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技术报告

塑料齿轮箱的噪音产生的来源以及影响齿轮传动噪音的因素

分类:技术报告 来源:埃科应用工程实验室 日期:2022-03-16

       在所有的标准齿轮应用中,塑料齿轮正在快速的取代金属齿轮,广泛应用于汽车、家用电器、精密机械、机电产品及医疗设备的领域。这是因为相比较于金属齿轮,塑料齿轮的成本更低、重量较轻、加工设计灵活等优点。塑料齿轮行业正朝着低成本、高负载和低噪音的方向发展,行业有一个关于解决齿轮噪音异响问题的路径:齿轮传动有摩擦,啮入啮出力量大,齿形齿阔两手抓,加肥减瘦调公差,中心距离重点划,变速跳动本一家,箱体翘曲声音杂,变位系数查一查,润滑油脂要选好。


塑料齿轮箱的噪音产生的来源以及影响齿轮传动噪音的因素(图1)


塑料减速齿轮箱的噪音产生的来源


一、齿轮运行振动速度过快

       齿轮运行振动速度过快,主要是在齿轮传动中频率过快,造成的齿轮之间振动频率过快导致的。齿轮运行中振动速度快,将影响振动的频率,产生噪音。

二、载荷冲击带来而定齿轮振动

       这里将齿轮传动看成一个振动的弹簧体系,齿轮自然成为这个体系中的一份子。当齿轮受到不同程度的载荷时,振动的频率、扭转的方向也会不同,多数会形成圆周方向的振动力。加上齿轮本身在处理噪音方面的问题,就会形成平顺而不尖叫的噪音。

三、共振产生的噪音

       共振能够产生噪音是每个人都知道的,齿轮传动作为在生产间工作的主要方式,自然也会在运行中出现共振的情况。通过齿轮传动带来的共振是基于齿轮自身刚性差产生的振动以及齿轮之间摩擦产生的振动在同一个振动的频率上,这时二者相互作用就容易产生共振的情况,出现共振带来的噪音。

四、部分齿轮表面光洁度不足

       众所周知,两种物体如果是平滑的,那么在相互摩擦时产生的振动就小,振动频率和高频波也会小,产生的噪音程度自然也小。但是,很多的齿轮表面过于粗糙,相互摩擦时摩擦面大,振动频率高,产生的噪音也就大并且多。

五、没有选择合适的润滑剂

       选择适当的润滑剂可明显降低齿轮之间的摩擦和振动,采用高性能的润滑剂是降低和减少噪音的重要方法。EccoGrease® 高性能塑胶润滑脂是专为各种金属与塑料部件使用而设计的,采用抗氧化、低挥发性的合成基础油,适用温度范围宽,润滑持久。由于添加低摩擦系数的固体润滑剂,抗磨损性能优异、承载能力强,EccoGrease® 适用于各种塑料齿轮、塑料运动部件的润滑,有效提高部件使用寿命。

六、齿轮的材料选择不合理

       在塑料齿轮中应用的塑料广泛的分成两种类型:结晶和无定型。一般结晶和半结晶的材料包括:尼龙、缩醛醇、聚醚醚酮(PEEK)和聚苯硫醚(PPS),相比较于无定型材料如聚碳酸酯和聚醚酰亚胺(PEI),其耐疲劳行更好。因此结晶塑料常常应用在需要极强的载荷和应力循环的环境下。无定型材料倾向于用在速度和载荷较低,且尺寸较小、精确的齿轮。采用更有弹性的耐磨材料替代较硬的耐磨材料,一定程度上也能降低齿轮传动的噪音,比如在塑料齿轮应用上,用耐磨静音齿轮专用工程塑料替代常规的POM,尼龙材料在提升耐磨耐疲劳性的同时,可以帮助大幅降低齿轮传动的噪音。


影响塑料齿轮传动噪音的因素


一、齿轮类型对噪音有影响,斜齿轮的噪音比直齿轮低

       不同类型的齿轮,由于它们的几何特性不同,将有不同形式的啮合过程。例如:在载荷与速度相同的条件下,通过不少应用案例可以发现,斜齿轮的噪音可比直齿轮低3~10dB。

二、齿轮压力角对齿轮的振动级和噪音频率有影响

       为了传递一定的功率须保待F为定值。如果增大压力角a,就得增大齿面法向力Fn,这在具有摩擦力的实际齿面上就会增大节线冲力和啮合冲力,因而导致振动和噪音级的增大。虽齿轮中心距误差并不影响渐开线齿形的准确啮合,但其变动却引起工作压力角周期性变化。例如:齿轮在轴上的偏心,将以齿轮的回转频率改为变其中心距,这样势必调制齿轮传动的振动和噪音的频率,调制的幅值将取决于偏心量的大小。

三、齿轮重合度对齿轮噪音的影响,增大重合度可减少振动和降低噪音

       轮齿在传递载荷时有不同程度数变动。这样在进入和脱离啮合的瞬间就会产生沿啮合线方向的啮合冲力,因而造成扭转振动和噪音。如果增加瞬间的平均齿数,即增大重合度,则可将载荷分配在较多的齿上,使齿面单位压力减小,从而减小轮齿的变形,改善进入啮合和脱离啮合时的冲击情况,因此也降低了齿轮传动的扭转振动和噪音。有应用案例可以看到,重合度由1.19增大至2.07时在1000rpm时降低噪音4dB,而在2000rpm时降低噪音6dB。

       对斜齿轮,可通过改变螺旋角β和齿宽b而增大重合度,而且可大大超过直齿轮,但螺旋角也不宜过大,否则另引起轴向振动。增加齿数,大齿顶高系数或减少压力角均可增大重合度,减少振动和降低噪音。

四、齿距、齿形、齿轮偏心等齿轮精度对噪音有影响

       齿轮噪音受齿轮精度的影响非常大,降低齿轮噪音的重要一环就是提高齿轮精度,对精度极度低的齿轮,采用其它任何降噪音措施往往会遇到徒劳的局面。在单项误差这中,影响最大的是齿距(基节或周节)和齿形两项:

1、齿距

       噪音与基节误差成正比例增减,当转速增高或者负荷增大时,噪音增减的梯度也增大,而且,在齿轮一转中,即使有一个齿距误差较大,则噪音也明显增大。

2、齿形

       只给出齿形误差的大小,并不能判断出其对噪音的影响,重要的是齿形的误差形状,例如在节点附近的“中凹”会使噪音增加不少。

3、齿圈径向跳动

       由于各种音频的调制,在齿轮噪音里有时产生多种尖叫音,偏心等引起周节的连续变化,产生在齿轮回转频率有关的长周期噪音,人耳对此十分敏感,特别在高速时影响很大。

4、齿面粗糙度

       齿轮误差对噪音的影响很大,特别在此啮合频率高的领域里,声压级相当高,发出难听的声音。


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