汽車變速器齒輪設(shè)計(jì)及問題研討

王松 高佐彬

【摘 要】在實(shí)際的汽車變速器齒輪的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)這兩個(gè)重要的原因使變位齒輪的使用越來越廣泛。其中值得進(jìn)行探討的是高硬度齒面正變位齒輪的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)具有一定的獨(dú)特之處

【關(guān)鍵詞】汽車；變速器；故障診斷；解析；

自動(dòng)變速器是一種汽車內(nèi)部的封閉裝置，只要產(chǎn)生故障，就會(huì)使維修的難度增大，在未確認(rèn)故障區(qū)域時(shí)，不能隨意開展解體維修，必須快速并正確地進(jìn)行故障的診斷及排除，相關(guān)的維修人員必須全面掌握各種汽車故障的癥狀，還要仔細(xì)收集并分析來自于用戶的情況說明，以便更好地開展故障診斷與排除。

1齒輪載荷譜的制定

齒輪強(qiáng)度計(jì)算中最重要的一步是齒輪載荷譜的制定。齒輪承受應(yīng)力是利用理論最大載荷計(jì)算得出并與齒輪材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較，從而得到汽車齒輪的“安全系數(shù)”。不過通過理論計(jì)算得出的結(jié)果與齒輪實(shí)際使用過程中還是有很大的差別。以下列舉一些差別：

1.1齒輪載荷的差別

在齒輪的現(xiàn)實(shí)使用中，因?yàn)榫o急停車、起步、以及路況等因素，齒輪不會(huì)總是恒定地承載額定的載荷，這樣就會(huì)讓變速箱等傳動(dòng)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(tài)下行駛時(shí)載荷又小于額定載荷。因此在確定試驗(yàn)方式時(shí)，在技術(shù)上要進(jìn)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(huán)次數(shù)的差別

不同檔位的齒輪工作循環(huán)次數(shù)在實(shí)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(zhì)的不同。

工程自卸車高檔區(qū)齒輪的使用效率較牽引車低，這是因?yàn)闋恳囃ǔＪ窃诟咚俟坊蛘呗窙r比較好的路面行駛。同時(shí)牽引車的倒檔以及低檔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(duì)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(diǎn)差別，在實(shí)際的齒輪設(shè)計(jì)中，工程技術(shù)設(shè)計(jì)人員通常要對(duì)同類產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比并根據(jù)自己多年的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定一個(gè)相對(duì)安全允許強(qiáng)度即“經(jīng)驗(yàn)值”。同時(shí)其他方面也有很多的不同，比如制造工藝、工況、檔位、材料甚至許用值也是不同的，這些只能定量的計(jì)算，只能定性的分析。

既然有這么多的不同，那怎樣才能在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)道路載荷譜精確的確定設(shè)計(jì)載荷譜呢？通過試驗(yàn)可以確定齒輪材料的抗疲勞性能，這是基本的常識(shí)，疲勞破壞經(jīng)歷的不同循環(huán)次數(shù)N，是在不同應(yīng)力下產(chǎn)生的。這樣就可以得到關(guān)于循環(huán)次數(shù)N和應(yīng)力的疲勞曲線，高周疲勞通常會(huì)引起車輛變速箱齒輪的失效，因此齒輪材料的循環(huán)次數(shù)不能低于 高周疲勞有限壽命。

2汽車自動(dòng)變速器中的故障診斷

2.1容易產(chǎn)生打滑 汽車運(yùn)行過程中，在踩油門后車速無法提高，或汽車在上坡時(shí)缺乏行駛的動(dòng)力，產(chǎn)生此類情況時(shí)，駕駛員應(yīng)快速思考是否是自動(dòng)變速器發(fā)生了故障。而導(dǎo)致這一故障的原因有很多：（1）汽車自動(dòng)變速器的制動(dòng)器內(nèi)密封圈使用過久，未進(jìn)行及時(shí)更換，致使零件過度磨損產(chǎn)生脫落，從而使自動(dòng)變速器漏油；一旦油壓與供油減少，就會(huì)使汽車缺乏運(yùn)行動(dòng)力；（2）汽車自動(dòng)變速器內(nèi)的油泵被損壞也會(huì)使汽車漏油、油壓減少，讓汽車缺乏運(yùn)行動(dòng)力且無法提速。

2.2容易產(chǎn)生漏油 汽車自動(dòng)變速器產(chǎn)生漏油的關(guān)鍵因素是汽車自動(dòng)變速器平面發(fā)生了變形，或者是由于自動(dòng)變速器在進(jìn)行加工時(shí)工作人員缺乏耐心，從而使汽車關(guān)鍵部件中的固定螺栓產(chǎn)生松動(dòng)。一旦發(fā)生此類故障，須從集中漏油的地方著手，判斷具體的故障原因，采用具有針對(duì)性的排除方法。

2.3無法升檔 汽車在運(yùn)行過程中自動(dòng)變速器無法提升到高速檔或超速檔，產(chǎn)生此故障的原因有：節(jié)氣門拉索的調(diào)整不正確；節(jié)氣門的位置傳感器與電路故障；調(diào)速閥及其油路故障；車速傳感器故障；換檔電磁閥故障；高檔離合器與制動(dòng)器故障；檔位開關(guān)故障等。

