基于汽車變速器齒輪修形優化的研究

郭銘影

（韶關飛翔自動變速箱有限公司 廣東韶關 512000）

基于汽車變速器齒輪修形優化的研究

郭銘影

（韶關飛翔自動變速箱有限公司 廣東韶關 512000）

本文主要利用MASTA專業軟件對現有汽車變速器進行建模及仿真，模擬實際負載狀況，重點分析輪齒的微觀幾何修形對變速器性能的影響。通過對齒面受力情況找出改善齒面接觸狀況的因素，并結合齒形齒向的多種修形方法得出齒輪的優化參數。

汽車變速器；齒輪修形；MASTA軟件

隨著齒輪傳動研究和齒輪制造技術水平的提高，齒輪修形技術有了很大發展，特別是國外的重型汽車變速箱齒輪應用更為廣泛。由傳統的設計計算方法發展的現代計算機技術對現有汽車變速器進行齒輪嚙合的仿真分析和優化設計，可獲取齒輪的強度參數，有效減少試驗費用，縮短產品研發周期，為今后設計新產品具有很好的指導意義。

1 汽車變速器仿真模型的建立

目前國內汽車行業在齒輪修形方面仍處于經驗摸索階段，修形主要靠經驗，缺乏系統的理論支持。最先進的方法是使用傳動系統專用分析軟件MASTA，在設計階段就準確地確定系統剛性并預測齒輪的接觸斑點，不需反復即可一次確定滿意的修形設計，有效地節省成本并縮短設計周期。

2 齒輪齒向修形

主要對齒輪沿齒向方向進行微量的修整齒面，使其偏離理論齒面。通過齒輪齒向修形可以大大改善載荷沿輪齒接觸線的不均勻分布的現象，可以提高齒輪承載能力。

修形方式：

（1）最簡單的齒向修形方法是在齒兩端修整或采用鼓形齒，使齒端最大載荷峰值明顯降低。經驗多采用在齒寬中部80%范圍內起鼓10～13μm。

（2）齒向傾斜修形，也稱螺旋角修形，即要求實際的螺旋角與理論螺旋角有適當的差值，以補償齒輪因多種原因造成螺旋角畸變的齒向，實現齒寬方向均勻受載荷。齒向傾斜修形效果較好，但不能滿足所有不同的工況。

表1 MASTA分析得出的汽車變速器五檔齒輪嚙合錯位量

本文以變速器五檔（斜齒）為例進行齒輪齒向修形，根據表1齒輪嚙合的錯位量，可以確定齒向傾斜量如表2。

表2

將采用兩種修形方式進行接觸云圖的對比。

3 漸開線齒形修形

在一對齒輪輪齒的嚙合過程中，為了改善其齒面的接觸狀態，將相嚙合齒上發生干涉的齒面部分適當削去，即對齒頂或齒根部分進行修整，使該處的齒廓不再是漸開線形狀，此時嚙合剛度變化比較和緩，減小由于基節誤差和受載變形所引起的輪齒嚙入和嚙出沖擊。

修形方式：

齒頂或齒根修形在實際使用中，由于齒根修形使根部齒厚減薄增加彎曲應力，降低齒輪的承載能力，而且容易造成根切，除非齒頂采用大修形都不能滿足要求，否則盡量不采用。多數采用兩個齒輪同時對齒頂修薄，這樣每個齒輪的修形量可以減少從而避免削弱齒頂齒厚。

確定齒形修形開始點是齒形修形的關鍵，總的原則是將齒形內的多齒嚙合區進行修整，可以通過計算嚙合線上的單齒嚙合分界點LPSTC點和HPSTC點得到齒頂和齒根的修形開始點，見表3。

表3 MASTA計算得出的汽車變速器倒檔齒輪嚙合分界點

本文以變速器倒檔（直齒）為例進行齒輪漸開線齒形修形。

[1]BS ISO 21771:2007.Gears-Cylindrical involute gears and gear pairs-Concepts and geometry.

[2]付治鈞.齒形齒向修形初探[J].汽車工藝與材料，1997，04.

[3]宋樂民.齒形與齒輪強度[M].1987.

TH132.46

A

1004-7344（2016）17-0324-01

2016-6-1

郭銘影（1990-），女，廣東廣州人，本科，2012年6月畢業于韶關學院，機械設計與制造及其自動化專業，主要研究汽車變速器齒輪優化設計，獲國家專利三項。