如何降低齿轮的噪音？

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% ~& ]" K. ^4 @! D5 s5 S' h我是做精密机械设计的，象复印机、打印机、银行机金融机等，常用同步轮传动，有时会用到齿轮。但由于齿轮噪音大，因此总是避开用齿轮，有的避不了的，还得要齿轮传动。如下图的传动，噪音大，请问，如何降低这个噪音呢？

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齿轮传动系统的噪声分析
& V* m6 d) h' L4 @为从设计角度出发降低齿轮传动系统的噪声，我们就应首先来分析一下齿轮系统噪声的种类和发生机理。
在齿轮系统中，根据机理的不同，可将噪声分成加速度噪声和自鸣噪声两种。一方面，在齿轮轮齿啮合时，由于冲击而使齿轮产生很大的加速度并会引起周围介质扰动，由这种扰动产生的声辐射称为齿轮的加速度噪声。另一方面，在齿轮动态啮合力作用下，系统的各零部件会产生振动，这些振动所产生的声辐射称为自鸣噪声。
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。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。
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一般来说，齿轮系统噪声发生的原因主要有以下几个方面：
$ n5 F& ~- g  A, d: J$ b0 ^1)齿轮设计方面。参数选择不当，重合度过小，齿廓修形不当或没有修形，齿轮箱结构不合理等。齿轮加工方面 基节误差和齿形误差过大，齿侧间隙过大，表面粗糙度过大等。
2)齿轮系及齿轮箱方面。装配偏心，接触精度低，轴的平行度差，轴，轴承、支承的刚度不足，轴承的回转精度不高及间隙不当等。
3)其他方面输入扭矩。负载扭矩的波动，轴系的扭振，电动机及其它传动副的平衡情况等。
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: }6 ]$ D; h+ H+ c' P' {6 X一、选择材料
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! ~7 `' G* C5 T# p! |' s# r  u) v　　齿轮的材料一般有碳素钢、锻钢、铸钢、铸铁和非金属材料（如尼龙、夹布塑料）等。为了降低齿轮传动的噪声，在某些强度要求不高的场合，可大胆地使用非金属材料作为首选齿轮的材料。特别是随着我国科技工作者对非金属材料的研究和开发逐渐深入，用非金属材料制造零件的强度、精度将逐步提高，它将越来越被机械设计工作者所青睐。同时，也可在一对啮合齿轮中，一个齿轮采用非金属材料，另一个齿轮仍用金属材料。一般是小齿轮用非金属材料，大齿轮用金属材料，可以降低齿轮传动的噪声。

7 d7 ]7 X9 p- H, N# }) v* s) L" j( \　　二、选择齿轮的参数
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　　选择齿轮的参数时，应有利于降低齿轮传动的噪声。选择齿轮的齿数时应以多齿数为好。即：中心距确定后，在满足弯曲疲劳强度的前提下，尽量降低模数。由于d=mz，当齿轮的分度圆直径d一定时，模数m越小，齿数z越多，增加了重叠系数，从而降低齿轮传动的噪声。同时，由于模数降低，齿轮的加工成本也会降低。另一方面，当不能降低齿轮模数时，应先考虑采用斜齿轮，这样也可以增加重叠系数，降低齿轮传动的噪声。在斜齿轮传动中对于螺旋角的选择要求很高，原因是由于螺旋角较小，体现不出斜齿轮传动的优点，而螺旋角越大，相应地带来轴向力的增大，所以一般要求螺旋角在8°～20°之间。而实际应用中，较小传动功率的条件下，螺旋角可稍大于16°为宜，这样降低噪声的效果更为明显，并且又不能引起较大的温升（因螺旋角较大，则轴向力增加，会使无用功增大而产生高温）。再次，我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角α=20°，但对重合系数接近2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为1～1.2，压力角为16°～18°的齿轮，这样做可增加轮齿的柔性，降低齿轮传动的噪音。
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# q; v, k8 B# Y6 F6 p+ W6 M7 r5 g8 c　　三、结构方面

　　齿轮尽量避免采用实心结构，而应设计成腹板式结构。也就是只要强度满足要求，齿轮应尽量减轻重量。这样可使齿轮的固有频率降低，从而降低啮合的噪声。
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3 q% U' |: N" ]) g/ k　　四、装配方面
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　　装配质量对齿轮传动噪声影响较大。选用同一台机床加工出来的左右旋齿轮组装，将有利于降低齿轮的啮合噪声。装配前要特别注意先清洗齿轮端面的毛刺，因为端面毛刺在啮合的过程中直接产生噪声，有条件的话可对齿廓间作降低噪声修缘。

　　五、模拟工作状况的跑合

　　对于以上措施仍达不到要求，又五条件提高齿轮加工精度时，模拟工作状况的跑合是最有效最廉价的方法。跑合时，在啮合区涂上研磨膏，然后正转10～20h，再反转同样的时间。跑合时要注意不要让研磨膏进入轴承部位，以免造成轴承磨损。跑合后要把设备清洗干净，不留研磨膏和磨屑。
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　　总之，采用齿轮转动时，在齿轮的设计、制造和安装上要采取实用有效的方法，这样可以降低齿轮传动的噪声。对于改善工人的工作环境和身体健康都具有十分重要的意义。

