传动系的齿轮噪声问题及其控制

扬州邗江中等专业学校 崔林娟

传动系的齿轮噪声问题及其控制

扬州邗江中等专业学校 崔林娟

传动系是发动机及其动力总成的一部分，其中的变速器、分动器、传动轴、差速器和减速器等部件都会产生噪声。在发动机、变速器等部件的装配中都会应用到齿轮的传动，因此，控制传动系齿轮噪声的影响就成了一个关键的因素。

齿轮在运行时，不仅受到啮合的频率和振动因素的影响，还受到齿轮材料本身固有频率产生振动的影响。在强度和刚度允许的条件下，选择衰减性能好的材料，对降低齿轮噪声具有明显效果。在大齿轮的轮辐上加金属阻尼环，依靠阻尼环与轮辐之间的滑动摩擦，耗散振动能量，抑制噪声的辐射，可以有效降低齿轮噪声。

一、齿轮噪声的特点

轮齿在啮合和脱离过程中产生的周期性冲击噪声的基频即为齿轮的啮合频率。改变齿轮的质量、刚度及尺寸能改变齿轮的固有频率，从而改变其与外加激振力的频率的差值，以防止谐振的发生。齿轮啮合频率计算公式如下：

式（1）中，n为转速，z为齿轮频数。

轮齿表面的粗糙度对齿轮噪声影响很大，一般摩擦系数越小，齿轮的噪声越小。噪声的声级与齿面的粗糙度近似于线性关系，一个齿面粗糙度低的齿轮和一个齿面粗糙度高的齿轮噪声级约差4 dB。除此之外，润滑也控制着摩擦系数，因此，保持齿轮具有良好的润滑，也可以明显降低齿轮噪声。

二、影响齿轮噪声的主要因素

1.齿轮留磨量。齿顶二面倒角可以降低淬火后齿形误差对齿轮噪声的影响。齿轮淬火后，齿根常常变肥，致使啮合时发生干涉，齿根部会发生亮带，从而产生较大的噪声。磨小齿轮的齿顶圆、减小啮合系数、修磨齿顶倒角都是较好的解决办法。对于磨齿工序、齿面及齿根都有留磨量，但是砂轮的齿顶容易磨损，所以磨出的齿也容易出现齿根变肥；留磨量不当，齿根还会产生凸台，所以齿顶二面倒角对于减少根部干涉是一种很有效的措施。

2.齿轮的齿宽。齿宽与噪声也有密切关系，齿宽大，则齿上的单位载荷小，弯曲变形就小，噪声也就减小。同时，齿宽较大还可改善齿轮的衰减性能。受齿向精度所制约，齿宽也不能过大。如果齿轮的直径较大，齿宽受到限制，则设计时应增加轮辐的厚度，以减少端面振动亦提高衰减性能。对于淬火的齿轮，内径定心若可以保证精度，则可根据齿圈定心找出正端面磨内孔。对剃齿后高频淬火的齿轮可以纠正以前工序的齿圈振摆，并解决内孔淬火收缩问题。

3.齿轮修缘的误差。齿轮修缘时，可修齿顶或齿根，也可两者都修。齿轮修缘一般集中在小齿轮上，这s样做工序比较简单；若考虑到小齿轮的强度问题，也可以分配给2个齿轮。一般齿顶修缘，可获得2 dB的降噪量；齿顶修缘量在0.02～0.04 mm。修缘量的大小取决于齿轮所承受的动载荷、静载荷、受热变形误差、加工误差等因素。理论计算的数值精确度不高，一般由试验确定。在工程实际中，为了提高齿轮的接触精度，使齿面承受的载荷均匀，避免轮齿单边接触或不规则的接触，长在齿轮的宽度方向修缘，称为齿向修缘。

三、传动系齿轮噪声的控制

1.齿轮参数和结构形式。增大齿轮的模数会增加制造难度，增大齿轮的制造误差，从而增加了工作时的噪声。此外，齿轮压力角的增加也会造成啮合过程的径向力增加而增大噪声。在强度允许的条件下，适当降低模数和压力角，可以降低齿轮噪声。齿轮设计时，还要考虑重叠系数；经验表明，重叠系数为2时，噪声水平比较低。测量齿轮运转过程中的噪声时，可以找出频率较大的噪声，联系相关机械运动，可以找出噪声源，从而确定解决措施。但是要找出发生噪声的确切频率，则需用窄频程的滤波器确定，常用的倍频程滤波器或1/3倍频程滤波器能有效地指出声能在各频带的分布，但不能确定峰值频率。

2.齿轮的制造和工艺。通常在齿轮粗加工和热处理以后，应进行剃齿或磨齿等精加工。为减少齿轮在承载后的弹性变形和制造误差（主要是基节误差和齿形误差）造成的齿顶和齿根处的干涉，在齿轮加工时通常将干涉部分削去，以降低齿轮工作时的噪声。

3.材料和结构。采用高分子材料取代传统的金属材料齿轮可以大大降低齿轮噪声。另外，对金属齿轮进行阻尼处理，如，在齿轮两边涂上阻尼材料、在金属齿轮体内填充大阻尼橡胶等，形成阻尼结构，可以达到减振降噪目的。此外，适当的润滑和合理的安装也能降低齿轮噪声。

四、结论

啮合频率是齿轮的旋转速度与齿数的乘积，在实际工作中，常会遇到旋转频率的啮合谐振，有时也会遇到2个或更多个干扰力的频率的复合振幅。齿面铣出波纹时可能出现高于啮合频率多倍的噪声，称为类啮合频率。滚齿与磨齿工艺有时会在理论齿廓外范成一个伪形时，上述情况就会发生。设计新型的齿轮的结构形式，创新齿轮制造工艺，研究新型的低噪声齿轮制造材料，都可以有效降低齿轮噪声。