格里森锥齿轮啮合噪声控制分析

侯新平

（广州数控设备有限公司，广东 广州510535）

1 格里森锥齿轮零件加工的过程控制

在零件加工过程中，对格里森锥齿轮啮合噪声的控制除了要确保齿形几何参数正确外，还要注意格里森锥齿轮坯料按照图纸正确加工的精度、加工工艺的合理性及对加工过程中齿形的调整。

1.1 注意格里森锥齿轮坯料按照图纸正确加工的精度

在齿轮齿形加工以前的工序，最主要的是要保证齿轮顶锥角、轮冠距、安装距的精度。在设计格里森锥齿轮加工的工装时，在结构允许的情况下，最好是用安装的基准作为工装的定位基准，便于在加工过程中直接测量，不产生累积误差，从而提高格里森锥齿形轮冠距的精度；如果遇到因为结构的需要不能直接用安装基准定位时，就要将定位基准、安装基准和测量基准之间进行尺寸链换算，从而获得理想的加工齿形。

1.2 确保加工工艺的合理性

格里森锥齿轮最后加工完成后，要保证格里森锥齿形的回转中心线和轴承中心线的同轴度及齿轮装配后的安装精度。所以，要根据材料、热处理方式的不同选择正确的加工工艺。建议加工过程中最好以中心孔为基准，如果轴中心是空的，就要想办法制作工艺堵头，也有可能要做工艺台等，在粗精加工不同工序里，最好增加对研中心孔，热处理前后也要对研中心孔，这样方能为后序加工提供精确的基准。

1.3 注意对加工过程中齿形的调整

在加工格里森锥齿形时，首先要对齿轮做着色检查，即把红丹均匀涂在2个格里森的凸面和凹面，让2个格里森锥齿轮安装在工装上，做啮合传动，根据啮合的着色情况对机床加工的齿形参数进行调整。根据经验，格里森锥齿轮着色啮合区大致情况为：在齿高方向上，啮合着色区在中间稍偏上较理想；在齿长方向上，啮合着色区在中间稍偏向小端比较理想。因为格里森锥齿轮在负荷工作时，根据实际受力情况，齿形变形趋势是向大端方向。

啮合情况如下：（1）按齿高方向分，一种是着色啮合区在齿根附近，另一种是着色啮合区在齿顶附近。这种情况下调节水平轮位的参数就可以解决。（2）按齿长方向分，一种是着色啮合区在小端附近，另一种是着色啮合区在大端附近。这种情况下调节摇台角的参数就可以解决。（3）按齿面啮合情况分，一种是着色啮合区一端靠近小端齿顶，另一端靠近大端齿根；另一种情况是着色啮合区一端靠近小端齿根，另一端靠近大端齿顶。这种情况下调节滚动比就可以解决。

2 格里森锥齿轮装配完成后的安装精度控制

格里森锥齿轮在安装的时候要科学安排装配工艺，那么在设计的时候就要考虑格里森锥齿轮的装配工艺。根报笔者多年的工作经验，让一对格里森锥齿轮精确啮合，也就将是一对格里森锥齿轮的轮冠距安装准确，噪音达到理想的分贝，格里森锥齿轮加工是一方面，更主要的还是其装配方法。建议格里森锥齿轮的2个方向最好都是可调整的，也就是在格里森锥齿轮的2个方向上都要设计调整垫片或者别的调整装置。根据装配的情况先装配1个格里森锥齿轮，装配的尺寸位置要根据格里森锥齿轮啮合间隙和轮冠距定，这个格里森锥齿轮的安装只是初步安装，不一定是最佳位置，最佳位置是要安装第2个格里森锥齿轮，调整好啮合间隙。在啮合过程中，通过检查这对格里森锥齿轮的啮合痕迹来确定装配的理想位置（也可采用着色检查来确定）：在齿高方向上，啮合着色区宜稍偏向顶圆的方向；在齿长方向，啮合着色区在中间稍偏向小端比较理想。在不断的装配检测过程中，也可以用分贝仪检测噪音的大小，大致确定正确的位置。根据笔者的经验，如大端模数1.5，小齿轮齿数31，大齿轮齿数40，轴交角为90°，噪音大致在70 d B以下比较合适。当然模数不一样，齿数不一样，噪音分贝的标准也不可能一样，这要在实际的工作中进行总结。

