摘要：【目的】目前利用微織構(gòu)方法降低齒輪嚙合噪聲的研究較少，且多停留在計算機(jī)仿真以及等效試樣試驗(yàn)層面，未見針對微織構(gòu)齒輪噪聲性能的理論分析和臺架試驗(yàn)，有必要掌握油潤滑和干摩擦條件下微織構(gòu)對齒輪嚙合噪聲的影響規(guī)律?！痉椒ā繕?gòu)建了齒面嚙合噪聲計算模型，采用激光加工技術(shù)制作微織構(gòu)齒輪，搭建了齒輪嚙合噪聲檢測平臺，并在油潤滑和干摩擦條件下對微織構(gòu)齒輪和無織構(gòu)齒輪的嚙合傳動噪聲進(jìn)行了測試?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明，在油潤滑和干摩擦條件下，微織構(gòu)均有助于降低齒輪嚙合噪聲；同時，初步驗(yàn)證了齒輪嚙合噪聲計算模型的有效性。

關(guān)鍵詞：微織構(gòu)齒輪；齒輪嚙合噪聲計算模型；油潤滑條件；干摩擦條件

中圖分類號：TH133.33 DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 01. 016

0 引言

齒輪是機(jī)械傳動系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、航空航天等工程領(lǐng)域[1-3]。近年來，隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，人們對齒輪的嚙合噪聲性能要求越來越高。在汽車領(lǐng)域，由于齒輪嚙合噪聲影響乘用車的乘車舒適性，降低齒輪嚙合噪聲逐漸成為各大車企重點(diǎn)關(guān)注的問題[4]。

目前，齒面修形是降低齒輪嚙合噪聲的重要方法，許多學(xué)者對此展開了深入研究。BONORI等[5]采用遺傳算法對齒輪的齒廓修形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對單自由度動力學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證， 取得了預(yù)期效果。HUANG等[6]建立了基于齒頂修形、鼓形修形以及根切的齒輪動力學(xué)模型，并通過有限元軟件LS-DYNA進(jìn)行了驗(yàn)證。葛如海等[7]建立了變速器齒輪靜傳遞誤差模型，并通過多因素試驗(yàn)得出最佳的齒面微觀修形參數(shù)，修形前后對比試驗(yàn)結(jié)果表明，修形后降噪效果良好。陳磊[8]建立了齒輪嚙合振動的系統(tǒng)動態(tài)模型，仿真分析結(jié)果表明，修形后的齒輪運(yùn)行更加平穩(wěn)且嚙合噪聲顯著降低。然而，齒面修形加工工序復(fù)雜，對加工精度要求極高，且受加工及安裝誤差影響，易導(dǎo)致降噪效果不理想以及產(chǎn)生齒面偏載，這使其實(shí)際工程應(yīng)用價值降低。

隨著研究的深入，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)微織構(gòu)對減摩和降噪有重要作用。在減摩方面，微織構(gòu)在許多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。YUAN等[9]在球面滑動軸承上加工了圓形截面微織構(gòu)， 試驗(yàn)結(jié)果表明， 寬度為120 μm、深度為20 μm且成雙正弦曲線排布的微織構(gòu)可以有效提高球面滑動軸承的潤滑效果。YANG等[10]將凹坑型微織構(gòu)應(yīng)用于球頭立銑刀，并通過正交試驗(yàn)對微織構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)凹坑型微織構(gòu)直徑為46. 6 μm、深度為27 μm、間距為123 μm時， 球頭立銑刀比普通刀具具有更好的耐磨性。SHEN等[11]研究了微織構(gòu)對生物植入物摩擦學(xué)特性的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，邊長為200 μm、深度為8～10 μm、面積密度為10%的三角形微織構(gòu)和正方形排布模式對改善生物植入物的摩擦學(xué)性能最為有效。RUAN等[12]采用有限元方法構(gòu)建了齒輪的嚙合模型并對微織構(gòu)齒輪的潤滑性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明，合理的織構(gòu)參數(shù)可以提高齒輪的熱彈流潤滑性能。CHANG等[13]采用激光加工技術(shù)制作了凹槽型微織構(gòu)齒輪，試驗(yàn)證明，合理的微織構(gòu)參數(shù)可以降低齒面摩擦因數(shù)，減小齒面磨損。

在降噪方面，國內(nèi)外學(xué)者也做了大量的理論和試驗(yàn)研究。WANG等[14]通過往復(fù)滑動摩擦試驗(yàn)，分析了微織構(gòu)表面在往復(fù)滑動條件下的摩擦噪聲，試驗(yàn)結(jié)果表明，微織構(gòu)可以有效抑制摩擦噪聲的產(chǎn)生。HOU等[15]從仿生學(xué)角度對拖拉機(jī)排氣尾管進(jìn)行了改進(jìn)，在排氣尾管內(nèi)表面加工了仿生三角形微織構(gòu)并進(jìn)行了噪聲測試，試驗(yàn)結(jié)果表明，具有仿生三角形微織構(gòu)的排氣尾管能夠有效降低噪聲。LIU等[16]研究了微織構(gòu)表面的振動和摩擦學(xué)效應(yīng)，在不銹鋼試樣表面加工了不同類型的微織構(gòu)并開展摩擦學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果表明，微織構(gòu)可以有效降低滑動接觸中的摩擦振動和噪聲。LI等[17]1679-1689[18]34-41采用數(shù)值計算方法對織構(gòu)表面在線接觸和滑滾條件下產(chǎn)生的摩擦噪聲進(jìn)行數(shù)值研究，分析結(jié)果表明，在線接觸滑滾條件下，摩擦噪聲隨負(fù)載和速度增加而增加。MAGNIER等[19]使用形態(tài)學(xué)建模方法建立了具有多孔特性的摩擦塊模型，發(fā)現(xiàn)孔隙會改變系統(tǒng)振動模式和摩擦界面接觸應(yīng)力，進(jìn)而改變摩擦振動噪聲特性。BEN等[20]使用瞬時動態(tài)分析方法計算摩擦過程中的噪聲，結(jié)果表明，摩擦噪聲和表面粗糙度具有線性關(guān)系，摩擦噪聲是由界面微凸體之間的相互碰撞產(chǎn)生的。BOT等[21]通過試驗(yàn)測量了摩擦噪聲與標(biāo)稱接觸面積的相關(guān)性，結(jié)果表明，摩擦引起的振動是由兩個粗糙表面的滑動產(chǎn)生的，振動能量與接觸面積成正比。FAN等[22]811-815建立了基于材料彈性粗糙接觸的聲發(fā)射與滑動摩擦關(guān)系理論模型，發(fā)現(xiàn)滑動速度、微凸體承載載荷、微凸體接觸次數(shù)和表面形貌特征對聲發(fā)射信號能量有影響。