機(jī)械傳動中無處不在的減速器！

減速器在原動機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設(shè)計、制造和使用特點各不相同。

減速器的工作原理：

減速器一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動設(shè)備，把電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其它高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動力通過減速機(jī)的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，普通的減速機(jī)也會有幾對相同原理齒輪達(dá)到理想減速的效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動比。

減速器的基本構(gòu)造：

減速器主要由傳動零件（齒輪或蝸桿）、軸、軸承、箱體及其附件所組成。其基本結(jié)構(gòu)有三大部分：1）齒輪、軸及軸承組合；2）箱體；3）減速機(jī)附件。250齒輪減速機(jī)

齒輪、軸及軸承組合小齒輪與軸制成一體，稱齒輪軸，這種結(jié)構(gòu)用于齒輪直徑與軸的直徑相關(guān)不大的情況下，如果軸的直徑為d，齒輪齒根圓的直徑為df，則當(dāng)df-d≤6～7mn時，應(yīng)采用這種結(jié)構(gòu)。而當(dāng)df-d＞6～7mn時，采用齒輪與軸分開為兩個零件的結(jié)構(gòu)，如低速軸與大齒輪。此時齒輪與軸的周向固定平鍵聯(lián)接，軸上零件利用軸肩、軸套和軸承蓋作軸向固定。

箱體是減速器的重要組成部件，它是傳動零件的基座，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。箱體通常用灰鑄鐵制造，對于重載或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。

減速器附件

為了保證減速器的正常工作，除了對齒輪、軸、軸承組合和箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計給予足夠的重視外，還應(yīng)考慮到為減速器潤滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時箱蓋與箱座的精準(zhǔn)定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設(shè)計。

齒輪減速器在機(jī)械傳動中降噪問題研究

在減速器設(shè)計中，齒輪傳動作為主要的功率傳遞和減速裝置，在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是隨著人們對減速器噪音控制要求越來越高，在現(xiàn)代減速器設(shè)計和制造過程中，齒輪傳動噪音的控制已是生產(chǎn)質(zhì)量控制的重要一部分。本文通過分析齒輪傳動中噪音產(chǎn)生機(jī)理，研究了齒輪減速器在機(jī)械傳動中噪音形成原因，然后根據(jù)噪音產(chǎn)生成因提出了相應(yīng)的降噪措施和處理方法，使噪音的降低有了科學(xué)的理論依據(jù)。

在工業(yè)機(jī)械設(shè)計中，齒輪傳動是齒輪減速器主要的部分，也是系統(tǒng)功率傳遞的主要形式，因此齒輪作為機(jī)械傳動的主要角色，在整個機(jī)械系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，但是以往的對于齒輪傳動性能的評價只注重于傳動效率、平穩(wěn)性、可靠性等方面，忽略了齒輪傳動噪音的問題。隨著人們對于機(jī)械設(shè)備性能品質(zhì)要求的提高，對工作環(huán)境也有了很高的要求，從而使得減速器齒輪傳動噪音問題凸顯了出來，成為了機(jī)械傳動中急需解決的問題。

齒輪傳動中噪音產(chǎn)生機(jī)理

1、系統(tǒng)傳動誤差

   在齒輪傳動中，一個整體機(jī)械系統(tǒng)其組成往往較為復(fù)雜，完整的齒輪箱作為復(fù)雜的傳動系統(tǒng)，在力的各種形式轉(zhuǎn)化過程中，會產(chǎn)生高達(dá)幾十種的固有頻率，因此振動形式各式各樣。在物理學(xué)中我們知道，聲音是由振動產(chǎn)生的，任何系統(tǒng)傳動都會產(chǎn)生振動。在系統(tǒng)傳動中，振動是由系統(tǒng)誤差引起的，系統(tǒng)誤差是導(dǎo)致振動的主要原因。

2、齒輪傳動誤差

   齒輪傳動中噪音主要產(chǎn)生原因是漸開線誤差或者齒輪間相鄰齒距誤差而造成的。而齒輪傳動中振動幅度和振動頻率是齒輪噪音大小的主要衡量因素，在噪音研究中有著重要的意義。但是在實際研究中齒輪系統(tǒng)機(jī)械響應(yīng)是非常復(fù)雜的，因此可以通過調(diào)整激勵來改變系統(tǒng)固有頻率。總而言之，齒輪傳動誤差是作用在齒輪和整個系統(tǒng)的擾動因素并使之產(chǎn)生響應(yīng)，從而產(chǎn)生噪音通過空氣向外傳播。

