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1、鏈傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲研究現(xiàn)狀與發(fā)展榮長(zhǎng)發(fā)(河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院,天津300030)摘要綜述了鏈傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲的研究歷史和現(xiàn)狀,對(duì)鏈傳動(dòng)振動(dòng)和噪聲的來(lái)源進(jìn)行了分析;認(rèn)為鏈輪輪齒、鏈節(jié)形狀、材料彈性和鏈條與鏈輪的嚙合動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)性研究是鏈傳動(dòng)振動(dòng)和噪聲的深入研究的前提。關(guān)鍵詞鏈傳動(dòng)振動(dòng)噪聲的主要部分。寬頻、高頻振動(dòng)是由鏈輪、軸和滾子的結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的,并發(fā)現(xiàn)隨著鏈輪和滾子鏈節(jié)距的增大,嚙合噪聲急劇增大。其次的噪聲源是鏈傳動(dòng)中多邊形效應(yīng)引起的,傳動(dòng)結(jié)構(gòu)在嚙合頻率共振時(shí),噪聲水平大幅度增長(zhǎng),第三種噪聲是滾子鏈與鏈條導(dǎo)軌的撞擊產(chǎn)生
2、的。通過(guò)試驗(yàn)可知,調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)可以降低傳動(dòng)噪聲。然而,降低噪聲是非常困難的,且嚙合噪聲不可能被完全消除,文獻(xiàn)[5]認(rèn)為齒形鏈傳動(dòng)嚙合噪聲仍是主要的噪聲源。嚙合噪聲仍與系統(tǒng)參數(shù)緊密相關(guān)。通過(guò)鏈傳動(dòng)的靜態(tài)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究以有效地控制鏈傳動(dòng)噪聲是必要的。引言鏈傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的有效方法之一。它具有中心距可調(diào)整、多軸傳動(dòng)、安裝和調(diào)試容易、效率高、可靠性高、持久性高以及功率和速度范圍大等優(yōu)點(diǎn)。但是,鏈傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲一直是應(yīng)解決的問(wèn)題,此問(wèn)題在高速、低重量鏈條中顯得更加突出。本文對(duì)過(guò)去和現(xiàn)代有關(guān)鏈傳動(dòng)噪聲和振動(dòng)研究工作做了回
3、顧。1噪聲的確定和分類(lèi)1.1噪聲源的確定文獻(xiàn)[1,2]通過(guò)試驗(yàn)確定了三種噪聲源(如圖1所示,在A、B和C處放麥克風(fēng)可測(cè)得噪聲),最重要且最顯著的噪聲是嚙合噪聲,這種嚙合噪聲是嚙合過(guò)程中滾子與鏈輪輪齒間相互作用而產(chǎn)生的。試驗(yàn)表明,嚙合噪聲隨嚙合頻率增大而增大。載荷分布文獻(xiàn)[6]對(duì)彈性滾子鏈和彈性鏈輪之間的載荷分布進(jìn)行了分析,文獻(xiàn)[7]采用試驗(yàn)法確定了彈性、幾何乘數(shù)和潤(rùn)滑對(duì)載荷分布的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),載荷分布與鏈條和鏈輪的彈性無(wú)關(guān)。由于摩擦力方向的變化,主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪的載荷分布不同。文獻(xiàn)[8]分析了不同節(jié)距對(duì)壓力角的影
4、響,給出了確定滾子與鏈輪接觸點(diǎn)的公式。由于鏈條節(jié)距與鏈輪節(jié)距不同,在鏈輪上每一個(gè)滾子的壓力角都不同。齒數(shù)少的鏈輪可容納較大的節(jié)距差而不發(fā)生跳齒現(xiàn)象。文獻(xiàn)[9]對(duì)鏈傳動(dòng)的跳齒現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)研究。文獻(xiàn)[10]對(duì)節(jié)距有誤差的鏈條在鏈輪上的載荷分布進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[11]在沒(méi)有做任何假設(shè)的情況下對(duì)鏈條在鏈輪上的載荷分布進(jìn)行了研究,滾子在輪齒上的位置可通過(guò)力平衡求得,并可計(jì)算鏈條在鏈輪上的載荷分布。文獻(xiàn)[12]給出了計(jì)算中高速鏈傳動(dòng)的鏈條在鏈輪上的載荷分布的計(jì)算方法。2圖1三種鏈傳動(dòng)噪聲的測(cè)量文獻(xiàn)[3]對(duì)摩托車(chē)鏈傳動(dòng)噪聲進(jìn)行了
