一、齿轮传动系统的振动与噪声

产生齿轮噪声的原因, 除齿轮本身的原因之外, 还有轴系的弯曲与扭转, 以及轴承、轴承座及齿轮箱等问题, 要全方面综合考虑。

(一) 齿轮本身的影响: 齿轮的模数、齿数、压力角、螺旋角、齿宽、啮合系数、及加工状况等基本设计参数, 均对振动与噪声有影响, 应全面考虑。对与动力传动的齿轮, 齿根弯曲变形是影响振动与噪声的主要因素, 应选大模数; 对于承载不大的齿轮, 只要强度允许, 应尽可能选较小模数。齿轮外径加大, 侧面噪声辐射面加大, 为减小辐射面积, 应尽量选较小直径, 并采用轮辐钻孔等方法。为减轻振动, 应计算固有频率, 以避开共振。噪声随齿宽增加而减小, 但齿轮的齿宽增加会引起接触不良, 故可将齿宽限制在一定范围内, 只增加轮体宽度。只要表面光洁度好, 随着螺旋角的增加, 振动与噪声均减小。但应注意, 加工精度不得降低(这种零件的加工也是相当不易的)。增加重合系数, 动载变化减小。系数= 2 时, 由于振动产生的加工表面振纹极小, 而当系数= 3 时, 振纹可消失。但如果采取减小压力角的办法增加重合系数, 则少量的齿形或齿距误差将引起干扰而产生更加强烈的振动, 此时应综合考虑压力角、齿厚、齿高和加工条件等因素的影响。齿轮加工精度中齿形误差、齿向误差、周节误差对振动与噪声均影响很大, 周节误差可引起啮合冲击, 产生严重杂音; 齿向误差将引起边缘磨损, 产生刺耳的哨声等。以上所述为设计原因, 对于故障分析来说, 必须掌握这些内容, 以便发现故障的真正原因, 设法排除。

(二) 轴系其它元件所引起的振动与噪声: 除齿轮轴外, 齿轮总是通过键、销、螺钉等安装在轴上的, 如果轴的刚度不高, 即使齿轮本身再好, 也将因轴的弯曲、挠动、扭转而增加振动与噪声。按设计要求, 将轴长与轴径比控制在5: 1, 使齿轮(尤其是重载齿轮) 装在支承附近为宜。在此前提下, 对轴系零件的外圆及内孔的圆度、圆柱度及光洁度均应有相应的要求, 多轴颈的同轴度应控制在允许范围内。轴承是影响轴系精度、振动与噪声的重要元件, 滚动轴承本身就是一个振动源。就轴承本身而言, 内外滚道特别是滚动体的圆度是影响噪声的最重要因素。为此, 轴承与壳体及轴的配合不能过紧, 配合部位的圆度应控制在尺寸公差之半。高速回转的轴系件必须经过平衡。

(三) 箱体质量及装配质量对噪声的影响: 箱体上箱壁与其罩、盖是机床振动部分与空气接触面积最大的振动体, 是噪声的主要辐射体, 它们的振动越大, 噪声也越大。箱体刚性好, 振动速度低, 传声就小。为此可采用箱壁加厚, 及相适应的箱内筋条、肋板布置, 提高其固有频率; 或改用阻尼较大的材料, 以降低振动。箱体因磨损、变形或其它原因, 将引起轴系孔与基准面的各种误差。这是引起振动不容忽视的原因, 必要时应考虑基准件的整形。提高齿轮的安装精度是降低噪声的主要措施, 众所周知, 啮合的齿轮接触不良时, 振动与噪声均将很大。故装配前应检查齿轮的接触精度, 这是原始性寻找振动与噪声产生原因的有效办法。影响机床齿轮安装精度的主要原因是齿形误差与齿向误差、齿面伤痕、箱体孔的加工误差及变形、轴系刚度及精度等。