齒輪參數對傳動效率的影響研究

衛少帥　董凡　王海亮　王鵬

【摘? 要】本文首先梳理了齒輪傳動效率計算的方法與公式，在此基礎上，以一對相互嚙合的齒輪為研究對象，進行了齒面粗糙度、齒頂高系數、壓力角、螺旋角、模數等齒輪參數對齒輪傳動效率的影響分析。結果顯示，齒面粗糙度、齒頂高系數的變動對傳動效率的影響較大，壓力角、螺旋角對齒輪傳動效率的影響較小，并完成了不同參數對傳動效率的趨勢分析。

【關鍵詞】齒輪參數、傳動效率

前言

目前，在商用車領域，關于節能減排的呼聲日益提升，作為商用車重要零部件之一的變速箱，聚焦其整箱的效率研究也越來越受到各大科研機構與知名公司的關注，但對于其中齒輪參數的研究較少，因此研究齒輪參數對嚙合效率的影響變成了亟待解決的問題。本文以變速箱中一對嚙合齒輪為研究對象，研究齒輪參數對傳動效率的影響關系。

1 齒輪嚙合效率分析模型

2 齒輪嚙合效率分析

本節以一對相互嚙合的齒輪為研究對象，齒輪參數如表1所示。設置輸入轉速n=2000rpm，輸入扭矩T=3000Nm，采用單因素控制法，進行不同齒輪參數如齒面粗糙度、模數、壓力角、螺旋角、齒頂高系數、齒數和對嚙合效率的影響研究。

齒輪齒面粗糙度對齒輪副傳動效率的影響如圖1所示。由圖中數據可知，當粗糙度由Ra1.0提高至Ra0.2時，齒輪傳動效率提升顯著，增長可達0.5%。工程中可采用如珩齒、齒面超精加工的方式來提高齒輪表面的粗糙度，進而可提高齒輪裝置的傳動效率。

齒輪壓力角對齒輪副傳動效率的影響如圖2所示。國標推薦常用壓力角為20°，實際在工程應用過程中，壓力角的選擇也常在20°上下波動。由圖2中數據可知，當壓力角在20°上下±2.5°波動時，傳動效率僅有±0.1%的波動，變化較小，可見壓力角的變動對傳動效率的影響較低。不過在壓力角的合理變動范圍內，壓力角的增大有利于提高齒輪的傳動效率。

齒頂高系數對齒輪副傳動效率的影響如圖3所示。在齒頂高系數的合理變動范圍內，齒頂高系數增大，傳動效率降低。當齒頂高系數由1.5降至1.2時，傳動效率可提升0.2%。在齒頂高系數的合理變動范圍內，其傳動效率的提升也進一步增加，其影響較為突出。

螺旋角對齒輪副傳動效率的影響如圖4、圖5所示。由公式可知，在齒輪設計過程中，在保證嚙合齒輪副中心距不變的前提下，齒輪螺旋角、模數及齒數和，三者至少需要有兩個發生變動。圖4表示，在齒輪副中心距不變的前提下，齒輪螺旋角增大，齒數和變小，在此條件下，隨著螺旋角的增大，傳動效率呈現降低的趨勢。圖5表示，在中心距不變的前提下，齒輪螺旋角增大，模數降低，在此條件下，隨著螺旋角的增大，傳動效率呈二次拋物線變化，先增后減。不過，需要注意的是，螺旋角在10°左右的變動范圍內，其傳動效率的變動不足0.1%，可見螺旋角的變動對傳動效率的影響較小。

3 小結

通過對一對嚙合齒輪的參數對傳動效率的影響研究，可得出以下結論。

（1）在齒輪參數中，齒面粗糙度、齒頂高系數的變化對效率的影響較為顯著，在進行高傳動效率系統設計時，提高齒面粗糙度、降低齒頂高系數均可有效提升齒輪的傳動效率。

（2）在中心距不變的情況下，螺旋角變化對傳動效率的影響較小。但螺旋角變化對效率的影響需結合齒數和與模數的變化情況來分別看待，當螺旋角增大，齒數和減小時，傳動效率降低;當螺旋角增大，模數減小時，傳動效率先增后減。

參考文獻：

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