机械设计优秀案例分享——〖案例1〗齿轮箱的噪声处理

六月飘雪

〖案例1〗齿轮箱的噪声处理

       齿轮传动是机械传动的一种基本方式，在很多工业应用中都是以齿轮箱的方式出现，比如减速箱，变速箱等等。在齿轮箱众多缺陷中，噪声是特别让人心惊肉跳的一种，它的出现往往意味着误差、冲击、振动、磨损等等，是设计者最不愿意看到的。

1.问题描述

      新手设计小型斜齿轮减速箱，装配好之后反转比正转噪声大很多。

2.讨论

    甲说，齿轮的噪声是一种非常复杂的现象：除去齿轮本身的问题外，会有电机不稳定，驱动轴跳动过大，负载剧烈变化等等原因。而齿轮本身，则会有受力弯曲或者生产加工误差造成的啮合冲力，这是噪声的主要来源。

     甲从设计角度分析，说，也许是轴承或者轴系的设计或者装配问题；如果轴承装配间隙有不合适的地方，因为斜齿轮传动会产生轴向力，正反转时同一根轴受力情况正好相反，若轴承质量不好或者装配的间隙不合适，它受力很大时会有噪声；而轴系方面，如果设计不合理，会在反转时，出现轴的弯曲变形变大的情况，而弯曲的轴旋转就会产生很大的弯曲应力，此时轴承和齿轮都会产生噪声；若是这样，就必须补偿啮合变形，至于是修形，整形还是变位的方式，只能由实际情况做决定；

     乙补充说，由于齿轮各参数选择不恰当，也会导致噪声，如模数和螺旋角：

        1.     在保证轮齿强度的情况下，模数应尽量取小；

        2.     螺旋角，在能够保证合理的安装和加工要求的时候，增大螺旋角可以增加重合度，使噪声降低。

     当然，就像几乎所有的设计师在出现问题的时候做出的反应一样，丙对加工产生疑问，说，正反转噪声差异大，也许是齿形的问题，如果两侧齿形加工 有差异，那么正反转噪声差异大的可能性也存在，尤其是没有进行磨齿而仅仅是剃齿工艺的齿轮；因为剃齿后会常见一种中凹齿形，即使基节偏差很小，也没有顶刃啮合的情况下也会产生二次冲击，噪声非常大。

     丁说，无论是设计，生产，还是装配，都会有实际与理论之间的差异，而这种差异会带来各种意想不到的问题；在上述的原因之外，还可以考虑以下两点：

1.  箱体的结构：

    如果在反转时轴向应力过大，在轴承动载荷作用下会产生振动并辐射噪声，而且轴承座与箱体支点的联接结构也是重点，在必要的地方设置加强筋，以防止振动的产生；

2. 齿轮的侧隙：

     若是侧隙过小，会使啮合时排气速度增加，噪声急剧增大，而侧隙稍大些对噪声影响并不大。

丙同意丁的意见，并补充说，对生产过程的质疑，除齿形误差外还有基节偏差：当基节不等时，一对啮合的齿轮会出现齿顶刃沿着齿面刮行的情况，使瞬时传动比突变，引起噪声。

     带着大家的质疑，提问者对设计图纸及生产装配环节进行了检查，在检测齿面精度的时候发现了齿形不对称，最后查出是滚齿机分度蜗轮副的问题：当分度蜗轮副的啮合间隙大时，滚齿时由于受力不均匀，会造成齿形两面不对称，一面齿形好，一面齿形不好；主传动面与副传动面不对称，造成主传动面啮合时很顺畅，而副传动面啮合时由于齿形与理论渐开线误差过大，使传动时无法保持匀速，而是时快时慢，使齿面受到脉冲式附加动载荷，从而产生噪声。

     由于噪声已经存在，在产品不能报废的前提下，必须想办法对其进行控制，把噪声的分贝值降到最低，由此，甲提出一个修配齿面的办法：做一个小装置，将一对需要啮合的齿轮放在一起，一个主动,一个被动；主动轮固定旋转，从动轮沿径向施加压力，强迫啮合的同时加研磨液(由在煤油里加研磨粉调配而成，研磨粉要少加)，研磨的时间由表面粗糙度而定。

     修配齿面也许能解决问题，但以防万一，丙说，噪声之所以会从发生源传播出来，齿轮体本身结构密切相关，可以通过以下两个手段来进行改进：

   1.    在轮体上打消声孔，并在孔中填入聚氨酯橡胶或铜锰合金的阻尼塞。

   2.    在轮体上镶HT250或铜锰合金的阻尼环。

   3.    还有一个很容易被忘记的原因，那就是毛刺，有时候毛刺未剔除干净，会造成很大的噪声，并且还会使齿面划伤。这个在生产中一定要注意。

3.结论

    找到原因之后，其实颇有点“明明费力地检查了电脑机箱里所有的硬件，最后却发现问题是电源插头松动”的意思。但要说的是，分析问题是有步骤的，作为设计师，出现问题第一应该想到的就是检查图纸，看看设计有没有毛病，然后才是生产装配环节，最后判断是报废还是修配使用。在这种时候，设计计算书就很重要了，是验证设计的依据，比如证明轮齿强度合适，证明轴系强度合适，证明轴承选择没有失误等等。很多老设计师可以根据丰富的经验来抛开计算验证，直接选取一些参数，但年轻的设计师还是尽量不要这样。

    另外，作为设计师应该对工艺有一些基本的了解，自己设计出来的东西要知道怎么生产，怎么检测，怎么安装。加工回来的零件可以自己动手检测是否合格，对某些有小误差的零件为什么必须报废，为什么可以让步使用，一定要弄明白。

小贴士：

    怎么检测共振：一般来说如果齿轮不是又薄又大，是不会发生共振的，判断是不是共振，可以用一个简单办法检查——用不干胶贴在可能发生共振的齿轮上，目的是改变齿轮的固有频率，如果异常音没了或是明显发生音高变化，反复几次结果一致，那就是共振。

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学习了，谢谢楼主

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学习啦，谢谢楼主分享！希望能有更多这样的案例！！！