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齒輪齒形與齒輪傳動(dòng)噪聲

一、齒輪傳動(dòng)噪聲的影響因素

齒輪噪聲更準(zhǔn)確地稱(chēng)為齒輪傳動(dòng)噪聲,其聲源為齒輪嚙合傳動(dòng)中的相互撞擊。齒輪傳動(dòng)中的撞擊主要由齒輪嚙合剛性的周期性變化以及齒輪傳動(dòng)誤差和安裝誤差引起。

1.齒輪嚙合剛性的周期性變化對(duì)傳動(dòng)噪聲的影響

嚙合剛性的變化是指齒輪傳動(dòng)中因同時(shí)嚙合齒數(shù)不同而引起嚙合輪齒承受載荷的變化,并由此引起輪齒變形量的變化。在直齒輪傳動(dòng)中,嚙合線上的同時(shí)嚙合齒數(shù)在1~2對(duì)之間變化,而其傳動(dòng)的扭矩近似恒定。因此,當(dāng)一對(duì)輪齒嚙合時(shí),全部載荷均作用于該對(duì)輪齒,其變形量較大;當(dāng)兩對(duì)輪齒嚙合時(shí),載荷由兩對(duì)輪齒共同承擔(dān),每對(duì)輪齒的負(fù)荷減半,此時(shí)輪齒變形量較小。這一結(jié)果使齒輪的實(shí)際嚙合點(diǎn)并非總是處于嚙合線的理論嚙合位置,由此產(chǎn)生的傳動(dòng)誤差使輸出軸的運(yùn)動(dòng)滯后于輸入軸的運(yùn)動(dòng)。主、被動(dòng)齒輪在嚙合線外進(jìn)入嚙合時(shí),其速度的瞬時(shí)差異造成在被動(dòng)齒輪齒頂處產(chǎn)生撞擊。在不同載荷下齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生的噪聲程度不同,原因在于不同載荷下輪齒產(chǎn)生的變形量不同,造成的撞擊程度不同。

2.齒輪傳動(dòng)誤差和安裝誤差對(duì)傳動(dòng)噪聲的影響

齒輪傳動(dòng)裝置空載運(yùn)行時(shí),傳動(dòng)噪聲的影響因素主要是齒輪的加工誤差和安裝誤差,包括齒形誤差、齒距誤差、齒圈跳動(dòng)、安裝后齒輪的軸線度、平行度及中心距誤差等。當(dāng)然這些誤差對(duì)傳動(dòng)裝置在負(fù)載下運(yùn)行的傳動(dòng)噪聲也有影響。①齒形誤差會(huì)引起與嚙合頻率相同的傳動(dòng)誤差及噪聲,是引起嚙合頻率上噪聲分量的主要原因。中凹齒形是不能接受的,加工中應(yīng)盡量避免。②齒距誤差為隨機(jī)誤差,產(chǎn)生的噪聲頻率與嚙合頻率不同,不會(huì)提高嚙合頻率上的噪聲幅度,但會(huì)加寬齒輪噪聲音頻的帶寬。
    3.軸線在節(jié)平面上投影的不平行、齒向誤差以及軸在傳動(dòng)負(fù)載下的變形會(huì)使輪齒在齒寬方向上的接觸長(zhǎng)度縮短,造成嚙合剛性下降,由此產(chǎn)生的傳動(dòng)誤差及齒輪傳動(dòng)嚙合剛性的周期性變化是產(chǎn)生噪聲的另一原因,其對(duì)斜齒輪傳動(dòng)影響更大。

二、控制齒輪噪聲的有效途徑———齒輪修形

試驗(yàn)證明,當(dāng)輪齒在進(jìn)入嚙合和脫離嚙合區(qū)時(shí),由于輪齒誤差和受載變形引起角速度的脈動(dòng)變化而產(chǎn)生沖擊和噪聲,這種現(xiàn)象的產(chǎn)生,即使是制造精度很高的齒輪也很難避免。過(guò)去人們總是力求使輪齒的精度盡可能地接近理論齒形,實(shí)踐證明,在高速大功率傳動(dòng)時(shí),符合理論齒形的輪齒反而不能滿(mǎn)足要求。采用齒頂和齒根修緣、齒向修形后,有效改善輪齒的嚙合性能,降低齒輪噪聲。齒輪傳動(dòng)中的撞擊是產(chǎn)生噪聲的主要原因,因此,消除或減小齒輪傳動(dòng)中的撞擊是降低噪聲的有效途徑。采用齒輪修形能有效減小齒輪傳動(dòng)中的撞擊,從而控制齒輪傳動(dòng)噪聲,因此該方法在齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。齒輪修形在某些場(chǎng)合下比提高齒輪精度更為有效。雖然提高齒輪精度可以減小齒輪傳動(dòng)誤差,降低齒輪傳動(dòng)噪聲(尤其是空載狀態(tài)下的噪聲),但在負(fù)載下可能會(huì)因輪齒變形而產(chǎn)生傳動(dòng)誤差,且隨著載荷增加,傳動(dòng)誤差及噪聲隨之增大,而采用齒輪修形卻能有效改善這一現(xiàn)象。