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齿轮的噪声机理分析

发布时间:2019-03-18 | 来源:互联网 | 作者:
   齿轮系统噪声的声源主要有:齿轮系统本身轮齿啮合的动态激励;原动机(发动机、电动机等)的振动以及工作机构的振动和负载变化等。在齿轮系统动力学中,主要研究由齿轮啮合的动态激励产生的噪声。

在齿轮系统中,根据其不同的振动状态,可能产生两种噪声:拍击噪声(Gear Rattle Noise)和白噪声(Gear White Noise)。拍击噪声主要是由于轮齿的拍击引起的瞬态噪声。轮齿拍击是一种强非线性的冲击现象,一般发生在轻载条件下。白噪声是一种稳态噪声,是由齿轮啮合过程的动态激励引起的。

此外,根据机理不同,可将噪声分成加速度噪声(Air-borne Noise)和自鸣噪声(Structured-borne Noise)两种,如图1所示。一般说来,在拍击振动中轮齿间会产生冲击,齿轮会产生很大加速度,引起周围介质扰动,由于这种轮齿的冲击,齿轮会产生很大的加速度,引起周围介质扰动,由于这种扰动产生的声辐射称为齿轮的加速度噪声。齿轮的啮合冲击主要发生在平行于轴线的方向,因此一般将由啮合的两齿轮冲击产生的加速度噪声看成是两个变曲率半径的柱体冲击所产生的加速度噪声。另一方面,在齿轮动态啮合力作用下,系统的各零件会产生振动,这些振动所产生的声辐射称为自鸣噪声。


  图1 齿轮噪声产生机理

对于开式齿轮传动,加速度噪声由轮齿冲击处直接辐射出来,自鸣噪声则由轮体、传动轴等处辐射出来。对于闭式齿轮传动,加速度噪声先辐射到齿轮箱内的空气和润滑油中,再通过齿轮箱辐射出来;自鸣噪声则是由齿轮体的振动,通过传动轴引起支座振动,从而通过齿轮箱箱壁的振动而辐射出来。一般说来,自鸣噪声是闭式齿轮传动的主要声源。

一般说来,齿轮噪声的发生可表示为图2所示的框图,轮齿啮合刚度的时变性、轮齿传递误差、啮入啮出冲击及传动系统输入力矩和负载力矩的变化均会产生动态啮合力。


  图2 齿轮自鸣噪声的产生

由于动态啮合力的激励,使齿轮系统产生振动,从而引起齿轮系统的振动噪声,因此,齿轮系统的噪声强度不仅与轮齿啮合的动态激励力有关,而且还与轮体、传动轴、轴承及箱体等的结构形式、动态特性以及动态啮合力在它们之间的传递特性有关。具体说来,齿轮系统振动噪声的产生及传播机理一般涉及以下几个问题:

(1) 工作条件、齿轮种类、设计参数、加工装配精度与误差等状况对动态啮合力的影响;

(2) 根据齿轮的类型,建立齿轮系统的动力学方程,分析在动态激励力作用下系统的振动形式;

(3) 齿轮系统中各零部件的振动状态,振动由啮合轮齿至箱体表面的传播过程和传播特性;

(4) 对于加速度噪声则必须讨论它们是如何透过箱体传至外部的。