1、1 一对齿轮的振动用一个经过简化的振动模型表示后，就可以当作自成体系的振动系统来看待。一对齿轮的振动用一个经过简化的振动模型表示后，就可以当作自成体系的振动系统来看待。该系统由于轮齿刚度的周期性变化，啮合误差以及载荷传递的不均匀性等引起振动，而且以其基该系统由于轮齿刚度的周期性变化，啮合误差以及载荷传递的不均匀性等引起振动，而且以其基本频率（例如旋转频率、轮齿啮合频率）和基本频率的整倍数振动。振动能分成弯曲振动和扭转本频率（例如旋转频率、轮齿啮合频率）和基本频率的整倍数振动。振动能分成弯曲振动和扭转振动两种形态。但对于噪声散射来说，其决定作用的几乎毫无例外地都是支撑在轴承上的弯曲振振动两种形态
2、。但对于噪声散射来说，其决定作用的几乎毫无例外地都是支撑在轴承上的弯曲振动，这是因为，只有这种力才能传向箱体。动，这是因为，只有这种力才能传向箱体。如果激振频率和自振频率重合，则形成共振，振幅和噪声都会大大增加。必须改变设计，使如果激振频率和自振频率重合，则形成共振，振幅和噪声都会大大增加。必须改变设计，使工作转速不至于落入共振区内。工作转速不至于落入共振区内。轮齿的激振可以归于以下原因而产生啮合冲击：轮齿的激振可以归于以下原因而产生啮合冲击：制造误差（齿距偏差，齿廓偏差和螺旋线偏差，箱体轴承孔平行度偏差等）；制造误差（齿距偏差，齿廓偏差和螺旋线偏差，箱体轴承孔平行度偏差等）；受力元件（齿轮、
3、箱体、轴、轴承等）的变形；受力元件（齿轮、箱体、轴、轴承等）的变形；运转产生的温度变形；运转产生的温度变形；轮齿啮合过程中的载荷突变；轮齿啮合过程中的载荷突变；轮齿啮合过程中的刚度变动。轮齿啮合过程中的刚度变动。以上因素均会引起齿轮的齿距改变（偏离理想齿距值）。当主动轮的齿距小于从动轮的齿距以上因素均会引起齿轮的齿距改变（偏离理想齿距值）。当主动轮的齿距小于从动轮的齿距时，就会产生啮入干涉冲击；当主动轮的齿距大于从动轮的齿距时，就会产生啮出干涉冲击（图时，就会产生啮入干涉冲击；当主动轮的齿距大于从动轮的齿距时，就会产生啮出干涉冲击（图34）。啮入冲击和啮出冲击都会激起轮齿频率的振动。）。啮入冲
4、击和啮出冲击都会激起轮齿频率的振动。轮齿啮合产生的噪声可归结于以下轮齿啮合产生的噪声可归结于以下4种：种：1)轮齿啮合过程中的刚度变动引起的振动冲击。轮齿刚度是随轮齿频率轮齿啮合过程中的刚度变动引起的振动冲击。轮齿刚度是随轮齿频率60周期性的变化的，它引周期性的变化的，它引起的激振烈度取决于轮齿啮合过程中刚度的变化。起的激振烈度取决于轮齿啮合过程中刚度的变化。2)由啮入冲击和啮出冲击都会激起轮齿频率的振动。载荷越大，圆周速度越高，这种激振就越强由啮入冲击和啮出冲击都会激起轮齿频率的振动。载荷越大，圆周速度越高，这种激振就越强烈，（而由轮齿刚度变化引起的激振则与速度无关）。烈，（而由轮齿刚度变化
5、引起的激振则与速度无关）。3)由摩擦力换向冲击激起的振动。它由节点处的摩擦力改变而引起，烈度与轮齿啮合频率相关。由摩擦力换向冲击激起的振动。它由节点处的摩擦力改变而引起，烈度与轮齿啮合频率相关。它可以通过用斜齿啮合补偿摩擦力的换向或节点外变位啮合来减小或避免。它可以通过用斜齿啮合补偿摩擦力的换向或节点外变位啮合来减小或避免。4)摩擦噪声，它由载荷在齿廓上的滑动摩擦和滚动摩擦引起。摩擦噪声，它由载荷在齿廓上的滑动摩擦和滚动摩擦引起。对于传递功率的传动。圆周速度低（小于对于传递功率的传动。圆周速度低（小于1）时，摩擦力换向冲击引起的声功率可占）时，摩擦力换向冲击引起的声功率可占1040%，摩擦噪声
6、可占摩擦噪声可占515%。在圆周速度高时，总声功率的。在圆周速度高时，总声功率的8090%都是由刚度突变和啮合冲击引都是由刚度突变和啮合冲击引起的（见图）。起的（见图）。对于传递运动为主的精密传动，有效地端面重合度常达对于传递运动为主的精密传动，有效地端面重合度常达1左右，刚度突变和节圆冲击和啮合冲击左右，刚度突变和节圆冲击和啮合冲击的作用较小，对噪声起决定性作用的是由啮合误差引起的啮合冲击和摩擦噪声。的作用较小，对噪声起决定性作用的是由啮合误差引起的啮合冲击和摩擦噪声。精度、圆周速度和载荷对升压级的大致影响量：精度、圆周速度和载荷对升压级的大致影响量：1）精度等级和误差的影响：）精度等级和误
