变速箱齿轮噪声的分析及处理探讨

变速箱齿轮噪声的分析及处理探讨

摘要：本文根据实际生产经验，对变速箱齿轮产生噪音的原因进行了具体的分析，并对变速箱齿轮在设计、制造过程中应该采取的改进方法和措施进行了详细的探讨，尤其对工程机械变速箱齿轮噪声降噪设计和改进提出了几点措施，为工程机械实际生产中提高和改善齿轮质量，降低齿轮运行的噪声污染提供了有力的技术支撑。

关键词：变速箱；齿轮；噪声；分析；处理

引言

在当前广泛应用的工程机械中，渐开线圆柱齿轮是最基本、最简单、最常用的一种零件，这种零件使用方便、造价便宜，应用范围非常大。但是两个齿轮相互啮合过程中会出现与各种各样的噪声，如：与频率相对应的噪声、齿面之间互相摩擦的噪声。这些噪声的出现大多因为齿轮制造过程不规范、齿轮不符合要求等造成的，这些缺陷不仅会影响工程机械的质量，还导致工程机械的噪声污染加剧，极大的影响了工程机械操作人员及周围其它人员的生活质量和环境质量。本文根据自身生活实践，对齿轮的噪声产生的原理进行了具体的分析，并对降低噪声的处理方法进行了细致的探究，为变速箱齿轮的设计人员和制造人员提供了有了的理论支撑，同时为渐开线齿轮的研究者提供了有效的借鉴。

1.变速箱齿轮噪声的原理分析

1.1啮合齿轮节产生噪声的原因分析

两个相互啮合的齿轮在正常工作过程中，要保证齿轮的接触点轨迹始终在啮合线上，这样点的脉冲才是稳定的。对相互啮合的两个齿轮来说，从被动齿轮的顶点与主动齿轮齿面接触，到被动齿轮顶点开始脱离主动齿轮，其经过的路程与其基圆展开角所对应的渐开线弧长不相等，也就是说整体的齿面会出现相对滑动，并且滑动速度会随着齿面所在位置的不同而逐渐发生改变，在刚接触时或即将分开时最大，在节圆切点处最小。

齿轮啮合面上出现的相对滑动，就说明滑动面上存在相对摩擦力，由于滑动速度是一直变化的，那么摩擦力的大小和方向也随之改变，所以节点上的力的脉冲也随之发生变化。在齿轮相互啮合过程中，啮合面上的脉动大小、持续时间与齿轮啮合过程中的传动力、齿轮面之间的摩擦系数、齿轮面之间的相对速度等都有正比关系，所以两个相互啮合的齿轮传动功率越高、齿轮表面越粗糙，齿轮之间的力的脉动也就越大，这种脉动会对齿轮自身产生明显的冲击效果，所以齿轮啮合过程中必然出现震动或摩擦声，这是不可避免的，而且脉动冲击反过来作用于齿面，对齿面造成破坏，进一步加大了冲击，所以齿轮的损害会更快。

1.2齿轮啮合冲击的噪声原因分析

齿轮在工作过程中会产生一定程度的弹性变形，即使齿轮在静止状态下受到外力也会有一定的形变，而随着啮合过程的进行，每个齿的形变都会随负载发生变化，非接触齿会立即恢复原形。当齿轮在啮合过程中遇到外力，产生加速度后，也会导致齿轮的变形，所有的变形叠加对整体啮合的齿轮产生了极为严重的影响。“啮合冲击力”很大程度上导致齿轮的轴向振动、周向振动、径向振动，是造成齿轮振动的重要原因之一。

1.3不平衡振动的噪声原因分析

齿轮的不平衡噪声是指由于齿轮及相关旋转配件在制造、安装过程中由于不平衡而产生的整体惯性力造成的振动。这种惯性力在转动时会产低频率的振动，对设备会造成一定的影响，而产生噪声的频率通常为n/60Hz（n是指齿轮转速），主要通过空气和固体媒介传播。

