齿轮低噪声设计

如果激振频率和自振频率重合，则形成共振，振幅和噪声都会大大增加。必须改变设计，使 工作转速不至于落入共振区内。
轮齿的激振可以归于以下原因而产生啮合冲击： •制造误差（齿距偏差，齿廓偏差和螺旋线偏差，箱体轴承孔平行度偏差等）； •受力元件（齿轮、箱体、轴、轴承等）的变形； •运转产生的温度变形； •轮齿啮合过程中的载荷突变； •轮齿啮合过程中的刚度变动。
（7）齿面粗噪度在有些情况下会对齿轮的噪声特性产生影响。
（8）轮齿接触区不良，如调角接触，会出现低频的敲击声，这在工厂出厂空负荷试验时经常遇 到。
调角接触引起轮齿接触区振摆，其作用有如沿周向变化的螺旋线倾斜偏差。在齿轮旋转时， 最大的螺旋线偏差为每周出现2次（一次为正，一次为负），该情况也可从声压随时间变化的曲 线上看出来。
齿轮低噪声设计
1
一对齿轮的振动用一个经过简化的振动模型表示后，就可以当作自成体系的振动系统来看待。 该系统由于轮齿刚度的周期性变化，啮合误差以及载荷传递的不均匀性等引起振动，而且以其基 本频率（例如旋转频率、轮齿啮合频率）和基本频率的整倍数振动。振动能分成弯曲振动和扭转 振动两种形态。但对于噪声散射来说，其决定作用的几乎毫无例外地都是支撑在轴承上的弯曲振 动，这是因为，只有这种力才能传向箱体。
以上因素均会引起齿轮的齿距改变（偏离理想齿距值）。当主动轮的齿距小于从动轮的齿距 时，就会产生啮入干涉冲击；当主动轮的齿距大于从动轮的齿距时，就会产生啮出干涉冲击（图 34）。啮入冲击和啮出冲击都会激起轮齿频率的振动。
轮齿啮合产生的噪声可归结于以下4种：
1) 轮齿啮合过程中的刚度变动引起的振动冲击。轮齿刚度是随轮齿频率60周期性的变化的，它引 起的激振烈度取决于轮齿啮合过程中刚度的变化。
2）圆周速度的影响：对于直齿和斜齿轮啮合，当圆周力不变时，圆周速度加倍能使声压级提高 5～6。
3）载荷的影响：载荷增加，会使轮齿变形增加，啮合误差加大，声压级提高。当圆周速度不变， 把圆周力从空载提高到额定值时，直齿轮由于受载时的重合度变化，声压级有可能提高12左 右；斜齿轮由于刚度变化小，升压级的提高幅度小，一般在4左右。
伴随以轮齿频率出现的螺旋线形状偏差，例如由铣刀振摆而产生的偏差，将导致伴以轮齿频率 或其倍率的分度噪声的提高。对于斜齿轮，当分度较精确时，沿齿廓斜向分布的接触线弥补了表 面上的凹痕，螺旋线形状偏差的影响要小一些。
（4）由于机床的误差，会在被加工齿轮的齿面上产生波度。对于宽斜齿轮波度是齿面周期性波 纹度，表面加工纹理接近平行于（同相啮合齿轮的）接触线，它会引起传动误差，齿轮啮合时会 出现一个高音的刺耳声。其噪声频率与齿轮加工机床的传动蜗轮齿数有关，与齿轮本身齿数无关。 这种波度对透平齿轮的噪声性能起着特别不好的作用。这是高速齿轮的主要噪声源之一。其噪声 脉冲频率为
2) 由啮入冲击和啮出冲击都会激起轮齿频率的振动。载荷越大，圆周速度越高，这种激振就越强 烈，（而由轮齿刚度变化引起的激振则与速度无关）。
3) 由摩擦力换向冲击激起的振动。它由节点处的摩擦力改变而引起，烈度与轮齿啮合频率相关。 它可以通过用斜齿啮合补偿摩擦力的换向或节点外变位啮合来减小或避免。
4) 摩擦噪声，它由载荷在齿廓上的滑动摩擦和滚动摩擦引起。
（38）
齿圈径向跳动和齿距累积偏差，或是其他与转速合拍的轮齿、联轴器等的偏差，都能产 生伴随以旋转频率的冲击。它们在低转速时以振动的形式表现出来，在高频率的范围内才表现出 噪声的形式。在频率谱中，它们可由轮齿频率的边带上看出来。
（6）一些无规则的齿距偏差将产生随同齿轮转速和齿轮与箱体共振特性有关的变化噪声。
60
（37）
式中是旋转工作台分度轮的齿数。在非整数周期中，它在频率谱中以边带出现。当与轴的旋
转自振频率共振时，起着非常不利的作用。（其对策为提高机床分度精度，跑合研磨，反复休整 受载荷较大的部位。）
(5) 偏心、齿距累积和齿距突变等偏差所产生的频率为转速或其倍率的噪声，这是一种低频噪声。
n1,2/60 ；2 ；3
Leabharlann Baidu
齿轮噪声源有以下几个方面：
⑴齿距偏差和齿廓偏差造成啮合冲击，冲击次数等于齿轮的啮合次数，是啮合基本频率，产生的
噪声又称基频噪声
f11,2·z1,2/60
（36）
齿距偏差、基齿距偏差及基圆偏差或啮合角偏差都会加大啮合过程中的刚度变化。此外， 凸出于理论渐开线之外的工作齿廓部分（偏向体外）在进入啮合是会导致很大的啮入冲击。
精度、圆周速度和载荷对升压级的大致影响量：
1）精度等级和误差的影响： 在轻载时，啮合误差和安装误差起主要作用，每差一个的精度等级，声压级要约提高2.5～3。 重载时，变形常常大于啮合误差。因此，在 4级精度及更高精度时，啮合误差的影响是很小的。
在5～8级的范围内，经验的平均值是每差一个精度等级，声压级约提高1.5～2。
对于传递功率的传动。圆周速度低（小于1）时，摩擦力换向冲击引起的声功率可占10～40%， 摩擦噪声可占5～15%。在圆周速度高时，总声功率的80～90%都是由刚度突变和啮合冲击引 起的（见图）。 对于传递运动为主的精密传动，有效地端面重合度常达1左右，刚度突变和节圆冲击和啮合冲击 的作用较小，对噪声起决定性作用的是由啮合误差引起的啮合冲击和摩擦噪声。
（2）螺旋线倾斜偏差。对噪声的影响主要取决于轮齿与其配对轮齿的螺旋角之差。它使接触斑 点变短，对斜齿啮合意味着轴向重合度变小，加大了沿齿宽载荷分布的不均匀程度。载荷较大区 域的轮齿变形严重，使刚度变化大，啮合冲击大，这种冲击伴随以轮齿频率产生。
（3）齿廓形状偏差在轮齿每一次啮合中通常能引起多次的冲击振动。特别是能大大提高直齿啮 合时的噪声水平。在频率分析中，它可以作为高频噪声部分加以识别。根据每次啮合波动数（即 冲击数）的不同，它以相应的周期数在边带上出现。
齿距偏差激起伴以轮齿频率的振动。它们可以彼此增强或相互抵消。对噪声起决定性作 用的是各单项误差的综合作用，这同一齿切向综合偏差与齿宽方向的接触斑点中所表现的是一样 的。
在频率分析中，在周向不规则的齿距偏差或基齿距偏差可以通过轮齿频率的边带（其距 离等于旋转频率或旋转频率的倍数）和分度噪声的扩散方式识别出来。