齿轮传动噪声的控制

齿轮传动噪声的控制第一页，共三十一页，2022年，8月28日1.前言在机械传动中，齿轮机构由于具有结构紧凑、传动比稳定、传递功率大、传动效率高、使用寿命长等优点，因而使用十分广泛。齿轮机构的主要缺点是振动和噪声较大。噪声是各种不同频率和声强的无规律的、杂乱的组合。噪声起源于振动，其大小不仅决定于振源的传递和噪声的辐射。控制噪声最有效最根本的途径是直接控制噪声源，即使是对噪声源的局部减弱，也将有助于对传播途径和接收者这两方面噪声控制工作的简化，并将起到提高抑制噪声的效果。因此降低噪声的根本途径在于控制振源，并减小噪声的传播。根据声学理论和实践可知，通过对齿轮噪声、轴承动噪声和箱体噪声的控制，能有效地降低机械传动中的噪声。第二页，共三十一页，2022年，8月28日2.齿轮噪声的控制齿轮经长期运转，齿面磨损、咬伤和变形，啮合时动齿侧间隙过大，啮合不良，会产生振动、冲击和噪声，是机械传动噪声的主要因素。第三页，共三十一页，2022年，8月28日2.1提高制造精度，降低表面粗糙度为提高制造精度，降低表面粗糙度，一般齿轮常采用滚——剃——珩加工工艺即可满足要求：精度要求高时则要经过磨齿。提高齿轮精度，主要是减小齿形误差、齿向误差、周节误差。上述误差与噪声的大小有密切关系。第四页，共三十一页，2022年，8月28日2.1.1周节误差会造成啮合冲击和角速度变动，高速时会引起强烈振动和噪声主动齿轮和从动齿轮的影响是不同的，从动齿轮在啮合起点处弯曲最大，由于周节误差的影响，使齿的振动时大时小；相反，主动齿轮在啮合终点处弯曲最大，周节误差对振动的影响较小，所以应着重控制从动齿轮的周节误差。第五页，共三十一页，2022年，8月28日2.1.2齿向误差会造成轮齿边缘接触而增大噪声第六页，共三十一页，2022年，8月28日2.1.3齿形误差对噪声的影响很大，呈中凹形，影响更大。一般采用滚-剃-珩加工的齿轮，剃齿后齿形中凹，珩齿后的的齿形顶凸，齿根凹，在啮合过程中引起瞬间回转角的变化，传动不平稳，产生振动和冲击，在高速传动中发出很响的冲击声。解决的办法是将剃齿刀修磨成中凹形，剃齿中凸的齿形，并经珩齿后也保持凸齿形，保证齿面在中间接触，对降低噪声有显著效果。第七页，共三十一页，2022年，8月28日2.2修正轮齿缘第八页，共三十一页，2022年，8月28日2.2.1齿形修整由于齿受载后的弹性变形以及加工误差，在啮合时会产生冲击。齿形修缘就是在制造齿轮时，在齿轮顶侧沿齿宽修成直线或均匀的凸形曲线区域，可以减小由于齿轮弯曲变形所造成的瞬间顶撞，降低齿侧的排气速度，，是降低噪声的有效措施。第九页，共三十一页，2022年，8月28日2.2.2采用鼓形齿或两端减薄齿，可减小齿的干涉第十页，共三十一页，2022年，8月28日2.2.3减小齿顶宽使齿轮在两对齿轮啮合时的弯曲刚度减小，以减小与一对齿啮合时的变曲刚度之差，减小周围方向的振动和噪声。齿顶或修成直线或圆弧形。第十一页，共三十一页，2022年，8月28日2.2.4采用逐渐啮合的正齿轮在正齿轮齿长方向，一端的修缘大于另一端，使齿轮逐渐进入啮合，可减小两对齿啮合的合成刚度，从而减小一对齿啮合时的弯曲度，减小啮合冲击。