降低齿轮噪音的方法

降低齿轮噪音的方法
降低齿轮传动噪声的有效方法
齿轮传动在各种机械中有着广泛的应用。

它与带传动、链传动、蜗轮蜗杆传动等相比较有很多优点。

例如：传动的速度范围广、传递的功率大、传动可靠、结构紧凑、寿命长、能保证恒定的瞬时传动比，但它的缺点之一是噪音大。

那么，如何有效的降低齿轮传动的噪声，笔者浅谈如下：
一、选择材料
齿轮的材料一般有碳素钢、锻钢、铸钢、铸铁和非金属材料（如尼龙、夹布塑料）等。

为了降低齿轮传动的噪声，在某些强度要求不高的场合，可大胆地使用非金属材料作为首选齿轮的材料。

特别是随着我国科技工作者对非金属材料的研究和开发逐渐深入，用非金属材料制造零件的强度、精度将逐步提高，它将越来越被机械设计工作者所青睐。

同时，也可在一对啮合齿轮中，一个齿轮采用非金属材料，另一个齿轮仍用金属材料。

一般是小齿轮用非金属材料，大齿轮用金属材料，可以降低齿轮传动的噪声。

二、选择齿轮的参数
选择齿轮的参数时，应有利于降低齿轮传动的噪声。

选择齿轮的齿数时应以多齿数为好。

即：中心距确定后，在满足弯曲疲劳强度的前提下，尽量降低模数。

由于d=mz，当齿轮的分度圆直径d一定时，模数m越小，齿数z越多，增加了重叠系数，从而降低齿轮传动的噪声。

同时，由于模数降低，齿轮的加工成本也会降低。

另一方面，当不能降低齿轮模数时，应先考虑采用斜齿轮，这样也可以增加重叠系数，降低齿轮传动的噪声。

在斜齿轮传动中对于螺旋角的选择要求很高，原因是由于螺旋角较小，体现不出斜齿轮传动的优点，而螺旋角越大，相应地带来轴向力的增大，所以一般要求螺旋角在8°～20°之间。

而实际应用中，较小传动功率的条件下，螺旋角可稍大于16°为宜，这样降低噪声的效果更为明显，并且又不能引起较大的温升（因螺旋角较大，则轴向力增加，会使无用功增大而产生高温）。

再次，我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角α=20°，但对重合系数接近2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为1～1.2，压力角为16°～18°的齿轮，这样做可增加轮齿的柔性，降低齿轮传动的噪音。

三、结构方面
齿轮尽量避免采用实心结构，而应设计成腹板式结构。

也就是只要强度满足要求，齿轮应尽量减轻重量。

这样可使齿轮的固有频率降低，从而降低啮合的噪声。

四、装配方面
装配质量对齿轮传动噪声影响较大。

选用同一台机床加工出来的左右旋齿轮组装，将有利于降低齿轮的啮合噪声。

装配前要特别注意先清洗齿轮端面的毛刺，因为端面毛刺在啮合的过程中直接产生噪声，有条件的话可对齿廓间作降低噪声修缘。

五、模拟工作状况的跑合
对于以上措施仍达不到要求，又五条件提高齿轮加工精度时，模拟工作状况的跑合是最有效最廉价的方法。

跑合时，在啮合区涂上研磨膏，然后正转10～20h，再反转同样的时间。

跑合时要注意不要让研磨膏进入轴承部位，以免造成轴承磨损。

跑合后要把设备清洗干净，不留研磨膏和磨屑。

总之，采用齿轮转动时，在齿轮的设计、制造和安装上要采取实用有效的
方法，这样可以降低齿轮传动的噪声。

对于改善工人的工作环境和身体健康都具有十分重要的意义。

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治理齿轮传动噪声
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为了避免减速机不能通过出厂测试，原因之一是减速机存在间歇性高噪声；用ND6型精密声级计测试，低噪声减速机为72.3Db（A），达到了出厂要求；而高噪声减速机为82.5dB （A），达不到出厂要求。

经过反复测试、分析和改进试验，得出的结论是必须对生产的各个环节进行综合治理，才能有效降低齿轮传动的噪声。

1齿轮精度的基本要求
经实践验证，齿轮精度必须控制在GB10995－887~8级，线速度高于20m/s齿轮，齿距极限偏差、齿圈径向跳动公差、齿向公差一定要稳定达到7级精度。

