張木菊

摘 要：對(duì)齒輪進(jìn)行傳動(dòng)時(shí)噪音出現(xiàn)的原理進(jìn)行分析，對(duì)齒輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如何修復(fù)降噪的方法進(jìn)行討論，找出合理的解決方式。

關(guān)鍵詞：齒輪傳動(dòng)；振動(dòng)；噪聲

1 齒輪傳動(dòng)中振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理

它是通過(guò)輪齒的相互咬合去形成力的運(yùn)動(dòng)，就是在定義中一模一樣的兩個(gè)齒輪，也會(huì)根據(jù)它們之中咬合的次數(shù)不一樣，造成它的硬度不一樣，也會(huì)導(dǎo)致情況更激烈并向外散發(fā)噪音。當(dāng)因?yàn)橹谱髌?、位置的偏差和它們受到壓力之后的狀態(tài)，也會(huì)在運(yùn)動(dòng)中使得齒的輪廓與共軛的輪廓發(fā)生一定的偏差，就會(huì)造成隨著運(yùn)動(dòng)過(guò)程中逐漸變化的咬合力，所以感受到震動(dòng)、噪音是不能回避的。對(duì)于漸開(kāi)線圓柱齒輪，產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的激勵(lì)源主要有以下幾個(gè)方面：（1）嚙合剛度的變化；（2）傳動(dòng)誤差；（3）輪齒的嚙入、嚙出沖擊；（4）動(dòng)態(tài)嚙合力；（5）由于摩擦力方向的改變而產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)沖擊。

以上提到的5種比較重要的激勵(lì)源里，假如對(duì)外界的因素不進(jìn)行考慮，就齒輪運(yùn)作的規(guī)律來(lái)說(shuō)，這之中有一定的因果關(guān)系，并且一部分從漸開(kāi)線的齒輪運(yùn)動(dòng)時(shí)的契合特點(diǎn)確定，比如，動(dòng)態(tài)契合剛度與運(yùn)作時(shí)的出現(xiàn)的誤差互相影響，契合剛度變化程度與誤差及傳動(dòng)的沖擊結(jié)合運(yùn)用，這樣就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)契合力。節(jié)點(diǎn)處容易致使摩擦力轉(zhuǎn)變方向，這樣就會(huì)造成節(jié)點(diǎn)沖擊，這是因?yàn)闈u開(kāi)線的齒輪在傳動(dòng)的過(guò)程中因契合的特點(diǎn)所確定的，就圓弧傳動(dòng)的過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)不會(huì)改變其摩擦力的方向。不過(guò)因?yàn)閳A弧輪齒在運(yùn)作時(shí)是由軸向共軛產(chǎn)生的傳動(dòng)，在跑和之后圍繞著輪齒轉(zhuǎn)動(dòng)的方向瞬時(shí)接觸，受壓變形之后接觸的方法會(huì)形成恒定的運(yùn)行軌跡，其接觸痕跡在整個(gè)環(huán)境中沿著齒寬進(jìn)行移動(dòng)，這樣使得力在一定的地段不斷的變化，這也就是出現(xiàn)噪音與振聲的重要原因。

上面所說(shuō)的是關(guān)于一種齒輪造成震動(dòng)和很大的噪音的幾種重要的因素，其中重中之重的便是咬合硬度的改變和運(yùn)動(dòng)所造成的偏差，通過(guò)在日常生活中的調(diào)查說(shuō)明，因?yàn)閮升X之間的進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置發(fā)生變化而形成的噪音是在以上幾種要素之間的噪音比所占的分量比重很輕，最重要的是直齒輪的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樽冃闻c輪齒間的誤差出現(xiàn)的提前契合與延遲契合，在其齒輪的上部分出現(xiàn)的契合沖擊能夠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其齒輪底部與頂部進(jìn)行調(diào)整，或者是螺旋休整來(lái)解除隱患。筆者進(jìn)行分析之后得出，因?yàn)樵谥圃鞎r(shí)出現(xiàn)的誤差，例如螺旋角、安裝時(shí)造成的誤差，例如漸開(kāi)線輪齒與圓弧形的輪齒在運(yùn)作的過(guò)程中出現(xiàn)的誤差與其鋸齒波，這種振動(dòng)噪音是一種在位移的過(guò)程激勵(lì)得出的方程式里的強(qiáng)迫而沒(méi)有連貫性激勵(lì)而產(chǎn)生的。要想去除這種在運(yùn)作過(guò)程中的誤差依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行修補(bǔ)是做不到的，這就需要采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在數(shù)控床進(jìn)行輪齒的修補(bǔ)，這就是在齒胚與切齒中的幾何聯(lián)系不屬于線性方程式。

