CN106441880A - 一种齿轮箱噪声的经验预估方法 - Google Patents

一种齿轮箱噪声的经验预估方法 Download PDF

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Abstract

一种齿轮箱噪声的经验预估方法，涉及预估方法技术领域，它在齿轮箱试验台基础上在Kato公式的基础上加入了与齿轮精度等级的相关项，并行进了修正，使针对齿轮啮合频率下声压级的计算方法更加准确，同时，相比于同样考虑了齿轮精度的Masuda公式，本方法求解过程简单，大大加快了计算速度，更适合工程应用。

Description

一种齿轮箱噪声的经验预估方法
技术领域：
本发明涉及预估方法技术领域，具体涉及一种齿轮箱噪声的经验预估方法。
背景技术：
由于齿轮的结构特性，在其啮合过程中不可避免地存在着齿轮啮合刚度的波动及误差作用，使传动***发生振动，并通过轴承传递于箱体，不仅影响***的整体性能，还产生振动噪声。
随着现代工业的发展，工业噪声问题越来越引起人们的关注，为了简单计算齿轮传动***的振动噪声，人们纷纷开始了噪声预测公式的研究，并提出了一些简化计算方法，但也都具有一定局限性。在1975年，O.Kato考虑了传动功率、速度、重合度、传动比、螺旋角对齿轮噪声的影响，提出了以下的半经验公式：
其中，L为距齿轮箱1米远处的噪声强度；β为齿轮的螺旋角；u为传动比；为端面重合度；W为传递功率，单位为马力；为速度系数。
1986年T．Masuda为了验证由于齿廓加工方法对振动噪声特性的影响和Kato公式的准确性，提出了以下的公式：
式中：，X为两齿轮轮齿沿啮合线方向的相对振动位移幅值(峰值)，为相对静变形量。
实际上，理论分析和试验研究均表明，齿轮精度对噪声的强度有较大的影响。Kato公式虽然较为简单，但该公式并未考虑齿轮加工精度与噪声的影响。因此T．Masuda在Kato公式的基础上提出了新的修正形式，但该公式不仅需要知道误差的形状和大小，还要通过齿轮***动力学计算齿轮振动位移，求解过程也较为复杂，不适合工程应用。且目前也没有考虑齿轮精度的齿轮箱辐射噪声预测方法。
发明内容：
本发明的目的是提供一种齿轮箱噪声的经验预估方法，根据齿轮精度的登记，提供了更精准的噪声预测。
本发明采用的技术方案为：一种噪声预测模型的验证试验方法，包括齿轮箱试验台，齿轮箱试验台包括试验齿轮箱、扭矩加载器、陪试齿轮箱、增速齿轮箱、直流电机和隔音罩，试验齿轮箱输出轴通过挠性联轴器与扭矩加载器的输入轴连接，扭矩加载器通过输出轴与陪试齿轮箱连接，陪试齿轮箱输出轴通过盘车机与增速齿轮箱连接，增速齿轮箱输出轴与直流电机连接；挠性联轴器、扭矩加载器、陪试齿轮箱、盘车机、增速齿轮箱和直流电机形成的整体外安装隔音罩。
以Kato公式为基础构建的修正公式，预估方法如下：
步骤一，在齿轮箱试验台进行齿轮箱噪声测试试验，齿轮箱实验台安装了隔音罩（8），隔音罩（8）将试验齿轮箱（1）以外的其他设备声源屏蔽，消除其他设备与试验齿轮箱噪声测试试验的影响，根据对多台齿轮箱（齿轮精度不同）辐射噪声的实测结果，给出齿轮箱在不同齿轮精度等级下的啮合频率声压级，使齿轮箱工况为转速4000r/min，扭矩为12000Nm；
步骤二，结合Kato公式，在其基础上加入齿轮精度级别的相关项，即可建立齿轮精度与齿轮箱辐射噪声的函数关系，假设目标函数形式如下：
其中，L为啮合频率下的齿轮箱噪声，等式右端第一项为宏观参数项，速度系数，为总重合度，第二项为工况项，功率W的单位为kW，第三项为齿轮精度等级项，A、B为考虑齿轮精度等级需拟合的系数，Q为齿轮精度等级；
步骤三，采用拟合的方法得到考虑齿轮精度等级的齿轮箱噪声拟合公式：
绘制计算结果与不同精度等级对应的实测齿轮箱啮合频率下的噪声结果对比图。
所述的将Kato公式中端面重合度更换为总重合度，且将以马力为单位的功率值改为kW为单位的功率值。
本发明的有益效果是：本齿轮箱噪声的经验预估方法，计算方法简单，考虑了齿轮精度等级对齿轮箱噪声的影响，使预估结果更准确。
附图说明：
图1是本发明齿轮箱试验台结构布置图；
图2是本发明不同齿轮精度等级下齿轮箱的声压级曲线图；
图3是本发明拟合公式计算值与齿轮箱声压级实测值对比图。
具体实施方式：
参照各图，一种齿轮箱噪声的经验预估方法，包括齿轮箱试验台，齿轮箱试验台包括试验齿轮箱1、扭矩加载器3、陪试齿轮箱4、增速齿轮箱6、直流电机7和隔音罩8，试验齿轮箱1输出轴通过挠性联轴器2与扭矩加载器3的输入轴连接，扭矩加载器3通过输出轴与陪试齿轮箱4连接，陪试齿轮箱4输出轴通过盘车机5与增速齿轮箱6连接，增速齿轮箱6输出轴与直流电机7连接；挠性联轴器2、扭矩加载器3、陪试齿轮箱4、盘车机5、增速齿轮箱（6）和直流电机7形成的整体外安装隔音罩8。
以Kato公式为基础构建的修正公式，预估方法如下：
步骤一，在齿轮箱试验台进行齿轮箱噪声测试试验，齿轮箱实验台安装了隔音罩（8），隔音罩（8）将试验齿轮箱（1）以外的其他设备声源屏蔽，消除其他设备与试验齿轮箱噪声测试试验的影响，根据对多台齿轮箱（齿轮精度不同）辐射噪声的实测结果，给出齿轮箱在不同齿轮精度等级下的啮合频率声压级，使齿轮箱工况为转速4000r/min，扭矩为12000Nm；
步骤二，结合Kato公式，在其基础上加入齿轮精度级别的相关项，即可建立齿轮精度与齿轮箱辐射噪声的函数关系，假设目标函数形式如下：
其中，L为啮合频率下的齿轮箱噪声，等式右端第一项为宏观参数项，速度系数，为总重合度，第二项为工况项，功率W的单位为kW，第三项为齿轮精度等级项，A、B为考虑齿轮精度等级需拟合的系数，Q为齿轮精度等级；
步骤三，采用拟合的方法得到考虑齿轮精度等级的齿轮箱噪声拟合公式：
绘制计算结果与不同精度等级对应的实测齿轮箱啮合频率下的噪声结果对比图。
所述的将Kato公式中端面重合度更换为总重合度，且将以马力为单位的功率值改为kW为单位的功率值。在Kato公式的基础上，考虑了齿轮精度等级与齿轮箱辐射噪声的映射关系。从拟合结果来看，考虑齿轮精度的公式拟合效果良好。依据上述步骤，即得到了考虑齿轮精度等级的齿轮箱啮合频率下的辐射噪声预估方法。
该计算方法的具体实现步骤如下：
表1为一台齿轮箱在不同工况下的参数：
参数 工况1 工况2 工况3 工况4 工况5
螺旋角bita(°) 0.465 0.465 0.465 0.465 0.465
传动比u 2.865 2.865 2.865 2.865 2.865
速度v（m/s） 43.33 43.33 43.33 43.33 43.33
速度系数fv(m/s) 0.677 0.677 0.677 0.677 0.677
总重合度（rad） 3.949 3.949 3.949 3.949 3.949
齿轮精度Q 3 3 3 3 3
转速r（r/min） 4000 4000 4000 4000 4000
扭矩T(Nm) 3000 6000 9000 12000 15000
功率W(kW) 438.5845 877.1689 1315.753 1754.338 2192.922
将齿轮各项参数，包括齿轮精度等级Q均带入上述给出的轮箱噪声的经验预估公式中，可计算求得表2中所示的各工况下齿轮箱的声压级：
工况1 工况2 工况3 工况4 工况5
齿轮箱声压级（dB） 73.0 79.1 82.6 85.1 87.0
将带入经验预估公式中的齿轮箱声压级计算结果与各个工况下的实际机组齿轮箱的测试结果相对比，可得表3：
工况1 工况2 工况3 工况4 工况5
预估值 73.0 79.1 82.6 85.1 87.0
实测值 72.6 79.5 82.4 82.3 85.5
误差 0.44 -0.44 0.18 2.78 1.52
从表3中可知，带入预估公式的计算值与实测值相比，各个工况下的预测误差均较小。该结果说明，针对齿轮箱啮合频率下的声压级预估方法简单、快捷，大幅提升了计算效率且估算精度好。

