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知識:螺旋傘齒輪設計時的噪音控制

2012-09-17 | 瀏覽量: 3378 买一套棋牌app需要多少
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[摘要]本文通過對齒輪參數、齒輪安裝系、齒輪潤滑等方面分析了驅動橋买一套棋牌app需要多少噪音的主要控制點,并提出了一些筆者的見解
[關鍵詞] 螺旋傘齒輪 設計 噪音 齒輪參數 潤滑
1、前言
目前客車驅動橋基本上采用貨車用驅動橋,主要存在車速低、噪音較大、扭距不足的缺點。因此開發客車專用低噪音、大扭距齒輪已經成為當前改善客車整體性能的重要一環。
引起驅動橋齒輪噪音的主要原因是齒輪在在運轉中的震動,齒輪參數的選取,齒輪的安裝方式以及潤滑等,以下就此分別進行分析。
2、齒輪參數對齒輪傳動噪音的影響
齒輪參數的選擇是決定齒輪工作性能和噪音的首要問題。
2.1模數和齒數
齒輪的模數越大,強度越高,在傳動中齒形變形越小。從理論上說,所引起的齒輪角速度會小一些,引起的震動和噪音也會小一點,但事實上模數越大,加工誤差的^值也會增大,在傳動中會增大動載荷,增大震動和噪音;同時,由聲學理論上來說,旋轉體的端面面積越大,相同角速度時產生的噪音也越大。當齒數一定時,增大模數,就增大了端面面積,增大了噪音的發射能力。另一方面,齒輪噪音也與齒輪節圓的線速度有關,線速度越大,運轉噪音也越大,相關試驗反映,齒輪線速度增加一倍,齒輪噪音增加6分貝。
當模數一定時,減少齒輪的齒數,就減少了噪音,就減少了噪音的輻射面積,同時也減少了齒輪的圓周速度,這些都有利于降低齒輪噪音。但減少齒數受到以下兩方面的限制:一是齒數太少,用范成法加工齒輪時會出現根切現象;另一方面,當壓力角一定時,主被動的齒數和太小,會降低重疊系數,影響平穩性和傳遞載荷的能力。
綜合上述分析,從降低齒輪噪音方面來說,應該在滿足強度的前提下,選用較小的模數;在保證單個齒輪不根切,主被動齒輪的接觸比在1.75-2.0的前提下選用較少的齒數,以便得到較小的齒輪直徑。
另外,在齒輪傳動中,要求主被動齒輪的齒數應互為質數,這樣可以分散齒接觸誤差對傳動平穩性的影響,在傳動中就不會出現某些周期性的重復嚙合現象,這就消除了這種誤差引起齒輪傳動中的周期性的強迫震動所引起的噪音。
2.2、接觸比和主動螺旋傘齒輪螺旋角
主被動齒輪的接觸比一般被認為是評定齒輪傳動平穩性和承載性的重要指標,增大接觸比可以減少主被動齒輪結合和分離時的沖擊力,就會減少震動和噪音。但當修正接觸比超過2.3時,就不能保證相應應力下的耐久壽命,特別是齒輪的抗沖擊力減弱。加大主動螺旋傘齒輪的螺旋角可以增大主被動齒輪的接觸比,因次應在保證主動齒輪強度的基礎上選擇略大的螺旋角,使傳動平穩并提高齒輪壽命。
2.3、從動輪齒面寬
從理論上說,增加齒寬可以提高齒輪的強度和剛度,減少齒輪齒在嚙合中的變形,減少噪音。在試驗中發現齒寬變化對噪音的影響有限,齒輪噪音幾乎沒有太大的變化,因此,在設計中一般按Gleason推薦的取外錐距的30%到33%。
2.4、齒兩側平均壓力角
