螺旋锥齿轮副啮合噪音计算方法

摘要

本发明涉及一种螺旋锥齿轮副啮合的噪音计算，其计算方法是将螺旋锥齿轮副的齿作为弹簧，齿轮本体做为质量的振动系；安装系统设为刚性的无振动，环境噪音不计算在内；以给定的载荷和噪音值选定参照点，根据整车设计要求确定噪音值、载荷、螺旋锥齿轮副的传动比、主动轮节圆线速度，计算相对滑动率、重合度：计算螺旋锥齿轮振动速度系数，螺旋锥齿轮副振动的振幅，换算螺旋角，计算螺旋锥齿轮副啮合的噪音，结果分析。本发明计算方法简单、计算时间短、误差小准确性高；通过计算分析，优化了螺旋锥齿轮副的结构参数，为合理选取制造工艺和制造精度、降低啮合噪音提供了依据；提高了设计效率，缩短了设计制造周期，有效的降低了制造成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺旋锥齿轮副啮合的噪音计算。

背景技术

齿轮在汽车、机床等机械产品中得到了广泛的应用，齿轮噪音是评价齿轮性能的重要参数。螺旋锥齿轮以其大速比，传动平稳而广泛应用在汽车、机床等机械行业。目前对螺旋锥齿轮副啮合噪音形成机理进行研究的很多，计算螺旋锥齿轮副噪音的方法是以圆柱齿轮噪音计算方法为基础，依据所应用的工作条件和相关的试验研究数据，对圆柱齿轮噪音计算方法作适当修正。这种方法计算的螺旋锥齿轮副的啮合噪音，对试验数据依赖很强，用于指导设计和制造时，实际值与计算值符合性差。为了确保螺旋锥齿轮副的啮合噪音满足设计要求，都以提高制造精度来实现的，这种办法既增大工艺难度，又增加了制造成本且制造时间长。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术的缺点，提供一种方法简单、计算时间短，准确性好、对经验数据依赖性小的螺旋锥齿轮副啮合噪音计算方法。

本发明的螺旋锥齿轮副啮合噪音计算方法，其特点在于所述的计算方法是将螺旋锥齿轮副的齿作为弹簧，齿轮本体做为质量的振动系；安装系统设为刚性的无振动，环境噪音不计算在内；以给定的载荷和噪音值选定参照点，其计算步骤如下：

1、根据整车设计要求确定噪音值、载荷、螺旋锥齿轮副的传动比、主动轮节圆线速度，主动轮节圆线速度不大于25米/秒，根据以上给定参数初步选取

螺旋角：35°～40°

按噪音要求选择加工方法确定节圆跳动公差、齿距公差；

2、根据上述参数，计算相对滑动率、重合度：

依据相对滑动率计算公式η＝|η_1o-η_2o|≤0.00005；

式中：η_1o主动轮齿根被动轮齿顶滑动率之和，

η_2o主动轮齿顶被动轮齿根滑动率之和；

依据公式ε_a＝gva/pvb计算出重合度，

式中：g_va端面当量齿轮啮合线有效长度，单位：毫米，

p_vb端面当量齿轮基圆齿距，单位：毫米，

3、由螺旋锥齿轮副的相对滑动率和主动轮节圆线速度，计算螺旋锥齿轮振动速度系数，其计算公式：

f_v＝lg(10+η*v)

4、由工艺和制造精度，即节圆跳动公差和齿距公差，计算螺旋锥齿轮副振动的振幅，其计算公式：

X＝(F_r²+f_pb²)^1/2

式中：F_r节圆跳动公差，单位：微米；

f_pb单个齿距公差，单位：微米；

5、由螺旋角和重合度计算换算螺旋角，其计算公式：

Y₁＝(1-tg(β/2))/ε_a^1/4

式中：β：螺旋角，单位：度；

ε_a：重合度；

6、由传动比计算传动比系数，其计算公式：

Y_u＝u^1/8

式中：u传动比；

7、由螺旋锥齿轮副的振动速度系数、螺旋锥齿轮副振动的振幅、换算螺旋角和传动比系数，计算螺旋锥齿轮副啮合的噪音，其计算公式：

L＝20*(Y₁*Y_u*f_v+lg(1+w)+lgX+1)

