齿轮振动噪声分析及控制

　　一、齿轮噪声的构成特性

　　1.按噪声频率特性划分

　　齿轮噪声中包含有与齿轮本体固有频率和啮合频率(往往伴有上、下边频)有关的两种成分。这两种成分中包含有高次谐波,通常到三次谐波。

　　前者是由齿轮啮合冲击激发的齿轮本身的固有振动噪声,这种噪声在无负载时尤为明显。后者产生的噪声也即为齿轮的加速度噪声。它是由于轮齿在齿轮啮合点产生很大的加速度,从而辐射出噪声。即由于齿面间存在摩擦力,相对滑动速度在节点突然换向,导致齿面间的相对摩擦力的方向突然改变,这样就产生了脉冲力。节点处的脉冲力又称为“节线冲力”,其大小及持续时间与齿轮间的传递力、齿面间的摩擦系数以及相对滑动速度的大小有关;再加上轮齿的弹性变形,制造和安装误差等因素存在,有可能形成“顶刃啮合”,即当被动轮齿距或基节大于公称值时,将在被动轮齿顶发生顶刃啮合;而当被动轮齿距或基节小于公称值时,将在被动轮齿根发生顶刃啮合,以致产生“啮合冲力”,导致噪声。这种啮合频率成分的噪声在齿轮噪声中占的比重较大。

　　总之,啮合频率产生的噪声主要与齿轮的转速、齿轮总的误差(包括安装误差和制造误差)以及齿轮加载后的变形有关。

　　2.按噪声在频谱中的位置划分

　　齿轮噪声包括高频噪声和低频噪声。高频噪声产生的主要原因是齿轮的基节偏差。在齿轮啮合和分离时,无论是从动齿轮的基节大于主动齿轮的基节,还是从动齿轮的基节小于主动齿轮的基节,均使齿轮每转过一齿就产生一次撞击;高频噪声产生的次要原因是齿形误差。通常齿轮的齿形误差是中凹的,在同样的误差量下,中凹齿轮在啮合时,噪声要比鼓形齿大。为了减小啮合噪声,应尽量采用鼓形齿。

　　低频噪声主要是由齿轮的周节累积误差所引起的,由于频率较低,人的听觉对它感受不太灵敏,只有当周节累积误差很大时,才会听到较大的“隆隆”声。

　　其次低频噪声还可由齿轮传动中的磕碰或毛刺摩擦引起,此种噪声杂乱无章,没有规律[2]。因此,齿轮的噪声主要是高频噪声,即啮合频率的噪声。

　　3.按噪声性质划分

　　由于在齿轮啮合频率成分的噪声中,还包括有与结构噪声性质不同的空气动力噪声。因此齿轮噪声又可分为结构振动噪声和空气及液体动力噪声[1]。

　　1)结构振动噪声。由于轮齿刚度的周期变化及齿轮各种误差的变化形成了对系统产生自激振动的激振力,从而引起齿轮周向振动及齿轮轴的弯曲振动,进而产生与啮合频率对应的齿轮噪声。