7、差的影响：在轻载时，啮合误差和安装误差起主要作用，每差一个的精度等级，声压级要约提高在轻载时，啮合误差和安装误差起主要作用，每差一个的精度等级，声压级要约提高2.53。重载时，变形常常大于啮合误差。因此，在重载时，变形常常大于啮合误差。因此，在 4级精度及更高精度时，啮合误差的影响是很小的。级精度及更高精度时，啮合误差的影响是很小的。在在58级的范围内，经验的平均值是每差一个精度等级，声压级约提高级的范围内，经验的平均值是每差一个精度等级，声压级约提高1.52。2）圆周速度的影响：对于直齿和斜齿轮啮合，当圆周力不变时，圆周速度加倍能使声压级提高）圆周速度的影响：对于直齿和斜齿轮啮合，当圆周力不
8、变时，圆周速度加倍能使声压级提高56。3）载荷的影响：载荷增加，会使轮齿变形增加，啮合误差加大，声压级提高。当圆周速度不变，）载荷的影响：载荷增加，会使轮齿变形增加，啮合误差加大，声压级提高。当圆周速度不变，把圆周力从空载提高到额定值时，直齿轮由于受载时的重合度变化，声压级有可能提高把圆周力从空载提高到额定值时，直齿轮由于受载时的重合度变化，声压级有可能提高12左左右；斜齿轮由于刚度变化小，升压级的提高幅度小，一般在右；斜齿轮由于刚度变化小，升压级的提高幅度小，一般在4左右。左右。齿轮噪声源有以下几个方面：齿轮噪声源有以下几个方面：齿距偏差和齿廓偏差造成啮合冲击，冲击次数等于齿轮的啮合次数，是
9、啮合基本频率，产生的齿距偏差和齿廓偏差造成啮合冲击，冲击次数等于齿轮的啮合次数，是啮合基本频率，产生的噪声又称基频噪声噪声又称基频噪声 f11,2z1,2/60 f11,2z1,2/60 （3636）齿距偏差、基齿距偏差及基圆偏差或啮合角偏差都会加大啮合过程中的刚度变化。此外，齿距偏差、基齿距偏差及基圆偏差或啮合角偏差都会加大啮合过程中的刚度变化。此外，凸出于理论渐开线之外的工作齿廓部分（偏向体外）在进入啮合是会导致很大的啮入冲击。凸出于理论渐开线之外的工作齿廓部分（偏向体外）在进入啮合是会导致很大的啮入冲击。齿距偏差激起伴以轮齿频率的振动。它们可以彼此增强或相互抵消。对噪声起决定性作齿距偏差
10、激起伴以轮齿频率的振动。它们可以彼此增强或相互抵消。对噪声起决定性作用的是各单项误差的综合作用，这同一齿切向综合偏差与齿宽方向的接触斑点中所表现的是一样用的是各单项误差的综合作用，这同一齿切向综合偏差与齿宽方向的接触斑点中所表现的是一样的。的。在频率分析中，在周向不规则的齿距偏差或基齿距偏差可以通过轮齿频率的边带（其距在频率分析中，在周向不规则的齿距偏差或基齿距偏差可以通过轮齿频率的边带（其距离等于旋转频率或旋转频率的倍数）和分度噪声的扩散方式识别出来。离等于旋转频率或旋转频率的倍数）和分度噪声的扩散方式识别出来。（2）螺旋线倾斜偏差。对噪声的影响主要取决于轮齿与其配对轮齿的螺旋角之差。它使接
11、触斑）螺旋线倾斜偏差。对噪声的影响主要取决于轮齿与其配对轮齿的螺旋角之差。它使接触斑点变短，对斜齿啮合意味着轴向重合度变小，加大了沿齿宽载荷分布的不均匀程度。载荷较大区点变短，对斜齿啮合意味着轴向重合度变小，加大了沿齿宽载荷分布的不均匀程度。载荷较大区域的轮齿变形严重，使刚度变化大，啮合冲击大，这种冲击伴随以轮齿频率产生。域的轮齿变形严重，使刚度变化大，啮合冲击大，这种冲击伴随以轮齿频率产生。（3）齿廓形状偏差在轮齿每一次啮合中通常能引起多次的冲击振动。特别是能大大提高直齿啮）齿廓形状偏差在轮齿每一次啮合中通常能引起多次的冲击振动。特别是能大大提高直齿啮合时的噪声水平。在频率分析中，它可以作为
12、高频噪声部分加以识别。根据每次啮合波动数（即合时的噪声水平。在频率分析中，它可以作为高频噪声部分加以识别。根据每次啮合波动数（即冲击数）的不同，它以相应的周期数在边带上出现。冲击数）的不同，它以相应的周期数在边带上出现。伴随以轮齿频率出现的螺旋线形状偏差，例如由铣刀振摆而产生的偏差，将导致伴以轮齿频伴随以轮齿频率出现的螺旋线形状偏差，例如由铣刀振摆而产生的偏差，将导致伴以轮齿频率或其倍率的分度噪声的提高。对于斜齿轮，当分度较精确时，沿齿廓斜向分布的接触线弥补了率或其倍率的分度噪声的提高。对于斜齿轮，当分度较精确时，沿齿廓斜向分布的接触线弥补了表面上的凹痕，螺旋线形状偏差的影响要小一些。表面上的
13、凹痕，螺旋线形状偏差的影响要小一些。（4）由于机床的误差，会在被加工齿轮的齿面上产生波度。对于宽斜齿轮波度是齿面周期性波）由于机床的误差，会在被加工齿轮的齿面上产生波度。对于宽斜齿轮波度是齿面周期性波纹度，表面加工纹理接近平行于（同相啮合齿轮的）接触线，它会引起传动误差，齿轮啮合时会纹度，表面加工纹理接近平行于（同相啮合齿轮的）接触线，它会引起传动误差，齿轮啮合时会出现一个高音的刺耳声。其噪声频率与齿轮加工机床的传动蜗轮齿数有关，与齿轮本身齿数无关。出现一个高音的刺耳声。其噪声频率与齿轮加工机床的传动蜗轮齿数有关，与齿轮本身齿数无关。这种波度对透平齿轮的噪声性能起着特别不好的作用。这是高速齿轮
