淺析變速器齒輪設計

段輝

（武漢理工大學汽車工程學院 430070)

1 齒輪的材料選擇

在齒輪選材方面，國外大都采用鉻鎳合金鋼，國內主要采用20CrMoH和25MnCr5等合金鋼。變速器齒輪中滲碳層的數值一般較為固定，當滲碳層深度范圍為1.1～1.7 mm時，法面模數的應用參考值為mn≥5 mm；當滲碳層深度范圍為0.8～1.3 mm時，法面模數的應用參考值盡量為mn≥5 mm；當滲碳層深度范圍為0.7～1.2 mm時，則法面模數的應用參考值為mn≤3.5 mm。

2 齒輪主要參數選擇

（1）齒數：齒數的選擇一般應滿足以下4個條件：滿足傳動比及行星齒輪互不干涉等要求；獲得盡可能高的動力性與經濟性要求；不產生根切現象；可相互嚙合的齒輪，其齒數不能存在公因數。

（2）壓力角：一般選擇25o壓力角以獲得最大強度，直齒輪一般保持在28o。此外，節圓處漸開線曲率半徑與齒根圓齒厚會隨著壓力角的增大而增大，使不根切的最少齒數減少，接觸強度提高。

（3）模數：齒輪模數取決于輪齒的彎曲疲勞強度等因素，考慮到維修難度與加工工藝性，變速器中不宜采用過多的齒輪種類。常規設計是一、倒擋齒輪使用1種模數，高速擋齒輪使用1種模數，中間擋齒輪模數取二者之間。此外應注意增大模數、減小齒寬會使變速器減重；而減小模數、增大齒寬會使變速器降噪。轎車對變速器的噪聲要求較高，而貨運汽車應注重質量要求。

（4）螺旋角：為了保證齒輪間的嚙合度，一般采用較大的螺旋角，然后檢測其運轉是否平穩，運轉噪音是否過大等，無異常現象則可以投入使用。需要注意的是螺旋角不宜太大，以避免齒輪出現彎曲等現象。低擋齒輪，螺旋角選擇15o～25o為宜，以保證其抗彎強度。

（5）齒寬：齒寬的選取一般圍繞齒輪模數進行。齒寬選取不當，會影響齒輪的運轉穩定性。齒寬越大其承載能力越高，但易導致軸的撓度變形等問題，使齒輪受力不均，因此齒寬不宜過大。

（6）齒頂高系數：為了保證輪齒彎曲強度與重合度，齒頂高系數不宜過小，實際運用中大都采用標準為1.00的齒頂高系數。少數變速器采用的長齒齒輪，使用的齒頂高系數會＞1.00，因為它相較于普通齒輪，在動載荷、振動及噪音控制等方面具有更加優異的性能，而且可增大重合度。

（7）端向變位系數：若變位系數選擇合理，可使齒輪產生根切的概率降低，從而使其中心距達到配湊。變位系數選擇原則為：保證嚙合時不干涉、保證必要的重合度與齒頂厚、保證加工時不頂切、保證加工時不根切。

（8）中心距：中心距一般根據經驗公式初選得到的。中心距對汽車變速器的總質量與外形尺寸影響很大，因此它的選擇至關重要。確定中心距時應該考慮到齒輪的幾何參數、結構要求與性能要求，不能一味地減小中心距以縮小變速器體積，這會引起滾動軸承放置困難等問題。

（9）量球直徑：量球直徑作為齒輪參數設計值之一，對加工后的齒輪齒厚起著一定的控制作用，其選擇時應滿足以下3點要求：量球不能觸碰到齒槽底面、量球應與齒槽面兩側的漸開線齒面接觸、量球應該有足夠大的直徑，以使其外表面高于齒頂，從而達到方便測量的目的。

3 各擋位齒輪齒數的分配及輪齒的強度計算

確定1擋齒輪齒數時，一般采用確定的中心距與模數來計算齒輪總和，其中直齒和斜齒都被包括在內，以此確定齒數的最終數值。然后通過選定的傳動比來控制齒輪數的大小得出實際使用值。對于中間軸式的變速器，當軸上安裝的齒輪過小時，其使用的齒數也相對應的會受到限制。

由于汽車變速器各擋位齒輪的不同，會使得傳動比存在差別。此時，中心距的調整需結合取整的齒數數值與具體的變位系數大小，同時可以通過其調整值、螺旋角和模數值計算出擋位齒輪的傳動比大小。選擇不同的齒數，也會使中心距存在差別。所以在齒輪取整之后，應注意中心距的調整。

計算輪齒實際強度值時，可查閱相關經驗公式、經驗值與具體參數，得到輪齒接觸作用力與彎曲作用力。然后不斷調整參數值以使輪齒具有足夠的強度，防止因強度不足而出現表皮脫落、輪齒斷裂、輪齒嚴重磨損等問題的產生。