齒輪減速器在機械傳動中降噪問題研究

在減速器設(shè)計中，齒輪傳動作為主要的功率傳遞和減速裝置，在機械工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是隨著人們對減速器噪音控制要求越來越高，在現(xiàn)代減速器設(shè)計和制造過程中，齒輪傳動噪音的控制已是生產(chǎn)質(zhì)量控制的重要一部分。本文通過分析齒輪傳動中噪音產(chǎn)生機理，研究了齒輪減速器在機械傳動中噪音形成原因，然后根據(jù)噪音產(chǎn)生成因提出了相應(yīng)的降噪措施和處理方法，使噪音的降低有了科學(xué)的理論依據(jù)。

在工業(yè)機械設(shè)計中，齒輪傳動是齒輪減速器主要的部分，也是系統(tǒng)功率傳遞的主要形式，因此齒輪作為機械傳動的主要角色，在整個機械系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，但是以往的對于齒輪傳動性能的評價只注重于傳動效率、平穩(wěn)性、可靠性等方面，忽略了齒輪傳動噪音的問題。隨著人們對于機械設(shè)備性能品質(zhì)要求的提高，對工作環(huán)境也有了很高的要求，從而使得減速器齒輪傳動噪音問題凸顯了出來，成為了機械傳動中急需解決的問題。

齒輪傳動中噪音產(chǎn)生機理

1、系統(tǒng)傳動誤差

   在齒輪傳動中，一個整體機械系統(tǒng)其組成往往較為復(fù)雜，完整的齒輪箱作為復(fù)雜的傳動系統(tǒng)，在力的各種形式轉(zhuǎn)化過程中，會產(chǎn)生高達幾十種的固有頻率，因此振動形式各式各樣。在物理學(xué)中我們知道，聲音是由振動產(chǎn)生的，任何系統(tǒng)傳動都會產(chǎn)生振動。在系統(tǒng)傳動中，振動是由系統(tǒng)誤差引起的，系統(tǒng)誤差是導(dǎo)致振動的主要原因。

2、齒輪傳動誤差

   齒輪傳動中噪音主要產(chǎn)生原因是漸開線誤差或者齒輪間相鄰齒距誤差而造成的。而齒輪傳動中振動幅度和振動頻率是齒輪噪音大小的主要衡量因素，在噪音研究中有著重要的意義。但是在實際研究中齒輪系統(tǒng)機械響應(yīng)是非常復(fù)雜的，因此可以通過調(diào)整激勵來改變系統(tǒng)固有頻率?？偠灾X輪傳動誤差是作用在齒輪和整個系統(tǒng)的擾動因素并使之產(chǎn)生響應(yīng)，從而產(chǎn)生噪音通過空氣向外傳播。

齒輪減速器在機械傳動中噪音成因分析

1、參數(shù)因素

齒輪精度

齒輪精度是其設(shè)計和加工品質(zhì)重要衡量標(biāo)準，高精度的齒輪在機械傳動過程中平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較少的噪音。但是在實際輪齒設(shè)計和加工中，出于經(jīng)濟性原因，為了降低成本，設(shè)計者往往在滿足基本強度要求下很大限度選用低精度齒輪等級，因此忽略了精度等級，低精度成為齒輪產(chǎn)生噪聲與側(cè)隙的主要因素，造成噪音增大。

齒輪寬度

在齒輪傳動允許的設(shè)計范圍內(nèi)，盡可能的增大從動齒輪齒寬，這樣可以增大接觸面積，不但能夠提高齒輪受載能力，還可以提高輪齒傳動的平穩(wěn)性，減少振動，達到降噪聲目的。

齒距和壓力角

在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)減小齒距能夠增加輪齒嚙合數(shù)量，增加輪齒重合度，從而降低嚙合齒輪撓度，提高傳動效率，減少噪音的產(chǎn)生。此外，較小的壓力角可以使得齒輪接觸角和橫向重合度都增大，使得傳動平穩(wěn)，降低噪音、提高傳動精度。

2、精度因素

嚙合平穩(wěn)性精度

齒輪的工作平穩(wěn)性精度是指在齒輪傳動中對于齒輪瞬時速比的變化要求。在齒輪轉(zhuǎn)動一周時會多次出現(xiàn)的轉(zhuǎn)角誤差，在輪齒嚙合過程中瞬時傳動比的變化會使得齒輪產(chǎn)生多次撞擊形成振動，這樣使齒輪在傳動過程中產(chǎn)生噪音。

齒輪接觸精度

齒輪接觸斑點大小是評價齒輪接觸精度好壞的主要指標(biāo)，接觸斑點過小勢必會造成齒輪傳動噪聲增大。齒輪接觸精度低是由于齒向誤差影響了輪齒橫向接觸面積，而輪齒基節(jié)偏差和齒形誤差都會對輪齒橫向接觸面積產(chǎn)生影響。

