淺談汽車變速器中的齒輪設計

趙學廣 賀彪 張青原

摘要：在實際的汽車變速器齒輪的設計應用中，強度和結構這兩個重要的原因使變位齒輪的使用越來越廣泛。其中值得進行 探討的是高硬度齒面正變位齒輪的設計，其設計具有一定的獨特之處。

關鍵詞：齒輪載荷譜；壓力角；齒輪噪聲指標；齒形修整‘重合度

中圖分類號：TH132.41 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）19-0225-01

On the design of gears in automobile transmission

Zhao Xueguang He Biao Zhang Qingyuan

Great Wall Motor Company， Automotive Engineering Technical Center of HeBei， baoding 071000

Abstract： in the actual design and application of automobile transmission gear， the two important reasons of strength and structure make the use of the modified gear more and more extensive. It is worth to discuss the design of the positive displacement gear with high hardness.Keywords： gear load spectrum； pressure Angle； gear noise index； tooth profile modification； coincidence degree

1 齒輪載荷譜的制定

1.1 齒輪載荷的差別

在齒輪的現實使用中，因為緊急停車、起步、以及路況等因素，

齒輪不會總是恒定地承載額定的載荷，這樣就會讓變速箱等傳動系 零部件，造成大大高出額定載荷的沖擊載荷。但是汽車在路面狀況良好的狀態下行駛時載荷又小于額定載荷。因此在確定試驗方式時，在技術上要進行精確的處理。比如除去大于 120%以上和小于 50%以下的峰值載荷或者直接用額定載荷。

1.2 齒輪工作循環次數的差別

不同擋位的齒輪工作循環次數在實際的使用過程中一定是不同

的。不同車型即使使用同一變速箱其使用工況也是有差異的。例如

工程自卸車和牽引車，他們的使用有著本質的不同。

工程自卸車高檔區齒輪的使用效率較牽引車低，這是因為牽引 車通常是在高速公路或者路況比較好的路面行駛。同時牽引車的倒 擋以及低擋的利用效率又比工程車低。因此變速箱的所匹配車型的 具體使用用途對于制定載荷譜來說是很重要的，盡量做到“因車而 異”

基于以上兩點差別，在實際的齒輪設計中，工程技術設計人員 通常要對同類產品進行對比并根據自己多年的經驗進行設定一個相 對安全允許強度即“經驗值”。同時其他方面也有很多的不同，比 如制造工藝、工況、擋位、材料甚至許用值也是不同的，這些不能 定量的計算，只能定性的分析。

既然有這么多的不同，那怎樣才能在設計過程中根據道路載荷 譜精確的確定設計載荷譜呢？通過試驗可以確定齒輪材料的抗疲勞 性能，這是基本的常識，疲勞破壞經歷的不同循環次數 N，是在不 同應力下產生的。這樣就可以得到關于循環次數 N 和應力的疲勞曲 線，高周疲勞通常會引起車輛變速箱齒輪的失效，因此齒輪材料的 循環次數不能低于高周疲勞有限壽命。

2 齒輪主要參數選擇

2.1 模數和壓力角選擇

模數對于齒輪有很大影響，選用較大的模數可以減少齒輪質量，

而選用較小的模數則可以降低變速器的噪聲。對于不同類型的車輛 變速器應選用的模數也不同，乘用車減小工作噪聲比較重要，因此 齒輪要選較小模數，而貨車減小質量更為重要，因此齒輪要選較大 模數；變速器低擋齒輪應選用大些的模數，其他擋位選用另一種模 數，很少情況下會選同一種模數，而倒擋齒輪選用的模數往往與一 擋接近。

對于直齒輪，壓力角為28°時強度最高，超過28°時強度增加 不多；對于斜齒輪，壓力角為25°時強度最高。乘用車為了增加齒 輪重合度來降低噪聲應選15°或 16°等較小的角度，而商用車為了 提高齒輪承載力應選22.5°或25°等較大的角度。

2.2 螺旋角和齒寬

螺旋角的選取對于變速器中的斜齒輪有著很大影響，這包括齒輪工作時的噪聲大小，齒輪輪齒的強度以及軸向力等。在進行螺旋 角選擇時，可以通過選取較大一些的螺旋角來加大齒輪輪齒之間相 互嚙合的重合度，從而使齒輪工作更加平穩，并減小其工作噪聲， 但螺旋角不宜過大，以免造成輪齒的抗彎強度降低。為了增加低檔 位齒輪的抗彎強度，角度以15°～25°為宜；而為了提高高擋位齒 輪的接觸強度，應當選較大的角度。對于乘用車變速器：兩軸式變 速器為20°～25°，中間軸式變速器為22°～34°；而對于貨車變 速器：18°～26°。變速器中間軸上的齒輪均會采用右旋的旋向， 而其他軸的齒輪采用左旋。

對于齒寬，當選取的齒寬較小時，變速器的軸向尺寸和質量就 會減小，但是齒輪的傳動平穩性也會被削弱。通常根據齒輪模數 m （mn）的大小來選定齒寬：直齒b=kcm，kc 為齒寬系數，取為4.5～ 8.0；斜齒b=kcmn，kc 取為6.0～9.0，b 為齒寬（mm）。

3 各擋位齒輪齒數的分配及輪齒的強度計算

3.1 確定一擋齒輪齒數

通過選取的中心距和模數來計算齒數和：對計算出的齒數和進

行取整，然后通過選定的傳動比來分配大、小齒輪齒數。而對于中 間軸式變速器來說，中間軸的軸徑尺寸對于軸上的小齒輪的最少齒 數有著一定的限制，也就是剛度的限制，所以在對其進行選定時， 要同時考慮到軸的尺寸及齒輪的齒數。不同的車型所對應的中間軸 一擋齒輪的齒數也不相同，乘用車在15～17 范圍內選取比較好，而 貨車則是在12～17 范圍內選取較好。

3.2 修正中心距和確定其他擋位齒輪齒數

在對齒數和進行取整處理后，相應齒輪間的中心距也會發生變

化，所以我們要對中心距進行一定的修正。通過取整后的齒數和 zh 以及齒輪的變位系數來對中心距 A 進行修正，用以計算其他擋齒輪 齒數。其他擋位齒輪的齒數可以根據相應的傳動比，修正后的中心 距以及對應的模數和螺旋角來計算出來。

結語

針對汽車變速器齒輪的設計進行一些問題的粗淺的探討研究，

通過對齒輪載荷譜的制定、齒輪的修形、以及齒輪噪聲指標的確定 和重合度的設計計算，更加的了解到齒輪在設計過程中的精密性以 及對車輛安全行駛的重要性，同時也了解到一些理論的計算結果與 實際的使用過程中還是有很大的差別的，在設計過程中有的計算運 用到計算機及相關軟件計算出結果，但是在實際的運用過程中并不 是很合理。因此在設計時一定要結合實際進行研究設計，設計出的 齒輪才有實際用處才能更加符合匹配車輛的使用。

參考文獻

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