1 引言

　　隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫慕煌üぞ撸S著人們對(duì)汽車乘坐舒適度及環(huán)保要求的不斷提高，汽車往更加智能化和環(huán)保的方向發(fā)展。變速箱的振動(dòng)問題對(duì)汽車的整體性能有較大影響，隨著汽車變速箱的不斷集成化、功能多樣化及傳動(dòng)功率不斷增大，汽車變速箱的噪音問題受到了越來越多的關(guān)注。變速箱的振動(dòng)噪聲主要來自于齒輪、齒輪箱、齒輪軸及軸承之間的配合誤差及加工精度，控制變速箱的振動(dòng)的有效方法是控制齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲，也有利于提高齒輪的使用壽命及汽車的市場(chǎng)競爭力。

　　2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲問題及分析

　　2.1　齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)原因

　　汽車變速箱的主要功能是根據(jù)駕駛環(huán)境及路況需要調(diào)整齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)比，使汽車能順利通過特定路面或在各種環(huán)境中行駛，汽車齒輪變速箱主要包括變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(傳遞速度和扭距)及變速操縱機(jī)構(gòu)。在汽車行駛的過程中，變速箱齒輪嚙合狀態(tài)隨時(shí)間在不停的發(fā)生變化，屬于多軸多層次的動(dòng)態(tài)振動(dòng)的系統(tǒng)。

　　齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)零部件并非剛體，各種材料在屈服極限范圍內(nèi)都具有一定的彈性，受到動(dòng)態(tài)激勵(lì)時(shí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)響應(yīng)引起振動(dòng)。主要包括齒輪嚙合外部激勵(lì)和齒輪副內(nèi)部激勵(lì)。外部激勵(lì)形成的主要因素有發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩及轉(zhuǎn)速波動(dòng)、齒輪偏心、齒輪不符合動(dòng)平衡要求、離合器的非線性及滾動(dòng)軸承的時(shí)變剛度等。內(nèi)部激勵(lì)是由于輪齒動(dòng)態(tài)嚙合力引起，主要因素有齒輪誤差、輪齒的受載變形、輪齒嚙合對(duì)數(shù)的變化等。

　　3 變速箱齒輪修形

　　汽車行駛過程中，由于加工誤差和彈性變形等因素，汽車變速器齒輪嚙入和嚙出的時(shí)候偏離標(biāo)準(zhǔn)嚙合線引起沖撞和干擾，引發(fā)變速箱抖振，如果與外部結(jié)構(gòu)之間發(fā)生共振，將產(chǎn)生較大的噪聲，針對(duì)這種類型的振動(dòng)，單純的依靠加工工藝或安裝技術(shù)，并不能達(dá)到較好的成效，還會(huì)造成齒輪加工成本及變速箱制造成本提高。因此，齒輪修形技術(shù)在解決嚙合沖擊引起的汽車噪聲問題中具有重要的作用，利用齒輪修形技術(shù)可有效消除幾何干涉發(fā)生時(shí)的載荷變化，使嚙合過程載荷平均分布，降低嚙合沖擊，提高齒輪強(qiáng)度及齒輪運(yùn)行的穩(wěn)定性能。利用傳動(dòng)系統(tǒng)仿真分析軟件可方便地得到變速箱振動(dòng)噪音的數(shù)據(jù)，得到最佳修形方法，便于對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　3.1　齒輪修形原理

　　圓柱齒輪嚙合過程中單齒嚙合與雙齒嚙合交替進(jìn)行，輪齒受到的接觸載荷是周期性變化的。單齒嚙合與雙齒嚙合交替時(shí)，會(huì)引起齒輪的載荷明顯的突變。傳動(dòng)系統(tǒng)零部件制造過程中必然存在誤差，標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪在進(jìn)入嚙合及嚙出時(shí)會(huì)發(fā)生幾何干涉，另外，材料性質(zhì)決定齒輪在受力時(shí)存在彈性變形，這會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)輪齒輪相對(duì)從動(dòng)齒輪發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，引起附加的彈性變形，產(chǎn)生嚙合沖擊。

　　3.2　齒形修形方法

　　齒輪形修形量與輪齒嚙合時(shí)產(chǎn)生的變形量和加工誤差有關(guān)，齒輪生產(chǎn)企業(yè)都有對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法及標(biāo)準(zhǔn)，在選擇修形曲線時(shí)應(yīng)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及修行工藝等因素，遵循以下原則：

　?、傩扌魏蟮凝X輪副在嚙合時(shí)，輪齒載荷應(yīng)該平滑變化 ;

　?、谛扌魏蟮凝X輪嚙合過程中有抵抗非額定載荷引起的沖擊及噪聲的能力 ;

