淺析變速器齒輪設計

蘇釗 王國偉

摘要：在車輛傳動齒輪的設計和應用方面，越來越多地使用了兩個重要的原因，即傳輸的強度和結構。在這種情況下，高剛度齒輪的設計應該更深入地研究。在傳統的機械傳動齒輪的設計中，模塊、壓力角、速度梯度和螺旋角等參數是影響機器噪聲和強度的重要因素。這些參數的計算公式是根據傳輸類型的選擇計算的。與此同時，齒輪的尺寸和強度可以根據相關公式精確地獲得。

關鍵詞：汽車變速器;斜齒輪;優化設計

1制定齒輪載荷譜

1.1齒輪載荷的差別

想要對汽車變速器斜齒輪進行優化設計，就必須要制定齒輪荷載譜，設計人員可根據理論最大荷載數據、齒輪材料的應力數據等，確定齒輪結構的承力能力，進而確定變速器斜齒輪的安全系數。然而從實際情況來看，理論數據和齒輪實際運行數據之間有較大差異。在汽車行駛過程中，由于路況、汽車駕駛人駕駛能力等因素的差異，常會出現緊急起步、緊急停車等狀況，變速器中的齒輪所承受的荷載不可能始終保持穩定，而是會承擔遠高于額定值的沖擊荷載;與之相反，在路況較好、不出現緊急制動情況的時候，齒輪承受的荷載又會比額定荷載更小。所以設計人員應充分考慮現實與理論的差異，適當調整峰值載荷數據，保證設計可靠性。

1.2齒輪工作循環次數的差別

根據實際實驗情況來看，不同檔位條件下，齒輪工作循環次數必然與理論情況有所差異，如果將同一個變速箱安裝到不同車上，齒輪工作循環次數也有一定的不同。比如，大型工程當中常見的牽引車及自卸車就有一定的不同，工程自卸車處于高檔位時，齒輪的使用效率遠遠低于牽引車齒輪使用效率，這主要是因為牽引車的運行路況通常比較好，而自卸車則并非如此，另外工程自卸車處于倒擋或低檔位時，其齒輪利用效率就會高于牽引車的齒輪效率。所以設計人員在制定荷載譜的時候，必須要充分考慮到變速箱適配的車型，做到具體問題具體分析。

通過對齒輪載荷的差別、齒輪工作循環次數的差別進行分析可以看出，設計人員并不能完全根據理論數據進行設計，而是需要根據工作經驗、實驗數據等，設定既能保證安全性又能保證可靠性的范圍值。同時，還需要根據制造工藝、工況、檔位、材料以及齒輪材料的應力變化范圍等一系列因素，完成齒輪設計的計算和分析工作。特別需要提到的是，設計人員務必要考慮齒輪材料的金屬疲勞問題，根據應力大小、循環次數大小繪制相關曲線，確定二者之間的關系，合理控制齒輪循環次數等，保證變速器斜齒輪優化設計水平。

2優化齒輪噪聲指標

齒輪之間通過互相咬合轉動實現傳動效果，而齒面之間互相接觸時必然互相摩擦并做相對運動，不可避免地會發出一定的噪聲，設計人員在進行汽車變速器斜齒輪優化設計的時候，需要采取措施控制齒輪的噪音問題。即確保基圓和齒合起始圓之間的距離合理性，但這并不意味著需要盡最大可能拉長這一距離，否則齒輪重合度和長齒制之間有可能出現沖突，不利于斜齒輪設計的優化。另外，在處理大升速齒輪設計問題時，設計人員應合理控制進弧區和退弧區噪聲指標，從而降低斜齒輪運行噪聲，一般應保證進弧小于退弧，并有效增大主動齒輪外直徑、減小從動齒輪外直徑，最終即可達到優化齒輪噪聲指標的效果。另外，需采取措施優化齒輪重合度。在齒輪運行的時候，互相接觸的齒輪始終保持相對運動，因此齒輪荷載不可能固定不變，這就會給齒輪帶來一定的沖擊力，進而造成齒輪運行的噪聲問題，想要規避這一問題，設計人員應保證齒輪不變形、尺寸無誤差，并提升齒輪的重合度，從而達到控制噪聲問題的目標。

