干货 | 齿轮传动噪声形成的主要原因及对策

selina 在 周一, 06/12/2017 - 08:58 提交

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传统衡量齿轮传动性能的两个主要因素是:负载能力和疲劳寿命,往往将传动噪音与传动精度忽略掉。随着ISO14000、ISO18000两项标准的相继颁布,控制齿轮传动噪音这一因素的重要性日趋明显,工业发展与需求对高精密设备的传动误差的要求也越来越严格(齿轮传动侧隙)。目前已知的齿轮噪音形成因素,大致可从设计、制造、安装、使用维护等几个方面分析。

国家标准对齿轮用齿轮副规定了13个精度等级。分别用阿拉伯数字0、1、2……12表示,其中0级精度最高,其余各级依次递降,12级精度最低。齿轮副中两个齿轮的精度等级一般取成相同等级,也允许取成不同等级,此时应按其中精度较低者确定齿轮副的精度等级。

13个精度等级中,目前0、1、2级精度的加工工艺水平和测量手段尚难达到,有待发展。3-5级为高精度等级,6-8级为中等精度等级,9-12级为低精度等级。其中6级是基础级,也是设计中常用等级,它是滚齿、插齿等一般常用加工方法在正常条件下所能达到的等级,可用一般计量器具且进行测量。
设计原因及对策

1. 齿轮精度等级

齿轮传动系统设计时,设计者往往从经济因素考虑,尽可能比较经济的确定齿轮精度等级,殊不知精度等级是齿轮产生噪声等级与侧隙的标记。美国齿轮制造协会曾通过大量的齿轮研究,确定高精度等级齿轮比低精度等级齿轮产生的噪声要小的多。因此,在条件允许的情况下,应尽可能提高齿轮的精度等级,来减小齿轮噪声,减少传动误差。

2. 齿轮宽度

在齿轮传动系统允许时,增加齿宽,可以减少恒定扭矩下的单位负荷。降低轮齿挠曲,减少噪声激励,从而降低传动噪声。德国H奥帕兹的研究表明,扭矩恒定时,小齿宽比大齿宽噪声曲线梯度高。同时增长齿宽能加大齿轮的承载能力。

3. 齿距和压力角

小齿距能保证有较多的轮齿同时接触,齿轮重叠增多,减少单个齿轮挠曲,降低传动噪声,提高传动精度。较小的压力角由于齿轮接触角和横向重叠比都比较大,因此运转噪声小、精度高。

4. 运转速度

根据德国H奥帕兹的试验研究表明,随着齿轮运转速度增加,噪声等级升高。

5. 齿轮箱结构

试验研究表明,采用圆筒形箱体对减震有利,在其他条件相同的情况下,普通结构齿轮箱体的噪声级比圆筒形箱体噪声级平均高6dB。对齿轮箱体进行共振测试,找出共振位置,增加适当的筋条(板),可以明显地减少振动,降低噪声。多级齿轮传动时要求瞬时传动比的变化尽量小,已保证传动平稳,冲击及振动小,噪声低。

6. 齿轮声辐射特征分析

在选择用不同结构形式的齿轮时,对其特定结构建立声辐射模型,进行动力学分析,对齿轮传动系统噪声进行预先评估。以便根据使用者的不同要求(使用场所,是否无人操作,是否在城区内,地上、地下建筑物有无特定要求,是否有噪声防护,或无其他特定要求)去满足。

制造原因及对策

1. 误差影响

制造过程齿形误差、齿距误差、齿向误差是导致传动噪声的主要误差。也是齿轮传动精度难以保证的一个问题点。

齿形误差小、齿面粗糙度小的齿轮,在相同试验条件下,其噪声比普通齿轮要小10dB。齿距误差小的齿轮,在相同试验条件下,其噪声级比普通齿轮要小6~12dB。但如果有齿距误差存在,负载对齿轮噪声的影响将会减少。

齿向误差将导致传动功率不是全齿宽传递,接触区转向齿的这端面或那个端面,因局部受力增大轮齿挠曲,导致噪声级提高。但在高负载时,齿变形可以部分弥补齿向误差。齿轮噪声的产生与传动精度有很直接的关系。

2. 装配同心度和动平衡

装配不同心将导致轴系运转的不平衡,且由于齿论啮合半边松半边紧,共同导致噪声加剧。高精度齿轮传动装配时的不平衡将严重影响传动系统精度。

3. 齿面硬度

随着齿轮硬齿面技术的发展,其承载能力大、体积小、重量轻、传动精度高等特点使其应用领域日趋广泛。但为获得硬齿面采用的渗碳淬硬使齿轮产生变形,导致齿轮传动噪声增大,寿命缩短。为减少噪声,需对齿面进行精加工。目前除采用传统的磨齿方法外,又发展出一种硬齿面刮削方法,通过修正齿顶和齿根,或把主被动轮的齿形都调小,来减少齿轮啮入与啮出冲击,从而减少齿轮传动噪音。

4. 系统指标检定

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