14、的主要噪声源之一。其噪声这种波度对透平齿轮的噪声性能起着特别不好的作用。这是高速齿轮的主要噪声源之一。其噪声脉冲频率为脉冲频率为 60 （37）式中是旋转工作台分度轮的齿数。在非整数周期中，它在频率谱中以边带出现。当与轴的旋式中是旋转工作台分度轮的齿数。在非整数周期中，它在频率谱中以边带出现。当与轴的旋转自振频率共振时，起着非常不利的作用。（其对策为提高机床分度精度，跑合研磨，反复休整转自振频率共振时，起着非常不利的作用。（其对策为提高机床分度精度，跑合研磨，反复休整受载荷较大的部位。）受载荷较大的部位。）(5)(5)偏心、齿距累积和齿距突变等偏差所产生的频率为转速或其倍率的噪声，这是一种低频
15、噪声。偏心、齿距累积和齿距突变等偏差所产生的频率为转速或其倍率的噪声，这是一种低频噪声。n1,2/60 n1,2/60；2 2；3 3 （3838）齿圈径向跳动和齿距累积偏差，或是其他与转速合拍的轮齿、联轴器等的偏差，都能产齿圈径向跳动和齿距累积偏差，或是其他与转速合拍的轮齿、联轴器等的偏差，都能产生伴随以旋转频率的冲击。它们在低转速时以振动的形式表现出来，在高频率的范围内才表现出生伴随以旋转频率的冲击。它们在低转速时以振动的形式表现出来，在高频率的范围内才表现出噪声的形式。在频率谱中，它们可由轮齿频率的边带上看出来。噪声的形式。在频率谱中，它们可由轮齿频率的边带上看出来。（6 6）一些无规则
16、的齿距偏差将产生随同齿轮转速和齿轮与箱体共振特性有关的变化噪声。）一些无规则的齿距偏差将产生随同齿轮转速和齿轮与箱体共振特性有关的变化噪声。（7 7）齿面粗噪度在有些情况下会对齿轮的噪声特性产生影响。）齿面粗噪度在有些情况下会对齿轮的噪声特性产生影响。（8）轮齿接触区不良，如调角接触，会出现低频的敲击声，这在工厂出厂空负荷试验时经常遇）轮齿接触区不良，如调角接触，会出现低频的敲击声，这在工厂出厂空负荷试验时经常遇到。到。调角接触引起轮齿接触区振摆，其作用有如沿周向变化的螺旋线倾斜偏差。在齿轮旋转时，调角接触引起轮齿接触区振摆，其作用有如沿周向变化的螺旋线倾斜偏差。在齿轮旋转时，最大的螺旋线偏差
17、为每周出现最大的螺旋线偏差为每周出现2次（一次为正，一次为负），该情况也可从声压随时间变化的曲次（一次为正，一次为负），该情况也可从声压随时间变化的曲线上看出来。线上看出来。轮齿接触区不良轮齿接触区不良,会造成瞬间啮合的重合度远小于理论计算的重合度会造成瞬间啮合的重合度远小于理论计算的重合度,甚至于实际端面重合度甚至于实际端面重合度小于小于1,运转不连续运转不连续,引起啮合冲击引起啮合冲击.（9）齿轮啮合干涉，如小轮齿根过渡曲线和大轮齿顶干涉，小轮齿根因为磨齿没有磨出头的残）齿轮啮合干涉，如小轮齿根过渡曲线和大轮齿顶干涉，小轮齿根因为磨齿没有磨出头的残余台阶和大轮齿顶干涉等。余台阶和大轮齿顶干
18、涉等。（10）齿轮不平衡的离心力造成不平衡的旋转扰动力）齿轮不平衡的离心力造成不平衡的旋转扰动力,会引起振动会引起振动,对噪声产生不利影响。对噪声产生不利影响。（11）当驱动频率和齿轮箱的某部件的固有频率相同时，可能出现共振。）当驱动频率和齿轮箱的某部件的固有频率相同时，可能出现共振。（12）齿轮联轴器有轴交叉时，会产生与转速有关的交替频率的敲击噪声。）齿轮联轴器有轴交叉时，会产生与转速有关的交替频率的敲击噪声。f4=60 （39）（13）齿轮高速旋转和啮合产生的高速油气流的气鸣声，这是高速齿轮的主要噪声源之一。）齿轮高速旋转和啮合产生的高速油气流的气鸣声，这是高速齿轮的主要噪声源之一。（14
19、）轴承运转时产生的噪声，轴承质量差时往往会引起齿轮啮合产生奇异的噪声。）轴承运转时产生的噪声，轴承质量差时往往会引起齿轮啮合产生奇异的噪声。滚动轴承因不规则的轴承元件、摩擦、受力后变形、不对中、滚动体的歪斜和卡咬、风阻等滚动轴承因不规则的轴承元件、摩擦、受力后变形、不对中、滚动体的歪斜和卡咬、风阻等都会产生噪声。但是受力后的变形和不对中是主要原因。都会产生噪声。但是受力后的变形和不对中是主要原因。对于振动的进一步传递来说，轴承的作用是特别重要的。滑动轴承的润滑油膜起着减振元件对于振动的进一步传递来说，轴承的作用是特别重要的。滑动轴承的润滑油膜起着减振元件的作用。对于滚动轴承，预紧力是特别有利的
