Page 111 - 《应用声学》2020年第3期

第 39 卷 第 3 期 华希俊等： 渐开线斜齿轮短齿廓修形降噪分析 431

explained. Finally, according to the average reduction of the sound power level of the reducer between 500 r/min
and 2000 r/min, it is considered that the maximum reduction of the sound power level of the reducer is achieved
when the transverse contact ratio and overlap contact ratio of the involute helical gears are 1.516 and 0.864
respectively through the tooth drum modification.
Keywords: Finite element analysis; Involute helical gear; Short profile modification; Transverse contact ratio
and overlap contact ratio; Sound power level

0 引言 1 减速箱振动噪声机理

渐开线斜齿轮作为减速箱不可或缺的部分，其 减速箱齿轮系统中，振动噪声主要分为齿轮啸
噪声特性影响整车性能 [1] 。齿轮修形技术是减少振 叫噪声和齿轮敲击噪声两种。以一级渐开线斜齿轮
动和噪声的重要方法，近年来受到许多专家学者的 减速箱为例，如图 1 所示 [12−13] 。通过添加衬套力、
重视 [2] 。陈磊 [3] 对修形前后的直齿圆柱齿轮进行了 约束等模拟轴承及轴承座的作用。由齿轮振动及噪
时域和频域分析，结果表明，齿轮啮合噪声的频率和
声机理，两个渐开线斜齿轮的轮齿看作弹簧，轮体作
声调随着转速的提高而逐步升高，并且修形后的齿
为质量块，整体视为弹簧 -质量块振动系统，齿轮传
轮啮合噪声显著降低。邓小禾 [4] 、宋娇 [5] 认为修形
动过程中由于间隙的存在会引起节线冲击力和啮
后的齿轮啮合性能与未修形的齿轮相比，接触应力
合冲击力，从而使得齿轮振动，又通过轴、轴承、轴承
以及传动误差更加平稳。孙建国 [6] 利用冷态和热态
座传递给壳体，引起壳壁振动，最终辐射到空气中形
计算结果对渐开线齿轮副进行修形，改善了它在啮
成噪声。
入和啮出时的应力集中。孔贤等 [7] 利用齿廓修形技
术提高了高速齿轮的传动平稳性。Divandari 等 [8] ᴑᣃ2
建立了齿轮振动的六自由度非线性动力学模型，研
究了齿面局部缺陷和齿廓修形对齿轮整体动力学 ᴑᣃ1 ᭢͜᤬ឨࣀ
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的影响，认为齿廓修形能够有效地降低存在齿面局
部缺陷的齿轮振动。Wagaj 等 [9] 利用斜齿轮副的非
线性有限元接触力学模型，研究齿面修正对斜齿轮 ᴑΟᫎᬩ
副耐久性的影响，结果表明，修形能够显著减少弯曲 ᴑᣃҞ௑ԫ
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和接触应力。Yoon 等 [10] 研究了齿廓修形对斜齿轮
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传动误差的影响，提出了一种基于齿形偏差的齿形
修形方法，结果表明，在标准载荷扭矩 (450 nm) 和
较高载荷条件下，该方法对减小传动误差和降低轮
齿弯曲应力具有较好的均载效果。Yang等 [11] 分析
了时变啮合刚度与齿轮副动态响应之间的关系，认
为齿轮在啮合过程中可能存在一个能够引起较大
动力荷载的频率敏感区域。
目前，国内外学者的研究主要集中在齿轮修形
能够改善渐开线斜齿轮动力学特性 (如降低传动误 (b) ѓᤴኸᴑᣃጇፒ
差、减少啮入和啮出时的应力集中、降低弯曲应力 图 1 减速器啸叫噪声
和接触应力等)，从而间接说明齿轮修形能够降低其 Fig. 1 Squealing noise of gear reducer
振动噪声 [2−11] 。然而，对于齿廓修形能够改变渐开
线斜齿轮的端面、轴向重合度，进而比较不同齿廓修 由图 2 所示，齿轮在啮合过程中由于齿侧间隙
形方式对其噪声特性影响规律的研究则相对不足。 的存在，轮齿间不可避免地会产生接触、脱离、再接
因此，本文通过数值模拟研究齿轮减速箱渐开线斜 触的重复冲击现象，由此产生的剧烈振动而引起的
齿轮的噪声特性，进而提升整车性能。 噪声称为敲击噪声。