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高速分散机齿轮噪音大如何解决

文章编辑:【本站】发布日期:2021-03-15 17:32:14

齿轮传动是机械传动的重要形式,它具有工作可靠、寿命长、结构紧凑、传动比准确、传动效率高、速度和功率的适用范围较广等优点。而齿轮传动产生的噪声是机械类所产生噪声的主要因素,因此,研究齿轮的优化降噪具有重要的意义。
1 齿轮传动噪声产生的机理
齿轮啮合传动时,啮齿面上存在相对运动,因此齿轮啮合处将产生滑动摩擦力,相对滑动速度方向反向时,摩擦力大小、方向的改变导致啮合点间产生“节点脉冲”现象,此现象也是齿轮在理论啮合条件下存在的齿轮噪声源,而且随着齿轮传动效率增大、转速提高,其表面精度降低,噪声变大。
此外,在齿轮的受力过程中,会产生一定程度的弹性变形,使齿轮运转不匀,产生转角误差,导致对齿轮系的冲击激励,形成“啮合齿轮力”,因此“节点脉冲”和“啮合冲擊力”都是齿轮传动中噪声的产生源。
2 齿轮噪声的产生因素
齿轮噪声的产生因素有许多,在齿轮传动噪声产生的原因当中,组装占15%、设计占35%、制造占30%、使用占20%,如图1所示。
3 降低齿轮传动噪声的优化方案
3.1 材料的选择
齿轮的材料最常用的是钢,其次是铸铁,还有有色金属、非金属等,但某些恶劣工作条件下的齿轮,用中碳钢或中碳低合金钢也不能保证使用性能,这时应选用合金碳钢(20CrMnTi、20CrMnMo),如表1所示,对于重载荷、有冲击的齿轴及齿轮,优先选用20CrMnMo用于制造大齿轮。同时,随着非金属材料制造的零件强度和精度的提高,非金属的弹性模量小,传动时的噪声小。所以,一对啮合的齿轮,小齿轮用非金属材料,大齿轮用金属材料可降低传动的噪声,而在非金属材料的选择上,应考虑到非金属材料的导热性和耐热性较差,可选择导热性好、硬度高的石墨烯材料。
3.2 齿轮参数的选择
3.2.1 降低模数
当分度圆直径一定时,有效的降低模数,不仅能减小齿面的滑动速度,减小磨损及胶合的危险性,降低噪音,而且降低了加工成本。
3.2.2 齿轮机构选择
如降低模数无法满足时,可考虑采用斜齿圆柱齿轮传动,其传动时,两啮合齿面的接触线与轴线方向成一螺旋角,因为螺旋角的作用从而改变了其啮合方式,这样不但延长了每对轮齿的啮合时间,增加了重合度,从而减少了轮齿传动的冲击、振动及噪声,提高了传动的平稳性。在实际应用中,采用斜齿圆柱齿轮并增加螺旋角,可有效降低噪声。
3.3 加工工艺方面
3.3.1 齿形修缘
一对啮合的齿轮,将齿顶部分的一小部分渐开线齿廓向齿体内部作修缘切深,也就是使其局部的压力角经过修正比之前压力角的角度大,因此,修缘部分较为圆滑,与另一齿相啮合,其平稳性增大,动载荷减小,从而降低噪声。
3.3.2 增加结构阻尼
在齿轮表面涂上一层内阻尼材料,如减振剂、油漆因子等,齿轮涂装阻尼后,振动幅度衰减,产生弹性滞后效应,用以吸收振动能量转化为热能,从而达到减振降噪目的。
4 基于PROE和ADAMS的齿轮传动噪声仿真
4.1 齿轮传动噪声仿真
以PROE和ADAMS软件为基础,对齿轮的啮合进行仿真,如图2和图3所示。
4.2 仿真结果
通过PROE和ADAMS程序进行数据仿真,加入新材料后的齿轮噪声值如表2所示。
5 结语
齿轮传动噪声的优化设计是一项系统工程,要从选材、参数选择、工艺设计等方面对齿轮进行优化设计,从而减弱和消除齿轮产生的噪声,它们之间相互影响,相互联系,若任何一个环节未得到有效控制,都将引起降噪失败的连锁反应,所以需要我们积累大量的经验,不断研究齿轮噪声产生的因素,从而实现齿轮的降噪,使其符合噪声指标和加工精度方面的要求。


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