如今針對(duì)齒輪的動(dòng)態(tài)運(yùn)作的特點(diǎn)的研究，我們最注重的也就是契合的剛度產(chǎn)生的變化出現(xiàn)的噪音振動(dòng)。傳動(dòng)時(shí)的誤差是一個(gè)新的討論點(diǎn)。傳動(dòng)時(shí)的誤差也就是在瞬時(shí)間的輪齒所在的位置與理論標(biāo)準(zhǔn)中共軛輸出的齒輪的位置的差距，能夠使用角度的方式或者是位置的位置記性計(jì)算。這也就是出現(xiàn)誤差、安裝與其綜合分析之后得出的結(jié)果。所以這與以往的誤差方式既有著相同點(diǎn)又不相同。這個(gè)行業(yè)之中，齒輪在震動(dòng)時(shí)的特性也就是運(yùn)作過(guò)程中出現(xiàn)的誤差，因此，就需要對(duì)齒輪的動(dòng)態(tài)特征就行改進(jìn)，把這個(gè)方面作為研究點(diǎn)是很重要的。

值得注意的是，時(shí)變嚙合剛度和傳動(dòng)誤差對(duì)齒輪動(dòng)態(tài)特性的影響隨齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)速度的高低其影響效果各不相同。在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合剛度的變化而導(dǎo)致的振動(dòng)噪聲比傳動(dòng)誤差所導(dǎo)致的振動(dòng)噪聲要大，而在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)則正好相反。

2 齒輪減振降噪的幾種途徑

通過(guò)適當(dāng)?shù)凝X廓修形，達(dá)到齒輪傳動(dòng)過(guò)程中的減振降噪，從理論上講，實(shí)際上是減小齒輪的傳動(dòng)誤差和嚙合剛度變化的幅度，齒廓修形可分為長(zhǎng)修形、短修形以及螺旋線方向的修整三種。長(zhǎng)修形適用于載荷轉(zhuǎn)速相對(duì)恒定的工作條件，而短修形則一般應(yīng)用于轉(zhuǎn)速變化，從而使工作載荷小于設(shè)計(jì)載荷的情況，如汽車變速箱系統(tǒng)等。而沿螺旋線方向的修整主要是補(bǔ)償軸的安裝誤差以及彎曲變形而導(dǎo)致的偏載和振動(dòng)。

就輪齒在加工方面來(lái)說(shuō)，通常，增加齒輪的精準(zhǔn)加工可以有效的減少在運(yùn)作的時(shí)候出現(xiàn)的振動(dòng)而發(fā)出的噪音。不過(guò)一些時(shí)候因?yàn)闈L輪機(jī)器與在加工時(shí)的精度對(duì)齒輪所造成的噪音也是非常重要的，這與精準(zhǔn)加工的方式有關(guān)系，比如，根據(jù)資源分析說(shuō)明，進(jìn)行拋光再加工的輪齒出現(xiàn)的噪音比剃齒的噪聲要大的多。

進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要考慮的是在以后的工作中齒輪的動(dòng)態(tài)運(yùn)作的機(jī)能，就噪音在振動(dòng)時(shí)再進(jìn)行治理是沒(méi)有辦法的。外國(guó)在這個(gè)問(wèn)題上做了很多的時(shí)間得出了結(jié)果，下表1就有多種漸開(kāi)線輪齒在改進(jìn)之后的抗噪的能力。