增大壓力角,可以提高齒輪的強度,但在主被動齒輪齒數不變時,增大壓力角將降低接觸比。更重要的是增大壓力角,會增大軸承的徑向負荷和軸的彎曲變形,這將影響主被動齒輪的正常嚙合,引起震動和噪音。因此提高為了提高齒輪的承載能力,采用大的壓力角的齒輪是弊大于利。日產柴現在兩側的平均壓力角為22.5°。
2.5、齒側間隙
Gleason推薦的齒側間隙如下,
模數 齒側間隙(mm)
25.4 0.50-0.75
12.7 0.30-0.40
8.47 0.20-0.28
6.35 0.15-0.20
4.23 0.1-0.15
2.54 0.05-0.10
雙曲面齒輪加工具有一定的側隙量,這個側隙是根據齒距和工作條件而定的。如果齒側間隙太小,就會增加齒間潤滑油的壓力,引起彈性震動,甚至破壞齒面的油膜,還可能引起齒側的干涉。因此在Gleason推薦的范圍內,選用偏大的齒側間隙對降低齒輪噪音是有利的。
2.6、偏置距
雙曲面齒輪的相對于螺旋螺旋傘齒輪來說,主、被動齒輪軸存在有向上或向下的偏移,這個偏移量既為雙曲面齒輪的偏置距。偏置距增大可以增大主動螺旋傘齒輪的直徑,使其具有好的強度和剛度,提高齒輪傳動的負荷,同時可以選用較大的螺旋角,增加接觸比,降低傳動噪音。但太大的偏置距會產生根切,因此應在不產生根切的前提下增大偏置距。Gleason推薦的偏置距為平均錐距的20%以下。
2.7、齒廓修形
無疑,提高齒輪加工精度和裝配精度是降低齒輪噪音的重要途徑。在試驗中,一對轉速為1000轉/分的齒輪僅將齒形誤差從0.017mm降低到0.005mm時,測的噪音降低8分貝。因此,可以采取磨齒加工進行修形的方式來降低齒輪噪音。
2.8、材料及熱處理
2.8.1、雙曲面齒輪用的材料,應有足夠的機械性能、低的成本及良好的工藝性能,目前汽車螺旋傘齒輪幾乎全部采用滲碳鋼。為了提高齒輪的精度,降低齒輪噪音,應選用變形小的材料,另外鋼材的機械加工性在成批生產的齒輪中尤為重要,它對齒輪的光潔度、加工殘余應力、切削效率及刀具壽命均有直接關系。建議選用20CrMoH、22CrMoH等材料。
2.8.2、熱處理采用滲碳、淬火、回火工藝。滲碳層太薄時,容易產生表層剝落及壓陷,影響齒輪的抗彎疲勞強度,層太厚時,滲碳層的表面殘余應力減小,表層金相組織惡化,其深度應根據齒輪的模數或齒寬的大小、齒輪載荷的大小進行選取,一般層深取分度圓齒厚的1/5-1/6。參碳層的表面硬度通常取HRC58-63。齒輪的心部硬度較低時,受載后易產生心部過度層的塑性變形,使滲碳層過載,出現層深剝落及點蝕,并降低齒輪的抗彎強度,故應保證齒輪輪齒有足夠的心部強度,通常,心部硬度取HRC33-48。
以上所提到的是在齒輪設計中常用到的一些設計參數。實際上,它們之間都是相互聯系有是相互制約的,任何指標的多與少、高與低都是相對的、有限的。片面地、過高地追求某一個或幾個高指標,不注意其它參數間的相互影響、相互關系,不僅不能實現降低齒輪噪音的目的,往往還會降低齒輪傳動的性能,縮短齒輪的工作壽命或增加成本。只有在設計中對各種因數全面考慮、綜合分析,才能設計出成本低廉,性能良好的產品。
3、雙曲面齒輪副的安裝對傳動噪音的影響
3.1、主動螺旋傘齒輪的支撐形式
