变速箱齿轮噪音分析(完整版)

变速箱齿轮噪音的浅析

自1894年一个法国工程师给当时的汽车装上世界第一个变速箱以来，汽车变速箱的发展已经走过了一百年的历程。变速箱，英文叫做Transmission，位处离合器和传动轴之间，可以将发动机的动力和转速输出进行调节后，再传给驱动轮，起到调配作用。变速箱是汽车动力系统中重要性仅次于发动机的部件，直接涉及操控乐趣和驾乘舒适性。因此，变速箱的质量直接影响汽车的质量。

汽车变速箱从最早的MT手动档，演变为目前较多汽车上配置的自动档、手自动一体档。但不论手动档还是自动档的变速箱，都有一个共同的故障模式—噪声。而变速箱产生噪声的因素又是很多，这里我只讨论其中的一个因素—-齿轮。

为了提高变速箱的质量，降低变速箱的噪声，在齿轮加工过程中，除测量齿轮的的齿形、齿向、径跳等参数外，还会对齿轮的噪音进行检测或者配对使用，这在高端变速箱生产中是比较常见的。

一、齿轮传动噪声的影响因素

首先我们分析一下产生噪音的原因。齿轮噪声更准确地应称为齿轮传动噪声，其声源为齿轮啮合传动中的相互撞击。齿轮传动中的撞击主要齿轮传动误差和安装误差引起。

1) 齿轮啮合的周期性变化对传动噪声的影响

也就是说，当一对齿轮进入啮合时，其啮合点速度的瞬时差异造成在被动齿轮齿顶处产生撞击，发出撞击声音。在不同载荷下齿轮传动产生的噪声程度也是不同的。

2) 齿轮加工误差和安装误差对传动噪声的影响

传动噪声的影响因素主要为齿轮的加工误差和安装误差。加工误差包括齿形误差、齿向误差、齿距误差、齿圈跳动等。安装误差主要包括齿轮安装后在变速器内轴线的平行度、中心距、和齿轮副的侧隙等。

a.齿形误差是齿轮精度标准中影响齿轮传动振动噪音的主要误差项目，它破坏了齿轮传动的平稳性，使齿轮在啮合过程中产生瞬时传动比的突变，即产生角加速度，引起附加动载荷的变化，从而产生高频冲击而发出噪音。

b. 齿距误差是由于设备、刀具、齿坯加工时安装定位等多种原因造成的，是不可完全避免的误差，它的存在会造成变速器噪音周期性反复。

c. 齿轮安装轴线不平行、中心距误差、齿向误差以及齿轮副侧隙过大等，都会造成齿轮副不正确啮合，产生撞击声。

这里我主要想分析一下齿轮的加工误差对噪声的影响。如何解决这个的问题呢？在解决问题之前，我们先以渐开线圆柱齿轮为例，了解一下齿轮的加工工艺。以便从中找出齿轮加工误差的解决办法。

二、圆柱齿轮加工工艺

1. 轮齿的加工方法：现在大部分变速箱使用的齿轮为渐开线圆柱齿轮，渐开线圆柱齿轮的加工主要有两种法式：展成法和仿形法。

1.1 仿形法是利用与齿形曲线相同的成形铣刀来加工齿形。其加工特点是：加工速度慢、需要专用刀具、加工精度低、不适宜大批量生产。

1.2展成法也称范成法是利用刀具和工件相对运动来切削齿形的方法。其加工特点：加工速度快、符合一定条件时刀具可以通用、加工精度高、适宜大批量生产。刀具主要有滚齿刀、剃齿刀和插齿刀。

