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齒輪傳動噪聲形成的主要原因及對策

齒輪傳動噪聲形成的主要原因及對策

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  傳統衡量齒輪傳動性能的兩個主要因素是:負載能力和疲勞壽命,往往將傳動噪音與傳動精度忽略掉。隨著ISO14000、ISO18000兩項標準的相繼頒布,控制齒輪傳動噪音這一因素的重要性日趨明顯,工業發展與需求對高精密設備的傳動誤差的要求也越來越嚴格(齒輪傳動側隙)。目前已知的齒輪噪音形成因素,大致可從設計、制造、安裝、使用維護等幾個方面分析。
 
  設計原因及對策
 
  1. 齒輪精度等級
 
  齒輪傳動系統設計時,設計者往往從經濟因素考慮,盡可能比較經濟的確定齒輪精度等級,殊不知精度等級是齒輪產生噪聲等級與側隙的標記。美國齒輪制造協會曾通過大量的齒輪研究,確定高精度等級齒輪比低精度等級齒輪產生的噪聲要小的多。因此,在條件允許的情況下,應盡可能提高齒輪的精度等級,來減小齒輪噪聲,減少傳動誤差。
 
  2. 齒輪寬度
 
  在齒輪傳動系統允許時,增加齒寬,可以減少恒定扭矩下的單位負荷。降低輪齒撓曲,減少噪聲激勵,從而降低傳動噪聲。德國H奧帕茲的研究表明,扭矩恒定時,小齒寬比大齒寬噪聲曲線梯度高。同時增長齒寬能加大齒輪的承載能力。
 
  3. 齒距和壓力角
 
  小齒距能保證有較多的輪齒同時接觸,齒輪重疊增多,減少單個齒輪撓曲,降低傳動噪聲,提高傳動精度。較小的壓力角由于齒輪接觸角和橫向重疊比都比較大,因此運轉噪聲小、精度高。
 
  4. 運轉速度
 
  根據德國H奧帕茲的試驗研究表明,隨著齒輪運轉速度增加,噪聲等級升高。
 
  5. 齒輪箱結構
 
  試驗研究表明,采用圓筒形箱體對減震有利,在其他條件相同的情況下,普通結構齒輪箱體的噪聲級比圓筒形箱體噪聲級平均高6dB。對齒輪箱體進行共振測試,找出共振位置,增加適當的筋條(板),可以明顯地減少振動,降低噪聲。多級齒輪傳動時要求瞬時傳動比的變化盡量小,已保證傳動平穩,沖擊及振動小,噪聲低。
 
  6. 齒輪聲輻射特征分析
 
  在選擇用不同結構形式的齒輪時,對其特定結構建立聲輻射模型,進行動力學分析,對齒輪傳動系統噪聲進行預先評估。以便根據使用者的不同要求(使用場所,是否無人操作,是否在城區內,地上、地下建筑物有無特定要求,是否有噪聲防護,或無其他特定要求)去滿足。
 
  制造原因及對策
 
  1. 誤差影響
 
  制造過程齒形誤差、齒距誤差、齒向誤差是導致傳動噪聲的主要誤差。也是齒輪傳動精度難以保證的一個問題點。
 
  齒形誤差小、齒面粗糙度小的齒輪,在相同試驗條件下,其噪聲比普通齒輪要小10dB。齒距誤差小的齒輪,在相同試驗條件下,其噪聲級比普通齒輪要小6~12dB。但如果有齒距誤差存在,負載對齒輪噪聲的影響將會減少。
 
  齒向誤差將導致傳動功率不是全齒寬傳遞,接觸區轉向齒的這端面或那個端面,因局部受力增大輪齒撓曲,導致噪聲級提高。但在高負載時,齒變形可以部分彌補齒向誤差。
 
  齒輪噪聲的產生與傳動精度有很直接的關系。
 
  2. 裝配同心度和動平衡
 
  裝配不同心將導致軸系運轉的不平衡,且由于齒論嚙合半邊松半邊緊,共同導致噪聲加劇。高精度齒輪傳動裝配時的不平衡將嚴重影響傳動系統精度。
 
  3. 齒面硬度
 
  隨著齒輪硬齒面技術的發展,其承載能力大、體積小、重量輕、傳動精度高等特點使其應用領域日趨廣泛。但為獲得硬齒面采用的滲碳淬硬使齒輪產生變形,導致齒輪傳動噪聲增大,壽命縮短。為減少噪聲,需對齒面進行精加工。目前除采用傳統的磨齒方法外,又發展出一種硬齒面刮削方法,通過修正齒頂和齒根,或把主被動輪的齒形都調小,來減少齒輪嚙入與嚙出沖擊,從而減少齒輪傳動噪音。
 
  4. 系統指標檢定
 
  在裝配前零部件的加工精度及對零部件的選配方法(完全互換,分組選配,單件選配等),將會影響到系統裝配后的精度等級,其噪聲等級也在影響范圍之內,因此,裝配后對系統各項指標進行檢定(或標定),對控制系統噪聲是很關鍵的。