3解決齒輪修形問題

3.1確定齒數

第一，要確定處于一檔位置時中間軸的齒輪齒數。根據傳動關系來看，中間軸的齒輪最小，因此其變位系數比較大，稍有不慎就可能出現膠合現象，因此設計人員需要合理控制齒輪齒數，通常情況下，處于一檔位置時中間軸的齒輪齒數需大于13。而后，還需要確定處于一檔位置時二軸的齒輪齒數，一般情況下此數量不應小于50，但也不能過高，否則會造成變速器中心距離脫離其他檔位進而無法正常運行。最后，需要合理控制常嚙齒輪傳動比，結合實際汽車變速器運行情況來看，高速型常嚙齒輪傳動比一般不高于1.3，而低速常嚙齒輪傳動比一般不低于1.3，根據我國汽車變速器生產實際情況，可控制傳動比在1.5左右。

3.2確定齒形

想要解決齒輪修形問題，設計人員可從齒輪重合度入手，對齒形內多齒嚙合區進行調整，使嚙合部分保持單齒嚙合狀態。常見的策略為：對齒根部分及單齒輪齒頂進行修整;對兩個齒頂進行修整;對齒根、齒輪齒頂同時進行修整。設計人員可結合實際情況選擇修形策略，降低修整步驟。

4合理選擇齒輪參數

齒輪參數同樣是重要的齒輪優化設計要點，設計人員可以根據理論要求及車輛類型，對各類參數進行優化，以提升汽車變速器斜齒輪設計效果。

4.1模數和壓力角選擇

模數是重要的齒輪參數，模數越大齒輪的質量越輕，而模數越小齒輪運行的噪聲問題越輕，因此設計人員務必要根據具體設計要求，合理控制齒輪模數。車輛不同、其最佳模數也不同，比如說用于乘坐的車輛一般以靜音為需求，此時設計人員可適當選擇較小的模數、避免噪聲帶來的乘坐困擾;而用于運輸的車輛一般以降低自重為需求，因此設計人員可選擇較大的模數，從而提升運輸車輛載重能力。同時，不同檔位的齒輪模數也有所不同，低檔的齒輪模數最大、其他檔位模數則隨之遞減，通常不會出現不同檔位使用統一模數齒輪的情況。

4.2螺旋角和齒寬

汽車變速器斜齒輪優化設計工作中，設計人員最需要關注的就是螺旋角設計問題，螺旋角的合理性影響著斜齒輪的諸多性能，比如斜齒輪的強度和軸向力就都受螺旋角的影響。確定螺旋角參數時，設計人員應盡可能提升螺旋角數值、保證齒輪之間能夠順利嚙合，避免重合度過低造成的齒輪不穩定、齒輪噪聲等問題，當然螺旋角也不能無限增加，否則齒輪齒的抗彎強度會受到影響，難以在長時間運行中保持穩定。一般情況下，乘用車變速器齒輪螺旋角應保持在20°～25°或22°～34°之間;而貨車變速器的螺旋角需保持在18°～26°之間。

結語

本文簡單的探究了汽車傳動裝置設計的一些問題，通過齒輪的載荷譜，齒輪修復，以及設計計算齒輪噪聲指數的方法，更多地了解關于齒輪精度和車輛的設計和安全駕駛的重要性，也學到了一些理論計算結果和實際使用不是完全相同，計算過程中計算機與相關軟件之間存在差異，在實際使用過程中并不十分合理。因此，設計必須結合實際研究，設計更接近實際應用的齒輪，也更適合配套車輛的使用。

參考文獻

[1]王軍偉，褚超美，吳佐銘，等.基于Web技術的汽車變速器軸承校核系統應用開發[J].上海理工大學學報，2008（6）：603-607.