3主要的診斷方法

3.1磨損殘余物分析診斷方法

對(duì)于汽車變速箱齒輪而言，其最為主要也是最為常見的失效形式就是磨損失效；汽車在運(yùn)行過程中，若出現(xiàn)齒面磨損，則可以在潤(rùn)滑油中找到這些磨損的殘余物；對(duì)于磨損殘余物分析診斷方法來講，其對(duì)機(jī)器失效有關(guān)信息的快速獲取，主要是基于對(duì)機(jī)械零部件磨損殘余物在潤(rùn)滑油中殘余物含量的測(cè)定來完成的。當(dāng)前進(jìn)行測(cè)定的主要有兩種方法：1對(duì)殘余物進(jìn)行直接檢查，以及通過對(duì)潤(rùn)滑油渾濁度變化、電感的變化以及油膜間隙內(nèi)電容的測(cè)定來快速獲得有關(guān)零件失效的重要信息；2收集殘余物，例如，應(yīng)用特殊的過濾器或者磁性探頭等來把工作表面因疲勞而形成的大塊剝落物收集起來。實(shí)踐表明，應(yīng)用磨損殘余物故障這種分析方法來對(duì)變速器中的磨損類型故障進(jìn)行檢測(cè)診斷，是相當(dāng)有效的；相比于其他故障診斷方法，諸如振動(dòng)診斷方法，這種診斷方法在對(duì)磨損類型故障診斷方面，更具有優(yōu)勢(shì)，因而對(duì)汽車變速器磨損故障進(jìn)行判斷的有力手段就是磨損殘余物分析診斷方法。

3.2振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)診斷法 有關(guān)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，這是當(dāng)前診斷技術(shù)采用最多的一種信號(hào)，這主要是基于由振動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械損壞具有相當(dāng)高的比率；根據(jù)相關(guān)資料可知，由機(jī)械振動(dòng)而帶來的機(jī)械故障超過三分之二；此外，最容易獲得的振動(dòng)信號(hào)，是來自機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的，而且在振動(dòng)信號(hào)中，還具有數(shù)量眾多的能對(duì)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行反映的信號(hào)，通過振動(dòng)的異常可把許多機(jī)械故障反應(yīng)出來。振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)診斷法，主要是基于對(duì)設(shè)備振動(dòng)參數(shù)及特征的檢測(cè)，來對(duì)設(shè)備狀態(tài)和故障進(jìn)行分析的一種方法。

3.3聲發(fā)射技術(shù)診斷法 這種診斷方法，就是應(yīng)用儀器進(jìn)行檢測(cè)、對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析和利用的一種故障診斷方法。對(duì)汽車變速箱齒輪而言，因其的高速旋轉(zhuǎn)，致使運(yùn)行中不可避免地產(chǎn)生熱彎曲、不對(duì)稱等現(xiàn)象，帶來轉(zhuǎn)子碰撞，故在金屬以內(nèi)的晶格，將出現(xiàn)重新排列或滑移，此過程因能量發(fā)生變化，變化的能量將通過彈性波這種形式來進(jìn)行釋放，這就形成了聲發(fā)射信號(hào)；一定要應(yīng)用專門技術(shù)，來把背景噪聲的干擾排除掉。聲發(fā)射監(jiān)測(cè)這種檢測(cè)方法，具有無損動(dòng)態(tài)檢測(cè)特點(diǎn)，但它又不同于其他無損檢測(cè)方法，因聲發(fā)射信號(hào)是產(chǎn)生于外部條件的作用下，故對(duì)于那些缺陷變化，相當(dāng)敏感，對(duì)于那些微米數(shù)量級(jí)的顯微裂紋的擴(kuò)展和發(fā)生的相關(guān)信息，可以輕而易舉地檢測(cè)出來，故具有極高的靈敏度。

4結(jié)束語

針對(duì)汽車變速器齒輪的設(shè)計(jì)進(jìn)行一些問題的粗淺的探討研究，通過對(duì)齒輪載荷譜的制定、齒輪的修形、以及齒輪噪聲指標(biāo)的確定和重合度的設(shè)計(jì)計(jì)算，更加的了解到齒輪在設(shè)計(jì)過程中的精密性以及對(duì)車輛安全行駛的重要性，同時(shí)也了解到一些理論的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的使用過程中還是有很大的差別的，在設(shè)計(jì)過程中有的計(jì)算運(yùn)用到計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件計(jì)算出結(jié)果，但是在實(shí)際的運(yùn)用過程中并不是很合理。因此在設(shè)計(jì)時(shí)一定要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出的齒輪才有實(shí)際用處才能更加符合匹配車輛的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]ThomasMerath，JoachimNaas，F(xiàn)ranzJoachim等.基于有限元法的汽車變速器齒輪與軸承優(yōu)化[J].傳動(dòng)技術(shù)，2015，29（2）：3-13，20.DOI：10.3969/j.issn.1006-8244.2015.02.001.

[2]高勇.微型汽車變速器傳動(dòng)效率的影響因素分析及試驗(yàn)研究[D].武漢理工大學(xué)，2013.

[3]王衛(wèi)群.汽車變速器故障診斷專家系統(tǒng)研究[D].機(jī)械科學(xué)研究院，2006.

[4]周林，吳昊，程曉民等.螺旋傘齒輪擺動(dòng)輾壓成形三維有限元模具M(jìn)[J].熱加工工藝，2010，39（7）：80-82.DOI：10.3969/j.issn.1001-3814.2010.07.025.

（作者單位：長(zhǎng)城汽車股份有限公司）