在达到7级精度齿轮的情况下，齿部要倒梭，要严防齿根凸台。

2控制原材料的质量
高质量原材料是生产高质量产品的前提条件，我公司用量最大的材料40Cr和45钢制造齿轮。

无论通过何种途径，原材料到厂后都要经过严格的化学成分检验、晶粒度测定、纯洁度评定。

其目的是及时调整热处理变形，提高齿形加工中的质量。

3防止热处理变形
齿坯在粗加工后成精锻件，进行正火或调质处理，以达到：（1）软化钢件以便进行切削加工；（2）消除残余应力；（3）细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能；（4）为最终能处理作好组织上的准备。

应注意的是，在正火或调质处理中，一定要保持炉膛温度均匀，以及采用工位器具，使工件均匀地加热及冷却，严禁堆放在一起。

需钻孔减轻重量的齿轮，应将钻孔序安排在热处理后进行。

齿轮的最终热处理采用使零件变形较小的齿面高频淬火；高频淬火后得到的齿面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限，而心部仍保持足够的塑性和韧性。

为减少变形。

齿面高频淬火应采用较低的淬火温度和较短的加热时间、均匀加热、缓慢冷却。

4保证齿坯的精度
齿轮孔的尺寸的精度要求在孔的偏差值的中间差左右分布，定在±0.003~±0.005mm；如果超差而又在孔的设计要求范围内，必须分类，分别转入切齿工序。

齿坯的端面跳动及径向跳动为6级，定在0.01~0.02mm范围内。

5切齿加工措施
对外购的齿轮刀具必须进行检验，必须达到AA级要求。

齿轮刀具刃磨后必须对刀具前刃面径向性、容屑槽的相邻周节差、容屑槽周节的最大累积误差、刀齿前面与内孔轴线平行度进行检验。

在不影响齿轮强度的前提下，提高齿顶高系数，增加0.05~0.1m,，改善刀具齿顶高系数，避免齿轮传动齿根干涉。

M=1~2的齿轮采用齿顶修圆滚刀，修圆量R=0.1~0.15m。

消除齿顶毛刺，改善齿轮传动时齿顶干涉。

切齿设备每年要进行一次精度检查，达不到要求的必须进行维修。

操作者亦要经常进行自检，特别是在机床主轴径向间隙控制在0.01mm以下，刀轴径跳0.005mm以下，刀轴窜动0.008mm以下。

刀具的安装精度：刀具径向跳动控制在0.003mm以下，端面跳动0.004mm以下。

切齿工装精度，心轴外径与工件孔的间隙，保证在0.001~0.004mm以内。

心轴上的螺纹必须在丙顶类定位下，由螺纹床进行磨削：垂直度≦0.003mm，径跳≦0.005mm。

螺母必须保证内螺纹与基准面一次装夹车成，垫圈的平行度≦0.003mm。

6文明生产
齿轮传动噪声有30%以上的原因来自毛刺、磕碰伤。

有的工厂在齿轮箱装配前，去除毛刺及磕碰伤，是一种被动的做法。

作者比较主张以下做法：（1）齿轮轴类零件，滚齿后齿部立即套上专用的塑料保护套后转入下道工序，并带着专用的塑料保护套入库和发货。

（2）进行珩齿工艺，降低齿面粗糙度，去除毛刺，并防止磕碰伤，能有效地降低齿轮传动噪声。

7采取基它材料及热处理、表面处理方式
（1）可利用粉末冶金成型技术，齿轮成型后齿部高频淬火。

（2）采用墨铸铁，齿轮切削加工后，再进行软氮化处理。

（3）采用40Cr材料，齿轮切削功工后，采用软氮化处理或齿部镀铜处理。

综合所述，要根治齿轮传动噪声，齿轮材料及热处理是要本，齿坯精度是保证，齿轮精度是关键，文明生产是基础。

齿轮传动系统的噪声分析为从设计角度出发降低齿轮传动系统的噪声，我们就应首先来分析一下齿轮系统噪声的种类和发生机理。

在齿轮系统中，根据机理的不同，可将噪声分成加速度噪声和自鸣噪声两种。

一方面，在齿轮轮齿啮合时，由于冲击而使齿轮产生很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称为齿轮的加速度噪声。

另一方面，在齿轮动态啮合力作用下，系统的各零部件会产生振动，这些振动所产生的声辐射称为自鸣噪声。

对于开式齿轮传动，加速度噪声由轮齿冲击处直接辐射出来，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，自鸣噪声是闭式齿轮传动的主要声源。

