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1、降低柴油机齿轮噪声的方法分析赵东江(河南职业技术学院,河南郑州450004)摘要由于能源价格和动力性能等原因,各种机动车辆开始越来越多地使用柴油机做发动机,其中包括一些轿车。因此,目前迫切需要提高柴油机的性能,降低柴油机的噪声。本文通过分析柴油机齿轮噪声产生的原因,提出了提高齿轮的加工精度、合理选择齿轮的参数、应用斜齿轮和同步带、阻尼降噪法、控制机构谐振法、强化柴油机机体的刚度等几种有效降低齿轮噪声的方法。关键词齿轮传动噪声柴油机性能况下有可能使两者趋于零,因此在规定的齿轮精度等级公差范围内,加工制造时fpb1应取上偏差,fpb2应取下偏差。齿距偏
2、差fpt会使齿轮传动的瞬时传动比发生突变,引起齿轮传动冲击、振动和噪声。2.2合理选择齿轮的参数建议采用较小模数齿轮,并且增加齿高,减小压力角。因为较小模数齿轮传动具有较大的重合度,在载荷作用下节圆的运动变化较小。一般模数减小一半可以降低噪声大约3dB。增加齿高和减小压力角,使齿轮啮合平稳,齿面摩擦力降低,因此会使噪声明显下降。标准齿轮的齿高是2.25m,分度圆压力角为20°。金牛集团曾做实验证明,相对标准齿轮,当齿轮齿高增至为3m～3.5m,压力角减至为15°时,齿轮的室噪声可降低4.7dB,整机则可下降1.7dB。一般推荐柴油机齿轮的齿高为3m
3、～3.5m,压力角为15°,啮合重合度ε=2。图1是ε=2和ε=1.19的噪声对比实验。引言当前,由于能源价格和动力性能等原因,各种机动车辆开始越来越多地使用柴油机做发动机,目前已不仅仅限于各种农用车辆和工程机械,一些大型客车甚至轿车也开始使用柴油机做发动机;因此,当前的发展趋势是对柴油机综合机械性能的要求越来越高。而柴油机噪声的大小正是影响其性能的重要因素之一。1柴油机噪声产生的主要原因柴油机工作时产生噪声的原因很多,其表面噪声的产生主要是由燃烧噪声和机械传动时的噪声引起,而机械噪声又主要由于柴油机齿轮在啮合传动中产生。这是由于内燃机齿轮是悬臂安
4、装,其传动特点是在轮齿啮合时,受瞬时交变冲击载荷的作用,在啮合处产生滚动和滑动,使齿轮变形振动,激发齿轮产生出很高的噪声[1]。2降低齿轮噪声的方法与分析2.1提高齿轮的加工精度提高齿轮的运动精度和轮齿的表面粗糙度是降低齿轮噪声的有效方法之一。影响齿轮运动精度的公差有齿廓总偏差Fα和基圆齿距偏差fpb以及单个齿距偏差fpt。据实验证明,当齿廓总偏差Fα产生的齿廓表图1重合度的噪声比较面的波动变动方向与啮合线方向一致时,在转速较高齿轮在设计时还应合理选择其外径D,齿轮的分度圆齿厚B和齿轮轮体的厚度C。直径大的齿轮,辐射噪声的表面积也大,因为噪声的大小
5、与分度圆半径的平方成正比,因此应尽量减小齿轮的中心距,使用小直径的齿轮。齿宽的选择应保证有合理的间隙,避免齿与齿间的啮合干涉。而齿轮间隙过大则在载荷变化时会产生冲击。这两种情况都会使噪声增大,一般要求C/D>1/5,C/B>1/3,B/D≥1/10。2.3斜齿轮和同步带的应用时,齿廓总偏差Fα=5μm的噪声比Fα=15μm～20μm的齿轮噪声低大约8dB。齿轮的表面粗糙度大,会使轮齿啮合时的摩擦力增加,齿轮轮齿表面粗糙度Ra=1.6μm～3.2μm的齿轮比齿轮轮齿表面粗糙度Ra=6.3μm的齿轮噪声低大约4dB[2]。齿轮的基圆齿距偏差会造成齿轮轮
6、齿沿圆周分布不匀,在传动时产生撞击噪声。主动轮的基圆齿距偏差fpb1比被动轮的基圆齿距偏差fpb2大时,噪声较小。因为在受载荷动态状第30卷第4期降低柴油机齿轮噪声的方法分析67直齿轮啮合传动时,齿面的接触线均平行于齿轮的轴线;轮齿是沿整个齿宽同时进入啮合、同时脱离啮合的,载荷沿齿宽突然加上及卸下。因此直齿轮传动的平稳性较差,容易产生冲击和噪声,不适用于高速和重载的传动。斜齿轮的齿廓是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合。斜齿轮齿廓接触线的长度由零逐渐增加,又逐渐缩短,直至脱离接触,载荷不是突然加上或卸下的,因此斜齿轮传动比直齿轮传动平稳。另外由于斜齿轮的啮
7、合接触线是螺旋线,所以,当齿轮齿数和齿轮的宽度相同时,斜齿轮的重合度大于直齿轮,并且齿轮的螺旋角越大,其重合度越大。金牛集团的风动实验室在2000年曾做实验,把金牛ZH110W柴油机上的直齿轮换成斜齿轮后,噪声可下降2.6dB。另外,车用柴油机随着高性能,低排放的发展要求,越来越多的采用多气门,凸轮轴顶置布置的形式。如果采用齿轮传动,就要增加惰轮数量,不仅增加成本,还会增加噪声,现在已经开发出采用同步齿型带传动代替齿轮传动的柴油机。据盖茨公司提供的数据,在同一发动机中用齿形带传动代替齿轮传动可以使噪声降低6dB～8dB。2.4阻尼降噪法金牛集团风动
8、实验室对金牛公司生产的ZD6135、4105Q型柴油机的凸轮轴齿轮、惰轮和喷油泵齿轮做了3种方法的阻尼降低噪声验证。(1)