第十二页，共三十一页，2022年，8月28日2.3改用斜齿轮或人字齿轮斜齿轮传动的噪声低于直齿圆柱齿轮传动；人字齿轮的噪声更低，但必须制造精确。对于磨齿的斜齿轮，随着螺旋角β增加，噪声减小，β为30°附近噪声最小。但是，若齿轮传动轴刚性差，容易引起轴向振动，则噪声可能反而随p增加升高。第十三页，共三十一页，2022年，8月28日2.4改进齿轮参数在结构条件许可且满足强度、刚度、传动比要求的前提下，改进某些齿轮参数，可有效地达到降低噪声的目的。第十四页，共三十一页，2022年，8月28日2.4.1改进齿轮参数尽可能降低齿轮的线速度。不平衡离心惯性力与速度的平方成正比，降低线速度可减小齿与齿面的冲击。尽可能缩小齿轮直径。若把齿轮视为圆板，在激振力恒定时，齿轮辐射采用互为质数的非整数传动比。齿轮传动时，可避免制造误差周期性的复映到传动系统上而加剧震动和噪声。确定合适的齿侧间隙。过大易产生冲击，过小易在啮合时的排气速度增加，都会导致振动和噪声的增加。通常，载荷变化大，正反转频繁时，取较小值，否则取大侧隙。第十五页，共三十一页，2022年，8月28日2.4.1改进齿轮参数模数选择。对于传递功率较大的齿轮，齿根弯曲变形是主要影响因素，宜选用较大模数，模数越大，噪声越小。而对于一般载荷不大的齿轮，应尽可能选用较小模数，因为此时的加工误差是主要影响因素；而且模数小可增加齿数，使啮合系数增大，有利于提高传动平稳性，降低噪声。增大重迭系数。重迭系数为整数时，降低噪声效果更好。采用变位齿轮。可提高轮齿的承载能力，减小弯曲变形。但变位量应加以聘用制，变位量大，噪声会显著增大。齿宽的选择。在强度许可的情况下，应尽量减小齿宽。齿宽增加，虽然齿的弯曲变形减小，衰减性能增加，排气速度提高，轴齿泵油的振动和噪声增加。第十六页，共三十一页，2022年，8月28日2.5齿轮的阻尼处理减小齿轮噪声另一种有效措施是对齿轮的阻尼处理，其目的是使齿轮的阻尼效应加强。阻尼处理方法有：在齿轮体上附加弹性阻尼材料；采用高阻尼合金材料制造；采用附加减噪阻尼等方法；在齿轮端面涂橡胶或在端面开槽灌注弹性材料。增加齿轮的阻尼，能有效地降低齿轮传动的振动和噪声。其主要措施如下：第十七页，共三十一页，2022年，8月28日齿轮的阻尼处理采用高阻尼合金材料或其它材料制造齿轮，如铸铁、尼龙、酚醛树脂等，都可以降低噪声。采用阻尼涂层的方法把阻尼材料涂敷在齿轮上或填入齿轮内部，这样既可以吸收部分声能，又能阻止声能的传播，达到有效降噪的目的。采用加阻尼环的措施也能提高降噪效果。阻尼环是由铸铁或阻尼合金制成，嵌装在齿轮体环槽内，利用阻尼环与齿轮体间的滑动摩擦阻尼对齿轮振动起抑制作用，从而降低噪声。尽量不淬火。齿轮淬火后，衰减率降低，噪声增大。对于强度要求不高的齿轮，为了降低噪声，可不必淬火。第十八页，共三十一页，2022年，8月28日2.6改变齿轮的结构齿轮形状对噪声影响也很大，在相同齿轮参数及工况条件下，不同结构齿轮的噪声大小是不同的。如果条件允许齿轮形状以厚而小较好。实践证明宽齿小直径的齿轮噪声较小；大而薄的齿轮，噪声最大。第十九页，共三十一页，2022年，8月28日2.7改进润滑方式飞溅润滑会增加油的搅动噪声，而且在齿面间留有过量的油对齿轮会产生有害的泵油作用，增加噪声。因此从控制噪声的角度看，采用注油润滑较好。