20、。的作用。对于滚动轴承，预紧力是特别有利的。（15）联轴器风阻噪声。外露的螺栓、外露孔、速度高的表面都会因风阻产生噪声，风阻随转速）联轴器风阻噪声。外露的螺栓、外露孔、速度高的表面都会因风阻产生噪声，风阻随转速成倍增大。成倍增大。（16）箱体设计不良，会引起局部共鸣的气动噪声。）箱体设计不良，会引起局部共鸣的气动噪声。（17）润滑对噪声有影响。精密技术中干式运行的传动的噪声比有润滑的高）润滑对噪声有影响。精密技术中干式运行的传动的噪声比有润滑的高36(A)。某些一次。某些一次性的润滑已得到很好的效果。油的黏度，油中的添加剂，浸油深度（但要在可能的范围内）对传性的润滑已得到很好的效果。油的黏度，
21、油中的添加剂，浸油深度（但要在可能的范围内）对传动噪声的影响不大。动噪声的影响不大。（18）齿轮装置的附件，如冷却风扇，润滑系统（油泵、马达、减压阀等）也是噪声源。）齿轮装置的附件，如冷却风扇，润滑系统（油泵、马达、减压阀等）也是噪声源。4.24.2齿轮参数的低噪声设计齿轮参数的低噪声设计 由以上齿轮噪声源的分析可知，许多产生噪声的原因都和齿轮精度有关，因此提高齿轮由以上齿轮噪声源的分析可知，许多产生噪声的原因都和齿轮精度有关，因此提高齿轮的设计和制造精度是降低齿轮噪声的重要手段。的设计和制造精度是降低齿轮噪声的重要手段。但是，仅提高齿轮的制造精度还不够，因为即使是完全精确无误差的齿轮，轮齿受
22、力后但是，仅提高齿轮的制造精度还不够，因为即使是完全精确无误差的齿轮，轮齿受力后有变形，啮合时存在着载荷突变，造成不同瞬间的变形差异，仍然会引起冲击振动和噪声。因此有变形，啮合时存在着载荷突变，造成不同瞬间的变形差异，仍然会引起冲击振动和噪声。因此齿轮参数设计时要经尽可能减小轮齿啮合过程中的载荷波动和载荷突变量，提高运行的平稳性。齿轮参数设计时要经尽可能减小轮齿啮合过程中的载荷波动和载荷突变量，提高运行的平稳性。齿轮参数的低噪声设计主要解决载荷波动和减小波动的幅度问题。齿轮参数的设计也影响齿齿轮参数的低噪声设计主要解决载荷波动和减小波动的幅度问题。齿轮参数的设计也影响齿轮的啮合频率，影响转子的
23、固有频率和共振性能，这一点本节暂不讨论。轮的啮合频率，影响转子的固有频率和共振性能，这一点本节暂不讨论。加大端面重合度加大端面重合度，可以运行平稳性的，降低齿轮的噪声。在齿根弯曲强度满足的情况，可以运行平稳性的，降低齿轮的噪声。在齿根弯曲强度满足的情况下尽量采用较小模数的齿轮。斜齿轮可采用长齿廓齿轮。直齿轮可采用下尽量采用较小模数的齿轮。斜齿轮可采用长齿廓齿轮。直齿轮可采用2.12.1的小压力角的的小压力角的长齿廓齿轮。长齿廓齿轮。大端面重合度，即由长齿廓啮合而得到的低刚度的柔性齿，直齿轮啮合使实际端面重合度大端面重合度，即由长齿廓啮合而得到的低刚度的柔性齿，直齿轮啮合使实际端面重合度接近理想
24、值接近理想值2 2，使啮合中刚度变化平稳，甚至于接近无变化，噪声水平最多可以降低，使啮合中刚度变化平稳，甚至于接近无变化，噪声水平最多可以降低4(A)4(A)，这时，这时，尤其可以降低随轮齿的频率产生的分度噪声的水平。尤其可以降低随轮齿的频率产生的分度噪声的水平。对主动小齿轮进行正变位，使齿顶啮合线段变长，增加啮出拖滑段长度，对降低噪声有对主动小齿轮进行正变位，使齿顶啮合线段变长，增加啮出拖滑段长度，对降低噪声有显著作用。显著作用。采用较小模数的齿轮会因以下因素对降低噪声有利：可增大端面重合度；在同样精度等级采用较小模数的齿轮会因以下因素对降低噪声有利：可增大端面重合度；在同样精度等级的情况下
25、，啮合误差小；对于斜齿轮来讲，还可以增大轴向重合度，因此更显有优越性。的情况下，啮合误差小；对于斜齿轮来讲，还可以增大轴向重合度，因此更显有优越性。用斜齿轮代替直齿轮可以达到明显降低噪声的目的，用小轿车齿轮所作的试验表明，直齿轮用斜齿轮代替直齿轮可以达到明显降低噪声的目的，用小轿车齿轮所作的试验表明，直齿轮啮合和啮合和1 1的斜齿轮啮合之间的噪声差别可达的斜齿轮啮合之间的噪声差别可达15(A)15(A)。因此，对于精密的重载齿轮，只有从直。因此，对于精密的重载齿轮，只有从直齿啮合转向斜齿啮合，才能在一个较宽的工作范围内明显的降低升声压级。精确的斜齿啮合有点齿啮合转向斜齿啮合，才能在一个较宽的工
