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齿轮传动噪声形成的主要原因及对策

发布时间:2017-07-19    来源:科一重工

关键词: 齿轮    传动    噪声形成    主要原因    对策   

内容摘要: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。   

    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

  在装配前零部件的加工精度及对零部件的选配方法(完全互换,分组选配,单件选配等),将会影响到系统装配后的精度等级,其噪声等级也在影响范围之内,因此,装配后对系统各项指标进行检定(或标定),对控制系统噪声是很关键的。

  安装原因及对策

  1. 减振和阻断措施

  对齿轮传动系统在安装时应尽量避免机身与基础支撑及连接件之间发生共振,产生噪声。齿轮传动系统常常会发生一只或几只齿轮在某些速度范围内产生共振,除设计原因外,与安装时未经空试揪出共振位置。并采取相应减振或阻断措施有直接关系。某些要求低传动噪声和振动的齿轮传动系统(如检测仪器),应选用高韧性,高阻尼的基础材料(如冶金设计研究院研制的环氧树脂砂浆基础材料)来减少噪声和振动的发生。

  2. 几何精度调整

  由于安装时几何精度未达到标准规定的要求,导致传动系统发生共振,从而产生噪声,这就应该在改善安装工艺,增加工装,保证装配人员的整体素质有直接关系。

  3. 零部件松动

  在安装时由于个别零部件的松动(如轴承预紧机构,轴系定位机构,拨叉限位机构等),导致系统定位不准,非正常位置啮合,轴系移动,产生振动和噪声。这一系列需从设计结构出发,尽量保证各机构的联接稳定,采用多种联接方式。

  4. 传动部件损坏

  在安装时由于不当操作损伤传动部件,导致系统运动不准确或运动失稳;高速运动部件由于受损导致油膜振动;人为造成运动件动不平衡;都产生振动和噪声。这些原因在安装过程中都是必须注意和尽量避免的。对无法修复的损伤零部件,必须予以更换,以保证系统获得稳定的噪声等级。

  使用维护原因及对策

  对齿轮传动系统正确的使用维护虽不能降低系统噪声等级,保证传递精度,但却能防止其指标劣化,增大使用寿命。

  1. 传动系统内部清洁

  传动系统内部的清洁是保证齿轮正常运转的基本条件,任何杂质污物的进入都将影响并损伤齿轮传动系统,最终导致噪声的产生,损坏传动系统。

  2. 系统正常工作的工作温度

  保证传动系统正常的工作温度,防止系统因过大的温升产生变形,导致非正常啮合,可以防止噪声的增大。

  3. 及时的润滑和正确使用油品

  不认真的润滑和错误的使用润滑油脂都将对系统产生不可估量的损害。保证系统得到及时正确的润滑,可使系统保持在一定的噪声等级范围内,延缓劣化趋势。高速运转的齿轮,齿面摩擦会产生大量的热能,润滑不当,将会导致轮齿的损伤,影响精度,噪声亦会增大。设计时要求齿轮副有适当的间隙(啮合轮齿的非工作面间的间隙,以补偿热变形与贮存润滑油脂)。对润滑油脂的正确使用和选择,可保证系统安全有效运行,稳定噪声等级。

  4. 对齿轮运动系统的正确使用

  按照系统正常操作顺序使用它,可以最大限度地避免系统的损伤及损坏,保证稳定的噪声等级。在系统的正常负载范围使用系统,因为齿轮传动系统传动噪声随负载的增加而增大。

  5. 定期维护与保养

  定期的维护保养(换油,更换已磨损零部件,紧固件松动部件,清除系统内部杂物,调整各部间隙至标准规定值,检定各项几何精度等。)可以提高系统抵抗噪声等级劣化能力,维持系统状态稳定。

  结论

  齿轮传动噪声控制是一个系统工程,它涉及了齿轮传动设计,制造,安装,使用维护直至更新的全过程,它不仅对设计者,生产制造者,也对安装使用维护保养者提出了诸多要求,上述任何环节未受到有效控制,齿轮传动噪声控制都将归与失效。

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