齒輪減速器在機(jī)械傳動中噪音成因分析

1、參數(shù)因素

齒輪精度

齒輪精度是其設(shè)計和加工品質(zhì)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，高精度的齒輪在機(jī)械傳動過程中平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較少的噪音。但是在實際輪齒設(shè)計和加工中，出于經(jīng)濟(jì)性原因，為了降低成本，設(shè)計者往往在滿足基本強(qiáng)度要求下很大限度選用低精度齒輪等級，因此忽略了精度等級，低精度成為齒輪產(chǎn)生噪聲與側(cè)隙的主要因素，造成噪音增大。

齒輪寬度

在齒輪傳動允許的設(shè)計范圍內(nèi)，盡可能的增大從動齒輪齒寬，這樣可以增大接觸面積，不但能夠提高齒輪受載能力，還可以提高輪齒傳動的平穩(wěn)性，減少振動，達(dá)到降噪聲目的。

齒距和壓力角

在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)減小齒距能夠增加輪齒嚙合數(shù)量，增加輪齒重合度，從而降低嚙合齒輪撓度，提高傳動效率，減少噪音的產(chǎn)生。此外，較小的壓力角可以使得齒輪接觸角和橫向重合度都增大，使得傳動平穩(wěn)，降低噪音、提高傳動精度。

2、精度因素

嚙合平穩(wěn)性精度

齒輪的工作平穩(wěn)性精度是指在齒輪傳動中對于齒輪瞬時速比的變化要求。在齒輪轉(zhuǎn)動一周時會多次出現(xiàn)的轉(zhuǎn)角誤差，在輪齒嚙合過程中瞬時傳動比的變化會使得齒輪產(chǎn)生多次撞擊形成振動，這樣使齒輪在傳動過程中產(chǎn)生噪音。

齒輪接觸精度

齒輪接觸斑點大小是評價齒輪接觸精度好壞的主要指標(biāo)，接觸斑點過小勢必會造成齒輪傳動噪聲增大。齒輪接觸精度低是由于齒向誤差影響了輪齒橫向接觸面積，而輪齒基節(jié)偏差和齒形誤差都會對輪齒橫向接觸面積產(chǎn)生影響。

齒輪運(yùn)動精度

齒輪的運(yùn)動精度主要表征了運(yùn)動傳遞的準(zhǔn)確性，即齒輪在嚙合一個周期后轉(zhuǎn)角誤差很大限值。齒輪齒圈徑向跳動在齒輪旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)的齒間累計誤差會產(chǎn)生低頻噪音，尤其當(dāng)齒間累計誤差逐漸增大時，會在齒輪嚙合時造成沖擊，從而導(dǎo)致角速度的變化，使得噪音顯著增大。

3、裝配因素

齒輪軸向裝配間隙過小

如果齒輪在裝配前沒有將其毛刺及時清除，將會導(dǎo)致齒輪端面與前后端蓋之間的滑動接合面在嚙合過程中造成接合面的損壞，使得齒輪運(yùn)動精度降低，產(chǎn)生噪音。

雜物影響

齒輪箱由于雜物進(jìn)入，造成輪齒間磨損加劇，齒輪在轉(zhuǎn)動過程中平穩(wěn)度降低，不但降低齒輪傳動效率，還會使得噪音增大。

齒輪減速器在機(jī)械傳動中的降噪措施

1、齒輪的參數(shù)合理優(yōu)化

適當(dāng)增大主動齒輪的螺旋角

因為當(dāng)螺旋角增大時，齒輪重合度也會隨之加大，這樣會使得噪音大大降低。然后，當(dāng)螺旋角過大時，會導(dǎo)致齒輪加工和安裝可操作性變差，對安裝精度要求很高，如果達(dá)不到精度，就會使實際的重合度變小，其降噪效果反而比螺旋角較小時要差，因此要選擇合適的螺旋角。

增加從動齒輪齒面寬

齒寬適當(dāng)增加會使得輪齒嚙合度提高，從而使輪齒傳動平穩(wěn)性增強(qiáng)。所以齒輪的齒寬越大其平穩(wěn)性越好，降噪效果越好。

提高齒輪精度

齒輪精度的提高，將大大提高輪齒表面粗糙度，從而提高齒輪的運(yùn)動精度，有效的降低噪音。

2、合理選擇齒面硬度、齒輪側(cè)隙

通過實驗可以得出結(jié)論：通常模數(shù)齒輪側(cè)隙小于0.04mm時，噪聲較低。所以在設(shè)計允許的范圍內(nèi)適當(dāng)減小齒輪側(cè)隙就可以降低噪音。此外，在相同材料和精度的情況下，軟齒面比硬齒面噪聲要小1.5-6dB，采用主動齒輪硬度比從動齒輪硬度高2-3HBC時取C，可有效降低噪聲。

