。所以，在充分考虑强度、结构条件和避免根切的条件下。 模数／／１应尽可能的降低，这样，一方面可以减少齿轮辐射噪声 的面积；另一方面，中心距确定后，当齿轮的分度圆直径ｄ－－／／］Ｚ 一定时，模数／／１越小，齿数ｚ越多，重合度增大，能够有效地降 低齿轮传动的噪声。同时，模数／／１小，齿轮的加工成本也会降 低。除此之外，在满足运动与抗根切的条件下，大小齿轮齿数应 互为质数，防止轮齿周期性的重复啮合，分散轮齿接触误差重 叠对平稳性的影响，也能减少周期性振动及由此产生的噪声。 在设计中，如果齿宽太薄容易产生轴向振动与轮齿的弯曲 变形，引起振动和噪音。但齿宽太厚又会增加制造与装配误差， 也不利于减噪。对于减速传动的齿轮，初级传动由于传递转距 相对较小，宜采用窄齿传动，对末级或承受重载荷的齿轮应采 用宽齿传动。另外，厚幅板式轮幅的齿轮噪音小。所以要减振降 噪可选用轮径较小的齿轮，同时用加大幅板厚度来弥补强度， 以达到降低噪音的目的。 （３）转速ｆｌ和传动比ｊ的选择 渐开线直齿圆柱齿轮旋转速度越高噪声也越大。各轴的转 速是根据动力、工作机构和传动比要求分配而定的。每一种传 动系统都有自己的固有频率，防止共振应避免齿轮的转速与其 合拍。一般要求增速传动时ｊ≤２；减速传动时ｊ≥１／４。超过此 范围单级传动应改为双级传动。单级传动的噪声比双级传动的 噪声大；增速传动的噪声比减速传动的噪声大。 ［下转第８６页】 维普资讯 http://www.cqvip.com ， Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．３，２００８ （２）固定部位：将凸模固定在固定板中； （３）装入导准部位：供凸模装入凸模固定板中时作导准之 用； ５模具ｊｊ￣－ｒ－ｒ序 参加模具制造的人，必须对模具全过程有所了解。例如，机 加工工人应具有钳工装配的知识。钳工则应对试模调整及前道 （４）刃口部位：冲裁金属材料的刃口。 上述各部分还带有许多表面，根据各表面的功能，它们的 精度要求也各不相同。在１０ｎＴ－模具时，必须对各部位及各个表 工序的机加工状况有所了解。只有使前后道工序的加工者相互 了解，才能从总的方面提高模具制造的水平。其中很重要的一 点，是要有下道工序即为用户的想法，要特别注意后道工序的 工人是否满意自己的加工结果，这一点务必注意。 参考文献： 面的作用有充分的了解。 如图３所示为圆凸模刃Ｅｌ上部圆弧面及头部侧面，不具有 特别有效的功能，因此不必进行高精度加工。不了解模具零件 功能的加工者仅仅是加工工人，而不是模具制造者。 【１】王旭．模具加工技术【Ｍ】．上海：上海交通大学出版社，２０００． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｍｏｕｌｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＳＵＮ Ｐｅｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｎｄ ａＥｌｃｔｅｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙｕｅｙａｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｙｕｅｙｎｇ ａＨｕｎａｎ ４１４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｕｌｄ ｐａｒｔｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｃｕｒａｃｙ，ａｓｓｅｍｂｌａｙ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ， ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆｍｏｌｄｐａｒｔｓａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆｍｏｕｌｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄ ８０ ｏｎｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｔｈｅｓｅｐｒｏｖｉｄｅ ａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｓｉｇｎｅｒｓ· Ｋｅｙ ｗｏ￣ｓ：Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；Ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ；Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ 【上接第８４页】 ３．２箱体结构设计及外部增加吸收噪音材料 在渐开线直齿圆柱齿轮传动中，开放式的传动方式大多数 命，又能改善齿轮的传动精度。润滑脂可以通过油膜来保护共 轭齿面的滚动加滑动摩擦，在油膜没有被破坏的情况下，油膜 是低转速的低噪音传动。而高转速的传动方式时可以采取箱体 结构。设计中增加隔音结构或外部增加隔音材料，使大部分噪 音被隔音结构和吸音材料所吸收。 ３．３选择合理的Ｊｊ￣－ｒ及装配精度 又有克服传动冲击和减振作用。 ４结论 从齿轮传动的特性出发，分析了设计、加工各环节中与噪 声产生密切相关的各种主要因素，并对其加以总结归纳，从而 为控制渐开线直齿圆柱齿轮传动噪音提供了一系列经验性的 方法和思路。 参考文献： 【１】于兴芝．史宛丽．齿轮噪声控制叨．水利电力机械，２００７，（６）． 渐开线直齿圆柱齿轮传动振动与噪音是一个相对的物理 量。并不是一味的追求理想上无噪音或无振动传动。在充分考 虑成本、使用安全、噪音等综合指标的同时，选择适合的加工精 度与装配精度，用合理的加工与装配精度来保障机构的总体合 理性。如果９ｎ－ｒ精度与装配精度都能满足设计要求，就等同与 把齿轮传动的振动和噪音控制在合理的范围内了。 ３．４选择合理的润滑脂 合理的润滑脂既能保护齿面不受磨损，提高齿轮的使用寿 【２】孙春霞．朱洪俊．江苏农机化．２００３，（２）． Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｖｏｌｕｔｅ Ｓｐｕｒ－ｇｅａｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｎｏｉｓｅ ＺＨＡＯ Ｘｉａｏ－ｌｉｎｇ （Ｎａｎｔｏｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２２６００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｎａａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｒｔｈｅ ｉｎｖｏｌｕｔｅ ｓｐｕｒ－ｇｅａｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｇｉｖｅ ｔｈｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ ｈｏｗ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｎｏｉｅ，ｉｓｔ ａｌｓｏ ｃａｎ ｉｇｖｅ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｇｅａｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｏｍｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄ：ｓｐｕｒ－ｇｅａｒ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｎｏｉｓｅ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；￣ｃｏｎｔｒｏｌ
