1  問題描述 

齒輪噪聲是由齒輪組產(chǎn)生的傳動角度旋轉(zhuǎn)變化引起的響應(yīng)。它是齒輪、軸承、軸和傳動系統(tǒng)機座相互作用的結(jié)果。這種噪聲源于齒輪嚙合時的接觸處，并通過不同的連接傳遞到車身，齒輪產(chǎn)生的空氣聲也占有重要地位。

齒輪噪聲通常表現(xiàn)為嗚嗚的叫聲，頻率范圍在200~1800Hz之間。與其他NVH（噪聲、振動和刺激）擾動相比，齒輪噪聲在絕對激勵和響應(yīng)水平上相對較低。在車內(nèi)的貢獻水平僅為55dB（L），與發(fā)動機的95dB（L）和傳動系統(tǒng)的激勵聲相比，差異達到了100：1。因此，在整車部件設(shè)計中，對于具有高精度要求的齒輪尺寸來說仍然非常重要。

2  術(shù)語解釋 

對于理解噪聲產(chǎn)生的機械和設(shè)計原理以及降低噪聲來說，術(shù)語的解釋是非常重要的。

2.1 齒距 

指齒輪上相鄰兩齒之間的距離。良好的齒距意味著齒輪上有許多細小的齒，而粗糙的齒距則只有少數(shù)幾個大齒。經(jīng)驗表明，齒輪的牙齒剛度與齒距沒有直接關(guān)聯(lián)。

2.2 齒距圓 

指齒輪的有效工作圓。當用兩個相同大小的圓盤代替一對齒輪時，這兩個圓盤可以通過摩擦在齒輪箱中傳遞相同的運動。然而，準雙曲面齒輪沒有真正的齒距圓，因為它的牙齒會發(fā)生滑動和翻滾，無法用一個圓盤來代替。

2.3 傳動誤差 

指輸出齒輪的實際位置和理想位置之間的差異。通常用角位移或齒距點的線性位移來表示。傳動誤差是主要的齒輪噪聲激勵，并隨載荷的變化而變化。

2.4 安裝偏差 

齒輪必須被精確地安裝到齒輪箱中，以便按照設(shè)計意圖進行嚙合。如果旋轉(zhuǎn)軸的錯位或偏斜，相應(yīng)的齒輪調(diào)整就必須避免錯誤的接觸，這種調(diào)整可以有效地降低運行時的接觸率并提高噪聲水平。

2.5 載荷偏差 

理論上，齒輪噪聲也會因牙齒的剛度不同而產(chǎn)生。當一對齒輪相互作用時，分配到牙齒上的載荷增加會導(dǎo)致剛度增加，反之亦然。這種在恒定載荷下剛度的變化會導(dǎo)致齒輪在嚙合頻率下振動，并產(chǎn)生噪聲。

盡管剛度變化引起的噪聲在非汽車領(lǐng)域已經(jīng)被認識到，但在現(xiàn)有的設(shè)計中尚未受到足夠重視。主要原因是汽車動力總成齒輪通常設(shè)計用于承受較大的載荷，包括瞬時傳遞扭矩的增加。然而，齒輪噪聲通常與較輕載荷（如低速時）有關(guān)。如果剛度變化非常明顯，齒輪噪聲在高載荷下可能會減少。因此，齒輪噪聲并不是一個嚴重的問題。

然而齒輪噪聲會隨載荷變化而變化，經(jīng)驗顯示齒輪牙齒在系統(tǒng)中屬于非常剛性的零件，因此偏斜常常發(fā)生在支撐軸承和軸承座上，既然剛度是連續(xù)的，則齒輪安裝偏斜就不會直接產(chǎn)生振動，但的確會從接觸不足和低效率的軸接觸率上產(chǎn)生噪聲。

3  齒輪噪聲的響應(yīng)模式

齒輪噪聲在一定共振響應(yīng)頻率上比其他響應(yīng)更嚴重，擾動的高頻特性非常明顯，因此設(shè)計無響應(yīng)的傳動系統(tǒng)是不切實際的。在控制齒輪噪聲時，需要注意動力總成彎曲的剛度要求和齒輪安裝偏斜。對于后軸噪聲，較好的控制方法是隔振和加阻尼。例如，如果發(fā)現(xiàn)一個傳動軸在500~800Hz范圍內(nèi)輻射噪聲，那么加阻尼比改變剛度更有效。然而，在變速箱中控制齒輪噪聲時，加阻尼就不是一個可行的方法。因此，最有效的方法是利用隔振措施來控制齒輪噪聲。

所有整車與動力總成的連接部位，如操縱連桿和拉線、發(fā)動機變速箱懸置、軸和懸架的安裝點等，都是噪聲傳播路徑，需要進行隔振控制。如果隔振和加阻尼不能滿足后軸齒輪噪聲的要求，那么可以考慮使用調(diào)諧吸振器。

3.1 安裝要求

齒輪剛度要求應(yīng)滿足齒輪基座在滿載時保持相對位置不變。這是噪聲控制的最重要設(shè)計考慮依據(jù)，其他因素可以在設(shè)計優(yōu)化和加工過程中解決。

螺旋升角：增加螺旋角會導(dǎo)致更高的接觸面和軸接觸率，但不會降低牙齒強度或增加連接推力。

3.2 追逐齒齒輪

全追逐齒齒輪組中，每個齒輪的牙齒數(shù)量不成倍增加。在這種情況下，一個齒輪的每個牙齒在另一個齒輪的同一個牙齒之前都會與其他牙齒完全嚙合。由于統(tǒng)一的磨削現(xiàn)象更容易發(fā)生，因此追逐齒對于磨削齒輪仍然是必要的（磨削是一種使用研磨混合物與齒輪一起運行的精加工方法）。全追逐齒輪不必安裝在相同的指示位置，而在研磨完成后，整體傳動比與非追逐齒輪相關(guān)。

3.3 漸遠運動

齒輪嚙合時，應(yīng)至少保留一個牙齒的空間。漸近運動是指讓這對牙齒保持嚙合直到它們的中心位于對正節(jié)圓上，而漸遠運動是指讓這個中心延伸到兩個牙齒分開的位置。在齒輪設(shè)計時，理論上應(yīng)考慮漸近比漸遠短一些，漸遠到漸近運動比應(yīng)在1.2到1.5左右。

3.4 傳動分配

變速箱的齒輪傳動分配應(yīng)使其自身運行穩(wěn)定安靜。通常，在相同環(huán)境下，使用復(fù)合行星齒輪比使用兩個單行星輪產(chǎn)生更大噪聲。在不同的行星級別上，齒輪嚙合頻率應(yīng)有所不同。活動行星組在任何形變階段的數(shù)量都應(yīng)最小化，尤其是在二級齒輪和過傳動齒輪中。改善噪聲特性可以通過減少最終傳動中的嚙合齒輪數(shù)量來實現(xiàn)，惰輪則用于提供其他齒輪的嚙合，并且可能成為潛在的噪聲源。