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齿轮传动是机械设备中应用最广的传动之一，在汽车中的应用也非常广泛，如汽车手动变速器、汽车驱动桥传动等。齿轮在传动中会产生振动和噪声，噪声不仅妨碍机械技术的进步，而且影响着人类的身心健康。因此，现代生产必须有效控制机械噪声。在汽车的传动系统中，齿轮传动是产生机械噪声的主要来源，所以要研究汽车齿轮噪声产生的原因，有效降低噪声，从而提高汽车驾驶的安全性和舒适性。& V3 l; N9 ^0 `9 c" N
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齿轮噪声产生原因
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一般地说，如果力的大小、作用点或作用方向随时间而变化，则结构就会产生噪声或振动。齿轮传动中一个可能的噪声源是由负载逐齿传递而引起的。在大型齿轮箱中，负载传递的时间与应力波从一个齿传递到下一个齿花费的时间相仿，尤其是大而薄的内齿轮，因为那里弯曲波传播相对较慢，就容易产生噪声。如果在较宽的直齿轮入口侧加了过多的润滑油，从而使油留在齿根部而无法迅速排出，由此产生高的压力，就可能发生一种不平常的齿轮噪声。齿轮噪声另一产生根源是传动误差，因而在比较设计方案时，最好估算相应1μm啮合传动误差激励产生的振动级（尤其在齿频及其倍频上）。& n8 q2 _% f# U$ u
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在齿轮系统中，根据机理的不同，可将噪声分成加速度噪声和自鸣噪声两种。一方面，齿轮轮齿啮合时，冲击会使齿轮产生很大的加速度并会引起周围介质扰动，由这种扰动产生的声辐射称为齿轮的加速度噪声。另一方面，在齿轮动态啮合力作用下，系统的各零部件会产生振动，这些振动所产生的声辐射称为自鸣噪声。3 Z/ e0 ]5 ^- h: K- f, ]
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% P# k6 D/ ?- B) L$ H, ?7 D) N 对于开式齿轮传动，加速度噪声由轮齿冲击处直接辐射出来，自鸣噪声则由轮体、传动轴等处辐射出来。对于闭式齿轮传动，加速度噪声先辐射到齿轮箱内的空气和润滑油中，再通过齿轮箱辐射出来；自鸣噪声则由齿轮体的振动通过传动轴引起支座振动，从而通过齿轮箱箱壁的振动而辐射出来。一般说来，自鸣噪声是闭式齿轮传动的主要声源。4 K$ p* f1 ^5 b ]5 ?
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" N) x$ }1 [6 u) F- \ 因此，齿轮系统的噪声强度不仅与轮齿啮合的动态激励力有关，而且还与轮体、传动轴、轴承及箱体等的结构形式、动态特性以及动态啮合力在它们之间的传递特性有关。一般来说，齿轮系统噪声发生的原因主要有以下几个方面。
5 ^; s; ]( j! q. R6 e$ O（1）齿轮设计方面 参数选择不当、重合度过小、齿廓修形不当或没有修形、齿轮箱结构不合理等都会产生噪声。
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（2）齿轮加工方面 基节误差和齿形误差过大、齿侧间隙过大、表面粗糙度值过大等也会产生噪声。
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（3）轮系及齿轮箱方面 装配偏心，接触精度低，轴的平行度差，轴、轴承及支承的刚度不足，轴承的回转精度不高及间隙不当等因素会产生噪声。
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4 Q" [% b4 W/ C! B% r6 E/ e4 H9 Z- _ （4）其他方面 输入转矩、负载、转矩的波动，轴系的扭振，发（电）动机及其他传动副的平衡情况等产生的噪声。
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1.控制齿轮噪声振源
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+ j# S, y' H+ `) I& h+ Q1 f （1）提高齿轮制造、装配精度及降低齿面粗糙度值 尽可能采用硬剃、磨齿及电抛光等先进加工工艺。严格控制齿形误差，尤其避免出现节点附近齿形中凹现象。
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$ P8 S2 s# o& @; G2 D: \ （2）采用修形齿轮 常用修形方法有齿形修缘、鼓形齿或两端减薄齿和减小齿顶宽等。齿形修缘可减小由于轮齿弯曲变形所引起的瞬间顶撞，有效降低噪声。修缘量一般结合实际使用情况确定，图1所示是一般的齿轮修缘量（m为齿轮模数）。0 y9 s7 i) N; j
