齒面微觀修形技術在齒輪降噪中的應用

計聯岳

摘要：近年來通過廣大制造商的潛心研究，在齒輪修形方面都有了可觀的成果，由于僅僅在制造工藝和安裝精度上提升齒輪的運轉質量將會大大提升制造成本，所以現在多采用根據自身產品特點和制作條件的齒輪微觀修形技術，經實踐檢驗值得推廣。

關鍵詞：齒面微觀；齒輪降噪；優化修形

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0067-03

1 齒輪傳動的靜傳遞誤差模型

之所以會產生齒輪運轉時的噪聲，主要就是因為齒輪在制造或后期運轉變形帶來摩擦引發的震動，當汽車運動齒輪開始轉動，震動是通過輪軸、軸承以及軸承座先傳遞到變速器上，先引發變速器箱體產生震動，變速器表面又將震動向外擴散反射出去，這就使我們聽到了噪聲；另外，當震動傳達到變速器內，會使箱體內的空氣跟著震動起來，這些聲音一部分會散發出箱體并跟著外界的空氣再次形成震動噪聲，另一部分會在箱體內相互震動引發噪聲。齒輪的嚙合內部激勵主要有兩種：第一種是在荷載作用下的誤差激勵，這種激勵是具有位移性質的；另一種是具有沖擊力的內部激勵，這種激勵是由于齒輪轉動后的嚙合沖擊產生。前者是與剛度激勵有關系的，也就是在由于荷載的因素引起的齒輪變形，它與齒輪出廠的誤差相互作用，用靜傳遞誤差表示，齒輪在轉動時荷載的作用導致的齒輪旋轉到一個角度后實際位置與預測位置的偏離，可以通過以下式子進行分析：

圖1

圖1中的1和2表示剛體漸開線齒，b1、b2表示與彎曲變形相關的兩個彈簧，H1、H2表示齒輪軸上與接觸變形相關的兩個彈簧，a與a'表示兩個齒輪軸上的無質量剛體塊，P、G表示兩個齒輪體，圖中虛線是實際齒輪形狀，實線表示理論完美無誤差的齒輪形狀。然后根據這個假設模型，推導兩個齒輪轉動過程中的靜傳遞誤差值。

當兩個齒輪轉動時，主動輪運動傳遞給被動輪一定荷載，在圖1中可以看出，運動時荷載先通過主動輪體（以下用P表示）經過b1，再經過輪軸上的H1、H2、漸開線齒2，最后到達中間元件（以下用b2表示）通過G傳出去。假設P在等量時間間隔內轉動了θ1角，那么P在嚙合線上的位移用rb1θ1表示，根據圖1推導G的移動距離為：

分析這個公式，rb1代表的是主動齒輪整個圓齒面的半徑；θ1代表的是主動齒輪在轉動時的度數；DH1、DH2代表的是兩個齒輪的輪齒運動相對時沿著力量方向的變形程度；DB1、DB2代表的是兩個齒輪在接觸時的彈性變形程度；Ef1、Ef2代表的是兩個齒輪在運動過程中嚙合點處的修形量，ESAB代表的是這個嚙合齒與下一個嚙合齒相對時的綜合偏離誤差，如果是負值那么最后就取負，反之則取正。B代表在當前嚙合線方向下，超過此嚙合點A點的下一個嚙合點。通過分析式（3）可以得出，P在嚙合線上的位移要克服齒輪因為彈性變形導致的最終誤差，從而齒輪的輪齒間有縫隙，齒輪才能進行運轉。

在式（5）中，δA表示的是在單位長度上由于荷載作用導致的嚙合變形程度。另外Cb1表示的是彈簧b1的柔性值；Cb2表示的是彈簧b2的柔性值；CH1表示的是彈簧H1的柔性值；CH2表示的是彈簧H2的柔性值，另外用EA代表輪齒的綜合偏差，因此式（5）可以繼續轉化為：TE=EA-FAδA。

2 對齒面微觀分析及優化修形技術

在用軟件對齒輪表面進行數據分析時，首先就要注意汽車變速器的問題，因為齒輪變速時，除了直接檔位，所有的檔位動力都會經過常嚙合齒輪，所以，在優化修形技術中首先要考慮并完善的就是常嚙合齒輪的修形，這是減輕噪聲的重要環節。經過對Tavakoli M S等人的學術理論研究和以往對齒輪微觀修形的經驗，確立了一個在靜態傳遞中誤差最小的優化過程，通過優化修形參數，最后真正實現降低噪聲的效果。此軟件中的齒面微觀分析可以達到齒面荷載分布更加均勻的目的，提升強度，降低在靜態傳遞情況下的震動噪聲。

首先在軟件中要對汽車內縱置變速器建立一個虛擬模型，然后在這個樣機中輸入不同的額定荷載，分別為-30%、-20%、-10%、10%、20%、40%、60%、80%這樣八種情況，其中負值表示的是倒拖情況，根據這些額定荷載分析變速器不同檔位下的靜傳遞誤差以及齒面荷載分布值，分析齒面原始情況下和經過優化修行后常嚙合齒輪的不同情況。

經過比對分析，常嚙合齒輪在經過優化修形后，齒輪的嚙合面積更廣，嚙合度更高，齒面單位長度上荷載力分布更加均勻。經過觀察，汽車在三檔工作時，噪聲大大降低，嚙合質量有很大提高。

表1顯示的是軟件測量的靜傳遞誤差幅值及降噪值，表示了在不同工況設計下，經過原始修形以及優化修形在齒面單位長度上荷載分布的降低率以及降噪值。從圖1中可以看出，經過優化修形以后的靜傳遞誤差在所有工況測量下都有不同程度的減少，根據以往經驗，按照用6db換算靜傳遞誤差值減小一倍的情況，得出相應降噪值，根據表1我們可以看出噪聲降低明顯。由此可以論證，經過優化修形后的齒面嚙合度更好、參數更加合理，達到了降噪的目的。

表1

3 結語

在齒輪制造以及安裝過程中會因為變形造成齒輪嚙合有一定誤差，這就會造成齒輪內部激勵，嚙合度下降，導致齒輪轉動時產生噪聲。通過Romsx軟件分析齒面荷載情況以及對常嚙合齒輪的優化修形結果我們可以看出，利用軟件對齒面進行優化修形可以使齒面的荷載力分布更均勻合理，使單位長度的荷載最大值有所下降，大大提升了汽車變速器常嚙合齒輪的嚙合質量，達到了降低噪聲的效果。

參考文獻

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