26、作范围内明显的降低升声压级。精确的斜齿啮合有点像宽频带的噪声，几乎不会从中出现分度噪声，螺旋角与轴向重合度越大，这种情况越明显。但像宽频带的噪声，几乎不会从中出现分度噪声，螺旋角与轴向重合度越大，这种情况越明显。但对于直齿轮，则与之相反，随轮齿频率及其倍数明显的产生分度噪声，它进一步决定了噪声水平。对于直齿轮，则与之相反，随轮齿频率及其倍数明显的产生分度噪声，它进一步决定了噪声水平。此外，明显的分度噪声在感觉上是特别使人不能忍受的。此外，明显的分度噪声在感觉上是特别使人不能忍受的。在选择斜齿轮参数时，在选择斜齿轮参数时，不应小于不应小于0.80.8；对于鼓形齿，；对于鼓形齿，不应小于不应小于1
27、.21.2。要有。要有7 7级以上的级以上的精度，否则即使是斜齿轮，啮合误差也会导致刚度突变，使噪声性能变坏。而且当总重合度精度，否则即使是斜齿轮，啮合误差也会导致刚度突变，使噪声性能变坏。而且当总重合度2.52.5时，端面重合度和轴向重合度就影响很小了。时，端面重合度和轴向重合度就影响很小了。对斜齿轮，当对斜齿轮，当1.01.0时，要尽量使时，要尽量使=1.0=1.01.11.1；当；当1.01.0时，要取时，要取=1.0=1.01.11.1、=2.0=2.02.12.1、=3.0=3.03.13.1等略大于整数的数值。因为当等略大于整数的数值。因为当=1=12 23 3等整数时，等整数时，
28、为定值，总有效齿宽和总接触线长度不随接触位置变化，使受载时总刚度变化微，为定值，总有效齿宽和总接触线长度不随接触位置变化，使受载时总刚度变化微小，有利于运行的平稳性和降低噪声。小，有利于运行的平稳性和降低噪声。减小轮齿的啮合刚度，增加轮齿的柔度，可减小轮齿的啮合冲击，降低噪声。采用齿顶高减小轮齿的啮合刚度，增加轮齿的柔度，可减小轮齿的啮合冲击，降低噪声。采用齿顶高系数大于系数大于1 1的长齿廓齿轮即可以增加端面重合度，又可以减小轮齿的啮合刚度，可取得较好的降的长齿廓齿轮即可以增加端面重合度，又可以减小轮齿的啮合刚度，可取得较好的降低噪声的效果。点线啮合齿轮因为轮齿的啮合刚度低，满负荷时的噪声可
29、以比普通的渐开线齿轮低噪声的效果。点线啮合齿轮因为轮齿的啮合刚度低，满负荷时的噪声可以比普通的渐开线齿轮低低3 35(A),5(A),且载荷越大，噪声越低。且载荷越大，噪声越低。4.3 4.3 齿廓修形齿廓修形 以上低噪声齿轮参数的设计虽然可以减小载荷的突变量，但仍不能完全避免齿轮的啮入和啮以上低噪声齿轮参数的设计虽然可以减小载荷的突变量，但仍不能完全避免齿轮的啮入和啮出时由于齿距变形产生的轮齿干涉现象，还必须进行轮齿的齿廓修形。出时由于齿距变形产生的轮齿干涉现象，还必须进行轮齿的齿廓修形。齿廓修形主要解决啮入和啮出时的轮齿干涉和单、双齿啮合交替时的载荷平稳过渡问题。齿廓修形主要解决啮入和啮出
30、时的轮齿干涉和单、双齿啮合交替时的载荷平稳过渡问题。图图3434表示轮齿啮合过程中，由于弹性变形引起主从动轮齿齿距发生改变（偏离理想齿距表示轮齿啮合过程中，由于弹性变形引起主从动轮齿齿距发生改变（偏离理想齿距值），使啮合起始点值），使啮合起始点A A处发生干涉现象。当主动轮的齿距小于从动轮的齿距时，就会产生啮入冲处发生干涉现象。当主动轮的齿距小于从动轮的齿距时，就会产生啮入冲击；当主动轮的齿距大于从动轮的齿距时，就会产生啮出冲击。击；当主动轮的齿距大于从动轮的齿距时，就会产生啮出冲击。图图34 34 轮齿受载变形轮齿受载变形a)a)受载前受载前 b)b)受载后受载后 下面分析一下轮齿啮合过程中
31、的载荷突变现象。下面分析一下轮齿啮合过程中的载荷突变现象。第第2 2章图章图4 4介绍了一对齿轮的啮合过程。图介绍了一对齿轮的啮合过程。图3535为轮齿啮合过程中载荷分布和齿廓修正图，图为轮齿啮合过程中载荷分布和齿廓修正图，图35b35b中啮合中啮合线为轮齿参加啮合的一个周期。其中，段和段为双齿啮合区，段为单齿啮合区。因此，轮齿啮合过程线为轮齿参加啮合的一个周期。其中，段和段为双齿啮合区，段为单齿啮合区。因此，轮齿啮合过程中的载荷分布明显不均匀。中的载荷分布明显不均匀。图图35 35 轮齿啮合过程中载荷分布和齿廓修正轮齿啮合过程中载荷分布和齿廓修正 图图35b35b为理论载荷分布图，但是由于啮
