齿轮缺陷对影响齿轮箱噪音和振动的原因有哪些？

齿轮箱可以作为速度倍增器或减速器传输机械动力，变速箱是电机动力总成系统中最关键的部件之一。在它里面，有一个复杂的旋转齿轮组合，在不同的模式下相互作用，形成了一个机械动态，决定了它的性能评价机械齿轮性能的一个标准是基于扭矩密度，它衡量在齿轮的单位体积内可以传输多少扭矩。为了实现更高的扭矩密度，设计师和机械工程师已经研究了多种解决方案，如优化金属齿的几何形状，应用更高强度的材料，以及齿轮侧面的表面处理。尽管机械齿轮有很多优点，但传动系统往往存在与机械接触有关的问题，如齿轮噪音和振动、机械磨损和需要润滑等，这些问题降低了整个传动系统的效率。

一般来说，在齿轮传动装置中的点蚀和严重磨损在齿轮箱的寿命中都是不可容忍的，这种损坏可能导致不可接受的振动。由于可变的啮合刚度，位于齿轮啮合处的一个主要的振动源，这是齿轮传动最重要的内部激励之一。齿裂导致齿轮啮合刚度降低，导致齿轮的异常振动。然后，振动能量被传递到齿轮箱外壳。事实上，齿轮箱向周围辐射的噪声是由于其外壳的振动造成的。另一个主要的齿轮振动源是齿轮的传输误差。这是一个受齿轮上的负载影响的参数，它由输出齿轮的实际位置和它的理论位置（如果齿轮齿是完美和无限坚硬的，它将占据的位置）之间的差异定义。这种差异是由施加在齿轮上的扭矩和齿轮箱的动态行为造成的齿轮弯曲的结果，它可能是由制造不准确、装配错误或甚至是不良设计造成的。

噪声和振动在高速下会增加，因此，齿轮箱可能被限制在大速度的应用上，此外，噪声和振动问题与齿轮传动系统的整体特性直接相关，并影响其性能。因此，降低齿轮箱的噪音和振动已成为制造商的一个重要关注点。

齿轮传动的机制很简单，配对齿轮的齿啮合，每个齿轮滚动到另一个齿轮上以传输动力（实际上是每段时间内传输的能量）。对于两个接触的齿轮来说，动力传输能力受限于它们对两种主要失效形式的抵抗力。一种与齿面的表面疲劳有关（点蚀），另一种与齿根的弯曲疲劳有关（齿摩擦的贡献）。齿侧点蚀是齿轮发生的最重要的损坏，它是由齿轮啮合产生的周期性可变接触应力引起的，并且在有润滑剂的情况下，任何表面不规则都会加剧（事实上，点蚀是一种与润滑有关的故障）。当齿轮齿受到高接触应力和许多应力循环时的疲劳过程是点蚀导致故障的原因，这可能是齿轮没有正确地安装在一起的问题。在这种情况下，点蚀将集中在高负荷区域，其结果是金属脱落的区域，这有时被称为剥落或剥落。

点蚀可能会导致齿轮齿恶化并产生动态力，这些力导致齿轮齿因弯曲疲劳而失效。在这种情况下，弯曲失效是次要的，与润滑没有直接关系。点蚀在所有齿轮损坏中约占14%。此外，尽管90%的点蚀会稳定下来，不会威胁到齿轮的寿命，但能够发现它是很重要的。渐进式点蚀导致了齿轮齿面的破坏。齿轮开始跳动，如果不暂停操作，会出现齿轮传动装置的完全破坏。点蚀直接取决于负载的传递，当它是破坏性的，我们就会说到表面过载问题。此外，在啮合的齿轮齿面之间经常有滑动摩擦，这是齿轮传动中影响齿轮啮合效率的主要动力损失之一，所有这些都意味着损失受到传输载荷和齿面之间摩擦的强烈影响。

由于齿轮啮合时负载从齿到齿的传递所带来的扭矩波动，齿轮驱动也会产生噪音。在啮合的齿轮齿面之间有滑动，最初的齿与齿之间的接触是沿着整个齿宽一次性发生的，造成可听的冲击载荷，引起噪音和磨损。随着齿轮齿面的磨损，它们会出现沟槽和小坑。这些逐渐变大，随着它们的增长，这些缺陷将导致更多的噪音。噪声随着外周速度（齿接触频率）的增加而急剧上升，并在较小程度上随着牙齿负荷的增加而上升，润滑有助于缓解这些问题。然而，许多已确定的故障与传动系统的摩擦学条件有关，这在很大程度上取决于润滑剂的特性，而润滑剂的特性又是温度的一个函数。润滑油的搅动是齿轮传动的另一个主要动力损失，因此，需要经常维护成为齿轮正常运行的关键条件。