除了這個(gè)之外，在一定的條件之下，可以適當(dāng)?shù)募哟舐菪?，這樣也能夠有效的改善振動(dòng)。這其中的原因也就是加大了螺旋角，這樣軸向負(fù)載也更大，契合的長(zhǎng)度使得符合程度變小。這種經(jīng)驗(yàn)是比較足的，例如在國(guó)外的某轎車中的圓柱形斜輪齒，這其中的螺旋角的角度超過(guò)了三十度。

既然增大螺旋角能增加接觸線長(zhǎng)度，那么增大齒寬同樣能達(dá)到增加接觸線長(zhǎng)度。而事實(shí)上，對(duì)于不同的齒輪類型，依靠增加齒寬來(lái)達(dá)到減小振動(dòng)，其效果有比較明顯的差別。例如筆者和其他人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果業(yè)已證明，對(duì)雙圓弧齒輪傳動(dòng)，在軸向重合度一定時(shí)，齒寬減小，噪聲反而減小，即使軸向重合度減小，隨之而來(lái)的齒寬減小，在一定范圍內(nèi)噪聲也可減小。其原因是：（1）齒寬減小，齒輪質(zhì)量下降，齒輪共振頻率提高，在一般中低轉(zhuǎn)速下，震動(dòng)量值減小。（2）當(dāng)重合度一定時(shí)，齒寬減小，螺旋角增大，從而可使傳動(dòng)誤差減小，這是比較關(guān)鍵的一點(diǎn)。而對(duì)于漸開(kāi)線直齒輪，從理論上講，齒寬增大，單位齒寬載荷減小，但齒寬增大的同時(shí)也增大了對(duì)軸的變形和安裝誤差的敏感程度，極易發(fā)生偏載，這需要有比較精確的修形措施來(lái)保證。

應(yīng)該指出的是，上述改進(jìn)措施聯(lián)合應(yīng)用，并不一定能產(chǎn)生良好的減振降噪效果。其原因在于當(dāng)使用一種改進(jìn)措施時(shí)，隨之也會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題，各改進(jìn)措施之間互相制約。

從整體上分析，齒輪傳動(dòng)是一個(gè)系統(tǒng)，它可分為兩個(gè)子系統(tǒng)，一是包括齒輪、軸以及軸承在內(nèi)的軸系系統(tǒng)；二是支撐上述系統(tǒng)的齒輪箱體結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)。這兩個(gè)子系統(tǒng)以軸承為彈性耦合元件組成一個(gè)完整的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。

在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)向外輻射的噪聲中，大部分是固體聲，其中齒輪箱體輻射的噪聲占主要成份，因而應(yīng)用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的理論和方法來(lái)研究改進(jìn)齒輪箱體結(jié)構(gòu)，以達(dá)到減振降噪的目的是非常有意義的。

3 結(jié)束語(yǔ)

減少噪音加大輪齒的運(yùn)作能力，這項(xiàng)研究非常重要。不過(guò)新型的齒輪的出現(xiàn)，也關(guān)系到了工刀以及其他方面的一些問(wèn)題。實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，在科技不斷進(jìn)步的今天，計(jì)算機(jī)的輔助的制造與設(shè)計(jì)都是新型的概念，逐漸的被世人所運(yùn)用與接收。科技比較發(fā)達(dá)的國(guó)家出現(xiàn)了自由輪齒的設(shè)計(jì)理念，也就是具體加工與所要達(dá)到的設(shè)計(jì)的目標(biāo)等，結(jié)合多個(gè)角度進(jìn)行分析與探討，在得出經(jīng)驗(yàn)之后，采用專門(mén)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)并制造出來(lái)，做好精密度的檢測(cè)。因?yàn)槭褂昧擞?jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，出成品的時(shí)間并不會(huì)很長(zhǎng)。了解具體使用的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)的輪齒與出產(chǎn)，在使用過(guò)程中的各方面的性能都會(huì)比較好。