32、合点上齿面的接触变形、齿的剪切变形和弯曲变形等为理论载荷分布图，但是由于啮合点上齿面的接触变形、齿的剪切变形和弯曲变形等因素的影响，使得在单齿啮合区的载荷分布有所缓和。整个啮合过程中轮齿承担载荷的幅度大致因素的影响，使得在单齿啮合区的载荷分布有所缓和。整个啮合过程中轮齿承担载荷的幅度大致为：为：A A点点40%40%，B B点从点从60%60%急剧跳到急剧跳到100%100%，段为，段为100%100%，D D点从点从100%100%急剧跳到急剧跳到60%60%，D D点点40%40%。由此可见，。由此可见，轮齿啮合过程中有明显的载荷突变现象，相应也会引起轮齿弹性变形的明显变化，引起主从动齿轮
33、齿啮合过程中有明显的载荷突变现象，相应也会引起轮齿弹性变形的明显变化，引起主从动齿轮的齿距变化，使啮入初始点发生干涉现象。轮的齿距变化，使啮入初始点发生干涉现象。齿廓修整是设想将相啮合齿上发生干涉的齿面部分适当削去一些，即靠近齿顶的一部分进行齿廓修整是设想将相啮合齿上发生干涉的齿面部分适当削去一些，即靠近齿顶的一部分进行修整。修整后，使载荷呈的规律分布，使进入啮合的修整。修整后，使载荷呈的规律分布，使进入啮合的A A点载荷为零，然后逐渐增加到点载荷为零，然后逐渐增加到B B点达到点达到100%100%，从从C C点开始逐渐降低到推退出啮合的点开始逐渐降低到推退出啮合的D D点载荷又降到零。点载
34、荷又降到零。对于斜齿轮，一个齿从一端面的齿顶对于斜齿轮，一个齿从一端面的齿顶(根）进入啮合，而由另一端面的根）进入啮合，而由另一端面的1 1齿根（顶）退出啮合，齿根（顶）退出啮合，故修整应在轮齿的两端进行。斜齿轮因为有轴相重合度，在任意横截面内轮齿的啮合过程有故修整应在轮齿的两端进行。斜齿轮因为有轴相重合度，在任意横截面内轮齿的啮合过程有4 4次次载荷突变，其载荷突变量比直齿轮低，变形比直齿轮小，因此斜齿轮的冲击、振动、噪声都比直载荷突变，其载荷突变量比直齿轮低，变形比直齿轮小，因此斜齿轮的冲击、振动、噪声都比直齿轮小。齿轮小。齿廓修整的结果是避免了载荷突变所造成的啮入啮出齿廓干涉造成的冲击，
35、提高了运行的平齿廓修整的结果是避免了载荷突变所造成的啮入啮出齿廓干涉造成的冲击，提高了运行的平稳性稳性,减少动载荷，降低噪声；同时还有利于补偿轮齿齿顶及齿根处的偏载，提高承载能力；还减少动载荷，降低噪声；同时还有利于补偿轮齿齿顶及齿根处的偏载，提高承载能力；还有利于润滑油膜的形成，可改善齿面间的润滑状态，提高抗胶合能力。有利于润滑油膜的形成，可改善齿面间的润滑状态，提高抗胶合能力。4.44.4箱体设计箱体设计 箱体的低噪声设计主要考虑点：箱体的低噪声设计主要考虑点：选用吸振和有利于降低噪声的材料，比如灰铸铁箱体可比刚度相同的钢板焊接的箱体选用吸振和有利于降低噪声的材料，比如灰铸铁箱体可比刚度相
36、同的钢板焊接的箱体的噪声声压级低的噪声声压级低2 23(A)3(A)。灰铸铁的机械阻尼较大，抵消了其弹性模量较小的不利影响。塑料箱。灰铸铁的机械阻尼较大，抵消了其弹性模量较小的不利影响。塑料箱体由于弹性模量小，虽然它的机械阻尼大，其降噪性能也比钢箱体差得多（要高体由于弹性模量小，虽然它的机械阻尼大，其降噪性能也比钢箱体差得多（要高3 3(A)(A)）。）。箱体设计的刚度要足够大，应避免形成共振腔和局部共鸣箱。散射性取决于箱体的刚度，材料的质量和璧厚。在评价一个箱体时，必须区分载荷激发与速度激发。例如在几何尺寸相同时，用铝箱体代替钢箱体（铝制的质量小），将使散射的噪声高9.5(A)左右，这属于载
37、荷激发。反之，不在力流范围之内的铝盖则不会改变噪声性能，这属于速度激发，这种情况在整个频率范围内都存在。对于箱体的传力部分，璧厚的增大将显著地降低噪声。对于不在力流范围内的元件，加大刚性，加大质量及加大璧厚或者是起反作用，或是根本不起作用。声的固体传导受到断面变化的限制。例如，断面变化为1：5时，隔绝效果可达5(A)。同样，加强筋与璧厚相比应尽可能作的薄一些；把双层璧连接起来的横档作的比箱壁薄得多或是厚得多，也是有利的。在散射噪声的箱体面上，应当用加筋的办法做出尽可能多的汇交线，从而做成许多分割的散射面。为了不使它们有相同的自振频率，要把这些面做的尽可能不对称。在试验中，单是焊上筋条，就可以将
38、声压级降低8(A)左右。这时，分度噪声可降低6(A)（胶粘筋）至10(A)（焊接筋）。圆柱形箱壳比平的箱壁的隔音效果要好奥。用双层璧（若声的固体通道仍然不能免除）或用塑料的中介层（夹层结构）都可以有好的隔声效果。这样做，除了增加成本外，影响向周围空气散热成为设计时要考虑的主要问题。箱体与齿轮等旋转件之间应留有足够大的间隙，以避免因油气流通道过小造成速度过高形成气流声。必要时要采取隔声屏蔽等辅助措施。采用噪声隔离罩，采用能吸收噪声的屏蔽装置，以及用多孔吸声材料将机器四周包起来，都能减少噪声的传播。罩子应尽可能密封，只要有小小的开口，就会起很坏的作用。由于罩子同时又是隔热装置，这通常又是不希望的，
