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齒輪的噪聲機(jī)理分析

發(fā)布時間:2019-03-18 | 來源:互聯(lián)網(wǎng) | 作者:
   齒輪系統(tǒng)噪聲的聲源主要有:齒輪系統(tǒng)本身輪齒嚙合的動態(tài)激勵;原動機(jī)(發(fā)動機(jī)、電動機(jī)等)的振動以及工作機(jī)構(gòu)的振動和負(fù)載變化等。在齒輪系統(tǒng)動力學(xué)中,主要研究由齒輪嚙合的動態(tài)激勵產(chǎn)生的噪聲。

在齒輪系統(tǒng)中,根據(jù)其不同的振動狀態(tài),可能產(chǎn)生兩種噪聲:拍擊噪聲(Gear Rattle Noise)和白噪聲(Gear White Noise)。拍擊噪聲主要是由于輪齒的拍擊引起的瞬態(tài)噪聲。輪齒拍擊是一種強(qiáng)非線性的沖擊現(xiàn)象,一般發(fā)生在輕載條件下。白噪聲是一種穩(wěn)態(tài)噪聲,是由齒輪嚙合過程的動態(tài)激勵引起的。

此外,根據(jù)機(jī)理不同,可將噪聲分成加速度噪聲(Air-borne Noise)和自鳴噪聲(Structured-borne Noise)兩種,如圖1所示。一般說來,在拍擊振動中輪齒間會產(chǎn)生沖擊,齒輪會產(chǎn)生很大加速度,引起周圍介質(zhì)擾動,由于這種輪齒的沖擊,齒輪會產(chǎn)生很大的加速度,引起周圍介質(zhì)擾動,由于這種擾動產(chǎn)生的聲輻射稱為齒輪的加速度噪聲。齒輪的嚙合沖擊主要發(fā)生在平行于軸線的方向,因此一般將由嚙合的兩齒輪沖擊產(chǎn)生的加速度噪聲看成是兩個變曲率半徑的柱體沖擊所產(chǎn)生的加速度噪聲。另一方面,在齒輪動態(tài)嚙合力作用下,系統(tǒng)的各零件會產(chǎn)生振動,這些振動所產(chǎn)生的聲輻射稱為自鳴噪聲。


  圖1 齒輪噪聲產(chǎn)生機(jī)理

對于開式齒輪傳動,加速度噪聲由輪齒沖擊處直接輻射出來,自鳴噪聲則由輪體、傳動軸等處輻射出來。對于閉式齒輪傳動,加速度噪聲先輻射到齒輪箱內(nèi)的空氣和潤滑油中,再通過齒輪箱輻射出來;自鳴噪聲則是由齒輪體的振動,通過傳動軸引起支座振動,從而通過齒輪箱箱壁的振動而輻射出來。一般說來,自鳴噪聲是閉式齒輪傳動的主要聲源。

一般說來,齒輪噪聲的發(fā)生可表示為圖2所示的框圖,輪齒嚙合剛度的時變性、輪齒傳遞誤差、嚙入嚙出沖擊及傳動系統(tǒng)輸入力矩和負(fù)載力矩的變化均會產(chǎn)生動態(tài)嚙合力。


  圖2 齒輪自鳴噪聲的產(chǎn)生

由于動態(tài)嚙合力的激勵,使齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生振動,從而引起齒輪系統(tǒng)的振動噪聲,因此,齒輪系統(tǒng)的噪聲強(qiáng)度不僅與輪齒嚙合的動態(tài)激勵力有關(guān),而且還與輪體、傳動軸、軸承及箱體等的結(jié)構(gòu)形式、動態(tài)特性以及動態(tài)嚙合力在它們之間的傳遞特性有關(guān)。具體說來,齒輪系統(tǒng)振動噪聲的產(chǎn)生及傳播機(jī)理一般涉及以下幾個問題:

(1) 工作條件、齒輪種類、設(shè)計參數(shù)、加工裝配精度與誤差等狀況對動態(tài)嚙合力的影響;

(2) 根據(jù)齒輪的類型,建立齒輪系統(tǒng)的動力學(xué)方程,分析在動態(tài)激勵力作用下系統(tǒng)的振動形式;

(3) 齒輪系統(tǒng)中各零部件的振動狀態(tài),振動由嚙合輪齒至箱體表面的傳播過程和傳播特性;

(4) 對于加速度噪聲則必須討論它們是如何透過箱體傳至外部的。
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