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浅议螺旋锥伞齿轮接触区调整与啮合噪音的产生
发布时间:2014/3/6 14:26:21 浏览次数:4317

一、螺旋锥齿轮的接触区的调整用一句话概括,就是:对齿轮齿长曲率(螺旋角)的修整及对齿高曲率(压力角)的修正。

       按照齿轮啮合原理:一对相啮合的弧齿锥齿轮齿面应该是完全共轭的,而且在机床上可以加工出与大轮完全共轭的小齿轮。可是,完全共轭的齿面并不好用:安装时没有可调性,极容易造成负荷集中在轮齿的边缘而使齿轮破坏。因此一对能够很好工作的齿轮应该是“局部共轭”“或称为”局部接触”。机床加工调整卡在做切齿计算时,在小轮齿面上选择一个基准“点”,然后再将这个“点”的周围的齿面上轻轻地去除一部分,离这个点越远的地方多去掉一些,把理论齿面修正成一个与理论齿面在这个“点”相切而又能加工出来的齿面。这个“点”应在齿面的中点,将这种齿面与大轮齿面相啮合,齿面的接触痕迹是并不布满整个齿面的“局部接触”。做这种“局部共轭”的过程即“失配”。这样的轮齿接触在理论安装距条件下恰恰处于齿面中部;即使有安装距误差,接触痕迹也会在这个“点”的附近扩展还不会使载荷集中在轮齿的齿面边缘上,这些过程也就是接触区调整过程,使我们希望要达到的。
       实践证明:这种局部接触的齿轮副比完全共轭的齿轮副好得多。

       接触区是衡量锥齿轮传动质量的重要指标。供给装配的齿轮接触区如果有“形状、位置、长短宽窄”误差,将会使载荷集中在轮齿的大端或小端、齿顶或齿根位置。造成工作中的载荷集中,使轮齿过早的磨损或轮齿折断。另外,形状位置不好的接触将会影响工作的平稳性及噪声的高低。
       对于格里生齿制的齿轮副,在调整接触区时,应将接触区调整在齿面的中间靠近小端;当载荷逐步增加时,接触区会逐渐向大端扩展,施加满负荷时,接触区基本上布满齿面的绝大部分面积而不至于使接触区“漫”出齿面,不会击穿轮齿的边缘。克林贝格、奥利康齿制的摆线形齿轮副啮合受力状况与其恰恰相反,对于这种齿轮在调整接触区配对检查时,应将接触区调整在齿面的中间靠大端。这是基于齿轮加工按“铣齿— 磨齿”工艺来考虑的。磨齿的成本很高,机床价格昂贵,许多制造厂采用“铣齿— 研齿”工艺制造齿轮。由于齿轮在铣齿后需要进行热处理,经过渗碳、淬火、回火后的齿轮无法消除热处理变形,无法克服齿轮精度大大降低的弊病。如果是一般精度要求不高的齿轮,热处理后经过研齿,可以改善齿轮的啮合接触区,降低噪声;如果齿轮的精度要求很高,在47级之间,仅作研齿,是不可能达到精度要求的,只有采取磨齿,才能达技术要求的精度。

       对于接触区,世界各齿轮生产大国的“齿轮国家标准”都做了规定。但具体的描述就各有差别。美国的ANSIAGM2009B01标准,德国的DIN39651989标准,日本的JISB17041973标准,以及我国的GB1136589标准对接触区的描述差异很大,尤其是中国国家标准,规定的十分繁琐,脱离实际应用。
根据 笔者的经验,觉得“接触区”这样规定较好:
               接触区形状:椭圆形或长方形。
               接触区长短:占齿长方向的40—60
               接触区宽窄:占齿高方向的5070
               接触区位置:在齿面中间偏小端(格里生齿制)。
二、关于螺旋锥齿轮啮合噪声:

       在过去的几十年里,齿轮工作者们,经常不断地研究改进提高齿轮强度和耐久性的方法、精确地控制齿轮毛坯、齿轮材料、齿轮润滑、齿轮机床及加工方法等,目的是让同一批齿轮精度相近,甚至达到能够互换安装。但是,实际上这同一批齿轮安装在不同的装置中,所发出的声音的强度是不同的,任何控制精度手段似乎都不能解决这个问题。

      是人感到讨厌的声音就是噪声,噪声通常为机械振动的反应。齿轮传动也属于这个范畴。对齿轮传动的声音人们是特别敏感的,当其它部件可靠时,使用者的注意力就集中在传动时所产生的声音上了。往往因为噪声问题双方产生争执,甚至会发生“这对齿轮是否合格、能否使用”的问题。噪声问题有时会给齿轮制造商带来不可估量的损失。

     解决齿轮噪声是一个世界性的技术问题。

       一对锥齿轮在啮合运转中,产生噪声的机理主要有六个方面:.齿轮啮合时由于节点的脉动冲击产生振动、.齿轮的啮合冲击、.由于“局部共轭而产生的传动速比不固定、.错误的设计参数、.齿轮的制造精度.齿轮的不良接触区等因素。
下面我们就后面的三个问题进行探讨。
.齿轮制造精度前面已经就机床、工艺装备、刀具、测量方面做过研究,应该做到每一个环节都认真控制。
.接触区按照前面叙述过的,把接触区调整的最佳状态。不良接触区是噪声过高的一个因素。有时,特意将接触区做成稍微有内对角形状,噪声会降低一些。
.齿轮的设计应该正视并承认的事实是:国内真正专业设计锥齿轮的技术人员不多,对锥齿轮真正进行深入研究并懂得锥齿轮加工的人员更少。大的国企、研究院尚有这个能力,有些企业仅仅靠一本“齿轮手册”就来设计齿轮,往往给制造商带来难以解决的难题。
在锥齿轮设计时,给出的齿轮参数必须考虑到对齿轮副有重大影响的方面:齿轮的端面接触比mp、齿面接触比mF修正接触比mT,对于重载齿轮,只有当   
mp≧1、 mF≧1.5、mT≧2三个条件同时成立;在轻载情况下,只有当mP≧1、
mF≧1.75、mT≧2三个条件同时成立时,才不会有齿轮啮合时齿顶强制传递运动的边缘接触,也就是说某些齿轮在设计时不符合上述三个条件,将产生比较大的噪声。其次,设计时,齿根过度圆角过大可能导致轮齿的工作齿高到不到要求,产生了齿顶与齿根接触产生噪声。错误的设计是产生过大噪声的重要原因。
.除齿轮外的相关零部件的制造误差齿轮箱的制造误差、安装距的误差、箱体强度不够,在工作中产生变形,都会引起噪声增大。
.润滑、冷却及齿轮箱的清洁度也会引起噪声增大齿轮箱润滑条件不好,工作中产生温度上升,产生热变形,这种变形既有齿轮的,又有箱体的,使齿轮工作条件恶劣,会造成较大的噪声。甚至引起齿面胶合,导致磨损。清洁度不高的箱体,工作中异物会附着在轮齿表面,影响齿轮的正确啮合,也会使噪声增大。

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