齒輪運動精度

齒輪的運動精度主要表征了運動傳遞的準確性，即齒輪在嚙合一個周期后轉(zhuǎn)角誤差很大限值。齒輪齒圈徑向跳動在齒輪旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)的齒間累計誤差會產(chǎn)生低頻噪音，尤其當(dāng)齒間累計誤差逐漸增大時，會在齒輪嚙合時造成沖擊，從而導(dǎo)致角速度的變化，使得噪音顯著增大。

3、裝配因素

齒輪軸向裝配間隙過小

如果齒輪在裝配前沒有將其毛刺及時清除，將會導(dǎo)致齒輪端面與前后端蓋之間的滑動接合面在嚙合過程中造成接合面的損壞，使得齒輪運動精度降低，產(chǎn)生噪音。

雜物影響

齒輪箱由于雜物進入，造成輪齒間磨損加劇，齒輪在轉(zhuǎn)動過程中平穩(wěn)度降低，不但降低齒輪傳動效率，還會使得噪音增大。

齒輪減速器在機械傳動中的降噪措施

1、齒輪的參數(shù)合理優(yōu)化

適當(dāng)增大主動齒輪的螺旋角

因為當(dāng)螺旋角增大時，齒輪重合度也會隨之加大，這樣會使得噪音大大降低。然后，當(dāng)螺旋角過大時，會導(dǎo)致齒輪加工和安裝可操作性變差，對安裝精度要求很高，如果達不到精度，就會使實際的重合度變小，其降噪效果反而比螺旋角較小時要差，因此要選擇合適的螺旋角。

增加從動齒輪齒面寬

齒寬適當(dāng)增加會使得輪齒嚙合度提高，從而使輪齒傳動平穩(wěn)性增強。所以齒輪的齒寬越大其平穩(wěn)性越好，降噪效果越好。

提高齒輪精度

齒輪精度的提高，將大大提高輪齒表面粗糙度，從而提高齒輪的運動精度，有效的降低噪音。

2、合理選擇齒面硬度、齒輪側(cè)隙

通過實驗可以得出結(jié)論：通常模數(shù)齒輪側(cè)隙小于0.04mm時，噪聲較低。所以在設(shè)計允許的范圍內(nèi)適當(dāng)減小齒輪側(cè)隙就可以降低噪音。此外，在相同材料和精度的情況下，軟齒面比硬齒面噪聲要小1.5-6dB，采用主動齒輪硬度比從動齒輪硬度高2-3HBC時取C，可有效降低噪聲。

3、對齒面進行特殊處理

在齒輪強度設(shè)計所允許的情況下，齒輪加工可以選用高阻尼鑄鐵或某些非金屬材料，也可以通過給齒面進行涂鍍非金屬材料來進行處理。因為選用具有良好塑性和韌性的材料可以減少齒輪嚙合沖力與節(jié)線撞擊，通過減少振動與撞擊的方法，就可以有效降噪。

4、改善齒輪潤滑條件

齒輪的潤滑要根據(jù)齒輪的圓周速度來選擇適當(dāng)?shù)臐櫥绞脚c潤滑油，這樣就可以有效的降低噪音。因此根據(jù)減速器的不同以及工作條件的差異來選擇合適的潤滑方式與潤滑劑。此外，對于在高溫環(huán)境下工作的減速器，僅通過油池潤滑將達不到潤和要求，因此要結(jié)合循環(huán)油潤滑等方式進行潤滑。

5、合理設(shè)計減速箱箱體結(jié)構(gòu)

在減速器齒輪箱箱體設(shè)計過程中，合理的箱體結(jié)構(gòu)可以增加齒輪傳動箱的密封性，使其具有良好的降噪效果。因此齒輪設(shè)計時盡可能采用閉式結(jié)構(gòu)，同時箱體結(jié)合處要安裝減振裝置，同時將減速器安裝在固定的座體或支撐上，采用這些方法都能夠有效降低噪聲。此外，在對減速器噪音要求較高的情況下，可以在箱體表面設(shè)置阻尼材料層，如泡沫塑料等來降低減速器噪音的產(chǎn)生。

?斜齒輪減速機

斜齒輪減速機，是新穎減速傳動裝置。采用優(yōu)化，模塊組合體系先進的設(shè)計理念，具有體積小、重量輕、傳遞轉(zhuǎn)矩大、起動平穩(wěn)、傳動比分級精細等性質(zhì)，可根據(jù)用戶要求進行任意連接和多種安裝位置的選擇，齒輪采用高強度合金鋼，表面滲碳硬化處理，承載能力強，經(jīng)久耐用。?

斜齒輪減速機主要有兩種形式，分別是漸開線斜齒輪減速機以及斜齒輪蝸輪減速機。??????

