关于汽车变速箱齿轮设计的思考

关于汽车变速箱齿轮设计的思考

发表时间：2016-06-08T15:47:47.167Z 来源：《基层建设》2016年4期作者：薛蕊

[导读] 随着改革开放的步伐，汽车在人们的社会生活中担任的作用越来越多，曾经是奢侈品的汽车也越来越普及。

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摘要：随着改革开放的步伐，汽车在人们的社会生活中担任的作用越来越多，曾经是奢侈品的汽车也越来越普及，而人们对生活质量的高要求也迫使汽车制造行业不仅要满足汽车最基本的行驶功能，同时也要提高汽车的舒适性，而噪音便是影响客户舒适性的最主要原因之一。通过研究发现，汽车的噪音大多是变速箱引起的，而变速箱的噪音产生于齿轮的啮合。本文通过对汽车变速箱齿轮设计进行一些研究，以期找出能够合理降低汽车变速箱噪声的方法。

关键词：汽车变速箱；噪音来源；齿轮修形方法

引言

随着汽车市场的发展，作为汽车制造中重要的底盘部件，齿轮变速箱的需求也在日益扩大中，与传统的传送系统相比，加入了变速箱的传动系统更加能够满足现代人的驾车需求，让汽车在不同路况下都能进行有利行驶，改变汽车的传动比，使汽车能够进行倒退行驶与长时间切断动力的传输。同时齿轮变速箱能够改变驱动轮上扭矩和行驶速度，使汽车在一定范围内切换更加灵活，例如汽车可以在高速路上所需速度和市区所限速度之间自由切换。

一、对变速箱的齿轮噪音的思考

虽然齿轮变速箱对汽车制造业来说是一个不可缺少的部件，但是齿轮变速箱的出现同样给设计者带来了一些困扰，其中噪音问题是设计者一直希望改善的问题。

1.1噪音来源

从前文我们可以发现汽车噪音的出现大部分是由于变速箱噪音，而变速箱噪声又是如何形成的呢？一般我们认为变速箱噪音是因为齿轮在传送过程中，轮齿的弹性、制造或者一些装配误差导致之后的啮合冲击，造成一定的振动，而振动产生声音并通过汽车内部零件传至汽车箱体，再加上轮齿在啮合的时候总会产生一些声响，这些可以看做是齿轮表面产生的噪音，在另一方面，由于冲击产生的振动并不是仅仅影响了齿轮变速箱也影响了齿轮系统的其他部分，内部与外部的噪音最后形成共鸣噪音，使得汽车噪音成为汽车购买者进行考察的一个重点关注问题。与一般的机械系统相比，齿轮系统产生振动噪音的内部源头有有3个：啮合刚度激励、传动的误差激励以及轮齿的啮合冲击激励。要研究如何改善汽车的噪音问题自然要从这几方面着手。

1.2降低噪音的措施

1.2.1提高齿轮的精度等级

在进行汽车的传动系统设计时，设计者往往将经济效益置于首位，这就导致低精度齿轮频繁出现在汽车的传动系统设计中，但从美国齿轮制造协会的研究数据可以看出，高精度等级的齿轮才会产生更少的噪音，所以设计者需要在条件允许的情况下选择更高精度的齿轮从而减少噪音。

1.2.2减小齿距和压力角，降低轮齿的运转速度

小的齿剧与大齿剧相比，有更多的轮齿同时接触，这就使得单个齿轮之间的挠曲减少，从而提高了传送精度，降低了噪音，较小的压力角也是同样的原理。根据研究表明，轮齿运转速度的增加会使得噪音的等级增加，这就告知设计者需要减少轮齿的运转速度从而降低噪音的等级程度。

1.2.3尽可能采用圆筒形齿轮箱体

就目前市场上我们所能看到的齿轮箱体，一般是圆筒形，通过研究我们发现在其他条件一致的情况下，圆筒形箱体更加能够减少由于振动产生的噪音。

1.2.4尽量减少误差

在制造过程中齿轮会出现许多误差，而这些误差往往是导致传动噪音的一个重要原因，只有误差小，尽可能精确的齿轮才能够达到减少噪音的效果。

1.2.5装配时注意同心度

只要通过人手进行装配的部件总会出现一些误差或者出现一些问题，比如说如果装配人员在进行装配时没有注意到同心度的问题就会导致轴的旋转不平衡，从而导致噪音的加剧问题，严重影响传送系统的精度问题。

1.2.6加强系统指标检定工作

在装配前零件进行检定之后并不能保证装配后的系统精确度，当然噪音也是其中一项很容易受到影响的项目，所以在装配之后对系统进行检定是极为关键的一项工作。

1.2.7安装过程中注意调整几何精度

如果在安装过程中几何精度没有达到一定的标准就会导致整个传送系统产生共振，从而导致噪音的产生，所以在进行安装的过程中应该注意改善安装的工艺，保证最后的安装达到一定的标准，从而保证楚论变速箱的噪音处于正常指标范围。