3 格里森锥齿轮结构设计的合理性控制

格里森锥齿轮在结构设计上的优点主要有以下几方面：齿形冠轮上的齿形线是圆弧型的；承载能力高，运转平稳，噪声小；对安装误差和变形不敏感；轴向力大，且随转向变化，用于转速n≥1 000 r／min或v≥5 m／s及重载的传动，适于成批生产；磨齿后可用于高速v≥40～100 m／s。

格里森锥齿轮齿轮副一般采用等顶隙收缩齿，因为齿轮副的顶隙沿齿长保持与大端相等（即一个齿轮的顶锥母线与配对齿轮的根锥母线相平行），顶锥的顶点不与分锥和根锥的顶点重合；增大齿根的圆角半径，应力集中减小，齿根强度提高；增大刀具刀尖的圆角，提高刀具寿命；增加小端齿顶厚度；减少因齿轮错位而造成小端“咬死”的可能性。

在设计格里森锥齿轮时就要根据输入扭矩和功率确定格里森小锥齿轮的轴直径、模数、材料和热处理方式，根据传动比和可能的空间确定格里森小锥齿轮的齿数、大齿轮的齿数，从而可以根据这些参数计算出所需要格里森锥齿轮的各个参数。安装距要根据结构确定。

格里森锥齿轮的传动要用轴承做定心，也可能要用轴承定轴向的位置。轴承可以选角轴承，也可选向心球轴承，根据实际需要来定。一般情况下一对格里森锥齿轮，其中任何1个齿轮都要有2个轴承来支承。从安装工艺来说，选用2个向心球轴承装配时会容易些，但装配后的精度没有选用角轴承高。选用角轴承，装配工艺要复杂一些，因为角轴承要有轴向预紧，在调整格里森锥齿轮的轴向啮合间隙时不好控制，有时候要把预紧后的角轴承拆下来，重新调整后还要再装上角轴承，然后再预紧。不管是选用角轴承还是向心球轴承，都要计算一下格里森锥齿轮在负载传动时的最大轴向力，轴承所能承受的轴向力必须比实际需要的大，这样才能保证格里森锥齿轮传动机构的正确合理性。

4 格里森锥齿轮的机加工精度等级控制

格里森锥齿轮的精度等级越高，相对来说噪声会越小，但制造成本会越高。试验研究和使用经验表明，齿面粗糙度影响齿轮抗点蚀能力、抗胶合能力和抗弯强度，也影响齿轮的传动精度（噪声和振动），因此设计者应在齿轮零件图样上标注出成品状态齿面粗糙度的数值。齿轮精度等级与粗糙度等级之间没有直接的关系，但其粗糙度在一定情况下会影响齿轮的精度等级，从而使齿轮啮合的噪声增加。

5 结语

总之，影响格里森锥齿轮啮合噪声的因素很多。要根据设计的输入条件合理控制格里森锥齿轮啮合噪声的大小，就要在保证尺寸精度和位置精度的前提下，尽量使工艺经济合理，更好地为所设计的产品服务。也就是说，在设计的时候，要结构简单、原理正确、控制稳定可靠，将噪声控制在设计要求的范围内，同时也要保证经济节约。只有在每个环节上都把好关，才能制造出更合理科学的格里森锥齿轮，其噪声也能得到很好的控制。

［1］机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2004

［2］吴宗泽.机械设计实用手册［M］.北京：化学工业出版社，2005

［3］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2008