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1、链传动的振动和噪声研究现状与发展荣长发(河北工业大学机械学院,天津300030)摘要综述了链传动的振动和噪声的研究历史和现状,对链传动振动和噪声的来源进行了分析;认为链轮轮齿、链节形状、材料弹性和链条与链轮的啮合动力学的基础性研究是链传动振动和噪声的深入研究的前提。关键词链传动振动噪声的主要部分。宽频、高频振动是由链轮、轴和滚子的结构而产生的,并发现随着链轮和滚子链节距的增大,啮合噪声急剧增大。其次的噪声源是链传动中多边形效应引起的,传动结构在啮合频率共振时,噪声水平大幅度增长,第三种噪声是滚子链与链条导轨的撞击产生
2、的。通过试验可知,调节传动系统可以降低传动噪声。然而,降低噪声是非常困难的,且啮合噪声不可能被完全消除,文献[5]认为齿形链传动啮合噪声仍是主要的噪声源。啮合噪声仍与系统参数紧密相关。通过链传动的静态、运动学和动力学研究以有效地控制链传动噪声是必要的。引言链传动是机械传动的有效方法之一。它具有中心距可调整、多轴传动、安装和调试容易、效率高、可靠性高、持久性高以及功率和速度范围大等优点。但是,链传动的振动和噪声一直是应解决的问题,此问题在高速、低重量链条中显得更加突出。本文对过去和现代有关链传动噪声和振动研究工作做了回
3、顾。1噪声的确定和分类1.1噪声源的确定文献[1,2]通过试验确定了三种噪声源(如图1所示,在A、B和C处放麦克风可测得噪声),最重要且最显著的噪声是啮合噪声,这种啮合噪声是啮合过程中滚子与链轮轮齿间相互作用而产生的。试验表明,啮合噪声随啮合频率增大而增大。载荷分布文献[6]对弹性滚子链和弹性链轮之间的载荷分布进行了分析,文献[7]采用试验法确定了弹性、几何乘数和润滑对载荷分布的影响。结果发现,载荷分布与链条和链轮的弹性无关。由于摩擦力方向的变化,主动链轮和从动链轮的载荷分布不同。文献[8]分析了不同节距对压力角的影
4、响,给出了确定滚子与链轮接触点的公式。由于链条节距与链轮节距不同,在链轮上每一个滚子的压力角都不同。齿数少的链轮可容纳较大的节距差而不发生跳齿现象。文献[9]对链传动的跳齿现象进行了试验研究。文献[10]对节距有误差的链条在链轮上的载荷分布进行了研究。文献[11]在没有做任何假设的情况下对链条在链轮上的载荷分布进行了研究,滚子在轮齿上的位置可通过力平衡求得,并可计算链条在链轮上的载荷分布。文献[12]给出了计算中高速链传动的链条在链轮上的载荷分布的计算方法。2图1三种链传动噪声的测量文献[3]对摩托车链传动噪声进行了
5、研究,认为减少啮合冲击噪声可有效减少摩托车链传动噪声;文献[4]对由于啮合冲击引起的滚子的变形振动产生的噪声进行了有限元计算。1.2链传动噪声发生过程振动是噪声的来源,文献[5]阐述产生噪声的三种振动:链节-横向振动与纵向振动(跳动);链轮-轴向在每一瞬间,链传动在运动学上可以看作为四杆机构[13～20](如图2和图3所示)。两链轮的转速比不是恒定的,而是周期性变化的;也就是恒定的转速输入,输出的转速是变量,这种现象被称为多边形效应。输出速度与齿数比和链传动中心距相关。当跨距为偶数倍半节距时,输出速度的波动最小;当跨
6、距为奇数倍半节距时,输出速度的波动最大。多边形效应可以看作作用在链传动上的周期力,它可引起系统的共振[17]。文献[18]对链传动进行了近似运动学分析,结果表明链传动中心距和齿数对多边形效应有显著的影响。并做出了链轮加速度和链条张力的分析。学特性以及链条的纵向振动和链轮的耦合运动。为了分析链节之间的作用,文献[25]采用了多刚体动力学模型对链传动进行了分析,在考虑了链传动的动态效应的基础上,对链传动运动学分析结论进行了修正。从动力学角度讲,一个链节啮入主动链轮时,滚子与轮齿发生冲击;一个链节啮出从动链轮时,不发生冲击
7、现象。但链节的啮入与啮出都会使紧边链条的链节数发生变化从而影响链传动的动力学和运动学特性。在分析链传动的动力学特性时,还应考虑链条铰链的摩擦力的影响。文献[26]建立一种包括链条铰链柔性的链传动模型。每个链板被模型化为平面刚体,由弹簧和阻尼连接,这就减少了铰链对链节的运动学限制,使链节可按一定的自由度运动,并使用Newton-Euler方程给出了每个链节的动态方程。由于声压是链节加速度的函数,因而可以确定链传动的噪声水平。可以预测在重载、高速条件下的松边噪声比紧边噪声大。4冲击载荷和振动4.1冲击载荷冲击载荷是产生啮
8、合噪声和振动的主要原因之一,文献[27～40]研究了滚子啮入主动链轮时的冲击载荷。文献[27]对发动机中的链传动进行了理论分析计算,得出了该链传动的冲击力。文献[28]对链轮与链条啮合过程的动力学进行了分析,啮合冲击随着链轮惯性和链条纵向刚度的减少而增大;啮合冲击是链传动噪声主要来源。文献[29]对冲击载荷现象进行了深入的研究,认为冲击载荷的大
