齿轮减速器在机械传动中降噪问题研究

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在工业机械设计中，齿轮传动是齿轮减速器最主要的部分，也是系统功率传递的主要形式，因此齿轮作为机械传动的主要角色，在整个机械系统中发挥着举足轻重的作用，但是以往的对于齿轮传动性能的评价只注重于传动效率、平稳性、可靠性等方面，忽略了齿轮传动噪音的问题。随着人们对于机械设备性能品质要求的提高，对工作环境也有了很高的要求，从而使得减速器齿轮传动噪音问题凸显了出来，成为了机械传动中急需解决的问题。

一、齿轮传动中噪音产生机理

1、系统传动误差
在齿轮传动中，一个整体机械系统其组成往往较为复杂，完整的齿轮箱作为复杂的传动系统，在力的各种形式转化过程中，会产生高达几十种的固有频率，因此振动形式各式各样。在物理学中我们知道，声音是由振动产生的，任何系统传动都会产生振动。在系统传动中，振动是由系统误差引起的，系统误差是导致振动的主要原因。

2、齿轮传动误差
齿轮传动中噪音主要产生原因，是渐开线误差或者齿轮间相邻齿距误差而造成的。而齿轮传动中振动幅度和振动频率是齿轮噪音大小的主要衡量因素，在噪音研究中有着重要的意义。但是在实际研究中齿轮系统机械响应是非常复杂的，因此可以通过调整激励来改变系统固有频率。总而言之，齿轮传动误差是作用在齿轮和整个系统的扰动因素并使之产生响应，从而产生噪音通过空气向外传播。

二、齿轮减速器在机械传动中噪音成因分析

1、参数因素

  · 齿轮精度：齿轮精度是其设计和加工品质重要衡量标准，高精度的齿轮在机械传动过程中平稳运转，产生较少的噪音。但是在实际轮齿设计和加工中，出于经济性原因，为了降低成本，设计者往往在满足基本强度要求下最大限度选用低精度齿轮等级，因此忽略了精度等级，低精度成为齿轮产生噪声与侧隙的主要因素，造成噪音增大。

  · 齿轮宽度：在齿轮传动允许的设计范围内，尽可能的增大从动齿轮齿宽，这样可以增大接触面积，不但能够提高齿轮受载能力，还可以提高轮齿传动的平稳性，减少振动，达到降噪声目的。

  · 齿距和压力角：在适当的范围内减小齿距能够增加轮齿啮合数量，增加轮齿重合度，从而降低啮合齿轮挠度，提高传动效率，减少噪音的产生。此外，较小的压力角可以使得齿轮接触角和横向重合度都增大，使得传动平稳，降低噪音、提高传动精度。

2、精度因素

  · 啮合平稳性精度：齿轮的工作平稳性精度是指在齿轮传动中对于齿轮瞬时速比的变化要求。在齿轮转动一周时会多次出现的转角误差，在轮齿啮合过程中，瞬时传动比的变化会使得齿轮产生多次撞击形成振动，这样使齿轮在传动过程中产生噪音。

  · 齿轮接触精度：齿轮接触斑点大小是评价齿轮接触精度好坏的主要指标，接触斑点过小势必会造成齿轮传动噪声增大。齿轮接触精度低是由于齿向误差影响了轮齿横向接触面积，而轮齿基节偏差和齿形误差都会对轮齿横向接触面积产生影响。

  · 齿轮运动精度：齿轮的运动精度主要表征了运动传递的准确性，即齿轮在啮合一个周期后转角误差最大限值。齿轮齿圈径向跳动在齿轮旋转一周内的齿间累计误差会产生低频噪音，尤其当齿间累计误差逐渐增大时，会在齿轮啮合时造成冲击，从而导致角速度的变化，使得噪音显著增大。

3、装配因素

  · 齿轮轴向装配间隙过小：如果齿轮在装配前没有将其毛刺及时清除，将会导致齿轮端面与前后端盖之间的滑动接合面在啮合过程中造成接合面的损坏，使得齿轮运动精度降低，产生噪音。

  · 杂物影响：齿轮箱由于杂物进入，造成轮齿间磨损加剧，齿轮在转动过程中平稳度降低，不但降低齿轮传动效率，还会使得噪音增大。

三、齿轮减速器在机械传动中的降噪措施

1、齿轮的参数合理优化

  · 适当增大主动齿轮的螺旋角：因为当螺旋角增大时，齿轮重合度也会随之加大，这样会使得噪音大大降低。然后，当螺旋角过大时，会导致齿轮加工和安装可操作性变差，对安装精度要求很高，如果达不到精度，就会使实际的重合度变小，其降噪效果反而比螺旋角较小时要差，因此要选择合适的螺旋角。

  · 增加从动齿轮齿面宽：齿宽适当增加会使得轮齿啮合度提高，从而使轮齿传动平稳性增强。所以齿轮的齿宽越大其平稳性越好，降噪效果越好。

  · 提高齿轮精度：齿轮精度的提高，将大大提高轮齿表面粗糙度，从而提高齿轮的运动精度，有效的降低噪音。

2、合理选择齿面硬度、齿轮侧隙
通过实验可以得出结论：通常模数齿轮侧隙小于0.04mm时，噪声较低。所以在设计允许的范围内适当减小齿轮侧隙就可以降低噪音。此外，在相同材料和精度的情况下，软齿面比硬齿面噪声要小1.5-6dB，采用主动齿轮硬度比从动齿轮硬度高2-3HBC时取C，可有效降低噪声。

3、对齿面进行特殊处理
在齿轮强度设计所允许的情况下，齿轮加工可以选用高阻尼铸铁或某些非金属材料，也可以通过给齿面进行涂镀非金属材料来进行处理。因为选用具有良好塑性和韧性的材料可以减少齿轮啮合冲力与节线撞击，通过减少振动与撞击的方法，就可以有效降噪。

4、改善齿轮润滑条件
齿轮的润滑要根据齿轮的圆周速度来选择适当的润滑方式与润滑油，这样就可以有效的降低噪音。因此，根据减速器的不同以及工作条件的差异来选择合适的润滑方式与润滑剂。此外，对于在高温环境下工作的减速器，仅通过油池润滑将达不到润滑要求，因此要结合循环油润滑等方式进行润滑。

5、合理设计减速箱箱体结构
在减速器齿轮箱箱体设计过程中，合理的箱体结构可以增加齿轮传动箱的密封性，使其具有良好的降噪效果。因此齿轮设计时尽可能采用闭式结构，同时箱体结合处要安装减振装置，同时将减速器安装在固定的座体或支撑上，采用这些方法都能够有效降低噪声。此外，在对减速器噪音要求较高的情况下，可以在箱体表面设置阻尼材料层，如泡沫塑料等来降低减速器噪音的产生。

四、结束语

本文通过研究齿轮传动噪音产生机理，分析了减速器齿轮传动过程中噪声的产生原因，提出了相应的降噪方法。但是随着人们生活水平的提高，对噪声控制要求的不断提升，对减速器降噪的研究需要进一步加深，以便找到更有效的减速器降噪方法。

来源：齿轮传动公众号（ID：wwwgear001），作者：何一帆。