式中：W：齿轮副传递的功率，单位：马力；

8、结果分析

由计算螺旋锥齿轮副啮合的噪音值和设计要求值，计算噪音差值，其计算公式：

L_L0＝|L-L₀|≤2

式中：L_L0噪音差值

L₀设计点噪音值

当L_L0小于给定绝对误差时，螺旋锥齿轮副的设计参数满足设计要求，计算结束，否则回到步骤1重新选择螺旋锥齿轮的设计参数：螺旋角、节圆跳动公差、齿距公差，重复1-8的步骤。

本发明的螺旋锥齿轮副啮合噪音计算方法简单、计算时间短、误差小准确性高；通过计算分析，优化了螺旋锥齿轮副的结构参数，为合理选取制造工艺和制造精度、降低螺旋锥齿轮副啮合噪音提供了依据；提高了设计效率，缩短了设计制造周期，通过合理选取制造工艺和制造精度，有效的降低了制造成本。

附图说明

附图是本发明的计算模型的示意图。

图中：1、被动螺旋齿轮，2、主动锥齿轮，3、参照点。

具体实施方式

将螺旋锥齿轮副的齿作为弹簧，齿轮本体做为质量的振动系；安装系统设为刚性的没有振动，环境噪音不计算在内；螺旋锥齿轮副给定载荷为74马力和噪音值80分贝并选定参照点3，参照点3与螺旋锥齿轮副的距离为1米，螺旋锥齿轮副啮合噪音计算步骤如下：计算数据见附表。

附表

1、依据汽车整车设计要求，螺旋锥齿轮副的啮合噪音值为80分贝以下、主动轮输入载荷为74马力、主动轮节圆线速度为15.9米/秒、传动比1.65，初步确定螺旋锥齿轮副的螺旋角35°；

2、根据上述参数，计算相对滑动率、重合度，

计算相对滑动率η：

η＝|0.10612-0.10617|＝0.00005

计算重合度ε_a：

ε_a  ＝g_va/p_vb＝41.7/24.97＝1.67

3、由螺旋锥齿轮相对滑动率η和主动轮节圆线速度v，计算螺旋锥齿轮振动速度系数f_v：

f_v＝lg(10+η*v)＝lg(10+0.00005*15.9)

＝1.00003

4、由工艺和制造精度，即节圆跳动公差Fr和齿距公差f_pb，计算螺旋锥齿轮副振动的振幅X：

首先采用铣齿工艺，则：F_r＝8微米，f_pb＝7微米，

X＝(F_r²+f_pb²)^1/2

＝(8²+7²)^1/2

＝10.63

5、由螺旋角和重合度计算换算螺旋角Y₁：

Y₁＝(1-tg(β/2))/ε_a^1/4

Y₁＝0.6017

6、由传动比u计算传动比系数Y_u：

Y_u＝u^1/8

Y_u＝1.0646

7、由螺旋锥齿轮副的振动速度系数、螺旋锥齿轮副振动的振幅、换算螺旋角和传动比系数，计算螺旋锥齿轮副啮合噪音值L：

L＝20*(Y₁*Y_u*f_v+lg(1+w)+lgX+1)

＝20*(0.6017*1.0646*1.00003+lg(1+74)+lg10.63+1)

＝90.85(分贝)

8、结果分析

由计算螺旋锥齿轮副啮合的噪音值和设计要求值，计算噪音差值：

L_L0＝|L-L₀|＝|90.85-80|＝10.52＞2，

从计算结果来看，螺旋锥齿轮副的设计参数不能满足设计要求，必须对设计参数进行优化：

1、依据汽车整车设计要求，螺旋锥齿轮副的啮合噪音值为80分贝以下、主动轮输入载荷为74马力、主动轮节圆线速度为15.9米/秒、传动比1.65，螺旋锥齿轮副的螺旋角仍然取35°；

