基于Romax的齒輪精度對傳動誤差影響的仿真分析

盧西山 李丹 張標

摘 要：Romax是一款廣泛應用于的汽車變速器領域且功能強大的計算仿真軟件，主要用于變速器機械零件（齒輪、軸、軸承等）的參數設計、強度計算及性能仿真優化。文章借助Romax軟件，就某變速器檔位齒輪精度對于齒輪副傳動誤差的影響進行仿真分析，為設計優化及降低成本提供依據。

關鍵詞：汽車變速器；齒輪精度；傳動誤差（TE）

中圖分類號：U462 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）17-132-03

Abstract： Romax is very useful simulation software using in vehicle transmission field， which is used for parameter calculation， strength calculation and optimization design of gears， shafts， bearings and so on. This paper calculate and simulate the transmission error of gear pairs based on Romax， which using in some kind of vehicle transmission， therefore， optimizing design and costing reduction.

Keywords： Vehicle Transmission； Gear accuracy； Transmission Error（TE）

CLC NO.： U462 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-132-03

前言

齒輪是汽車變速器中的核心零部件。齒輪精度的設定對于變速器傳動性能、加工成本均有較大的影響，也是齒輪生產企業在對生產線規模進行方案分析的重要輸入。目前國內汽車變速器行業內，雙離合器變速器的齒輪精度多設定為國標的6～7級，手動變速器多設定為國標的7～8級，各廠商對于精度的設定也并不相同，主要還是從變速器NVH性能及加工成本角度考慮[1]。齒輪精度的合理設定即可以使得變速器滿足NVH性能要求，同時還可以有效降低制造成本，提高產品的市場競爭力，因此，研究齒輪精度對于NVH性能的影響具有積極意義。

1 概述

齒輪精度制根據國家推薦標準的規定分為兩個部分：第一部分包括輪齒同側齒面偏差包括單齒距偏差fpt、齒距累計總偏差Fp、齒廓總偏差Fα、齒廓形狀偏差ffα、齒廓傾斜偏差fHα、螺旋線偏差Fβ、螺旋線形狀偏差ffβ以及螺旋線傾斜偏差fHβ；第二部分包括了徑向跳動偏差Fr以及徑向綜合偏差Fi[2] [3]，其中較常作為檢測項目的主要包括fpt、Fp、Fα、Fβ、Fr。

在齒輪的基本幾何和修形參數確定的情況下，如何進行合理的精度設定往往決定了產品NVH性能以及制造成本。若采用特制不同精度的齒輪副樣件進行試驗來驗證往往由于費用高、干擾因素大、無法單項精度驗證、周期長等缺點而無法實現。而利用仿真軟件直接針對表征齒輪副NVH性能的傳動誤差（TE）進行量化對比分析，則可更好地把握驗證方向、提高驗證效率、減少驗證成本。

因此本文利用Romax軟件基于三維有限元接觸分析法，針對某6檔變速器的檔位齒輪以一定的載荷工況下，在不同的齒輪精度等級（6、7、8級）時，分析其對于齒輪副傳動誤差情況的影響，進而判定各檔位齒輪副齒輪精度設置成較低等級時（7/8級）的可行性，同時也為產品開發過程中的齒輪精度設定提供一種思路。

2 齒輪精度綜合項傳動誤差分析

針對上節中提到的5項常規齒輪精度檢測項目，分別均設定為6、7、8三種精度等級進行仿真分析。軟件中的精度設定如下圖所示：

仿真對象為某款6檔變速器的各檔位齒輪，仿真工況采用該變速箱的綜合載荷譜工況。

圖2為各檔位傳動誤差曲線及振幅的仿真結果，從曲線情況看，3種精度等級沒有非常明顯區別。傳動誤差振幅隨精度等級的下降而升高，仿真結果符合理論實際。其中2檔齒輪副傳動誤差振幅最大，8級精度時達到6.06μm，說明2檔齒輪若考慮在加工中降低精度可能存在產生較大齒輪嘯叫風險；另外，1檔齒輪副仿真結果顯示隨精度下降振幅反而呈現下降趨勢，說明1檔齒輪修形可能存在偏差，但由于齒輪修形不是本文討論范圍，在此不做論述。

3 各單項齒輪精度對傳動誤差影響分析

上節分析的是5項齒輪精度均相同的情況，本節針對5項精度分別進行單獨分析，研究各單項精度對于齒輪副傳動誤差的影響。

由于Romax無法單獨設置徑跳Fr偏差值，因此本文暫不考慮Fr項，分析其他4項精度項。其中齒廓偏差Fα、螺旋線偏差Fβ由于存在修形，因此不同精度按照修形形狀和公差值進行設置：

齒距累積偏差Fp可直接在軟件中設定，根據不同精度等級Fp值，一個正弦曲線波峰是Fp/2：

單齒距偏差fpt雖然軟件無法直接設置，但軟件可以根據主、從動齒輪計算齒輪副的綜合單齒距偏差：

以1檔齒輪副為例，表1列出了不同精度時各單項齒輪精度數值。需要說明的是，在分析某一單項精度時，其余精度項均設置成6級精度，如在分析Fp項時，將其分別設置成6、7、8級，而其他4項精度（包括Fr）均設置成為6級精度。

由于仿真結果數據量較大，本文將仿真結果以統計值形式放在圖表中進行對比分析：

從對比圖來看，精度等級越低，傳動誤差越大，這和綜合項分析結果一致。對于單項精度等級，2/6檔齒輪副齒距累計偏差Fp降低時對傳動誤差影響的敏感度最大，3/4檔單項齒輪精度降低時對于傳動誤差的影響較其他檔位低。另外，總體而言，單節距偏差fpt，總齒廓偏差Fα和螺旋線總偏差Fβ影響程度相近。

4 結論

本文利用Romax軟件針對某6檔變速器各檔位齒輪在精度分別6、7、8級時，齒輪副傳動誤差的大小進行仿真計算。結果顯示，綜合項中2檔齒輪副齒距累計偏差Fp對于傳動誤差影響最大，8精度時傳動誤差振幅達到6.06μm；而單項齒輪精度中2/6檔齒輪齒距累計偏差Fp對于傳動誤差影響最大也最明顯，3/4檔各單項齒輪精度較其他檔位低。

因此，在考慮成本因素而需要進行實際樣件試驗驗證時，可建議優先考慮降低3、4檔齒輪精度至7/8級精度，而2檔齒輪不建議降低精度等級。

參考文獻

[1] 梁杰，王登峰.汽車變速箱噪聲源識別及噪聲控制[J].噪聲與控制，2006（03）：67.

[2] GB/T 10095.1，圓柱齒輪精度制第1部分：輪齒同側齒面偏差的定義與允許值[S].

[3] GB/T 10095.2，圓柱齒輪精度制第2部分：徑向綜合偏差與徑向跳動的定義和允許值[S].