因此，齿轮系统的噪声强度不仅与轮齿啮合的动态激励力有关，而且还与轮体、传动轴．轴承及箱体等的结构形式、动态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，齿轮系统噪声发生的原因主要有以下几个方面：(1)齿轮设计方面参数选择不当，重合度过小，齿廓修形不当或没有修形，齿轮箱结构不合理等。

(2)齿轮加工方面基节误差和齿形误差过大，齿侧间隙过大，表面粗糙度过大等。

(3)轮系及齿轮箱方面装配偏心，接触精度低，轴的平行度差，轴，轴承、支承的刚度不足，轴承的回转精度不高及间隙不当等。

(4)其他方面输入扭矩。

负载扭矩的波动，轴系的扭振，电动机及其它传动副的平衡情况等。

齿轮传动的减噪声设计基于以上分析，本文将重点从齿轮设计、齿轮加工以及轮系及齿轮箱三个方面展开详细讨论。

1.齿轮设计方面(1)齿轮的类型和材料
①齿轮的类型从传动平稳、噪声低的角度出发，斜齿圆柱齿轮同时接触的齿对多．啮合综合刚度的变化比较平稳。

因此振动噪声可能比同样的直齿圆柱齿轮低，有时可低到大约12dB。

对于人字齿轮，由于要求严格对中，微小的误差或唐损不均都可能影响人字齿轮的均载和传动平稳性，因此在圆柱齿轮中，斜齿圆柱齿轮是降低噪声最佳的齿轮类型．从1969—1 987年，埃及开罗Ain-Shams大学丸A.Y．Atfia教授对渐开线斜齿轮，单圆弧齿轮和双圆弧齿轮进行了实验研究，他比较了这三种齿形的齿轮在不同载荷和不同转速时的噪声．研究表明，在这三种齿形中，渐开线斜齿轮的噪声最低且受所传递的载荷和运转速度的影响最小，单圆弧齿轮次之，双圆弧齿轮最差．②齿轮的材料齿轮的材料。

热处理和润滑方式等均会对系统噪产生影响。

一般说来，用衰减性能好的材料制造齿轮，可使噪声降低．但衰减性能好的材料强度均不高，并非在任何场合均能采用。

例如．酚醛树脂与尼龙等则往往仅能用来制造缝纫机等轻工机械用轻载齿轮。

为了降低噪声，可在承载的钢质齿轮齿面渗硫或镀铜．齿面渗硫的目的是减小齿面磨擦系数．齿面镀铜已被用在透平机齿轮上，用以提高齿轮的接触精度。

齿轮热处理对噪声也有影响．例如，齿轮淬火后衰减性能变坏，噪声会增加3-4dB，因此强度和磨损性能要求不高的齿轮不必淬火。

至于润滑油和加油方法的影响，一般认为，噪声随油量和油的粘度增大而变小，这是因为润滑油有阻尼作用，可防止啮合齿面直接接触。

采用油浴润滑时，因油面高度不同，齿轮噪声也不同，即不同的齿轮箱有不同的最佳油位．(2)齿轮几何参数①模数当传递较大载荷时，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，情况就有所不同了。

此时轮齿误差的影响会远大干轮齿变形，我们就应从齿乾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△P可按下式求得：△P＝C1 +C2M+C3 ` ⒈式中do——齿轮节圆直径M ——模数C1、C2、C3——有关常数算而齿形误差△f则可由下式计: △f＝C4M+C5 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，在传递载荷较小或空载时，在齿轮强度允许的情况下，应尽可能取小模数。

②齿数若模数不变，改变齿数则齿轮直径和齿轮表面积也随着改变．这样，由于齿轮噪声辐射面积的改变引起了噪声的变化。

一般说来，噪声的大小主要不决定于振源的能量而决定于噪声的辐射面积。

按声学原理，若把齿轮作为圆板，它向空中辐射的声功率WR，可按下式计算：WR＝O.06pW2R2／πC3(6+0.85RP)2xF2 (3 式中: F——按正弦规律变化的激振力的有效值R——圆板直径o --面密度p——空气密度
ω——角频率C——常数由(3)式可知，随着四板直径的增大，噪声将急剧增加。