2、圆柱齿轮的加工工艺

2.1齿轮加工工艺过程

从上面的工艺过程可以看出滚齿是制齿的粗加工、剃齿是制齿的精加工过程，这两个过程加工质量决定着齿轮的最终质量情况。因此以上两个过程是我要重点分析的。

2.2滚齿过程中，影响齿轮质量的因素

a、如图3所示，在滚齿机上安装齿坯时，齿坯回转中心O1O1与机床心轴回转中心OO 有安装偏心ej,，在滚齿时，假定滚齿刀到机床回转中心O距离不变，这样切出的齿轮会有一个几何偏心ej,如图5所示。产生几何偏心的齿轮齿圈上各个齿形的形状和位置相对于加工中心O是没有误差的，但相对于几何中心O1是有误差的，齿高是变化的。这样的偏心最大量是2ej。这样的齿轮齿面位置相对回转中心在径向的变化量是以一转为周期的变化，会引起传动比的周期变化，影响传动的准确性。此种偏心称为几何偏心。产生这种偏心的齿轮会产生径向跳动误差。

b、还有另外一种情况如图3所示，当滚齿机分度涡轮轴线O2O2与机床心轴回转中心

OO有运动偏心ey时，会使齿轮产生切向的运动误差如图5，齿圈分度圆上尺形的形状和位置相对于中心O是变化的，齿距由小变大，再变小，以一圈为周期变化。此种偏心称为运动偏心。运动偏心的齿轮会产生齿距误差。造成公法线变动量超差。

c、由于滚齿刀制造质量、刃磨质量、安装调整问题；滚齿机自身精度、涡轮制造质量、安装质量等原因同样会使加工出的齿轮存在齿形误差、齿向误差、齿距误差。

2.3、剃齿对齿轮质量的影响

剃齿是根据一对轴线交叉的斜齿轮啮合时，沿齿向有相对滑动而建立的一种加工方法。剃齿时剃齿刀和齿轮是无侧隙双面啮合，剃齿刀刀齿的两侧面都能进行切削。当工件旋向不同或剃齿刀正反转时，刀齿两侧切削刃的切削速度是不同的。为了使齿轮的两侧都能获得较好的剃削质量，剃齿刀在剃齿过程中应交替的进行正反转动。图6是剃齿的图。

剃齿是一种利用剃齿刀与被剃齿轮做自由啮合进行展成加工的方法。剃齿刀与齿轮间没有强制性的啮合运动，所以对齿轮的齿距误差修正较小，但对齿形、齿向、齿面粗糙度等会有明显的提升。

剃齿是对滚齿后的齿形做进一步的修整，我们所需要的齿形形状都是由剃齿来完成的。为了降低噪音，现在大多数齿轮都有修形的要求，齿向修形、齿顶修形等。这就使得剃齿成为比较重要的加工工序。一般滚齿后会给剃齿留0.15左右的加工余量，余量太大或太小都会影响剃齿质量。

剃齿刀是不得不说的一个关键因素，剃齿刀的刃磨质量和制造质量决定着齿轮的质量。另外因为剃齿是非强制切削，所以对因滚齿造成的误差剃齿是无法修复的，尤其是公法线变

动量超差更难以修复，而且，剃齿还会把滚齿造成的齿圈径跳误差转换成公法线误差。因此，要求滚齿时必须保证齿轮的公法线精度。

三、影响齿轮噪音原因控制

既然影响齿轮噪音的主要参数的加工形成方式清楚了，那么我们也就找到了解决的办法。

1、齿顶修缘

前面已经说过产生齿轮的噪声的一个因素就是齿轮啮合撞击产生的噪音。对齿廓修缘是改善齿轮动态性能和降低振动噪声的主要措施。如图7所示. 对进行齿顶修缘可以减小啮入冲击，从而减小因冲击造成的噪音。齿轮修缘是指在齿轮齿顶用一段曲线代替标准渐开线。修缘曲线一般都选取压力角大于20度的渐开线，这样加工起来会比较容易。现在设计师在设计齿轮时大都已经采取了齿顶修缘的方式。这样就为降低齿轮的噪声提供了最基本的保障。当然，齿顶修缘在加工时对刀具的要求很严格，因为当修缘曲线与齿面曲线相交处过渡不正确，反而会造成啮合噪音的加大。

2、齿向修形---鼓形齿

减少啮合冲击，降低噪音的另一种方式就是进行齿向修形即采用鼓形齿。齿向修形是对齿轮渐开线轮廓的一种修正如图8。

在正确啮合的一对齿轮副中，齿宽方向应该是均匀受载图9（a）所示，这样才能提高齿

轮的承载能力和减小啮合噪音。但实际啮合中因为齿轮存在制造

误差及安装中箱体孔的位置误差、轮齿受载后的弹性变形等多种