关于汽车变速箱齿轮设计的思考谭林锋--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

关于汽车变速箱齿轮设计的思考谭林锋

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：谭林锋

[导读] 摘要：在汽车MT变速箱齿轮设计中，通常是对齿轮副的基本参数（齿数Z、模数m、压力角α、螺旋角β、变位系数x等）加以明确，这是因为它们是影响齿轮传动平稳性、齿轮传动强度以及传动寿命等的关键因素。

        韶能集团韶关宏大齿轮有限公司广东韶关 512000
        摘要：在汽车MT变速箱齿轮设计中，通常是对齿轮副的基本参数（齿数Z、模数m、压力角α、螺旋角β、变位系数x等）加以明确，这是因为它们是影响齿轮传动平稳性、齿轮传动强度以及传动寿命等的关键因素。上述参数均具备与之相匹配的计算方法，然而还有不少其他参数需要依赖多次实验才能得到。鉴于此，本文就这些“经验参数”进行探讨，并提出合理化建议。
        关键词：齿轮设计；齿轮载荷谱；齿轮噪音；修形
        引言
        随着分析软件的广泛普及，设计齿轮早已不再是一件难事。然而软件仅仅是工具，如何设计出更好的齿轮还必须要人来判断。对此，本文从以下几个方面紧紧围绕着关于汽车变速箱齿轮设计的思考展开论述，笔者结合自身经验提出合理化建议，供相关人士参考与借鉴。
        1齿轮疲劳强度以及安全系数
        针对齿轮的疲劳强度分析来说，其往往是依赖于荷载谱的制定。不少汽车厂家均是借助于受力分析获得齿轮承受的应力，而后将这个应力与材料许用应力（通过查表以及相关要求得到的）进行比较，计算获得与之相匹配的“安全系数”。而针对这个“安全系数”而言，其变化较大，和理论系数进行详细对比存在以下区别：
        第一，实际荷载环境不同。我们都知道，汽车在行驶期间，因为受到像天气、路况等诸多因素的干扰，齿轮的实际荷载时一直变化的，因此相关工作者在制定荷载谱的过程中，应当进行诸多方面的技术处理，比如将没有用的峰值载荷剔除掉。
        第二，齿轮工作循环次数不同。在汽车行驶期间，无论哪个档位的啮合齿轮工作循环数均存在着较大的差异：相同型号的变速箱安装在不一样的车型中，在实际行驶过程中的负载也会存在着天壤之别。因此，在对齿轮进行设计期间，应当对变速箱所安装的车型以及使用用途予以高度重视。
        根据以上不同，相关人员在设计变速箱传动齿轮副期间，应当基于对同类产品各种工况下进行详细比较，结合软件分析每种车况、工况下的结果，并依据“经验”制定出科学合理的允许强度。因为使用材料、工作状况等方面存在区别，所以这个“经验值”也呈现出不同状态，因此只能定性而无法定量。
        从客观的角度出发来讲，齿轮材料的抗疲劳性往往是通过试验论证的，而MT变速箱齿轮基本上是疲劳造成失效，因此制造齿轮选用材料，通常分析的是材料疲劳。
        通过对齿轮载荷进行详细计算得到了与之相匹配的α-N曲线图，此时坐标点和曲线纵轴交点之比叫做“安全系数”，并且和曲线横轴交点之比叫做“损伤率”。两者结合分析，才能分辨出产品的安全性能。
        2齿轮噪声指标的考虑
        基于汽车工业快速发展的背景之下，驾乘人员对汽车的乘坐舒适性要求越来越高，车遭早已是判断汽车质量的主要标准这一。随着加工工艺的日益完善，齿轮的准确性以及可靠性也呈现出了大幅度上升，降噪已成为变速箱齿轮设计的重点话题。鉴于此，本文从以下几个方面对齿轮噪声指标进行探讨：一是噪音来源；二是降噪措施，具体内容如下：
        2.1噪音来源
        一般而言，变速箱总成的噪音来源通常涵盖以下几个方面：一是齿轮啮合；二是齿轮轴弹性变形；三是壳体共振；四是轴承转动摩擦；五是润滑油和壳体内腔摩擦等。然而其最为关键的噪音来源要非齿轮啮合过程产生的噪音莫属了。之所以这样说是因为齿轮啮合期间的刚度会呈现出逐渐改变的状态，在啮合的一刹那，刚度会形成瞬间变化，显然这样就会致使速度等相关参数在其有关位置上发生瞬间改变的情况，而这个改变就属于齿轮噪声的关键因素，只有对这个变化量加以控制才能降低齿轮噪音。
        2.2降噪措施
        2.2.1选择合适的齿轮参数
        a：模数m。第一件事情就是要充分确保足够的强度，并将目光放在噪音的影响上面，通过降低模数的方式来减少齿轮噪音。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

