1) 提高齿轮机床的加工 、 装配精度 。 齿轮噪声受齿轮精度的影响极大 ,降低齿轮噪声的第一个措施就是提高齿轮精度 。 对于低精度的齿轮 , 采用其它降噪措施都是徒劳的 ,因此 ,提高精度是降低噪声的基础 。 就齿轮本体而言 ,其制造误差 ,特别是齿形误差和齿距误差是造成噪声最为严重的两项指标 , 将导致齿轮的啮合回转不均匀 ,使相啮合的轮齿间发生碰撞 ,造成附加的动负荷而产生振动 , 从而辐射出噪声 。控制这两项指标在很大程度上取决于机床的精度 ( 尤其是齿距误差) ,因此首先要保持设备精度的稳定 ; 然后要减小齿面误差 、 基节误差 、 降低表面粗糙度等 ,保证加工质量 。对于齿距误差 ,列出了一对齿轮在不同的基节误差时的噪声情况 。 噪声与基节误差成比例增减 ,当转速增高或负荷增大时 ,噪声增减的梯度也增大 。 因此要极力减小基节误差 。另一方面 , 齿轮的基节误差又是不可能消除的 , 在实际中还要特别
注意齿轮基节偏差的选取 。
当一对渐开线齿轮啮合时 ,如果其基节相符 ,则传动平稳 。 当主动轮的基节偏差大于被动轮的基节偏差时 ,噪声较小 ,在受载动态状况下有可能使两者差值趋于零 ,亦即基节更接近相等 ,因此在规定的齿轮精度等级公差范围内制造时 ,主动轮的基节偏差应取上偏差 ,被动轮的基节偏差应取下偏差 。
2) 压力角方向及大小 。
(1) 在调查研究中还发现 ,精度高的齿轮不一定能实现噪声值低的配对 ,从精度上看 ,各项指标均较好 , 应能完成噪声值低的配对 , 然而
在噪音机上的试验结果却是正反转噪声值相差 10d B以上 。 究其原因则是虽然齿形误差在误差范围内 , 但是由于其误差方向不同 , 它们压力角的相对误差就可能很大 ,噪声值也就明显上升 。因此还应当控制相互啮合齿轮的压力角方向 。表 1 中 L 为左齿面 , R 为右齿面 。
(2) 从压力角的大小来说 , 若增大压力角 , 就会增大齿面法向力 ,相应会增大节线冲力和啮合冲力 ,因而导致振动和噪声级的增大 。 因此压力角的大小也要加以控制 。
3) 模数 、 齿数 、 齿的形状 、 轮齿的排列 、 优化等 ( 如直齿改为斜齿 ,或采用非对称齿) 。
(1) 根据啮合时的冲击看 , 除了受到压力角影响外 ,还与模数和齿数有关 。 前面已讲过 ,由于轮齿刚度即轮齿弯曲强度与齿轮模数成正比 , 加工误差如齿距误差和齿形误差也和模数成正比 。 所以当齿轮负荷较大时 ,轮齿弯曲对齿轮噪声的影响大于加工误差的影响 ,这时需增大模数 ; 当齿轮负荷较小时 , 则加工误差的影响大 ,这时需减小模数 。
若模数不变而改变齿数 , 则齿轮直径将改变 。 而噪声的大小又不一定取决于振源的能量 , 而是较多取决于噪声的辐射面积 。从这个角度讲 , 加大齿轮直径对降低噪声不利 。 一般配对齿轮齿数应互为质数或两齿数的最大公约数最小 , 这样有利于减小或避免周期性振动 。
(2) 啮合冲击力主要与齿面啮合力 、 齿轮的变形和齿轮的加工误差有关 。对精度低的齿轮 , 齿轮的变形和误差两者对啮合冲量的影响程度差不多 。 但对精度高的齿轮 ,轮齿的变形将成为主要的影响因素 。因此精度高的齿轮应采用修形的方法以减小传动中的啮合冲击 。 修形包括齿廓修形和齿向修形 。 齿廓修形又分为在齿廓顶部的修形 ,通常称为齿顶修缘 ,在齿根上的修形 ,称为修根 。 齿向修形是指将轮齿修成鼓形齿 ,这样有利于载荷分布状态 , 从而有利于降低噪声 。但是修形要注意 ,为取得最佳的修形效果 ,不能离开特定的工况以及追求的动态性能指标来谈修形效果 。当生产企业没有修形的专用工艺设备时 , 也可以通过改变齿轮的变位系数来优化减小啮入冲击 , 从而降低传动噪声 ,其降噪效果也不错 。 而且 ,齿轮速度越高 ,降噪效果越明显 。
4) 啮合系数 ( 重合系数) 愈大 , 噪声愈低 。因为啮合系数愈大 ,齿的弹性变形越小 。当齿轮啮合系数在1～2 之间时 , 噪声变化不大 , 若大于 2 , 噪声可明显减少 。 要想增大啮合系数 : ① 可增大齿轮的变位系数 , ②尽可能选用较小模数的齿轮 ,一般模数减小 1 倍 ,噪声
可降低 3d B 。 ③ 采用斜齿轮 。
5) 齿轮结构参数 。 齿轮的振动模态和衰减特性跟轮体的厚度 C 、 外径 D 和齿宽 B 等密切相关 。 当 C P D≤ 1 P 5 或 C P B ≤ 1 P 3 时 , 可能产生较大的轴向振动 ; 若BP D < 1 P 10 ,高速时齿轮圆周振动和径向振动较突出。若采取圆锥形腹板设计 , 辐条制成交错状或在实心腹板上开不规则孔 、 槽 , 使结构不完全对称 , 这样可改变齿轮的模态 ,降低齿轮噪声辐射效率 。 也可减轻重量 ,降低其固有频率 ,从而降低啮合噪声 。
6) 降低齿轮转速 。 因为齿轮啮合冲击的能量随着齿轮圆周速度的增加而增加 , 特别是在线速度超过10m P s 时更是如此 , 齿轮线速度每增加一倍齿轮噪声约增加 6d B 。 所以 , 齿轮的转速对产生的噪声大小有直接关系 。大体上声压的变化与转速的三次方成正比 。 若齿轮转速频率与齿轮固有频率接近时 , 噪声则更加突出 。
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