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齿轮与齿轮箱振动噪声机理分析及控制
- 2020-08-12-

  齿轮与齿轮箱振动噪声机理分析及控制


  一、齿轮振动的实例1齿轮轮毂的振动齿轮传递扭矩首先从轴传至轮毂,由轮毂传递到轮齿,再由主动轮轮齿传递到被动轮轮毂和轴系。在传递过程中,由于受到轴向激励力的作用,齿轮轮毂产生轴向振动。另外,由于啮合力的作用,轮毂也会产生横向和沿周向的振动。2轴承及轴承座的振动齿轮系统通过轴系安置于轴承及其轴承座上,由于齿轮本体的轴向和周向振动必引起轴承支承系统的振动,相反,外界干扰力(如螺旋桨的轴承力)也可能通过轴承传递给齿轮系统。3齿轮箱的振动齿轮的振动由轴系传到齿轮箱,激励箱体振动,从而辐射出噪声。另外,齿轮在箱内振动的辐射声激励箱体,使箱体形成二次辐射噪声,这类噪声大部在中低频范围内。齿轮箱体本身的振动也直接产生辐射声。4齿轮的振动在啮合过程中,轮齿先由一点接触而扩展到线接触,或一次实现线接触,使得接触力大小、方向改变,产生机械冲击振动,从而辐射出噪声。这类噪声呈现高频冲击的形式,其典型的齿轮振动时程曲线示于图2。轮齿啮合时不断变化的啮合力,既激发齿轮的强烈振动,即各个轮齿的响应很大,也激发了齿轮箱箱体较弱的振动。通常认为齿轮产生噪声的主要原因是轮齿之间的相对位移。这类噪声源产生的噪声可以用付氏变换法把噪声表示为稳定频率的分量的集合。二、齿轮振动噪声产生的机理1齿轮啮合激励产生的噪声齿轮的轮齿在啮合时一、齿轮振动的实例1齿轮轮毂的振动齿轮传递扭矩首先从轴传至轮毂,由轮毂传递到轮齿,再由主动轮轮齿传递到被动轮轮毂和轴系。在传递过程中,由于受到轴向激励力的作用,齿轮轮毂产生轴向振动。另外,由于啮合力的作用,轮毂也会产生横向和沿周向的振动。2轴承及轴承座的振动齿轮系统通过轴系安置于轴承及其轴承座上,由于齿轮本体的轴向和周向振动必引起轴承支承系统的振动,相反,外界干扰力(如螺旋桨的轴承力)也可能通过轴承传递给齿轮系统。3齿轮箱的振动齿轮的振动由轴系传到齿轮箱,激励箱体振动,从而辐射出噪声。另外,齿轮在箱内振动的辐射声激励箱体,使箱体形成二次辐射噪声,这类噪声大部在中低频范围内。齿轮箱体本身的振动也直接产生辐射声。4齿轮的振动在啮合过程中,轮齿先由一点接触而扩展到线接触,或一次实现线接触,使得接触力大小、方向改变,产生机械冲击振动,从而辐射出噪声。这类噪声呈现高频冲击的形式,其典型的齿轮振动时程曲线示于图2。轮齿啮合时不断变化的啮合力,既激发齿轮的强烈振动,即各个轮齿的响应很大,也激发了齿轮箱箱体较弱的振动。通常认为齿轮产生噪声的主要原因是轮齿之间的相对位移。这类噪声源产生的噪声可以用付氏变换法把噪声表示为稳定频率的分量的集合。二、齿轮振动噪声产生的机理1齿轮啮合激励产生的噪声齿轮的轮齿在啮合时因传动误差产生交变力,在交变力作用下产生线性及扭转响应,使齿轮产生振动辐射出噪声。这是一种主要的噪声源,接触力变化越大,则齿轮相应的振动响应越大。另外,齿轮的周节差产生的由复杂的或调制频率及其倍频组成的噪声,含有重复的基频(轴频),频率很低。由于周节差产生了不规则的脉冲序列。这种脉冲序列包括了众多的频率成份,但还不能认为是宽带随机噪声。在众多频率成份中,由于脱啮后轮齿重新啮合时的冲击,所产生的噪声是明显的。在一般情况下,啮合振动能够产生轴频的任何一个倍频上的激励,这种激励传递到齿轮箱引发箱体共振时产生明显的噪声,尤其当箱体的固有频率较低,而啮合频率很高时,很可能在某倍频下产生箱体共振。键槽或花键槽在啮合力作用下,使得齿轮和花键之间间隙产生无规则的变化,从而产生与周节差引发的相似的噪声。2滑油喷注产生的噪声一种齿宽较大的直齿齿轮,在啮入端吸入过多的滑油,这些滑油滞留于齿根间隙中而无法迅速从端部排出形成"困油现象"。困油现象发生在两个啮合齿的接触部位形成的一个封闭容积内。这种封闭容积在齿轮转动时会产生容积变化。由于滑油是不可压缩液体(压缩性小,体积模量为1.4×109),即使很小的容积变化都会使齿轮轴上的附加载荷发生周期性的剧烈变化,使齿轮激励振动而产生噪声。另外,在容积增大时,压力即迅速减少,从而使得轮齿间迅速减压造成"空蚀",使齿轮激发出强烈的高频振动,同时辐射出噪声。与此同时,高压油从齿端部高速喷射,射流冲击齿轮箱箱体也会引发啮合频率激励而产生齿频噪声及其倍频噪声。3轴承力激励如果齿轮传递扭矩为船用螺旋桨推力(作用在推力轴承上)与扭矩,则螺旋桨在不均匀流场中产生的非定常轴向力或扭矩通过轴系传递到轴承,由轴承传递给齿轮,对齿轮产生不稳定的激励,此即为轴承力激励。由此种激励使齿轮产生振动辐射出噪声,这种噪声与轴承力的激励密切相关。另外,由于齿轮轮齿的弹性原因,齿轮在传递动力时,后两对轮齿啮合时的齿对数只有一对齿啮合的1/2~2/3。因此,当主动轴旋转时,对应于齿对数的变化,从动齿轮发生与旋转转速变化相同的振动,从而辐射出噪声,这也是主要噪声源之一。