細高齒在電動叉車驅動橋上的運用

胡仁俊 朱以恒 寧春財

摘要：細高齒齒輪相對于標準齒輪而言，具有更大的端面重合度，能有效降低齒輪嚙合過程中傳遞誤差，從而達到降低齒輪傳動噪音和提高齒輪承載能力的目的。本文將采用細高齒的齒輪設計方法對一款電動叉車驅動橋進行優化，然后裝車進行試驗驗證，把細高齒齒輪運用到電動叉車驅動橋上。

關鍵詞：細高齒;電動叉車驅動橋;噪音

1 細高齒齒輪的設計分析

細高齒齒輪的設計目的是增大齒輪的端面重合度，標準齒輪一般要求端面重合度不小于1.2，在細高齒設計時端面重合度通常在1.8左右，當其他參數允許時能達到2.0以上。外嚙合圓柱齒輪的端面重合度計算公式如下：

從公式中可以判斷，齒輪的端面重合度主要和齒輪的齒數z，齒頂壓力角和嚙合角有關，且和齒數z，齒頂壓力角成正比關系，和嚙合角成反比關系，因此設計細高齒時不難得出增加齒數、增大齒頂高系數和減小齒輪壓力角是設計工作的主要思路。標準的齒頂高系數為1.0，在細高齒設計時一般要大于1.2，在汽車變速器中一般會達到1.3～1.5。標準壓力角為20°，在細高齒設計時常常采用17.5°，16°甚至14°，當然齒輪的設計是一個環環相扣的過程，一個自變量的變動，往往會引起多個應變量。因此在優化設計時我們需要綜合考慮，確保在提高端面重合度的前提下，還需要考慮以下約束條件。

a、保證齒輪的承載能力

叉車和汽車相比，有著更惡劣的使用環境，在個別忙碌的工廠中，甚至需要一天24小時不間斷超負荷地工作，因此叉車驅動橋在齒輪設計時其承載能力是工程技術人員考慮的第一要素，細高齒齒輪的設計需在滿足或者提高齒輪承載能力的前提下進行。

b、保證一定的齒頂厚

保證最小齒頂厚和細高齒的設計是相互矛盾的，當齒頂高系數變大時齒頂的漸開線曲率就會增大，從而使齒頂變得更尖。因此很多時候我們在確定齒輪齒頂高系數時將一定的齒頂厚度作為設計標準，成大先主編的第六版機械設計手冊中建議齒頂厚一般不小于0.25m～0.4m（m指齒輪模數）。叉車的使用工況和傳統的汽車使用工況差異較大，叉車工作時電機一直正反轉切換，這就導致齒輪一直受到沖擊載荷，齒頂過尖會增大齒頂失效的風險，因此在叉車驅動橋中齒輪的齒頂厚我們一般不小于0.3m，當m過小時，齒頂厚一般不小于0.8mm。

c、合理的齒部微觀修形

叉車驅動橋齒輪微觀修形不常用，但在細高齒設計時由于齒形更為細長，齒輪在熱處理時更容易出現變形現象，因此在實際使用時出現齒部受載不均勻的情況時需要對齒部進行合理的微觀修形，使齒輪嚙合回歸到合理的接觸區。

d、齒輪設計其他必要的條件

細高齒齒輪除了特殊的技術要求需要特別考慮外，其他技術條件和標準齒輪設計時一樣，都需要進行驗算校核。

3 某款驅動橋細高齒的運用

如圖1是我司一款驅動橋的齒輪傳動模型，由兩級齒輪傳動機構組成，第一級為外嚙合圓柱齒輪傳動機構，第二級為行星齒輪傳動機構。

產品前期兩級齒輪均是標準齒輪，在實際應用中發現驅動橋的噪音偏大，通過噪聲分貝檢測，部分驅動橋右耳噪聲達到了91dB，超過了低于80 dB的設定要求。因此我們對齒輪進行設計優化，由于第二級行星齒輪機構轉速低，噪音的貢獻度低，我們僅對第一級高速齒輪做了優化，表1為優化前后的齒輪參數對比：

從表中可以看出，優化后的齒輪齒數增加，模數、壓力角減小，齒頂高系數增大，從而使齒輪的端面重合度從1.44提高到1.80，基于Masuda公式預估優化后齒輪聲壓級從62.7dB減低到52.5dB。同時優化后齒輪的齒頂厚變小，齒輪彎曲安全系數雖然滿足設計要求的大于1.2，但是比優化前有所降低，因此優化后的齒輪必須進行相應的疲勞強度試驗，判斷優化方案的可行性。

參考文獻

[1] 成大先. 機械設計手冊，第六版[M]. 北京：化學工業出版社，2016.

[2] 莊中. “細高齒”齒輪的設計應用探討[J]. 汽車工藝與材料，2007（3）：41-44.

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