王建军
贵州群建精密机械有限公司 贵州省遵义市 563003
摘要：本文从齿轮的齿部参数设计、啮合条件、结构、制造、材料等方面进行分析，找出降低和控制齿轮噪音的途径和方法。
主题词： 齿轮噪音 重合度 结构 加工 材料
1、优化齿部设计参数
1.1、加大齿轮啮合重合度ε
实践证明，相同条件下的斜齿轮比直齿轮噪音低，经过对斜齿轮和直齿轮齿部参数的对比分析可以发现：一对齿轮啮合时，斜齿轮的重合度大于直齿轮，也就是说在相同条件下，重合度越大，噪音越低。下面通过对齿轮重合度计算公式的分析，来找出齿部设计参数对齿轮噪音的影响：
.png)
端面重合度εα即为齿高方向上的重合度。通过加大两个相互啮合齿轮的齿数和减小齿轮压力角可以使重合度增加，但由于齿轮的齿部高度有限，使重合度增大幅度受到限制。
轴向重合度εβ即为齿宽方向上的重合度。从轴向重合度εβ的计算公式可以看出，增大齿轮的齿宽b，对加大齿轮重合度非常有效，只要在条件允许的情况下，应最大限度地加大齿轮的齿部宽度。
1.2、减小齿轮模数Mn
通过实验，在输入转速、啮合齿轮的齿数、齿宽以及装配条件都不变的情况下，齿轮模数从Mn1.5减小到Mn1.25，噪音可减小2～5dB，所以，在设计齿轮参数时，要首先对齿轮进行强度校核，在齿轮的承载能力和齿根强度允许的情况下，应尽量减小齿轮的模数；
1.3、加大齿轮的螺旋升角β
斜齿轮比直齿轮噪音低，主要原因是斜齿轮的轴向重合度大于直齿轮，加大斜齿轮的螺旋升角，增加齿轮重合度，是降低噪音最直接、最有效的途径。
2、改进齿轮的结构
2.1、在齿轮的轮体上增加不规则的异型孔洞或凹槽；
2.2、增加齿轮减轻孔数量，并填充具有吸振降噪效果的材料，如橡胶、铸铁等；
2.3、在齿轮轮缘处压入摩擦系数较大的金属或非金属材料制成的吸振降噪环；
2.4、在轮缘上加橡皮垫圈，如图（一）；
.png)
在实际运用中，可根据的齿坯大小、形状、齿轮承载扭矩的大小，来合理设计和选择齿轮齿坯结构，镶嵌和添加具有吸振、降噪效果的材料，可以达到非常好的降噪效果。
3、改变齿轮的制造方法
3.1、增加齿轮的齿顶、齿端倒角
齿轮在齿部精加工前增加齿顶、齿端倒角，目的是：1）防止齿轮在制造和搬运过程中产生的碰伤、毛刺，使齿轮啮合时产生异音；2）避免轮齿弹性变形造成的齿顶齿根干涉和齿端干涉，而使齿轮啮合噪音加大；
3.2、齿部修形处理
齿轮制造行业有句话叫“齿轮噪音低，轮齿必修形”。修形是在齿高和齿长方向上，根据齿轮轮齿的受力啮合情况修整成的鼓形或其它形状，这对降低齿轮噪音非常有效，是低噪音齿轮制造的重要途径。 齿轮轮齿的修形处理作用有三个：1)与上述的增加齿轮的齿顶、齿端倒角目的一致；2）增加齿轮重合度；3）避免齿轮啮合时的跨齿干涉；
3.3、降低齿形、齿向一致性误差
齿轮在进行齿形、齿向检测时，检测数据虽然很小，但齿形角度误差fHa的偏向一致性不好，或者齿向角度误差fHβ的偏向一致性很差，该齿轮装配后的噪音一定是不会很好的。 这主要是由于轴类齿轮两端中心孔不同轴，偏离了齿坯的中心线，盘类齿轮齿坯的端面跳动过大或装夹时齿坯端面与工装芯轴不垂直造成的；
3.4、改变齿面加工纹理
降低齿面粗糙度，改善齿轮噪音，这是齿轮降噪研究过程中永恒的话题，从粗糙度的定义和实际检测过程中，我们可以知道：如果检测方向和角度的改变，粗糙度的检测结果随之改变，这是因为在切削过程中，由于刀具的旋转和机床进给运动时，在零件表面留下的切削痕迹所造成的结果，也叫加工纹理。当齿面的加工纹理方向与齿轮啮合的瞬时方向平行，产生的噪音明显低于啮合垂直和啮合交错时的噪音。比如像高速公路的路面上，在进入转弯处和隧道口设置有垂直于汽车行进方向的、一排排起警示作用的标线，当汽车车轮滚过标线时，车内的你会感觉到振动加剧，同时，可以听到噪音明显加大，但如果这些标线的方向设置为与汽车行进的方向平行，结果将完全不一样，实验证明：加工纹理对齿轮噪音的影响在5～8dB。
4、改变齿轮材料
4.1、合理改用具有降噪功能的金属材料
选择铁基粉末冶金或铸铁等作齿轮材料，充分利用这些材料的优点，达到降低噪音的目的。例如改用铁基粉末冶金的优点是： 1）、由于该材料内部组织为蜂窝状结构，能有效地吸收齿轮运转时产生的振动，同时，内部组织为蜂窝状结构的孔洞，可以储存润滑油，使齿轮在啮合过程中，齿面间形成一层油膜，起到降低噪音的目的；2）、选择铁基粉末冶金作为齿轮齿坯，齿轮的外形和形状复杂的型腔以及齿坯减轻孔可全部压制成型，在齿形加工前，仅对齿形加工和零件的装配基准进行少量处理，可减少加工工序，降低了成本；
4.2、选用非金属
随着材料技术的不断提高，非金属材料在齿轮行业的应用范围逐渐扩大，特别是塑料齿轮，如今已经被应用在汽车、家用电器、工业机械、办公文仪、医疗设备、钟表等传递运动或扭矩的传动机构中，所以，塑料制品行业在制造齿轮时提出的口号是“塑料齿轮挑战金属齿轮”，其主要原因是因为与金属齿轮相比，塑料齿轮具有更低的制造成本、更轻的重量和更加低的啮合噪音等优点。
5、齿面涂覆
齿面涂覆是用一定的工艺方法，在齿轮的啮合表面均匀覆盖一层固体润滑剂，使轮齿表面形成厚度为0.015～0.05mm厚的、吸附牢固的非金属隔离层，避免了金属齿面间的直接接触。它不仅具有良好的耐磨、耐湿热、耐腐蚀等性能，同时，具有良好的抗振动、冲击性能，齿轮在运转过程中达到降低齿轮啮合噪音的目的。
6、结束语
控制齿轮噪音的方法很多，并不局限于综上所述，需要在零件设计和加工条件允许的情况下，根据齿轮的旋转速度、负载大小、运行平稳性等实际使用工况，来找出降低和控制齿轮噪音的最佳途径和方法。
参考文献：
［1］齿轮手册.下册/齿轮手册编委会编.第2版.北京：机械工业出版社，2000.9.
［2］《汽车噪声控制》，何渝生，邓兆祥，北京：机械工业出版社，1995.
［3］《汽车变速箱噪声源识别及噪声控制》，梁杰，王登峰，姜永顺等，噪声与振动控制
2006.26（3）67-69.