汽車變速器齒輪設計及問題分析

緱俊杰

摘 要：隨著科學技術的不斷更新發展，實際生活中對汽車變速器齒輪的結構及使用強度要求越來越高，同時也擴大變位齒輪的使用范圍。本文對齒輪模數、齒數、壓力角及螺旋角等參數進行分析計算，改變傳統汽車變速箱齒輪設計，減輕齒輪噪聲并有效增加強度，依據公式計算齒輪尺寸及強度。

關鍵詞：汽車變速器；齒輪設計；噪聲；齒輪載荷譜

1 引言

高強度齒輪具有一定特殊結構，本文針對齒輪模數、齒數、螺旋角及壓力角進行探析。確定模數、壓力角、螺旋角及齒數等因素，計算相關公式。在汽車變速器齒輪上應用計算機軟件，使計算更加精確，并結合人工計算，設計更為合理的齒輪。

2 制定齒輪載荷譜

齒輪承受能力根據齒輪強度確定，齒輪載荷譜理論是通過齒輪最大載荷量計算使用材料的許用應力，并通過不斷比較最終得出齒輪安全系數，但理論結果同實際應用仍存在一定差別，具體包括以下幾點：

2.1

齒輪載荷差別。由于實際生活中汽車會出現起步、緊急剎車或由于路況問題導致顛簸等。所以齒輪實際應用中的承載會隨之發生不同變化，使汽車變速箱內的傳動零件出現高出額定載荷現象。但在路面情況良好或汽車穩定行駛時，又會使載荷小于額定載荷。因此在確定實驗方式前，需要精確處理技術，除去巔峰載荷值，也可以直接使用額定載荷值。

2.2

齒輪工作循環差別。齒輪的不同檔位決定實際應用中的不同使用次數，即使不同車型所使用變速箱相同也會出現使用工況差異，根據載荷差別及工作循環差別，在實際生活中技術員要根據多年工作經驗對同類產品進行比對，設定相對安全的強度范圍，另外要明確齒輪的擋位、制造工況、使用材料及制造工藝也存在不同，必須定性分析、定量計算。通過實驗確定齒輪制造材料的疲勞性能，得到相關循環次數及應力疲勞曲線。

高周疲勞會引起變速箱齒輪失效，所以齒輪材料循環次數要高于 104使用壽命。

3 齒輪噪聲指標

由于齒輪齒面咬合時產生摩擦和滑動，產生噪聲。為避免噪聲過大，在設計齒輪時需保持基圓和齒合起始圓之間距離，保證距離越遠越好。但距離過遠又會出現齒輪重合度與長齒制之間的矛盾，所以在設置范圍時要有一定依據。法向齒距通常采用基圓和齒合起始圓徑向距離大于1/5，以齒合起始圓盡量遠離基圓為原則設計齒合起始壓角。

針對升速較大的齒輪要控制進弧區和退弧區噪聲指標達到降低噪聲的目的。齒輪在齒合傳動中會產生一定摩擦力發出噪聲，噪聲最大時齒面接觸由進弧傳動到退弧，為了減小噪聲，要使進弧小于退弧，增大主動齒輪外直徑，減小從動齒輪外直徑。

4 齒輪重合度

齒輪運行過程中，接觸齒數不斷發生改變，所以齒輪載荷不斷變化，形成沖擊力，此時對齒輪強度及噪聲影響最大。理論上齒輪無變形、尺寸無騙車能夠保證齒輪齒合完整、載荷平穩，從而減輕噪聲，但實際中齒輪重合度對齒輪噪聲產生仍具一定影響。

5 齒輪修形問題

5.1 確定齒數。首先確定中間軸一檔齒輪齒數，中間軸齒輪最小，齒數過少導致變位系數過大，容易產生膠合，且直徑過小會影響齒輪齒合長度，所以必須要確定齒輪齒數，通常中間軸一檔齒數要求不少于 13；然后確定二軸一檔齒輪齒數，通常應不少于 50，過多會導致變速器中心距離難以符合其他檔位要求；最后確定常嚙齒輪傳動比，根據實際設計，高速型常嚙齒輪傳動比通常小于 1.3，低速常嚙齒輪傳動比通常大于 1.3，為滿足我國制造水平，通常保證傳動比不小于 1.5，防止中間軸轉速過快導致潤滑油溫升過高。

5.2 確定齒形。通過齒形重合度修正齒形，以齒形內多齒嚙合區為原則修形，修形后理論嚙合部分均為單齒嚙合。主要有以下方法：通常不修齒輪，只修齒根部分及單齒輪齒頂；對兩個齒頂修形；齒根、齒輪齒頂都修。根據實際情況進行修形，盡量縮小齒輪修整量。比較常用的是同時修整兩個齒輪。

6 總結

本文針對汽車變速器齒輪的設計修形進行簡要探析，通過對制定齒輪載荷譜、控制齒輪噪聲及齒輪修形的研究更深入了解齒輪設計過程的精密程度。實際應用中同理論結果存在一定差異，因此在設計齒輪時要結合實際情況，確保設計出的齒輪更符合車輛所需。

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