针对选择范围，主要体现在以下几个方面中：一是微型轿车与轻型轿车：2.25~2.75；二是中级轿车：2.75~3.0；三是中型货车：3.5~4.25；四是重型货车：4.25~6.0。
        b：压力角α：倘若降低α，那么就会令噪音减少，然而这一措施会对齿轮承载水平产生一定的影响。通常情况下，轿车高档齿轮主要以15°的小压力角或者是16°的小压力角为主，针对中重型汽车低速档齿轮而言，通常使用较大α，像22.5°、25°。就常规齿轮而言，通常以20°的压力角为主。
        C：螺旋角β。假如增大β，提升齿轮重合度，那么就会令噪音降低。但是话又说回来，不可过大，试验验证：倘若当β处于30°状态下，那么此时弯曲疲劳强度瞬间减少，同时接触疲劳强度呈现出快速上升的趋势，很容易发生齿根裂开的情况。
        2.2.2杂件的设计
        不管是针对变速箱壳体的外形设计，还是就离合器壳的外形设计而言，都要最大限度地优化结构动态特性，将刚度加以提升，降低共振：在整个环节中，箱体形状需要最大限度地令噪音辐射面积逐渐降低，以此来减少大平面过渡情况发生的次数。
        2.2.3加工工艺
        从加工方面来讲，可以采取以下方式来降低齿轮传动噪声：一是将齿面精度加以提升；二是降低磨齿余量；三是减少齿形误差；四是利用修缘齿形；五是使用剃鼓形齿等。
        3齿轮修形处理措施
        对上述内容进行论述之后，接下来从以下几个方面探讨齿轮修形处理措施：一是齿形修形；二是齿向修整，具体内容如下：
        3.1齿形修形
        针对轮齿修形来说，其可以减少齿轮的噪声，令齿轮传动处于安全稳定的状态。
        轮齿修形一般借助于成对齿轮副一起进行，这样就可以在无形当中降低单个齿轮的修形量。修形量的大小各个企业、相关要求均存在着较大的差异性。这里值得一提的是，齿轮有效齿顶圆直径会对齿轮修形产生一定的干扰，因此在齿顶圆直径位置修整的基础上，也要合理控制顶部倒角，目的是为了充分确保齿轮实际啮合重合度。当齿轮处于轻载或者是空载状态下，当齿轮修形完毕之后，会令啮合齿顶以及相关齿根间隙增加，这样就会慢慢衍生出相应的压流，继而对运转稳定性产生影响。
        3.2齿向修整
        当变速箱在实际运作期间，齿轮箱里面的齿轮以及轴基于受载状态下出现了变形情况，壳体也由于受到压力而发生变形，零件在具体加工的时候，也容易出现测量误差等一系列现象，显然这些均能够诱发齿端突然接触，因此齿向修整就显得格外重要。倘若想要解决这种现象，那么均可以借助于鼓形齿的手段做好齿向修整工作。
        针对鼓形齿的修整来说，相关人员需要将目光放在鼓形量的上面。通常情况下，鼓形量保持在0.010~0.015mm的范围内为宜。由于变速箱工况日益发生改变，因此这个时候齿轮的荷载以及塑性变形也会随之发生相应的改变，究竟选择哪种鼓形量，无法通过一成不变的公式进行计算，通常都是借助于试验的手段得到。除此之外，基于机械设计软件快速发展的背景之下，可借助于软件对变速箱等传动系统加以模拟加载分析，并在此基础上对各种疲劳、噪音等进行科学预测。
        4 结语
        综上，在对汽车变速箱齿轮进行设计期间，应当对以下几点予以高度重视：一是整车使用的荷载谱；二是啮合噪音等，并在此基础上采取相应的修形处理，就可以将齿轮的承载水平加以提升。但是话又说回来，因为产品不同、使用条件不一致等情况的存在，国家标准无法制定统一的标准，所以这就要求相关企业应当在充分结合自身发展趋势以及产品特征的基础上，制定出与之相匹配的企业标准。
        参考文献：
        [1]刘仁.汽车变速箱齿轮的高强度优化设计[J].科技经济导刊，2018，26（12）：55.
        [2]李阳. 某型汽车变速箱齿轮修形设计与实验[D].东北大学，2017.
        [3]侯俊.关于汽车变速箱齿轮设计的思考[J].赤子（上中旬），2015（04）：222.
        [4]方宗德，吴序堂，乐兑谦.汽车变速箱齿轮的高强度优化设计[J].西安交通大学学报，1988（05）：93-99.