基于Romax的齿轮精度对传动误差影响的仿真分析

卢西山 李丹 张标

摘 要：Romax是一款广泛应用于的汽车变速器领域且功能强大的计算仿真软件，主要用于变速器机械零件（齿轮、轴、轴承等）的参数设计、强度计算及性能仿真优化。文章借助Romax软件，就某变速器档位齿轮精度对于齿轮副传动误差的影响进行仿真分析，为设计优化及降低成本提供依据。

关键词：汽车变速器；齿轮精度；传动误差（TE）

中图分类号：U462 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）17-132-03

Abstract： Romax is very useful simulation software using in vehicle transmission field， which is used for parameter calculation， strength calculation and optimization design of gears， shafts， bearings and so on. This paper calculate and simulate the transmission error of gear pairs based on Romax， which using in some kind of vehicle transmission， therefore， optimizing design and costing reduction.

Keywords： Vehicle Transmission； Gear accuracy； Transmission Error（TE）

CLC NO.： U462 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-132-03

前言

齿轮是汽车变速器中的核心零部件。齿轮精度的设定对于变速器传动性能、加工成本均有较大的影响，也是齿轮生产企业在对生产线规模进行方案分析的重要输入。目前国内汽车变速器行业内，双离合器变速器的齿轮精度多设定为国标的6～7级，手动变速器多设定为国标的7～8级，各厂商对于精度的设定也并不相同，主要还是从变速器NVH性能及加工成本角度考虑[1]。齿轮精度的合理设定即可以使得变速器满足NVH性能要求，同时还可以有效降低制造成本，提高产品的市场竞争力，因此，研究齿轮精度对于NVH性能的影响具有积极意义。

1 概述

齿轮精度制根据国家推荐标准的规定分为两个部分：第一部分包括轮齿同侧齿面偏差包括单齿距偏差fpt、齿距累计总偏差Fp、齿廓总偏差Fα、齿廓形状偏差ffα、齿廓倾斜偏差fHα、螺旋线偏差Fβ、螺旋线形状偏差ffβ以及螺旋线倾斜偏差fHβ；第二部分包括了径向跳动偏差Fr以及径向综合偏差Fi[2] [3]，其中较常作为检测项目的主要包括fpt、Fp、Fα、Fβ、Fr。

在齿轮的基本几何和修形参数确定的情况下，如何进行合理的精度设定往往决定了产品NVH性能以及制造成本。若采用特制不同精度的齿轮副样件进行试验来验证往往由于费用高、干扰因素大、无法单项精度验证、周期长等缺点而无法实现。而利用仿真软件直接针对表征齿轮副NVH性能的传动误差（TE）进行量化对比分析，则可更好地把握验证方向、提高验证效率、减少验证成本。

因此本文利用Romax軟件基于三维有限元接触分析法，针对某6档变速器的档位齿轮以一定的载荷工况下，在不同的齿轮精度等级（6、7、8级）时，分析其对于齿轮副传动误差情况的影响，进而判定各档位齿轮副齿轮精度设置成较低等级时（7/8级）的可行性，同时也为产品开发过程中的齿轮精度设定提供一种思路。

2 齿轮精度综合项传动误差分析

针对上节中提到的5项常规齿轮精度检测项目，分别均设定为6、7、8三种精度等级进行仿真分析。软件中的精度设定如下图所示：

仿真对象为某款6档变速器的各档位齿轮，仿真工况采用该变速箱的综合载荷谱工况。

图2为各档位传动误差曲线及振幅的仿真结果，从曲线情况看，3种精度等级没有非常明显区别。传动误差振幅随精度等级的下降而升高，仿真结果符合理论实际。其中2档齿轮副传动误差振幅最大，8级精度时达到6.06μm，说明2档齿轮若考虑在加工中降低精度可能存在产生较大齿轮啸叫风险；另外，1档齿轮副仿真结果显示随精度下降振幅反而呈现下降趋势，说明1档齿轮修形可能存在偏差，但由于齿轮修形不是本文讨论范围，在此不做论述。

3 各单项齿轮精度对传动误差影响分析

上节分析的是5项齿轮精度均相同的情况，本节针对5项精度分别进行单独分析，研究各单项精度对于齿轮副传动误差的影响。

由于Romax无法单独设置径跳Fr偏差值，因此本文暂不考虑Fr项，分析其他4项精度项。其中齿廓偏差Fα、螺旋线偏差Fβ由于存在修形，因此不同精度按照修形形状和公差值进行设置：

齿距累积偏差Fp可直接在软件中设定，根据不同精度等级Fp值，一个正弦曲线波峰是Fp/2：

单齿距偏差fpt虽然软件无法直接设置，但软件可以根据主、从动齿轮计算齿轮副的综合单齿距偏差：

以1档齿轮副为例，表1列出了不同精度时各单项齿轮精度数值。需要说明的是，在分析某一单项精度时，其余精度项均设置成6级精度，如在分析Fp项时，将其分别设置成6、7、8级，而其他4项精度（包括Fr）均设置成为6级精度。

由于仿真结果数据量较大，本文将仿真结果以统计值形式放在图表中进行对比分析：

从对比图来看，精度等级越低，传动误差越大，这和综合项分析结果一致。对于单项精度等级，2/6档齿轮副齿距累计偏差Fp降低时对传动误差影响的敏感度最大，3/4档单项齿轮精度降低时对于传动误差的影响较其他档位低。另外，总体而言，单节距偏差fpt，总齿廓偏差Fα和螺旋线总偏差Fβ影响程度相近。

4 结论

本文利用Romax软件针对某6档变速器各档位齿轮在精度分别6、7、8级时，齿轮副传动误差的大小进行仿真计算。结果显示，综合项中2档齿轮副齿距累计偏差Fp对于传动误差影响最大，8精度时传动误差振幅达到6.06μm；而单项齿轮精度中2/6档齿轮齿距累计偏差Fp对于传动误差影响最大也最明显，3/4档各单项齿轮精度较其他档位低。

因此，在考虑成本因素而需要进行实际样件试验验证时，可建议优先考虑降低3、4档齿轮精度至7/8级精度，而2档齿轮不建议降低精度等级。

参考文献

[1] 梁杰，王登峰.汽车变速箱噪声源识别及噪声控制[J].噪声与控制，2006（03）：67.

[2] GB/T 10095.1，圆柱齿轮精度制第1部分：轮齿同侧齿面偏差的定义与允许值[S].

[3] GB/T 10095.2，圆柱齿轮精度制第2部分：径向综合偏差与径向跳动的定义和允许值[S].