齿面微观修形技术在齿轮降噪中的应用

计联岳

摘要：近年来通过广大制造商的潜心研究，在齿轮修形方面都有了可观的成果，由于仅仅在制造工艺和安装精度上提升齿轮的运转质量将会大大提升制造成本，所以现在多采用根据自身产品特点和制作条件的齿轮微观修形技术，经实践检验值得推广。

关键词：齿面微观；齿轮降噪；优化修形

中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0067-03

1 齿轮传动的静传递误差模型

之所以会产生齿轮运转时的噪声，主要就是因为齿轮在制造或后期运转变形带来摩擦引发的震动，当汽车运动齿轮开始转动，震动是通过轮轴、轴承以及轴承座先传递到变速器上，先引发变速器箱体产生震动，变速器表面又将震动向外扩散反射出去，这就使我们听到了噪声；另外，当震动传达到变速器内，会使箱体内的空气跟着震动起来，这些声音一部分会散发出箱体并跟着外界的空气再次形成震动噪声，另一部分会在箱体内相互震动引发噪声。齿轮的啮合内部激励主要有两种：第一种是在荷载作用下的误差激励，这种激励是具有位移性质的；另一种是具有冲击力的内部激励，这种激励是由于齿轮转动后的啮合冲击产生。前者是与刚度激励有关系的，也就是在由于荷载的因素引起的齿轮变形，它与齿轮出厂的误差相互作用，用静传递误差表示，齿轮在转动时荷载的作用导致的齿轮旋转到一个角度后实际位置与预测位置的偏离，可以通过以下式子进行分析：

图1

图1中的1和2表示刚体渐开线齿，b1、b2表示与弯曲变形相关的两个弹簧，H1、H2表示齿轮轴上与接触变形相关的两个弹簧，a与a'表示两个齿轮轴上的无质量刚体块，P、G表示两个齿轮体，图中虚线是实际齿轮形状，实线表示理论完美无误差的齿轮形状。然后根据这个假设模型，推导两个齿轮转动过程中的静传递误差值。

当两个齿轮转动时，主动轮运动传递给被动轮一定荷载，在图1中可以看出，运动时荷载先通过主动轮体（以下用P表示）经过b1，再经过轮轴上的H1、H2、渐开线齿2，最后到达中间元件（以下用b2表示）通过G传出去。假设P在等量时间间隔内转动了θ1角，那么P在啮合线上的位移用rb1θ1表示，根据图1推导G的移动距离为：

分析这个公式，rb1代表的是主动齿轮整个圆齿面的半径；θ1代表的是主动齿轮在转动时的度数；DH1、DH2代表的是两个齿轮的轮齿运动相对时沿着力量方向的变形程度；DB1、DB2代表的是两个齿轮在接触时的弹性变形程度；Ef1、Ef2代表的是两个齿轮在运动过程中啮合点处的修形量，ESAB代表的是这个啮合齿与下一个啮合齿相对时的综合偏离误差，如果是负值那么最后就取负，反之则取正。B代表在当前啮合线方向下，超过此啮合点A点的下一个啮合点。通过分析式（3）可以得出，P在啮合线上的位移要克服齿轮因为弹性变形导致的最终误差，从而齿轮的轮齿间有缝隙，齿轮才能进行运转。

在式（5）中，δA表示的是在单位长度上由于荷载作用导致的啮合变形程度。另外Cb1表示的是弹簧b1的柔性值；Cb2表示的是弹簧b2的柔性值；CH1表示的是弹簧H1的柔性值；CH2表示的是弹簧H2的柔性值，另外用EA代表轮齿的综合偏差，因此式（5）可以继续转化为：TE=EA-FAδA。

2 对齿面微观分析及优化修形技术

在用软件对齿轮表面进行数据分析时，首先就要注意汽车变速器的问题，因为齿轮变速时，除了直接档位，所有的档位动力都会经过常啮合齿轮，所以，在优化修形技术中首先要考虑并完善的就是常啮合齿轮的修形，这是减轻噪声的重要环节。经过对Tavakoli M S等人的学术理论研究和以往对齿轮微观修形的经验，确立了一个在静态传递中误差最小的优化过程，通过优化修形参数，最后真正实现降低噪声的效果。此软件中的齿面微观分析可以达到齿面荷载分布更加均匀的目的，提升强度，降低在静态传递情况下的震动噪声。

首先在软件中要对汽车内纵置变速器建立一个虚拟模型，然后在这个样机中输入不同的额定荷载，分别为-30%、-20%、-10%、10%、20%、40%、60%、80%这样八种情况，其中负值表示的是倒拖情况，根据这些额定荷载分析变速器不同档位下的静传递误差以及齿面荷载分布值，分析齿面原始情况下和经过优化修行后常啮合齿轮的不同情况。

经过比对分析，常啮合齿轮在经过优化修形后，齿轮的啮合面积更广，啮合度更高，齿面单位长度上荷载力分布更加均匀。经过观察，汽车在三档工作时，噪声大大降低，啮合质量有很大提高。

表1显示的是软件测量的静传递误差幅值及降噪值，表示了在不同工况设计下，经过原始修形以及优化修形在齿面单位长度上荷载分布的降低率以及降噪值。从图1中可以看出，经过优化修形以后的静传递误差在所有工况测量下都有不同程度的减少，根据以往经验，按照用6db换算静传递误差值减小一倍的情况，得出相应降噪值，根据表1我们可以看出噪声降低明显。由此可以论证，经过优化修形后的齿面啮合度更好、参数更加合理，达到了降噪的目的。

表1

3 结语

在齿轮制造以及安装过程中会因为变形造成齿轮啮合有一定误差，这就会造成齿轮内部激励，啮合度下降，导致齿轮转动时产生噪声。通过Romsx软件分析齿面荷载情况以及对常啮合齿轮的优化修形结果我们可以看出，利用软件对齿面进行优化修形可以使齿面的荷载力分布更均匀合理，使单位长度的荷载最大值有所下降，大大提升了汽车变速器常啮合齿轮的啮合质量，达到了降低噪声的效果。

参考文献

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