齿轮润滑所需的油很少，大量给油是为了起冷却作用，所以最好入侧给以润滑所需的适当油量，而较多的冷却油从啮出侧供给。选用粘度较大的润滑剂，可增加阻尼，减少齿面的划伤和磨损，减小噪声。但对高速的齿轮变速箱，为了减小功率，应选用粘度较小的润滑剂。第二十页，共三十一页，2022年，8月28日2.8提高安装和装配质量齿轮的安装和装配质量，对噪声产生与控制起着重要的作用。第二十一页，共三十一页，2022年，8月28日2.8.1提高安装和装配质量经测试不需要更换的齿轮，装配前应做好清洗工作；斜齿轮和伞齿轮若需更换，则应成对更换，否则会因接触不良增大噪声；伞齿轮在装配时需调整好间隙；啮合齿轮的轴安装时必须保证平行度的要求：齿轮轴座具有足够的刚，键槽与键的配合间隙合适，使齿轮正常啮合，减小齿与齿的冲击。啮合齿轮中心距越大，影响就越大；齿轮偏心、动平衡不良都会产生振动和噪声，尤其是转速高，质量大、直径大的齿轮。因此，对于质量大、直径大的高速齿轮，安装时要调整好平衡块，作好动平衡；在主轴上安装铸铁套，可增大阻尼，减小齿轮引起的振动和噪声。第二十二页，共三十一页，2022年，8月28日3轴承噪声的控制轴承不仅自身产生噪声，而且使安装在轴上的其它零件也产生噪声，因此控制轴承也很重要。第二十三页，共三十一页，2022年，8月28日3.1改用合适的轴承类型和精度滚动轴承往往是主要噪声源。滑动轴承比滚动轴承阻尼大，刚性好，噪声低；在滚动轴承中，球轴承比圆锥滚子轴承的噪声低，对装配质量不敏感。在满足支承刚度的前提下，应尽量选用球轴承；轴承精度高，振动、噪声小。但随之价格提高，修理费用增加，应根据使用要求综合考虑；第二十四页，共三十一页，2022年，8月28日3.2调整合适的轴承间隙调整轴承间隙，其作用是给滚动轴承施加预紧力，提高刚度，增加摩擦阻尼。预紧力过小，承载时易产生窜动：预紧力过大，则会加剧轴承的摩擦、磨损和噪声，并使轴承温升增加。第二十五页，共三十一页，2022年，8月28日3.3轴承外环与支承孔和轴承的配合以略松为宜可使接触处油膜对外环振动起阻尼作用，并以免因支承孔和轴的圆度误差而影响内外轴承内外环变形，引起冲击和噪声。第二十六页，共三十一页，2022年，8月28日3.4用弹性阻尼衬套降噪轴承外环与箱体支承间若装上弹性阻尼衬套，可使最大振幅降低80%以上，对降低噪声有明显效果，还可以减小固体传声。第二十七页，共三十一页，2022年，8月28日3.5润滑系统的选择选用良好的轴承润滑系统，以便在保证良好润滑的同时，起到良好的阻尼作用。第二十八页，共三十一页，2022年，8月28日4箱体噪声的控制齿轮变速箱体是噪声的主要辐射条件。箱体的箱壁作为辐射面，将噪声辐射出去。为了达到箱体降噪，主要是减少声辐射，即控制箱体对激振的响应。特别是当外来激振频率与箱体的固有频率相同时，会爆发出强烈的共振声。可以采用如下几种措施，以达到降噪之目的。第二十九页，共三十一页，2022年，8月28日4.1箱体噪声的控制改用吸声性能好的材料做箱体盖板以及各种外露的运动部件的罩壳，既防止噪声直接传出，又起到了吸声作用。在制作箱体时，采用高阻尼材料（如铸铁、塑料等）或在箱体内壁表面涂上一层橡胶，可起到衰减噪声的作用。适当把箱体的箱壁加厚，或在箱体上加筋都能提高箱体的刚度，减少箱体的振动，实现降噪。测出箱体上声压级量大