39、因此，有时还需要开一个通风口（必要时装通风），这时就需要在开口处装一个消声装置。4.54.5其它措施与注意点其它措施与注意点 齿轮材料的影响。钢、灰铸铁和球墨铸铁材料的齿轮在噪声性能上几乎没有差别。铸铁的齿轮材料的影响。钢、灰铸铁和球墨铸铁材料的齿轮在噪声性能上几乎没有差别。铸铁的良好减振性能似乎被变形较大的作用相抵消。良好减振性能似乎被变形较大的作用相抵消。表面形状。剃削齿轮比磨削齿轮低表面形状。剃削齿轮比磨削齿轮低1 12 2个精度等级时，还会有相同的噪声性能。其原因有个精度等级时，还会有相同的噪声性能。其原因有可能是剃削齿轮的齿面加工痕迹对降低噪声有利，致使在总噪声水平较高时使宽频带噪声
40、部分加可能是剃削齿轮的齿面加工痕迹对降低噪声有利，致使在总噪声水平较高时使宽频带噪声部分加大，并因之减小了使人不愉快的噪声。大，并因之减小了使人不愉快的噪声。表面处理。氮化、喷丸、磷化都不足以显著的影响噪声。表面处理。氮化、喷丸、磷化都不足以显著的影响噪声。跑合研磨能显著的降低噪声水平，可达跑合研磨能显著的降低噪声水平，可达6(A)6(A)。对此，特别适合的是斜齿轮，跑合除了能降。对此，特别适合的是斜齿轮，跑合除了能降低齿面粗噪度外，还能减小齿廓形状偏差。因为斜齿轮啮合的偏差也会激起轴向振动，因此，这低齿面粗噪度外，还能减小齿廓形状偏差。因为斜齿轮啮合的偏差也会激起轴向振动，因此，这里减小偏差
41、的作用发将是双重的。但是必须考虑这样一个事实，即降低声压级并不是在任何情况里减小偏差的作用发将是双重的。但是必须考虑这样一个事实，即降低声压级并不是在任何情况下都能减小噪声的烦扰，因为经过研磨的齿轮的分度噪声将会明显的突出出来。下都能减小噪声的烦扰，因为经过研磨的齿轮的分度噪声将会明显的突出出来。其它注意点其它注意点:避免驱动频率和齿轮箱的某部件的固有频率相同可能出现的共振现象，高速齿轮和风电齿避免驱动频率和齿轮箱的某部件的固有频率相同可能出现的共振现象，高速齿轮和风电齿轮等重要场合要做转子的动力学分析。轮等重要场合要做转子的动力学分析。尽量提高齿轮联轴器和齿轮箱输入和输出轴的对中精度，避免和
42、减少尽量提高齿轮联轴器和齿轮箱输入和输出轴的对中精度，避免和减少2 2轴线的交叉量，避免轴线的交叉量，避免和减少与转速有关的交替频率的敲击噪声。和减少与转速有关的交替频率的敲击噪声。严格控制齿轮箱输入和输出轴的径向跳动量。严格控制齿轮箱输入和输出轴的径向跳动量。严格控制轴承质量。严格控制轴承质量。高速齿轮设计时的螺旋角控制高速齿轮设计时的螺旋角控制 高速齿轮设计时，要尽量减小轴向气流速度。因为齿轮高速旋转和啮合产生的高速油气高速齿轮设计时，要尽量减小轴向气流速度。因为齿轮高速旋转和啮合产生的高速油气流会产生气鸣声，这是高速齿轮的主要噪声源之一。流会产生气鸣声，这是高速齿轮的主要噪声源之一。（4
43、040）式中，式中，齿轮啮合的轴向气流速度；齿轮啮合的轴向气流速度；齿轮的圆周速度。齿轮的圆周速度。当齿轮的圆周速度较高时，齿轮的螺旋角当齿轮的圆周速度较高时，齿轮的螺旋角不宜选得过小，否则会使齿轮啮合的轴向气流速不宜选得过小，否则会使齿轮啮合的轴向气流速度过大。当达到度过大。当达到2 2倍的声速时，轮齿沿齿宽方向的热变形剧烈，造成螺旋线修形难于把控，且噪倍的声速时，轮齿沿齿宽方向的热变形剧烈，造成螺旋线修形难于把控，且噪声加剧。声加剧。5.5.齿轮箱的异常声齿轮箱的异常声 以上讨论的是影响齿轮噪声高低的主要因素。本节将讨论的齿轮箱异常声是不允以上讨论的是影响齿轮噪声高低的主要因素。本节将讨论
44、的齿轮箱异常声是不允许存在的许存在的,出厂前必须排除。出厂前必须排除。（1 1）齿轮箱异常声的类别齿轮箱异常声的类别 在齿轮箱试验或运行中出现的异常声有在齿轮箱试验或运行中出现的异常声有2 2种类型：种类型：1)1)原始质量性异常声原始质量性异常声 在试验或试运行达到某种转速、某种负荷就开始出现的有规律的周期性的异常声在试验或试运行达到某种转速、某种负荷就开始出现的有规律的周期性的异常声音，一般和设计、零件、装配的原始质量有关。如：周期性的敲击声。音，一般和设计、零件、装配的原始质量有关。如：周期性的敲击声。2 2）损伤性异常声）损伤性异常声 在试验或试运行达到某种转速、某种负荷，运行一定时间