　?、坌扌吻€要符合現(xiàn)有的加工工藝，滿足實(shí)際工況要求。

　　齒形修形主要包括齒頂修緣(去除齒輪頂部的材料)和齒根修形(去除齒根相近部位的材料)。齒形修形時(shí)可同時(shí)對(duì)主動(dòng)輪及從動(dòng)輪齒輪采用修形，也可選其中便于修形的齒輪進(jìn)行修形處理。由于齒輪根部修形會(huì)降低齒輪的強(qiáng)度，所以一般同時(shí)對(duì)兩個(gè)齒輪分別進(jìn)行修形處理。在齒頂圓直徑處修整的過程中，嚴(yán)格控制頂部倒角，以免降低齒輪嚙合重合度。

　　3.2.1　修形量

　　齒輪修形的關(guān)鍵位置是齒頂或齒根，這些區(qū)域的修行量需要精確計(jì)算，

　　其中：δ_i - 齒輪在嚙入、嚙出位置產(chǎn)生的最大干涉量(由誤差引起)，mm;

　　xm_ax- 齒輪嚙入產(chǎn)生的最大綜合變形量(標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪)，mm

　　式(1)中 x_max 的計(jì)算公式為：

　　其中：F_d- 齒輪的法向嚙合力，N;

　　K_vi- 嚙合齒對(duì)總嚙合綜合剛度，N/m;

　　由公式(2)可知，最大綜合變形量與嚙合力成正比，與綜合剛度反比，當(dāng)嚙合力一定時(shí)，在輪齒嚙入或嚙出位置時(shí)∑K_vi最小，x_max 有最大值，當(dāng)齒輪重合度小于 2 時(shí)，

　　式中：K_v1- 齒對(duì)在嚙合位置 1 時(shí)的綜合剛度，N/m;

　　K_v2- 齒對(duì)在嚙合位置 2 時(shí)的綜合剛度， N/m;

　　當(dāng)齒輪重合度小于 2 時(shí) K_v1、K_v2 可按下式求得：

　　其中：K_z- 主動(dòng)輪在嚙合位 i(i=1，2)處的剛度，N/m;

　　K_c- 從動(dòng)輪在嚙合位置 i(i=1，2)處的剛度，N/m;

　　K_pv- 由接觸變形引起的剛度，N/m;n

　　式⑷中 K_z、K_c 及 K_pv 可按下式計(jì)算：

　　其中：F_i - 輪齒在 i 處嚙合點(diǎn)的法向嚙合力，N;

　　δ∑_i - 嚙合點(diǎn)處沿嚙合線方向的綜合變形量，mm。

　　3.2.2　修形長度與修形曲線

　　修形長度 L 的公式為：

　　其中：Z- 嚙合線長度，mm;

　　P_b- 基節(jié)長度，mm。

　　修形曲線 Δ 計(jì)算公式為：

　　其中：Δ_k- 最大修形量，mm;

　　L- 測(cè)量的嚙合線上界點(diǎn)到嚙合終點(diǎn)或始點(diǎn)的長度，mm;

　　x- 嚙合位置的相對(duì)坐標(biāo) ;

　　b- 冪指數(shù)，b=1 時(shí)修形曲線為直線， b=2 的修形曲線為拋物線

　　3.2.3　鼓形齒的修整

　　汽車變速箱運(yùn)行過程中，內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪和軸會(huì)發(fā)生微小的彈性變形，變速箱體也因受力變形，在加工過程中，齒輪、軸、軸承、箱體等零部件會(huì)出現(xiàn)加工誤差和測(cè)量誤差，這些因素有可能造成齒端突然接觸，引起傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊，因此，可通過鼓形齒的方法進(jìn)行齒向修整，提高齒輪傳動(dòng)精度。鼓形齒的修整需要選取合適的鼓形量(0.01～ 0.15mm)，鼓形量的選取要結(jié)合變速箱實(shí)際工況及傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的材料，可通過多次試驗(yàn)進(jìn)行選取。

　　4 結(jié)論

　　汽車變速箱傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性與齒輪的使用壽命及傳動(dòng)效率有直接關(guān)系，隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，變速箱齒輪嚴(yán)重磨損或輪齒折斷這些破壞現(xiàn)象已經(jīng)很少發(fā)生，齒輪強(qiáng)度優(yōu)化的方向是齒輪的修形處理，齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中可利用仿真軟件得到有效的數(shù)據(jù)。參考這些數(shù)據(jù)，優(yōu)化齒輪結(jié)構(gòu)形式，提高齒輪精度，降低變速箱噪音， 提高傳動(dòng)效率。