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齒輪齒形與齒輪傳動噪聲

一、齒輪傳動噪聲的影響因素

齒輪噪聲更準確地稱為齒輪傳動噪聲,其聲源為齒輪嚙合傳動中的相互撞擊。齒輪傳動中的撞擊主要由齒輪嚙合剛性的周期性變化以及齒輪傳動誤差和安裝誤差引起。

1.齒輪嚙合剛性的周期性變化對傳動噪聲的影響

嚙合剛性的變化是指齒輪傳動中因同時嚙合齒數不同而引起嚙合輪齒承受載荷的變化,并由此引起輪齒變形量的變化。在直齒輪傳動中,嚙合線上的同時嚙合齒數在1~2對之間變化,而其傳動的扭矩近似恒定。因此,當一對輪齒嚙合時,全部載荷均作用于該對輪齒,其變形量較大;當兩對輪齒嚙合時,載荷由兩對輪齒共同承擔,每對輪齒的負荷減半,此時輪齒變形量較小。這一結果使齒輪的實際嚙合點并非總是處于嚙合線的理論嚙合位置,由此產生的傳動誤差使輸出軸的運動滯后于輸入軸的運動。主、被動齒輪在嚙合線外進入嚙合時,其速度的瞬時差異造成在被動齒輪齒頂處產生撞擊。在不同載荷下齒輪傳動產生的噪聲程度不同,原因在于不同載荷下輪齒產生的變形量不同,造成的撞擊程度不同。

2.齒輪傳動誤差和安裝誤差對傳動噪聲的影響

齒輪傳動裝置空載運行時,傳動噪聲的影響因素主要是齒輪的加工誤差和安裝誤差,包括齒形誤差、齒距誤差、齒圈跳動、安裝后齒輪的軸線度、平行度及中心距誤差等。當然這些誤差對傳動裝置在負載下運行的傳動噪聲也有影響。①齒形誤差會引起與嚙合頻率相同的傳動誤差及噪聲,是引起嚙合頻率上噪聲分量的主要原因。中凹齒形是不能接受的,加工中應盡量避免。②齒距誤差為隨機誤差,產生的噪聲頻率與嚙合頻率不同,不會提高嚙合頻率上的噪聲幅度,但會加寬齒輪噪聲音頻的帶寬。
    3.軸線在節平面上投影的不平行、齒向誤差以及軸在傳動負載下的變形會使輪齒在齒寬方向上的接觸長度縮短,造成嚙合剛性下降,由此產生的傳動誤差及齒輪傳動嚙合剛性的周期性變化是產生噪聲的另一原因,其對斜齒輪傳動影響更大。

二、控制齒輪噪聲的有效途徑———齒輪修形

試驗證明,當輪齒在進入嚙合和脫離嚙合區時,由于輪齒誤差和受載變形引起角速度的脈動變化而產生沖擊和噪聲,這種現象的產生,即使是制造精度很高的齒輪也很難避免。過去人們總是力求使輪齒的精度盡可能地接近理論齒形,實踐證明,在高速大功率傳動時,符合理論齒形的輪齒反而不能滿足要求。采用齒頂和齒根修緣、齒向修形后,有效改善輪齒的嚙合性能,降低齒輪噪聲。齒輪傳動中的撞擊是產生噪聲的主要原因,因此,消除或減小齒輪傳動中的撞擊是降低噪聲的有效途徑。采用齒輪修形能有效減小齒輪傳動中的撞擊,從而控制齒輪傳動噪聲,因此該方法在齒輪傳動設計中得到了廣泛應用。齒輪修形在某些場合下比提高齒輪精度更為有效。雖然提高齒輪精度可以減小齒輪傳動誤差,降低齒輪傳動噪聲(尤其是空載狀態下的噪聲),但在負載下可能會因輪齒變形而產生傳動誤差,且隨著載荷增加,傳動誤差及噪聲隨之增大,而采用齒輪修形卻能有效改善這一現象。