刘更教授谈齿轮传动装置低噪声设计

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刘更，西北工业大学机电学院二级教授、博士生导师，1993年获批享受国家政府特殊津贴，2002年入选陕西省“三五”人才。现任陕西省机电传动与控制工程实验室主任，中美工程设计与仿真联合研究所所长。中国机械设计分会常务理事，中国机械传动分会常务理事、副总干事，中国齿轮标准化技术委员会委员，《振动与冲击》和《机械传动》杂志编委。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点基金项目、863计划等重点科研课题。先后参与我国自主研发的第一台涡桨减速器、第一台气垫船推力减速器、第一台船用大功率行星齿轮减速器等的科研工作。获国家和省部级科技进步奖8项。撰写专著《结构动力学有限元程序设计》《无网格方法及其应用》《行星滚柱丝杠传动——啮合原理》和《齿轮传动装置低噪声设计理论和方法》四部。

Q：为什么要进行齿轮传动装置低噪声设计？其意义主要体现在哪些方面？
所谓低噪声设计，是指为了使一个装置在工作时具有较低的噪声水平而采用的设计技术与计算方法。与此对应，齿轮传动装置的低噪声设计，就是以降低齿轮传动噪声为准则的设计理论与方法。

工程设计中噪声的概念比我们生活中所理解的噪声概念要更宽泛些，除人们耳朵能听到的由空气振荡引起的空气噪声外，还包括结构振动中传递的结构噪声，以及人耳听不到的超声等。

大家都知道齿轮传动会产生噪声。但在传统齿轮设计中，人们通常更关注齿轮的强度与可靠性、寿命与耐久性，以及动力学特性等方面，毕竟这些都是齿轮设计的基本问题。随着对各类装备应用要求的不断提高，人们开始考虑装备使用舒适性和隐身性等方面的问题。随之而来，如何设计低振动水平的低噪声齿轮传动装置，已开始成为引人关注的焦点问题，相应的设计理论与方法成为了必须研究的课题。本书是作者在这方面做出的尝试与成果。

可以说，齿轮传动广泛地应用于各类机械装备中。这些装备中，有些是与人直接接触的（如高铁、飞机、邮轮和车辆等），因此有舒适性要求而需要低噪声设计；有些是无人工作平台，虽与舒适性要求无关，但噪声会使相关设备受到干扰，也应考虑低噪声设计。值得特别说明的是，航空与舰船具有较高舒适性和隐身性要求，因此航空和舰船动力传输中齿轮传动装置的低噪声设计就显得尤为重要，相应的设计指标也更为严苛。

Q：目前有关齿轮传动装置低噪声分析和计算国内外发展如何？
目前，国内外与齿轮传动装置低噪声设计相关基础理论的研究，已经有了较长足的发展，其中包括齿轮系统动力学、箱体结构动力学、箱体辐射噪声计算，以及隔振与减振技术等。但是，如何将这些相关理论与方法有机地结合起来，形成一套较完整的，并可在工程中使用的低噪声设计准则、方法和体系，本书作者率先提出并试图回答这一问题。当然，本书所提出的低噪声设计理论与方法的有效性，还有待于进一步工程实践的检验与完善。

Q：您觉得做好齿轮传动装置低噪声设计的关键是什么？
一般来讲，降低齿轮传动装置的噪声可有两大个途径，一是从设计的原始参数与尺寸入手，降低产生振动的激励和响应；二是在既定的参数与尺寸的基础上，采取适当的隔振措施或施加一定的阻尼材料，以降低振动能量的传递。具体来讲，做好齿轮传动装置低噪声设计的关键是：①合理选择齿轮基本参数，是低噪声齿轮设计的起点。这里可考虑的问题很多，但通过参数的选配来获得合理的齿轮传动重合度，其降噪效果最为明显；②合理调配齿轮传动系统的构型，包括周密设计各零件的布局、转动惯量、结构刚度等，可以使得在确定的激励时，尽可能降低齿轮系统的振动；③合理设计降噪肋板，敷设一定的阻尼材料，选用恰当的隔振器，是降低振动噪声对环境影响的三个有效手段。④当然，提高齿轮精度有着明显的降噪效果。然而这需要能够较好地协调提高精度与制造成本过高之间的矛盾。