Claims (3)

1.一种齿轮箱噪声的经验预估方法，其特征在于：包括齿轮箱试验台，齿轮箱试验台包括试验齿轮箱（1）、扭矩加载器（3）、陪试齿轮箱（4）、增速齿轮箱（6）、直流电机（7）和隔音罩（8），试验齿轮箱（1）输出轴通过挠性联轴器（2）与扭矩加载器（3）的输入轴连接，扭矩加载器（3）通过输出轴与陪试齿轮箱（4）连接，陪试齿轮箱（4）输出轴通过盘车机（5）与增速齿轮箱（6）连接，增速齿轮箱（6）输出轴与直流电机（7）连接；挠性联轴器（2）、扭矩加载器（3）、陪试齿轮箱（4）、盘车机（5）、增速齿轮箱（6）和直流电机（7）形成的整体外安装隔音罩（8）。
2.一种权利要求1所述的齿轮箱噪声的经验预估方法，其特征在于：以Kato公式为基础构建的修正公式，预估方法如下：
步骤一，在齿轮箱试验台进行齿轮箱噪声测试试验，齿轮箱实验台安装了隔音罩（8），隔音罩（8）将试验齿轮箱（1）以外的其他设备声源屏蔽，消除其他设备与试验齿轮箱噪声测试试验的影响，根据对多台齿轮箱（齿轮精度不同）辐射噪声的实测结果，给出齿轮箱在不同齿轮精度等级下的啮合频率声压级，使齿轮箱工况为转速4000r/min，扭矩为12000Nm；
步骤二，结合Kato公式，在其基础上加入齿轮精度级别的相关项，即可建立齿轮精度与齿轮箱辐射噪声的函数关系，假设目标函数形式如下：
其中，L为啮合频率下的齿轮箱噪声，等式右端第一项为宏观参数项，速度系数，为总重合度，第二项为工况项，功率W的单位为kW，第三项为齿轮精度等级项，A、B为考虑齿轮精度等级需拟合的系数，Q为齿轮精度等级；
步骤三，采用拟合的方法得到考虑齿轮精度等级的齿轮箱噪声拟合公式：
绘制计算结果与不同精度等级对应的实测齿轮箱啮合频率下的噪声结果对比图。
3.根据权利要求2所述的一种齿轮箱噪声的经验预估方法，其特征在于：将Kato公式中端面重合度更换为总重合度，且将以马力为单位的功率值改为kW为单位的功率值。
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