2、根据上述参数，计算相对滑动率、重合度，

计算相对滑动率η：

η＝|0.10612-0.10617|＝0.00005

计算重合度ε_a：

ε_a  ＝g_va/p_vb＝42.39/18.35＝2.31

3、由螺旋锥齿轮相对滑动率η和主动轮节圆线速度v，计算螺旋锥齿轮振动速度系数f_v：

f_v＝lg(10+η*v)＝lg(10+0.00005*15.9)

＝1.00003

4、由工艺和制造精度，即节圆跳动公差Fr和齿距公差f_pb，计算螺旋锥齿轮副振动的振幅X：

首先采用铣齿工艺，则：F_r＝6微米，f_pb＝5微米，

X＝(F_r²+f_pb²)^1/2

＝(6²+5²)^1/2

＝7.81

5、由螺旋角和重合度计算换算螺旋角Y₁：

Y₁＝(1-tg(β/2))/ε_a^1/4

Y₁＝0.6017

6、由传动比u计算传动比系数Y_u：

Y_u＝u^1/8

Y_u＝1.0646

7、由螺旋锥齿轮副的振动速度系数、螺旋锥齿轮副振动的振幅、换算螺旋角和传动比系数，计算螺旋锥齿轮副啮合噪音值L：

L＝20*(Y₁*Y_u*f_v+lg(1+w)+lgX+1)

＝20*(0.6017*1.0646*1.00003+lg(1+74)+lg10.63+1)

＝87.18(分贝)

8、结果分析

由计算螺旋锥齿轮副啮合的噪音值和设计要求值，计算噪音差值：

L_L0＝|L-L₀|＝|87.18-80|＝7.18＞2，

从计算结果来看，螺旋锥齿轮副的设计参数不能满足设计要求，必须再次对设计参数进行优化：

1、依据汽车整车设计要求，螺旋锥齿轮副的啮合噪音值为80分贝以下、主动轮输入载荷为74马力、主动轮节圆线速度为15.9米/秒、传动比1.65，螺旋锥齿轮副的螺旋角取40°；

2、根据上述参数，计算相对滑动率、重合度，

计算相对滑动率η：

η＝|0.10612-0.10617|＝0.00005

计算重合度ε_a：

ε_a＝g_va/p_vb＝44.31/16.956＝2.5

3、由螺旋锥齿轮相对滑动率η和主动轮节圆线速度v，计算螺旋锥齿轮振动速度系数fv：

f_v＝lg(10+η*v)＝lg(10+0.00005*15.9)

＝1.00003

4、由工艺和制造精度，即节圆跳动公差Fr和齿距公差f_pb，计算螺旋锥齿轮副振动的振幅X：

首先采用铣齿工艺，则：F_r＝3微米，f_pb＝2微米，

X＝(F_r²+f_pb²)^1/2

＝(3²+2²)^1/2

＝3.606

5、由螺旋角和重合度计算换算螺旋角Y₁：

Y₁＝(1-tg(β/2))/ε_a^1/4

Y₁＝0.5058

6、由传动比u计算传动比系数Y_u：

Y_u＝u^1/8

Y_u＝1.0646

7、由螺旋锥齿轮副的振动速度系数、螺旋锥齿轮副振动的振幅、换算螺旋角和传动比系数，计算螺旋锥齿轮副啮合噪音值L：

L＝20*(Y₁*Y_u*f_v+lg(1+w)+lgX+1)

＝20*(0.6017*1.0646*1.00003+lg(1+74)+lg10.63+1)

＝79.41(分贝)

8、结果分析

由计算螺旋锥齿轮副啮合的噪音值和设计要求值，计算噪音差值：

L_L0＝|L-L₀|＝|79.41-80|＝0.59＜2，

满足设计要求。