5、研究,認(rèn)為減少?lài)Ш蠜_擊噪聲可有效減少摩托車(chē)鏈傳動(dòng)噪聲;文獻(xiàn)[4]對(duì)由于嚙合沖擊引起的滾子的變形振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行了有限元計(jì)算。1.2鏈傳動(dòng)噪聲發(fā)生過(guò)程振動(dòng)是噪聲的來(lái)源,文獻(xiàn)[5]闡述產(chǎn)生噪聲的三種振動(dòng):鏈節(jié)-橫向振動(dòng)與縱向振動(dòng)(跳動(dòng));鏈輪-軸向在每一瞬間,鏈傳動(dòng)在運(yùn)動(dòng)學(xué)上可以看作為四桿機(jī)構(gòu)[13～20](如圖2和圖3所示)。兩鏈輪的轉(zhuǎn)速比不是恒定的,而是周期性變化的;也就是恒定的轉(zhuǎn)速輸入,輸出的轉(zhuǎn)速是變量,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為多邊形效應(yīng)。輸出速度與齒數(shù)比和鏈傳動(dòng)中心距相關(guān)。當(dāng)跨距為偶數(shù)倍半節(jié)距時(shí),輸出速度的波動(dòng)最小;當(dāng)跨
6、距為奇數(shù)倍半節(jié)距時(shí),輸出速度的波動(dòng)最大。多邊形效應(yīng)可以看作作用在鏈傳動(dòng)上的周期力,它可引起系統(tǒng)的共振[17]。文獻(xiàn)[18]對(duì)鏈傳動(dòng)進(jìn)行了近似運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,結(jié)果表明鏈傳動(dòng)中心距和齒數(shù)對(duì)多邊形效應(yīng)有顯著的影響。并做出了鏈輪加速度和鏈條張力的分析。學(xué)特性以及鏈條的縱向振動(dòng)和鏈輪的耦合運(yùn)動(dòng)。為了分析鏈節(jié)之間的作用,文獻(xiàn)[25]采用了多剛體動(dòng)力學(xué)模型對(duì)鏈傳動(dòng)進(jìn)行了分析,在考慮了鏈傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)的基礎(chǔ)上,對(duì)鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)論進(jìn)行了修正。從動(dòng)力學(xué)角度講,一個(gè)鏈節(jié)嚙入主動(dòng)鏈輪時(shí),滾子與輪齒發(fā)生沖擊;一個(gè)鏈節(jié)嚙出從動(dòng)鏈輪時(shí),不發(fā)生沖擊
7、現(xiàn)象。但鏈節(jié)的嚙入與嚙出都會(huì)使緊邊鏈條的鏈節(jié)數(shù)發(fā)生變化從而影響鏈傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。在分析鏈傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性時(shí),還應(yīng)考慮鏈條鉸鏈的摩擦力的影響。文獻(xiàn)[26]建立一種包括鏈條鉸鏈柔性的鏈傳動(dòng)模型。每個(gè)鏈板被模型化為平面剛體,由彈簧和阻尼連接,這就減少了鉸鏈對(duì)鏈節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)限制,使鏈節(jié)可按一定的自由度運(yùn)動(dòng),并使用Newton-Euler方程給出了每個(gè)鏈節(jié)的動(dòng)態(tài)方程。由于聲壓是鏈節(jié)加速度的函數(shù),因而可以確定鏈傳動(dòng)的噪聲水平?？梢灶A(yù)測(cè)在重載、高速條件下的松邊噪聲比緊邊噪聲大。4沖擊載荷和振動(dòng)4.1沖擊載荷沖擊載荷是產(chǎn)生嚙
8、合噪聲和振動(dòng)的主要原因之一,文獻(xiàn)[27～40]研究了滾子嚙入主動(dòng)鏈輪時(shí)的沖擊載荷。文獻(xiàn)[27]對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的鏈傳動(dòng)進(jìn)行了理論分析計(jì)算,得出了該鏈傳動(dòng)的沖擊力。文獻(xiàn)[28]對(duì)鏈輪與鏈條嚙合過(guò)程的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析,嚙合沖擊隨著鏈輪慣性和鏈條縱向剛度的減少而增大;嚙合沖擊是鏈傳動(dòng)噪聲主要來(lái)源。文獻(xiàn)[29]對(duì)沖擊載荷現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究,認(rèn)為沖擊載荷的大
