基于汽車(chē)變速器齒輪修形優(yōu)化的研究

郭銘影

（韶關(guān)飛翔自動(dòng)變速箱有限公司 廣東韶關(guān) 512000）

基于汽車(chē)變速器齒輪修形優(yōu)化的研究

郭銘影

（韶關(guān)飛翔自動(dòng)變速箱有限公司 廣東韶關(guān) 512000）

本文主要利用MASTA專業(yè)軟件對(duì)現(xiàn)有汽車(chē)變速器進(jìn)行建模及仿真，模擬實(shí)際負(fù)載狀況，重點(diǎn)分析輪齒的微觀幾何修形對(duì)變速器性能的影響。通過(guò)對(duì)齒面受力情況找出改善齒面接觸狀況的因素，并結(jié)合齒形齒向的多種修形方法得出齒輪的優(yōu)化參數(shù)。

汽車(chē)變速器；齒輪修形；MASTA軟件

隨著齒輪傳動(dòng)研究和齒輪制造技術(shù)水平的提高，齒輪修形技術(shù)有了很大發(fā)展，特別是國(guó)外的重型汽車(chē)變速箱齒輪應(yīng)用更為廣泛。由傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法發(fā)展的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有汽車(chē)變速器進(jìn)行齒輪嚙合的仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，可獲取齒輪的強(qiáng)度參數(shù)，有效減少試驗(yàn)費(fèi)用，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，為今后設(shè)計(jì)新產(chǎn)品具有很好的指導(dǎo)意義。

1 汽車(chē)變速器仿真模型的建立

目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)在齒輪修形方面仍處于經(jīng)驗(yàn)摸索階段，修形主要靠經(jīng)驗(yàn)，缺乏系統(tǒng)的理論支持。最先進(jìn)的方法是使用傳動(dòng)系統(tǒng)專用分析軟件MASTA，在設(shè)計(jì)階段就準(zhǔn)確地確定系統(tǒng)剛性并預(yù)測(cè)齒輪的接觸斑點(diǎn)，不需反復(fù)即可一次確定滿意的修形設(shè)計(jì)，有效地節(jié)省成本并縮短設(shè)計(jì)周期。

2 齒輪齒向修形

主要對(duì)齒輪沿齒向方向進(jìn)行微量的修整齒面，使其偏離理論齒面。通過(guò)齒輪齒向修形可以大大改善載荷沿輪齒接觸線的不均勻分布的現(xiàn)象，可以提高齒輪承載能力。

修形方式：

（1）最簡(jiǎn)單的齒向修形方法是在齒兩端修整或采用鼓形齒，使齒端最大載荷峰值明顯降低。經(jīng)驗(yàn)多采用在齒寬中部80%范圍內(nèi)起鼓10～13μm。

（2）齒向傾斜修形，也稱螺旋角修形，即要求實(shí)際的螺旋角與理論螺旋角有適當(dāng)?shù)牟钪担匝a(bǔ)償齒輪因多種原因造成螺旋角畸變的齒向，實(shí)現(xiàn)齒寬方向均勻受載荷。齒向傾斜修形效果較好，但不能滿足所有不同的工況。

表1 MASTA分析得出的汽車(chē)變速器五檔齒輪嚙合錯(cuò)位量

本文以變速器五檔（斜齒）為例進(jìn)行齒輪齒向修形，根據(jù)表1齒輪嚙合的錯(cuò)位量，可以確定齒向傾斜量如表2。

表2

將采用兩種修形方式進(jìn)行接觸云圖的對(duì)比。

3 漸開(kāi)線齒形修形

在一對(duì)齒輪輪齒的嚙合過(guò)程中，為了改善其齒面的接觸狀態(tài)，將相嚙合齒上發(fā)生干涉的齒面部分適當(dāng)削去，即對(duì)齒頂或齒根部分進(jìn)行修整，使該處的齒廓不再是漸開(kāi)線形狀，此時(shí)嚙合剛度變化比較和緩，減小由于基節(jié)誤差和受載變形所引起的輪齒嚙入和嚙出沖擊。

修形方式：

齒頂或齒根修形在實(shí)際使用中，由于齒根修形使根部齒厚減薄增加彎曲應(yīng)力，降低齒輪的承載能力，而且容易造成根切，除非齒頂采用大修形都不能滿足要求，否則盡量不采用。多數(shù)采用兩個(gè)齒輪同時(shí)對(duì)齒頂修薄，這樣每個(gè)齒輪的修形量可以減少?gòu)亩苊庀魅觚X頂齒厚。

確定齒形修形開(kāi)始點(diǎn)是齒形修形的關(guān)鍵，總的原則是將齒形內(nèi)的多齒嚙合區(qū)進(jìn)行修整，可以通過(guò)計(jì)算嚙合線上的單齒嚙合分界點(diǎn)LPSTC點(diǎn)和HPSTC點(diǎn)得到齒頂和齒根的修形開(kāi)始點(diǎn)，見(jiàn)表3。

表3 MASTA計(jì)算得出的汽車(chē)變速器倒檔齒輪嚙合分界點(diǎn)

本文以變速器倒檔（直齒）為例進(jìn)行齒輪漸開(kāi)線齒形修形。

[1]BS ISO 21771:2007.Gears-Cylindrical involute gears and gear pairs-Concepts and geometry.

[2]付治鈞.齒形齒向修形初探[J].汽車(chē)工藝與材料，1997，04.

[3]宋樂(lè)民.齒形與齒輪強(qiáng)度[M].1987.

TH132.46

A

1004-7344（2016）17-0324-01

2016-6-1

郭銘影（1990-），女，廣東廣州人，本科，2012年6月畢業(yè)于韶關(guān)學(xué)院，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造及其自動(dòng)化專業(yè)，主要研究汽車(chē)變速器齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲國(guó)家專利三項(xiàng)。