齿轮箱减振降噪优化设计方法研究

齿轮箱减振降噪优化设计方法研究

摘要：近年来，齿轮箱减振降噪优化设计问题得到了业内的广泛关注，研究其

相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了齿轮箱减振降噪

技术专利发展状况，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就齿轮箱减振

降噪优化设计展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工

作的实践。

关键词：齿轮箱；减振；降噪；优化；设计

1前言

随着齿轮箱减振降噪条件的不断变化，对其优化设计问题提出了新的要求，

因此有必要对其相关课题展开深入研究与探讨，以期用以指导相关工作的开展与

实践。基于此，本文从概述相关内容出发，提出了减震降噪优化设计的具体方法。 2概述

齿轮传动因传动效率高、传动寿命长、传动比精确而被广泛应用于航空航天、轨道交通、装备制造等领域。随着人们对振动和噪声问题的重视，齿轮箱减振降

噪优化设计势在必行。齿轮箱在运行过程中主要的振动和噪声来源是齿轮在啮合

时产生的，主要通过三种路径传递到环境中。第一种路径是，啮合力和噪声通过

齿轮、轴传递到齿轮箱箱体，在箱体上表现出声辐射和箱体振动；第二种路径是

齿轮啮合噪声通过箱体内部的空气直接传递到箱体表面，在箱体上表现为较弱的

振动噪声；第三种路径主要是通过齿轮箱的各种缝隙向环境中传播噪声。研究结

果表明有90%以上的振动噪声来自第一种路径。因此，减小齿轮箱箱体上的振动

及噪声量就能有效抑制整体振动噪声，所以齿轮箱减振降噪优化设计就是箱体的

优化设计。

3齿轮箱减振降噪技术专利发展状况分析

截至2015年5月，在德温特DWPI数据库中检索到涉及齿轮箱减振降噪技术

的全球专利申请共计692项；在中文摘要数据库CNABS中检索到涉及齿轮箱减振

降噪技术的专利申请达到606件，其中国内申请482件，国外来华申请124件。

该节在这一数据基础上从专利申请发展趋势、专利申请国家或地区分布、主要专

利申请人分析等角度对齿轮箱减振降噪技术领域的全球专利状况进行分析。

3.1发展趋势分析

齿轮箱减振降噪技术领域全球专利申请趋势变化中，1972年便首次出现2项

专利申请，但其后申请量却出现波动，年均申请量不高，直至2007年前后发展

迅速；在其整个发展过程中呈现出明显的起伏趋势；到2013年时，其年原创申

请量达到184项。从其发展轨迹来看，该领域的专利申请趋势的变化基本上与20

世纪3次全球能源危机的发生相吻合，在能源危机出现时，传统汽车、减速器等

制造业的专利申请量就呈现出明显下降趋势，齿轮箱减振降噪技术的专利申请也

随之降低，这表明齿轮箱减振降噪技术的发展不仅取决于技术因素本身，而且在

很大程度上还是由全球能源状况决定的，也就是说，齿轮箱减振降噪技术的发展

很大程度上受到外部环境的制约。

齿轮箱减振降噪技术领域中国专利申请趋势变化中可以看出，专利申请量总

体呈上升趋势，其中近几年发展迅速，国外来华申请量发展初期大于国内申请量，而近几年要远远小于国内申请量，国内与国外来华申请量趋势基本保持一致。总

体来看，国内与国外来华历年专利申请量差别较大，国外来华申请人早在20世

纪80年代就开始重视在我国的专利布局，国内申请人起步较晚，但从2011年以

来已超越国外来华申请量，且差距正不断增大。

3.2布局区域分析

齿轮箱减振降噪技术领域全球原创申请量排名前10的区域申请量份额，排名前10的依次为中国、日本、德国、美国、韩国、欧专局、法国、英国、国际局、及瑞典，其中，中国以404项原创申请遥遥领先于其他国家与地区，其总量多于

其他国家与地区申请量之和，可见我国在齿轮箱减振降噪技术领域已占有一定的

技术优势；日本申请量排名第二，共计171项，落后于我国，但差距不大，表明

我国在齿轮箱减振降噪技术的研发与投入上取得一定优势的同时，与传统制造强

国之间差距并不明显，存在被超越的可能，这也为我国未来大力推广齿轮箱减振

降噪技术提供了动力；此外，排名前10的国家基本集中于日、美、中、韩及欧

洲等国家，集团领先优势明显。

齿轮箱减振降噪技术领域中国申请量排名前10的区域申请量份额，可以看出，江苏专利申请量排名第1，占国内申请总量的20.54%，浙江紧随其后，以19.50%

位列第2，其次为重庆和广东，分别以11.00%和6.85%的份额排名3～4位，安徽、山东、北京、四川、湖北和湖南则分列第5～10位。排名前10位的省市专利申

请总量占国内申请总量的79.67%，专利集中度相对较高。排名前10位的省市多

为经济发达、中小企业遍布地区或有大型供需企业区域，如江苏和浙江等东南沿

海地区，生产制造业相对发达，而广东有比亚迪公司，安徽有奇瑞公司，他们都

是对齿轮箱有大量需求的企业。除此之外，以上地区经济相对发达，政府非常重

视企业与周边环境的交互影响，对齿轮箱减振降噪技术的扶持力度较大，在该地

区进行齿轮箱减振降噪技术的研究以及产品的生产较为容易获得政府的扶助，因

而企业或单位对开发齿轮箱减振降噪技术的热情比较高；该地区的整体科研水平

比较高，科研人才众多，相对于其他地区，在这些地区专利保护意识更加深入人心，企业也更注重专利布局。但是值得注意的是，排名前10的国内省市之间，

其申请量份额差距并不大，具有明显技术优势的地区尚未形成。

3.3申请人分析

齿轮箱减振降噪技术领域全球专利申请量前10的申请人申请量分布，可以看出，该领域全球排名前10的申请人仅集中在中、日、韩、美、德5国，其中，

日本申请人占据了六席，足见日本在该领域已具有了极强的整体优势。此外，在

排名前10的申请人中，5家为整车生产商，其他4家零部件供应商中，爱信艾达、住友和雅马哈主要提供车辆相关的变速器，腓特烈斯则是提供齿轮箱的，这也充

分反映出齿轮箱减振降噪技术的发展从很大程度上取决于整车生产商和车辆零部

件生产商的发展，在当前全球车辆从传统的燃料向新能源转型的过程中，如何促

使齿轮箱减振降噪技术进一步发展甚至转型以迎合当前市场的需要，将是目前乃

至今后齿轮箱减振降噪技术领域需要思考的问题。

齿轮箱减振降噪技术领域中国专利申请量前12的申请人申请量分布，可以看出，排名前12位的专利申请人中有6位为国外来华申请人，其中日本丰田以20

件排第1位，与排名第2的吴小杰的16件较排名第3的日本本田的9件优势明显，且基本全为发明专利；国外来华申请人中日本占据3席、韩国占据2席，可

见日韩在我国齿轮箱减振降噪技术领域中已初步完成专利布局，值得我们关注；

国内申请人中以整车制造和零部件企业为主，由此可见，齿轮箱减振降噪技术的

发展一定程度上取决于车辆行业的发展；值得注意的是，国内申请人中个人申请

已初步形成规模，说明在齿轮箱减振降噪技术领域，专利保护意识已经开始逐步

由企业深入个人，这也为我国今后知识产权战略的全面发展奠定了群众基础。