因此，设计齿轮时，应尽可能减小齿轮直径。

此外，由式(1)，(2)可以看出，齿距误差与齿轮直径有关，而齿形误差与直径无关，因此减小直径不会增加达到齿轮加工精度的难度。

③齿宽
齿宽变化引起噪声改变的原因在于能量衰减的不同。

因此齿宽大的齿轮衰减性能好，从而噪声也低．④重合度增大重合度可以减小齿轮传动的噪声。

首先，增大重合度可以减小单对轮齿的负荷．从而可以减小啮入和啮出的负荷冲击，降低齿轮噪声。

其次，随着接触齿对的增加，单对轮齿的传动误差被均化，从而减小了轮齿的动态激励。

此外，几乎所有的对齿轮噪声有影响的轮齿参数，实际上都是由于他们对重合度的影响而起作用的。

例如，对于重合度为1—3的圆柱齿轮，降低齿轮的压力角，减小模数，使齿顶高有较小的增加，均是由于增大了重合度而使齿轮噪声降低的。

当然，压力角减小，增加了轮齿的柔性，也降低了动态激励，从而有利于噪声的降低。

⑤螺旋角由于斜齿轮是从齿的一端逐渐进入啮合，因此啮合冲击小，噪声低。

一般说来，随着螺旋角的增大，重合度增大，噪声降低。

但是，当螺旋角较大时其降噪效果较螺旋角较小时要差。

这是因为螺旋角大时，加工、安装困难，影响了实际的重合度．⑥齿的修形、整形和变位在齿轮的实际工作状态下，由于轮齿、传动轴和箱体的变形会使轮齿在啮入和啮出时产生干涉和冲击，引起强烈的振动和噪声．为此，可采用进行修形、整形和变位的方式对啮合变形进行补偿达到降低振动和噪声的目的。

齿轮加工方面1．齿轮精度方面齿轮的加工精度对齿轮系统噪声有着重要的影响。

一般来说，提高加工精度有助于降低齿轮系统的噪声。

但提高加工精度要受加工成本的限制，且初始的加工精度越高，提高精度的降噪效果也越不明显。

在各单项轮齿误差中，齿形误差对噪声的影响最大。

齿形误差大，则齿轮噪声大，但两者间并非简单的线性关系。

因为噪声的大小，不仅取决于齿形误差的大小，更主要的是取决于齿形形状。

实验证明，略带鼓形的齿形形状，有利于降低噪声．关于齿轮轮齿侧隙对噪声的影响，一般说来，如果侧隙过小，噪声会急剧增大，而侧隙稍大些对噪声的影响并不大。

2．加工方法方面齿轮加工的方法有多种，一般说来，加工方法与齿轮噪声没有十分固定的关系，因为还要受到加工技术的影响。

通常，不同的加工方法将产生不同的齿面粗糙度，改善齿面粗糙度有利于降低噪声。

轮系及齿轮箱方面1．齿轮轮体结构方面齿轮轮体的结构对齿轮系统的噪声有重要影响。

首先，在轮齿动态激励力作用下，轮体作为一个弹性体会产生振动并辐射噪声。

其次，作用在轮齿上的动态激励力会通过轮体传给传动轴，并进而传至轴承和箱体。

再则，轮体的结构还会影响轮齿啮合过程的传递误差，反过来又会影响动态激励力的大小。

为此，我们可以从减少齿轮体噪声辐射及减小齿轮体振动的传递两方面来降低噪声。

(1)少齿轮体噪声辐射一般说来，噪声的大小除与振源能量有关外，主要决
定于辐射面积．因此减小齿轮的表面积，可以减小噪声的辐射面积，从而降低辐射噪声。

此外，齿轮的形状与噪声大小也有一定关系，例如齿坯越厚、直径越小，噪声也越小．(2)
减小齿轮体振动的传递对此，我们可以采用一些复合结构，或在齿轮体中间填入振动衰减材料来增大齿轮的阻尼效应，从而减小振动的传递，来降低噪声．2．轴系结构方面可以防止传动轴的偏斜，井通过轴系的设计，控制多级齿轮传动中各啮合激励的相位关系，来达到降低噪声的目的。

3．箱体结构方面齿轮箱体是一个典型的弹性结构系统，它在轴承动
载荷作用下产生振动，辐射噪声，因此合理设计箱体的结构和振动特性，将有助于降低齿轮系统的噪声。

例如，设计时以箱体薄壁的振动最小为目的，以频率约束、应力约束、几何约束等为约束条件，使箱壁振动在动态激励作用下最小，达到降低噪声辐射的目的．此外，在箱体结构设计中，应注意使轴承支承座与箱体支点间的结构联系具有足够的刚度，以减少系统的振动。

对于较大面积的薄壁，应设置加强筋，以减少振动噪声的幅度。