2.变速箱齿轮噪声的处理方法探讨

2.1齿轮噪声的影响因素分析

在齿轮啮合过程中，对齿轮噪声产生较大影响的因素有三个：一是齿距偏差。齿距偏差导致了齿轮之间的震动，从而影响了齿轮之间的啮合频率，在工作过程中，齿距偏差是齿轮啮合的刚度变化明显增大，造成齿轮之间的摩擦加大，噪声也随着增大；二是齿距累积偏差。齿距累积偏差主要是使用时间过长累积而成，在齿轮工作过程中，齿距累积偏差呈现出每周一正一负的效果，使齿轮发生摆动，导致齿轮发出不同强度的噪声；三是齿廓的总偏差和径向跳动。齿廓的总偏差和径向跳动在啮合过程中会产生多次不同频率的冲击振动，造成噪声，而且随着齿轮的精度降低，噪声强度越来越大。

2.2齿轮降低噪声的处理方法分析

目前齿轮噪声降低的处理方法大多是从设计改进入手的，齿轮噪声只能够降低，而无法消除，下面从几个方面对齿轮降噪设计进行论述。

2.2.1齿轮齿数和模数的设计改进

对于齿轮来说，其刚性与模数有着密切关系，而传递功率大的齿轮，变形的可能性大，模数越大大的齿轮产生的噪声越小，所以对于荷载较小的齿轮，要选择小的模数，这样具有较高的经济效益，但这样容易产生较大噪声。齿数越多，啮合重复系数越大，齿轮之间就会相对比较稳定，产生的噪声就越小。综合而言，在进行齿轮设计要综合考虑齿轮的齿数、模数，并进行合适的选择。

2.2.2齿轮重叠系数和变位系数的设计

齿轮啮重叠系数越大，齿轮之间越稳定，噪声也就越小，所以在对齿轮进行

设计时，采用斜齿轮传动，可以将啮合线段和齿轮的刚度增加，达到降低噪声的效果。变位系数可以提高齿轮的吻合程度，降低齿轮啮合噪声，加强变位系数也可以达到降低噪声的效果。

2.2.3齿廓修形

齿轮在受到载荷的过程中会产生变形，从而产生了噪声，研究人员经过大量研究发现齿轮的齿廓形状和齿相效果对噪声的强弱有着很大的影响，通过齿廓修形可以很大程度上降低噪声。齿廓修形分为修缘、修根、修K形齿，在进行齿廓设计时，对于齿廓形状偏离部分进行修形，从本质上降低齿轮啮合时的弯曲变形申生的噪声，而且通过齿廓修形可以降低部分齿顶承受的冲击力，使齿轮圆滑传动，提高系统整体效果，同时修K形还可以增加齿轮啮合柔性，降低噪声。

2.2.4螺旋线修行处理

将齿轮依照齿线方向对齿面进行微量修削，保证齿面形状与原来形成部分偏差。齿轮在传动过程中，齿轮功率易出现变化，造成实际载荷低于预期载荷，导致偏载。设计人员通过螺旋线修形可以对其全面控制，降低齿面负载的不均匀性，加强齿轮接触面的精度，达到降低噪声的效果。同时还可以通过螺旋线对载荷变化、转速和油温等进行全面分析，降低噪声。

2.2.5齿轮的粗糙度及精度等级控制

在齿轮的加工制作中，齿轮的啮合精度等级和齿面的粗糙度严重影响着齿轮的噪声效果。精度不够在轻载的状态下仅造成小小的啮合误差，在重载时则会造成较大的噪声，并对机械本身噪声巨大的伤害。所以由此要对齿轮的精度进行控制，降低噪声。而对粗糙度的控制则是通过使用润滑剂，减少齿面摩擦力，降低噪声的强度。

2.2.6细高齿的选用

在所有的齿形中，细高齿是最能控制齿轮噪声的齿形。在不影响强度的条件下，细高齿可以有效的增加齿高系数、重叠系数、轮齿的柔性。但细高齿的使用受到很多条件的限制，其中最重要的两点是：①齿顶宽不能大于0.3mm；②齿根与齿顶不能互相干扰。

3.结论

变速箱齿轮的分析和处理是当前工程机械领域至关重要的问题，对我国的工程机械发展起着非常重要的作用。作为齿轮设计人员，要从齿距累积误差、齿轮偏差、径向跳动以及齿廓总偏差三个对噪声产生较大影响的因素进行研究，对齿轮的模数、齿数、变位系数等进行合理的选择和改进，为变速箱齿轮的降噪提出更多更好的方法和措施，为齿轮的更好应用推广提供有力的技术支撑。