在殼體結構和軸承形式已定的情況下,主動齒輪的支撐形式及安裝方式對支撐剛度影響很大,這是齒輪能否正確嚙合并具有較高使用壽命的重要因數之一。主動螺旋傘齒輪的布置方式有兩種,懸臂式和騎馬式。懸臂式是指齒輪以其輪齒大端一側的軸徑懸臂式的支撐于一對軸承上;騎馬式是指齒輪前、后兩端的軸徑均以軸承支撐,采用該結構支撐可使支撐剛度大為減小,約為懸臂式支撐的1/30,而主動螺旋傘齒輪后軸承的徑向負荷比懸臂式的要減小至1/5-1/7。軸承承載能力可以提高10%左右。此外由于齒輪大端一側前軸承及后軸承之間的距離很小,可以縮短主動螺旋傘齒輪軸的長度,使布置更緊湊,這有利于減小傳動軸夾角及整車布置。因此對客車用驅動橋而言,盡量采用騎馬式布置方式,提高齒輪剛度,降低傳動噪音。
3.2、主、被齒輪安裝精度
目前螺旋螺旋傘齒輪是成對制造和使用的。因此,在實際生產中,通常沿用成對齒輪檢驗的辦法,及要求在滾動檢驗機上檢驗成對齒輪的齒面接觸區及噪音,大輪轉一周的側隙變化量及齒側隙的極限值。
3.2.1、齒面接觸區
齒面接觸區是螺旋傘齒輪的主要質量指標之一。在實際生產中按JB180-60來確定安裝區是否滿足要求,若接觸區位置不正確,將造成運轉噪音的明顯變化引起齒輪的不正常損壞。
3.2.2、噪音
齒輪噪音檢驗要求目前尚無統一的標準,東風公司QCT533-1999《汽車驅動橋 臺架試驗方法》可以大致的對齒輪噪音和主、被動齒輪的安裝起到一定的控制作用。
3.3、軸承
在機械傳動中,軸承也是引起噪音的一個重要環節,與滾動軸承相比,滑動軸承傳動比較平穩,噪音比較低,但滑動軸承的潤滑效果是個難題,目前它們的應用還受到一定的限制。
滾動軸承目前應用較廣,類型很多,它自身的噪音一方面和自身的精度等級有關;另一方面也受到結構形式的影響。在滾道直徑相同時,軸承中的鋼球越多,軸承的鋼度越好,震動和噪音越小。另外,軸承內外環間的間隙過大,也會引起軸承的震動,因此安裝時應在軸向加一定的予緊載荷,并保證充分潤滑。
4、潤滑對齒輪傳動噪音的影響
4.1、采用飛濺潤滑時,潤滑油的添加量
添加潤滑油太少,油面過低,齒輪得不到充分潤滑,右面過高,會引起過大的攪油損失,會增加噪音。一般而言,加潤滑油至被動輪下齒面寬的1/3處,進行試驗,根據試驗中潤滑油的溫度、齒輪的傳動噪音和磨損情況進行適量調整。
4.2、油品
潤滑油的粘度也是影響齒輪噪音的重要因數。粘度大,阻尼大,齒輪發出的噪音低。但在飛濺潤滑中粘度大,油的的阻力大,齒輪在油中運行引起的損耗大,容易引起油溫升高,同時根據客車驅動后橋雙曲線齒輪的使用環境一般采用85W/90重負荷車輛齒輪油(GL-5)。
總之,添加潤滑油能減少對齒輪傳動時齒輪間的磨損,延長齒輪壽命,降低傳動噪音,同時冷卻齒輪副,以減少齒輪的膠合。因此,設計者應根據齒輪的實際使用情況選用合適的潤滑油和采取適當的潤滑方式。
5、結論
5.1、在驅動橋齒輪設計中,采取的各種方案、措施均應從實際出發,盡量讓各種因數相互影響、相互制約的特性,為設計所用。
5.2、對驅動橋齒輪噪音級別的要求,應從實際出發,要求太低,不能滿足用戶要求;要求過高,必然會增加成本,甚至難以實現,降低產品的競爭能力。
6、參考文獻
《螺旋螺旋傘齒輪》 北京齒輪廠 科學出版社
《格利森螺旋傘齒輪技術資料》 北京齒輪廠譯 機械工業出版社
《汽車理論》 余志生 機械工業出版社
《汽車設計》 劉維信 清華大學出版社
《滾動軸承的額定負荷與壽命》 劉澤九等 機械工業出版社
《日本機械學會論文集》 昭和39年 6月
《Machine design》 1978年
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