漸開線斜齒圓柱齒輪減速器具有體積小、重量輕、承載能力高、、使用壽命長、安裝方便、電機功率范圍廣、傳動比優(yōu)良等特點。可廣泛應(yīng)用于各行業(yè)需要減速的設(shè)備。?????

斜齒輪蝸輪減速器采用電機直接連接形式，結(jié)構(gòu)和螺旋齒輪和蝸輪蝸桿。輸出軸安裝，有六種基本安裝形式。正遷移和負遷移，斜齒輪采用硬齒面，運行平穩(wěn)，承載能力大，工作環(huán)境溫度為10℃～40℃，該產(chǎn)品與同類產(chǎn)品相比具有速度范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，等特點。?

可廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、起重、輕工、化工、交通運輸、建筑等機械設(shè)備的減速。?

優(yōu)點：?

嚙合性能好，振動低、噪音小、傳動平穩(wěn);重合度大。降低了每對輪齒的載荷，相對地提高了齒輪的承載能力，壽命長;因為面接觸，受力面積大，傳動的扭矩大，常用于重型機械上；斜齒輪的許用少齒數(shù)比直齒輪的少齒數(shù)少，故斜齒輪不易發(fā)生根切；斜齒輪機構(gòu)較直齒輪緊湊，體積小，重量輕，傳動精度高。

《減速機標(biāo)準樣本大全》齒輪減速電機產(chǎn)品目錄

減速電機

R系列斜齒輪減速器

S系列斜齒輪-蝸輪減速機

K系列斜齒輪-錐齒輪減速電機

F系列平行軸斜齒輪減速機

JTR系列斜齒輪減速電機

JTS系列斜齒輪-蝸輪減速電機

JTK系列斜齒輪-錐齒輪減速電機

JTF系列平行軸斜齒輪減速電機

WXR系列斜齒輪減速電機

WXS系列斜齒輪-蝸輪蝸桿減速電機

WXK系列斜齒輪-弧齒錐齒輪減速電機

WXF系列平行軸-斜齒輪減速電機

DCR系列斜齒輪減速電機

DCS系列斜齒輪-蝸輪蝸桿減速電機

DCK系列斜齒輪-螺旋傘齒輪減速電機

DCF系列平行軸裝式斜齒輪減速電機

XR系列斜齒輪硬齒面減速機

XS系列斜齒輪蝸輪減速機

XK系列螺旋傘齒輪減速機

XF系列平行軸斜齒輪減速機

G系列封閉式齒輪減速機

EWR系列斜齒輪減速機

EWS系列斜齒輪蝸輪減速機

EWK斜齒輪螺旋錐齒輪減速機

EWF系列平行軸斜齒輪減速機

EWG系列全封閉斜齒輪減速機

RC系列斜齒減速器

SC系列斜齒一蝸輪減速器

KC系列斜齒一螺旋錐齒減速器

FC系列平行軸斜齒減速器

GC小型斜齒減速器

DR系列斜齒輪硬齒面減速機

DS系列斜齒輪蝸輪減速機

DK系列斜齒輪螺旋錐齒輪減

DF系列平行軸斜齒輪減速機

平行軸變齒厚斜齒輪傳動齒面生成與嚙合特性分析

本文主要對以下幾個方面的內(nèi)容進行了研究: 根據(jù)機械原理及齒輪嚙合原理的基本理論,對該齒輪的端面壓力角、分度圓螺旋角及變位系數(shù)進行了計算,根據(jù)該齒輪傳動嚙合區(qū)域的形成過程,對其重合度進行了研究,并對主要參數(shù)對重合度的影響進行了分析。 根據(jù)齒輪嚙合原理的包絡(luò)理論,由齒條刀具的齒面方程推導(dǎo)了該齒輪工作齒面、齒根過渡曲面及齒根曲面的齒面方程,利用Matlab編程生成其準確齒面,并對不同齒條刀具參數(shù)對生成的齒面的影響進行了研究,該齒面生成的方法具有一定的通用性,可以方便地獲得圓柱直齒輪、斜齒輪及變齒厚直齒輪的齒面。 利用推導(dǎo)的齒面方程,根據(jù)齒輪接觸分析的方法,建立了該齒輪傳動接觸的數(shù)學(xué)模型,分別對標(biāo)準安裝、存在中心距及軸線安裝誤差的齒面接觸情況進行了研究,得到了不同安裝情況下的齒面接觸軌跡和傳動誤差并進行了對比分析。 利用Abaqus軟件,建立該齒輪傳動接觸的有限元模型,對標(biāo)準安裝的齒輪副在載荷作用下的應(yīng)力分布、齒面大接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力及同時嚙合齒對之間的載荷分配等進行了分析,并對存在不同軸線安裝誤差時的齒面接觸情況進行了研究。