汽車變速器齒輪設計及問題研討

王松 高佐彬

【摘 要】在實際的汽車變速器齒輪的設計應用中，強度和結構這兩個重要的原因使變位齒輪的使用越來越廣泛。其中值得進行探討的是高硬度齒面正變位齒輪的設計，其設計具有一定的獨特之處

【關鍵詞】汽車；變速器；故障診斷；解析；

自動變速器是一種汽車內部的封閉裝置，只要產生故障，就會使維修的難度增大，在未確認故障區域時，不能隨意開展解體維修，必須快速并正確地進行故障的診斷及排除，相關的維修人員必須全面掌握各種汽車故障的癥狀，還要仔細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

齒輪強度計算中最重要的一步是齒輪載荷譜的制定。齒輪承受應力是利用理論最大載荷計算得出并與齒輪材料的許用應力進行比較，從而得到汽車齒輪的“安全系數”。不過通過理論計算得出的結果與齒輪實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

在齒輪的現實使用中，因為緊急停車、起步、以及路況等因素，齒輪不會總是恒定地承載額定的載荷，這樣就會讓變速箱等傳動系零部件，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下行駛時載荷又小于額定載荷。因此在確定試驗方式時，在技術上要進行精確的處理。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齒輪工作循環次數的差別

不同檔位的齒輪工作循環次數在實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的不同。

工程自卸車高檔區齒輪的使用效率較牽引車低，這是因為牽引車通常是在高速公路或者路況比較好的路面行駛。同時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”

基于以上兩點差別，在實際的齒輪設計中，工程技術設計人員通常要對同類產品進行對比并根據自己多年的經驗進行設定一個相對安全允許強度即“經驗值”。同時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，這些只能定量的計算，只能定性的分析。

既然有這么多的不同，那怎樣才能在設計過程中根據道路載荷譜精確的確定設計載荷譜呢？通過試驗可以確定齒輪材料的抗疲勞性能，這是基本的常識，疲勞破壞經歷的不同循環次數N，是在不同應力下產生的。這樣就可以得到關于循環次數N和應力的疲勞曲線，高周疲勞通常會引起車輛變速箱齒輪的失效，因此齒輪材料的循環次數不能低于 高周疲勞有限壽命。

2汽車自動變速器中的故障診斷

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

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

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

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；汽車在運行過程中，若出現齒面磨損，則可以在潤滑油中找到這些磨損的殘余物；對于磨損殘余物分析診斷方法來講，其對機器失效有關信息的快速獲取，主要是基于對機械零部件磨損殘余物在潤滑油中殘余物含量的測定來完成的。當前進行測定的主要有兩種方法：1對殘余物進行直接檢查，以及通過對潤滑油渾濁度變化、電感的變化以及油膜間隙內電容的測定來快速獲得有關零件失效的重要信息；2收集殘余物，例如，應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。實踐表明，應用磨損殘余物故障這種分析方法來對變速器中的磨損類型故障進行檢測診斷，是相當有效的；相比于其他故障診斷方法，諸如振動診斷方法，這種診斷方法在對磨損類型故障診斷方面，更具有優勢，因而對汽車變速器磨損故障進行判斷的有力手段就是磨損殘余物分析診斷方法。

3.2振動檢測技術診斷法 有關機械振動信號，這是當前診斷技術采用最多的一種信號，這主要是基于由振動所產生的機械損壞具有相當高的比率；根據相關資料可知，由機械振動而帶來的機械故障超過三分之二；此外，最容易獲得的振動信號，是來自機械運轉中所產生的，而且在振動信號中，還具有數量眾多的能對機械設備狀態進行反映的信號，通過振動的異常可把許多機械故障反應出來。振動檢測技術診斷法，主要是基于對設備振動參數及特征的檢測，來對設備狀態和故障進行分析的一種方法。

3.3聲發射技術診斷法 這種診斷方法，就是應用儀器進行檢測、對聲發射信號進行分析和利用的一種故障診斷方法。對汽車變速箱齒輪而言，因其的高速旋轉，致使運行中不可避免地產生熱彎曲、不對稱等現象，帶來轉子碰撞，故在金屬以內的晶格，將出現重新排列或滑移，此過程因能量發生變化，變化的能量將通過彈性波這種形式來進行釋放，這就形成了聲發射信號；一定要應用專門技術，來把背景噪聲的干擾排除掉。聲發射監測這種檢測方法，具有無損動態檢測特點，但它又不同于其他無損檢測方法，因聲發射信號是產生于外部條件的作用下，故對于那些缺陷變化，相當敏感，對于那些微米數量級的顯微裂紋的擴展和發生的相關信息，可以輕而易舉地檢測出來，故具有極高的靈敏度。

4結束語

針對汽車變速器齒輪的設計進行一些問題的粗淺的探討研究，通過對齒輪載荷譜的制定、齒輪的修形、以及齒輪噪聲指標的確定和重合度的設計計算，更加的了解到齒輪在設計過程中的精密性以及對車輛安全行駛的重要性，同時也了解到一些理論的計算結果與實際的使用過程中還是有很大的差別的，在設計過程中有的計算運用到計算機及相關軟件計算出結果，但是在實際的運用過程中并不是很合理。因此在設計時一定要結合實際進行研究設計，設計出的齒輪才有實際用處才能更加符合匹配車輛的使用。

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（作者單位：長城汽車股份有限公司）