淺談汽車變速器中的齒輪設(shè)計(jì)

趙學(xué)廣 賀彪 張青原

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：齒輪載荷譜；壓力角；齒輪噪聲指標(biāo)；齒形修整‘重合度

中圖分類號(hào)：TH132.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(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

不同擋位的齒輪工作循環(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?車通常是在高速公路或者路況比較好的路面行駛。同時(shí)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(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、擋位、材料甚至許用值也是不同的，這些不能 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 齒輪主要參數(shù)選擇

2.1 模數(shù)和壓力角選擇

模數(shù)對(duì)于齒輪有很大影響，選用較大的模數(shù)可以減少齒輪質(zhì)量，

而選用較小的模數(shù)則可以降低變速器的噪聲。對(duì)于不同類型的車輛 變速器應(yīng)選用的模數(shù)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(shù)，而貨車減小質(zhì)量更為重要，因此齒輪要選較大 模數(shù)；變速器低擋齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)，其他擋位選用另一種模 數(shù)，很少情況下會(huì)選同一種模數(shù)，而倒擋齒輪選用的模數(shù)往往與一 擋接近。

對(duì)于直齒輪，壓力角為28°時(shí)強(qiáng)度最高，超過28°時(shí)強(qiáng)度增加 不多；對(duì)于斜齒輪，壓力角為25°時(shí)強(qiáng)度最高。乘用車為了增加齒 輪重合度來降低噪聲應(yīng)選15°或 16°等較小的角度，而商用車為了 提高齒輪承載力應(yīng)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(duì)于變速器中的斜齒輪有著很大影響，這包括齒輪工作時(shí)的噪聲大小，齒輪輪齒的強(qiáng)度以及軸向力等。在進(jìn)行螺旋 角選擇時(shí)，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(wěn)，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(qiáng)度降低。為了增加低檔 位齒輪的抗彎強(qiáng)度，角度以15°～25°為宜；而為了提高高擋位齒 輪的接觸強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)選較大的角度。對(duì)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(duì)于貨車變 速器：18°～26°。變速器中間軸上的齒輪均會(huì)采用右旋的旋向， 而其他軸的齒輪采用左旋。

對(duì)于齒寬，當(dāng)選取的齒寬較小時(shí)，變速器的軸向尺寸和質(zhì)量就 會(huì)減小，但是齒輪的傳動(dòng)平穩(wěn)性也會(huì)被削弱。通常根據(jù)齒輪模數(shù) m （mn）的大小來選定齒寬：直齒b=kcm，kc 為齒寬系數(shù)，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(shù)的分配及輪齒的強(qiáng)度計(jì)算

3.1 確定一擋齒輪齒數(shù)

通過選取的中心距和模數(shù)來計(jì)算齒數(shù)和：對(duì)計(jì)算出的齒數(shù)和進(jìn)

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

3.2 修正中心距和確定其他擋位齒輪齒數(shù)

在對(duì)齒數(shù)和進(jìn)行取整處理后，相應(yīng)齒輪間的中心距也會(huì)發(fā)生變

化，所以我們要對(duì)中心距進(jìn)行一定的修正。通過取整后的齒數(shù)和 zh 以及齒輪的變位系數(shù)來對(duì)中心距 A 進(jìn)行修正，用以計(jì)算其他擋齒輪 齒數(shù)。其他擋位齒輪的齒數(shù)可以根據(jù)相應(yīng)的傳動(dòng)比，修正后的中心 距以及對(duì)應(yīng)的模數(shù)和螺旋角來計(jì)算出來。

結(jié)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)

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