45、后突发性瞬间出现的在试验或试运行达到某种转速、某种负荷，运行一定时间后突发性瞬间出现的有规律或无规律的异常声音，一般和零件的损伤和位移有关。如断齿、因轴承保持架损有规律或无规律的异常声音，一般和零件的损伤和位移有关。如断齿、因轴承保持架损坏滚子散落造成回转件造成正常的旋转轴心线、零件位移和别的零件相碰撞。坏滚子散落造成回转件造成正常的旋转轴心线、零件位移和别的零件相碰撞。（2）发现齿轮箱异常声的处理程序发现齿轮箱异常声的处理程序 1)现场当事人应根据经验作相应检查，并尽快作出判断、采取处理措施。当现场当事人应根据经验作相应检查，并尽快作出判断、采取处理措施。当出现较严重的损伤性异常声时，因立即
46、停机，保护好现场，再进行力所能及出现较严重的损伤性异常声时，因立即停机，保护好现场，再进行力所能及的检查及分析。的检查及分析。向有关领导反映相关情况，请求技术支持。向有关领导反映相关情况，请求技术支持。准确记录发生异常声时的相关信息，如：发生的时间，持续时间，转速，准确记录发生异常声时的相关信息，如：发生的时间，持续时间，转速，功率，温度，震动和声音特征，初步判断，在场人员，自己如何处理的等。功率，温度，震动和声音特征，初步判断，在场人员，自己如何处理的等。2）异常声的分析和现场排查程序）异常声的分析和现场排查程序 a)组成分析排查小组。不论问题大小及严重程度，只要问题出来后，都要组成分析排查
47、小组。不论问题大小及严重程度，只要问题出来后，都要组成问题分析排查小组来解决这个问题，并且确定由一个人来主持工作，哪组成问题分析排查小组来解决这个问题，并且确定由一个人来主持工作，哪怕只有怕只有2、3个人。问题找到，解决后，必须有简要记录和分析报告，作为质个人。问题找到，解决后，必须有简要记录和分析报告，作为质量记录编号存档。量记录编号存档。（2）发现齿轮箱异常声的处理程序发现齿轮箱异常声的处理程序 2）异常声的分析和现场排查程序）异常声的分析和现场排查程序 b)技术资料准备。技术资料准备。产品总装图，必要的零件图；产品总装图，必要的零件图；提前计算好的每个齿轮的啮合频率；最好提供坎贝尔图。提
48、前计算好的每个齿轮的啮合频率；最好提供坎贝尔图。产品试验大纲；产品试验大纲；试验原始记录；试验原始记录；发现异常声的当事人准确介绍描述发生异常声时的相关信息记录（如果发现异常声的当事人准确介绍描述发生异常声时的相关信息记录（如果来不及写，可口述，但必须补上）。来不及写，可口述，但必须补上）。c)分析和现场排查试验准备分析和现场排查试验准备 接好振动、接好振动、温度传感器；温度传感器；噪声计；噪声计；试验台安全管理；试验台安全管理；必要的拆装及检察工具。必要的拆装及检察工具。（2）发现齿轮箱异常声的处理程序发现齿轮箱异常声的处理程序 2）异常声的分析和现场排查程序）异常声的分析和现场排查程序 d
49、)发生异常声时的相关信息介绍及资料消化和初步分析发生异常声时的相关信息介绍及资料消化和初步分析 e)异常声的试验再现，及分析异常声的试验再现，及分析 f)拆检、修复或更换拆检、修复或更换 g)重试重试 3）整理好异常声的分析和处理报告，存档。）整理好异常声的分析和处理报告，存档。（3）齿轮箱异常声的判断齿轮箱异常声的判断 1）试验现场齿轮箱异常声的常用判断方法）试验现场齿轮箱异常声的常用判断方法 a)通过耳听、感觉振动大小寻找异常声的发声位置；通过耳听、感觉振动大小寻找异常声的发声位置；b)把异常声频率和齿轮啮合频率对比，找到问题零件。把异常声频率和齿轮啮合频率对比，找到问题零件。c)现场检查
50、接触斑点，评判一下异常声是否和接触不好有关。现场检查接触斑点，评判一下异常声是否和接触不好有关。d)现场检查齿面有无损伤、高点；轴承是否有异常。现场检查齿面有无损伤、高点；轴承是否有异常。f)现场检查润滑情况，特别要重点检查温度偏高的轴承处的润滑是否充分。现场检查润滑情况，特别要重点检查温度偏高的轴承处的润滑是否充分。g)现场检查齿轮、轴承和挡肩之间有无间隙，判断零件在受载或换向后有无轴向位现场检查齿轮、轴承和挡肩之间有无间隙，判断零件在受载或换向后有无轴向位移。移。h)现场检查箱体内有无零件碰撞的痕迹。现场检查箱体内有无零件碰撞的痕迹。i)当异常声频率和齿轮输入转速相同时，检查和联轴器的对中