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$ P4 m, y, l5 u, Z" f2 u: H 采用鼓形齿可减小齿的干涉，提高接触精度。鼓形量可取为（4~24）Bμm,其中B为轮齿的宽度（单位：mm）。4 Z E# B, N) X9 u" X9 z
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! M& t% V* n' w. S （3）优化齿轮设计参数 为降低圆周速度应尽量采用小模数、小齿数；采用非整数传动比；选用合适的齿侧间隙及螺旋角；适当增大重叠
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6 G Q/ Z; A* R1 D 不平衡离心力与速度的平方成正比，降低圆周速度可减小齿与齿之间的冲击。采用非整数传动比，可避免制造误差周期性地复映到传动系统上，从而加剧振动和噪声。侧隙过大会产生冲击，侧隙过小会使啮合时的排气速度增加，致使振动和噪声增加。+ ]4 U' u7 L5 u8 ?/ F
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, U5 c- a0 E! [1 m3 C! h# d （4）提高齿轮抗振能力 包括采用变位齿轮，提高轮齿啮合刚度；在强度允许的情况下尽量减小齿宽，以减小齿向误差的影响；适当选取齿轮模数，即对承载小的齿轮宜取用较小的模数。对承载大的齿轮，当轮齿弯曲的影响大于误差的影响时，宜选用较大的模数。
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（5）安装平衡块 应用于汽车高速及重要场合的齿轮可加装平衡块（见图2），以消除振源。" J- D; l0 g0 S6 W
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2.阻断齿轮噪声的传播- X i% b+ Y [. N. r
6 p" b9 k3 g. v( ^: B F, G 在汽车齿轮结构上采取一些消声措施，与提高齿轮精度相比往往会收到事半功倍的效果。具体措施：
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5 C O* W3 e4 p5 M& e+ ?/ q （1）减小噪声辐射面积，改变齿坯结构形状 齿轮辐射的声功率与其外径平方成正比，因此应尽可能减小齿轮外径；齿坯形状不同，齿轮发射的噪声也不同。图3中三种结构发射的噪声依次增加，但图3a中齿轮厚度过薄时，发射的噪声会迅速增加。因此，在汽车传动系统中应尽可能采用较大齿宽实体( K# _# q/ Q- p" ]" O
（2）在轮体侧面钻消声孔或在孔中塞入阻尼塞 如图4所示，在轮体侧面钻4~6个消声孔能降低噪声约2dB（A）（A为计权声级噪声单位）。在消声孔中塞入多聚胺脂橡胶或铜-锰合金的阻尼塞，则降低噪声的效果更好。
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（3）在轮体上镶装阻尼环 如图5所示，阻尼环由铜-锰合金制成，非重要场合也可采用HT250.加装阻尼环后使齿轮阻尼系数增大约10倍，且阻尼环制作安装方便，是降低齿轮噪声的最有效手段之一。
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（4）利用阻尼材料 在轮体侧面开槽，填入阻尼材料（见图6a），或在齿轮端面喷涂阻尼材科（见图6b），应用于重要场合的齿轮可于轮体中安装减振器，都能有效减小噪声的传播。+ b! f. b$ W8 `1 L. K( p/ V
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以上齿轮传动中为降低噪声而采取的常用措施都适用于汽车传动系统。另外，齿轮制造过程中的文明生产、避免磕碰划伤也是降低齿轮噪声的一个重要方面。! _) i0 C2 ?5 M: y
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5 z8 j7 D1 F" S$ q v 结语
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# Z O, b8 ~2 A4 E 降低齿轮噪声，首先必须提高齿轮精度。其次就是控制齿形误差，减小齿轮传动中的激振力，降低各激振力的幅值，减小激振力的个数，控制制造误差，保证正常的装配质量。再次就是进行齿形修整，通过适当的齿形修整，改变齿面的初始接触状态，使之达到减少齿轮啮入啮出冲击，改善齿面载荷分布，使之具有减振降噪效果的理想齿面接触状态，最终达到降低齿轮噪声、提高汽车驾驶的安全性和舒适性目的。 n) b0 r/ ]; W( n" n' o) ?
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发表于 2012-2-13 14:35:51