3、對齒面進(jìn)行特殊處理

在齒輪強(qiáng)度設(shè)計所允許的情況下，齒輪加工可以選用高阻尼鑄鐵或某些非金屬材料，也可以通過給齒面進(jìn)行涂鍍非金屬材料來進(jìn)行處理。因為選用具有良好塑性和韌性的材料可以減少齒輪嚙合沖力與節(jié)線撞擊，通過減少振動與撞擊的方法，就可以有效降噪。

4、改善齒輪潤滑條件

齒輪的潤滑要根據(jù)齒輪的圓周速度來選擇適當(dāng)?shù)臐櫥绞脚c潤滑油，這樣就可以有效的降低噪音。因此根據(jù)減速器的不同以及工作條件的差異來選擇合適的潤滑方式與潤滑劑。此外，對于在高溫環(huán)境下工作的減速器，僅通過油池潤滑將達(dá)不到潤和要求，因此要結(jié)合循環(huán)油潤滑等方式進(jìn)行潤滑。

5、合理設(shè)計減速箱箱體結(jié)構(gòu)

在減速器齒輪箱箱體設(shè)計過程中，合理的箱體結(jié)構(gòu)可以增加齒輪傳動箱的密封性，使其具有良好的降噪效果。因此齒輪設(shè)計時盡可能采用閉式結(jié)構(gòu)，同時箱體結(jié)合處要安裝減振裝置，同時將減速器安裝在固定的座體或支撐上，采用這些方法都能夠有效降低噪聲。此外，在對減速器噪音要求較高的情況下，可以在箱體表面設(shè)置阻尼材料層，如泡沫塑料等來降低減速器噪音的產(chǎn)生。

減速機(jī)齒輪材質(zhì)

　　一、鍛鋼

　　鋼的強(qiáng)度高，耐沖擊，用熱處理方法能顯著改善機(jī)械性能，所有它是制造齒輪的主要材料。由于鍛造毛坯的纖維方向有利于提高輪齒的彎曲強(qiáng)度，所以大部分齒輪如采用鍛造毛坯，只有受力小和不重要的齒輪才直接采用軋制鋼材。按照齒坯處理方法和切齒工藝，制造齒輪的鋼材及熱處理方法分為兩大類：

　　一類：齒面硬度HB≤350，用中碳鋼45號鋼、50號鋼或中碳合金鋼40Gr、40MnB、35SiMn等近行調(diào)質(zhì)或正火處理，終切齒可在熱處理后進(jìn)行。調(diào)質(zhì)后，硬度(HB＝220~250)，材料的綜合性能(機(jī)械強(qiáng)度和沖右韌性等)比較好，適用于低速、中速和中等平穩(wěn)載荷下工作。工控設(shè)備機(jī)械中的減速機(jī)齒輪多用此類。45號鋼價格低，供應(yīng)充足，應(yīng)用普遍。

　　正火后，綜合性能有所改善，但不如調(diào)質(zhì)，多用于直徑很大不便調(diào)質(zhì)和不重要的齒輪。選用—類材料時，小齒輪硬度要比大齒輪硬度高出20~40HB，以使兩個齒輪壽命接近相等。

　　第二類：齒面硬度HB≥350，用中碳鋼和中碳合金鋼進(jìn)行表面淬火(齒面硬度HRG＝50一55)，或者用低碳鋼和低碳合金鋼進(jìn)行表面摻碳淬火處理(齒面硬度HRG＝58—63)。處理后齒面硬度高；齒芯韌性好。所以承載能力強(qiáng)，耐沖擊，但加工困難，成本較高，減速機(jī)中應(yīng)用較少。

　　二、鑄鋼

　　當(dāng)齒輪直徑較大(D＞400—600毫米)時，齒坯不易鍛造，因而常采用鑄鋼齒坯并進(jìn)行正火處理。常用的牌號有ZG45及ZH50等。

　　三、鑄鐵

　　鑄鐵價格低廉，能鑄造出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀，但灰鑄鐵的抗彎強(qiáng)度及耐沖擊能力較差，故只用于低速輕載的開式齒輪傳動中，常用的牌號有HT15-33、HT20—40、HTr30—54等，球墨鑄鐵的機(jī)械性能比灰鑄鐵高，可部分代替碳素鋼，常用的牌號有QT60-2等。

　　四、非金屆材料

　　高速輕載的齒輪傳功，常用非金屬齒輪與另一金屆齒輪配合工作，以減少齒輪傳動的噪音。常用的非金屬材料有酚醛層壓板(夾布膠木)、尼龍等。這種齒輪的承載能力低、壽命短，其許用載荷只有鋼齒輪的25—30%。