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减少齿轮噪音的方法：

    为了避免减速机不能通过出厂测试，原因之一是减速机存在间歇性高噪声；用ND6型精密声级计测试，低噪声减速机为72.3Db（A），达到了出厂要求；而高噪声减速机为82.5dB（A），达不到出厂要求。经过反复测试、分析和改进试验，得出的结论是必须对生产的各个环节进行综合治理，才能有效降低齿轮传动的噪声。
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- q/ B. O& a- A, D; p9 O( w: G2 S    1、控制齿轮的精度：齿轮精度的基本要求：经实践验证，齿轮精度必须控制在GB10995－887~8级，线速度高于20m/s齿轮，齿距极限偏差、齿圈径向跳动公差、齿向公差一定要稳定达到7级精度。在达到7级精度齿轮的情况下，齿部要倒梭，要严防齿根凸台。
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    2、控制原材料的质量：高质量原材料是生产高质量产品的前提条件，我公司用量最大的材料40Cr和45钢制造齿轮。无论通过何种途径，原材料到厂后都要经过严格的化学成分检验、晶粒度测定、纯洁度评定。其目的是及时调整热处理变形，提高齿形加工中的质量。
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7 I' c5 s: K( l/ m# c6 x) {$ L    3、防止热处理变形：齿坯在粗加工后成精锻件，进行正火或调质处理，以达到：

- d5 D$ k1 `! Y3 j3 D4 ]    （1）软化钢件以便进行切削加工；
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  a  j$ _& h9 n' x$ z    （2）消除残余应力；

    （3）细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能；
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    （4）为最终能处理作好组织上的准备。应注意的是，在正火或调质处理中，一定要保持炉膛温度均匀，以及采用工位器具，使工件均匀地加热及冷却，严禁堆放在一起。需钻孔减轻重量的齿轮，应将钻孔序安排在热处理后进行。齿轮的最终热处理采用使零件变形较小的齿面高频淬火；高频淬火后得到的齿面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限，而心部仍保持足够的塑性和韧性。为减少变形。齿面高频淬火应采用较低的淬火温度和较短的加热时间、均匀加热、缓慢冷却。

8 p- A4 p! l% U! u    4、保证齿坯的精度：齿轮孔的尺寸的精度要求在孔的偏差值的中间差左右分布，定在±0.003~±0.005mm；如果超差而又在孔的设计要求范围内，必须分类，分别转入切齿工序。齿坯的端面跳动及径向跳动为6级，定在0.01~0.02mm范围内。

! v( Z: V1 Z6 @# J    5、切齿加工措施：对外购的齿轮刀具必须进行检验，必须达到AA级要求。齿轮刀具刃磨后必须对刀具前刃面径向性、容屑槽的相邻周节差、容屑槽周节的最大累积误差、刀齿前面与内孔轴线平行度进行检验。在不影响齿轮强度的前提下，提高齿顶高系数，增加0.05~0.1m,，改善刀具齿顶高系数，避免齿轮传动齿根干涉。M=1~2的齿轮采用齿顶修圆滚刀，修圆量R=0.1~0.15m。消除齿顶毛刺，改善齿轮传动时齿顶干涉。切齿设备每年要进行一次精度检查，达不到要求的必须进行维修。操作者亦要经常进行自检，特别是在机床主轴径向间隙控制在0.01mm以下，刀轴径跳0.005mm以下，刀轴窜动0.008mm以下。刀具的安装精度：刀具径向跳动控制在0.003mm以下，端面跳动0.004mm以下。切齿工装精度，心轴外径与工件孔的间隙，保证在0.001~0.004mm以内。心轴上的螺纹必须在丙顶类定位下，由螺纹床进行磨削：垂直度≦0.003mm，径跳≦0.005mm。螺母必须保证内螺纹与基准面一次装夹车成，垫圈的平行度≦0.003mm。
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  O( X% ~1 F  D% ]; ^* H 6、文明生产：齿轮传动噪声有30%以上的原因来自毛刺、磕碰伤。有的工厂在齿轮箱装配前，去除毛刺及磕碰伤，是一种被动的做法。（1）齿轮轴类零件，滚齿后齿部立即套上专用的塑料保护套后转入下道工序，并带着专用的塑料保护套入库和发货。（2）进行珩齿工艺，降低齿面粗糙度，去除毛刺，并防止磕碰伤，能有效地降低齿轮传动噪声。
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    7、采取其它材料及热处理、表面处理方式：（1）可利用粉末冶金成型技术，齿轮成型后齿部高频淬火。（2）采用墨铸铁，齿轮切削加工后，再进行软氮化处理。（3）采用40Cr材料，齿轮切削功工后，采用软氮化处理或齿部镀铜处理。综合所述，要根治齿轮传动噪声，齿轮材料及热处理是要本，齿坯精度是保证，齿轮精度是关键，文明生产是基础。

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简单来说，
1  如果传动负荷不是很大，齿轮用降噪材料加工，如尼龙66、聚氨酯、夹布胶木等。
2  加工精度根据条件尽量提高，表面粗糙度尽量降低。
' B& j) p7 v: f- g3  注意合理润滑。
; h& f% a& r9 S% t" N4  机壳采用封闭式。

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听君一席话，胜读十年书。受益不少，我要朝这方面努力。