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汽车变速器齿轮设计及问题分析

作者：缑俊杰

来源：《时代汽车》2016年第09期

摘 要：随着科学技术的不断更新发展，实际生活中对汽车变速器齿轮的结构及使用强度要求越来越高，同时也扩大变位齿轮的使用范围。本文对齿轮模数、齿数、压力角及螺旋角等参数进行分析计算，改变传统汽车变速箱齿轮设计，减轻齿轮噪声并有效增加强度，依据公式计算齿轮尺寸及强度。

关键词：汽车变速器；齿轮设计；噪声；齿轮载荷谱 1 引言

高强度齿轮具有一定特殊结构，本文针对齿轮模数、齿数、螺旋角及压力角进行探析。确定模数、压力角、螺旋角及齿数等因素，计算相关公式。在汽车变速器齿轮上应用计算机软件，使计算更加精确，并结合人工计算，设计更为合理的齿轮。 2 制定齿轮载荷谱

齿轮承受能力根据齿轮强度确定，齿轮载荷谱理论是通过齿轮最大载荷量计算使用材料的许用应力，并通过不断比较最终得出齿轮安全系数，但理论结果同实际应用仍存在一定差别，具体包括以下几点： 2.1

齿轮载荷差别。由于实际生活中汽车会出现起步、紧急刹车或由于路况问题导致颠簸等。所以齿轮实际应用中的承载会随之发生不同变化，使汽车变速箱内的传动零件出现高出额定载荷现象。但在路面情况良好或汽车稳定行驶时，又会使载荷小于额定载荷。因此在确定实验方式前，需要精确处理技术，除去巅峰载荷值，也可以直接使用额定载荷值。 2.2

齿轮工作循环差别。齿轮的不同档位决定实际应用中的不同使用次数，即使不同车型所使用变速箱相同也会出现使用工况差异，根据载荷差别及工作循环差别，在实际生活中技术员要根据多年工作经验对同类产品进行比对，设定相对安全的强度范围，另外要明确齿轮的挡位、制造工况、使用材料及制造工艺也存在不同，必须定性分析、定量计算。通过实验确定齿轮制造材料的疲劳性能，得到相关循环次数及应力疲劳曲线。

高周疲劳会引起变速箱齿轮失效，所以齿轮材料循环次数要高于 104使用寿命。

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3 齿轮噪声指标

由于齿轮齿面咬合时产生摩擦和滑动，产生噪声。为避免噪声过大，在设计齿轮时需保持基圆和齿合起始圆之间距离，保证距离越远越好。但距离过远又会出现齿轮重合度与长齿制之间的矛盾，所以在设置范围时要有一定依据。法向齿距通常采用基圆和齿合起始圆径向距离大于1/5，以齿合起始圆尽量远离基圆为原则设计齿合起始压角。

针对升速较大的齿轮要控制进弧区和退弧区噪声指标达到降低噪声的目的。齿轮在齿合传动中会产生一定摩擦力发出噪声，噪声最大时齿面接触由进弧传动到退弧，为了减小噪声，要使进弧小于退弧，增大主动齿轮外直径，减小从动齿轮外直径。 4 齿轮重合度

齿轮运行过程中，接触齿数不断发生改变，所以齿轮载荷不断变化，形成冲击力，此时对齿轮强度及噪声影响最大。理论上齿轮无变形、尺寸无骗车能够保证齿轮齿合完整、载荷平稳，从而减轻噪声，但实际中齿轮重合度对齿轮噪声产生仍具一定影响。 5 齿轮修形问题

5.1 确定齿数。首先确定中间轴一档齿轮齿数，中间轴齿轮最小，齿数过少导致变位系数过大，容易产生胶合，且直径过小会影响齿轮齿合长度，所以必须要确定齿轮齿数，通常中间轴一档齿数要求不少于 13；然后确定二轴一档齿轮齿数，通常应不少于 50，过多会导致变速器中心距离难以符合其他档位要求；最后确定常啮齿轮传动比，根据实际设计，高速型常啮齿轮传动比通常小于 1.3，低速常啮齿轮传动比通常大于 1.3，为满足我国制造水平，通常保证传动比不小于 1.5，防止中间轴转速过快导致润滑油温升过高。

5.2 确定齿形。通过齿形重合度修正齿形，以齿形内多齿啮合区为原则修形，修形后理论啮合部分均为单齿啮合。主要有以下方法：通常不修齿轮，只修齿根部分及单齿轮齿顶；对两个齿顶修形；齿根、齿轮齿顶都修。根据实际情况进行修形，尽量缩小齿轮修整量。比较常用的是同时修整两个齿轮。 6 总结

本文针对汽车变速器齿轮的设计修形进行简要探析，通过对制定齿轮载荷谱、控制齿轮噪声及齿轮修形的研究更深入了解齿轮设计过程的精密程度。实际应用中同理论结果存在一定差异，因此在设计齿轮时要结合实际情况，确保设计出的齿轮更符合车辆所需。 参考文献：

[1]葛如海；姜旭义；杨文涛 .齿面微观修形在汽车变速器降噪中的应用研究 [J].汽车工程，2009，31（06）：557～560.

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[2]陈原 .车辆变速箱啸叫噪声测试诊断 [J].机械传动，2011，35（01）：16.

[3]田雄；李宏成；吕先锋 .基于传递路径试验分析的变速器敲击噪声优化 [J].振动工程学报，2010，23（06）：642～648.