通过对建造措施的研究，我们不难发现齿轮误差对于齿轮噪音的影响是最为重要的，采用高精度的齿轮又会影响到生产成本的增加，所以要改善汽车变速箱齿轮喜欢懂得噪音最为合理的方法就是对齿轮进行修形设计。

二、齿轮修形处理办法

2.1渐开线齿轮轮廓修形理论与方法

我们从单侧来观察齿轮在实际啮合过程中是如何运作的，我们可以看出在齿轮变速箱进行运作时，单齿与双齿实际上处于不断交替啮合的过程中，这也就导致每一个轮齿所受到的载荷也是一直在改变的，再加上单齿与双齿的切换时间很短，这就导致轮齿很容易产生严重

的激振，从而产生啮合噪声。再加上在进行制造和装配时出现的各种误差，使得噪音的出现无所不在。由于在啮合位置上出现的弯曲变形、剪切变形及接触变形3种变形的综合影响，荷载的变化也变得相对平缓，当然这是最为理想的轮齿啮合过程。

但在实际情况中，由于轮齿在制造过程中存在误差，再加上弹性变形的出现，轮齿在啮入时，一般会产生啮合干涉。当然，在单齿向双齿进行交替啮合时，这段时间产生的弹性变也是随着一个轮齿向另一个轮齿进行转移，所以如果不进行一定的齿轮修形就会导致啮合冲击的发生。

进行轮齿修形的时候要注意根据不同的状况采取不同的方法，第一种方法同时对主动轮和从动轮分别进行齿顶倒角，当然齿顶倒角的具体取值需要根据不同的标准进行确认。第二种方法是只对主动轮进行齿顶修形和齿根修形，当然为了减小啮入冲击，主动轮齿根的修形量应大于主动轮齿顶的修形量。第三种方法是进行齿顶修缘，这就需要根据工况确定修形量、修形长度及修形曲线。

2.2斜齿轮轮廓修形理论和方法

在对齿轮进行修形加工之前，齿轮已经接受了热处理这就表明齿轮只能选择磨齿加工这种精加工方法，这种精加工方法需要采用YK7332A数控成型砂轮磨齿机来对斜齿轮进行齿廓修形加工，而使用这种机器需要遵从以下的步骤：（1）将一些基本的几何参数通过齿轮几何参数窗体进行计算，同时需要输入齿轮的基本设计参数，使得计算机能够给出一个较为准确地答案。

（2）在进行前一步骤之后软件会提供三种齿根过渡方式，这就需要工作人员根据自己的实际情况选择最适合的齿根过渡曲线，然后输入齿根过渡曲线参数。

（3）接下来便是输入齿形修形参数，看结果图之后进行下一步。

（4）在这一步要注意参数与工件件号是属于对应关系，这就需要工作人员在输入砂轮参数时严格按照说明，保证最后的结果万无一失。

（5）当前面这些设置都已经修改完成之后，就要开始计算砂轮截形，在这一过程中需要更具错误提示进行一些修正，如果最后的结果是计算成功，那么软件就会显示出砂轮轴截面截形。

（6）接下来就是最为重要的机床磨削，在机器控制中心输入磨削参数，从而控制主要的齿轮磨削工艺参数，比如磨削余量及磨削速度。

（7）然后通过输入砂轮修整参数来控制砂轮修整次数、砂轮总修整量、修整走刀速度计金刚石修整轮与砂轮线速度比。在这其中最为重要的便是金刚石修整轮与砂轮线速度的比值，比值与砂轮转速呈反比，与修正出的砂轮的锋利程度成正比，所以这个取值需要多加小心。

（8）在接下来的步骤就是检查、输入金刚石修整轮参数，这一步骤需要专家的指导，否则将会造成不可挽回的后果。

（9）最后一步便是生成加工代码，通过设置砂轮磨齿机的相关参数并进行最后的加工。

三、结语

要满足现在生活的需要，汽车变速箱齿轮设计还有许多可以优化的地方，本文从减少噪音入手，希望能够给广大企业同仁一定的启发。当然，由于产品、针对对象的不同，国家并没有制定一个确定的标准，这就需要企业根据自己的实际情况制定出适合滋生的企业标准。

参考文献：

[1]张少亭.变速箱齿轮剩余疲劳寿命预测及再制造可行性研究[D].合肥工业大学，2009-04-01.

[2]吴日龙.基于电动汽车变速箱降噪的齿轮修形技术研究[D].辽宁工业大学，2014-03-01.