浅析变速器齿轮设计

段辉

（武汉理工大学汽车工程学院 430070)

1 齿轮的材料选择

在齿轮选材方面，国外大都采用铬镍合金钢，国内主要采用20CrMoH和25MnCr5等合金钢。变速器齿轮中渗碳层的数值一般较为固定，当渗碳层深度范围为1.1～1.7 mm时，法面模数的应用参考值为mn≥5 mm；当渗碳层深度范围为0.8～1.3 mm时，法面模数的应用参考值尽量为mn≥5 mm；当渗碳层深度范围为0.7～1.2 mm时，则法面模数的应用参考值为mn≤3.5 mm。

2 齿轮主要参数选择

（1）齿数：齿数的选择一般应满足以下4个条件：满足传动比及行星齿轮互不干涉等要求；获得尽可能高的动力性与经济性要求；不产生根切现象；可相互啮合的齿轮，其齿数不能存在公因数。

（2）压力角：一般选择25º压力角以获得最大强度，直齿轮一般保持在28º。此外，节圆处渐开线曲率半径与齿根圆齿厚会随着压力角的增大而增大，使不根切的最少齿数减少，接触强度提高。

（3）模数：齿轮模数取决于轮齿的弯曲疲劳强度等因素，考虑到维修难度与加工工艺性，变速器中不宜采用过多的齿轮种类。常规设计是一、倒挡齿轮使用1种模数，高速挡齿轮使用1种模数，中间挡齿轮模数取二者之间。此外应注意增大模数、减小齿宽会使变速器减重；而减小模数、增大齿宽会使变速器降噪。轿车对变速器的噪声要求较高，而货运汽车应注重质量要求。

（4）螺旋角：为了保证齿轮间的啮合度，一般采用较大的螺旋角，然后检测其运转是否平稳，运转噪音是否过大等，无异常现象则可以投入使用。需要注意的是螺旋角不宜太大，以避免齿轮出现弯曲等现象。低挡齿轮，螺旋角选择15º～25º为宜，以保证其抗弯强度。

（5）齿宽：齿宽的选取一般围绕齿轮模数进行。齿宽选取不当，会影响齿轮的运转稳定性。齿宽越大其承载能力越高，但易导致轴的挠度变形等问题，使齿轮受力不均，因此齿宽不宜过大。

（6）齿顶高系数：为了保证轮齿弯曲强度与重合度，齿顶高系数不宜过小，实际运用中大都采用标准为1.00的齿顶高系数。少数变速器采用的长齿齿轮，使用的齿顶高系数会＞1.00，因为它相较于普通齿轮，在动载荷、振动及噪音控制等方面具有更加优异的性能，而且可增大重合度。

（7）端向变位系数：若变位系数选择合理，可使齿轮产生根切的概率降低，从而使其中心距达到配凑。变位系数选择原则为：保证啮合时不干涉、保证必要的重合度与齿顶厚、保证加工时不顶切、保证加工时不根切。

（8）中心距：中心距一般根据经验公式初选得到的。中心距对汽车变速器的总质量与外形尺寸影响很大，因此它的选择至关重要。确定中心距时应该考虑到齿轮的几何参数、结构要求与性能要求，不能一味地减小中心距以缩小变速器体积，这会引起滚动轴承放置困难等问题。

（9）量球直径：量球直径作为齿轮参数设计值之一，对加工后的齿轮齿厚起着一定的控制作用，其选择时应满足以下3点要求：量球不能触碰到齿槽底面、量球应与齿槽面两侧的渐开线齿面接触、量球应该有足够大的直径，以使其外表面高于齿顶，从而达到方便测量的目的。

3 各挡位齿轮齿数的分配及轮齿的强度计算

确定1挡齿轮齿数时，一般采用确定的中心距与模数来计算齿轮总和，其中直齿和斜齿都被包括在内，以此确定齿数的最终数值。然后通过选定的传动比来控制齿轮数的大小得出实际使用值。对于中间轴式的变速器，当轴上安装的齿轮过小时，其使用的齿数也相对应的会受到限制。

由于汽车变速器各挡位齿轮的不同，会使得传动比存在差别。此时，中心距的调整需结合取整的齿数数值与具体的变位系数大小，同时可以通过其调整值、螺旋角和模数值计算出挡位齿轮的传动比大小。选择不同的齿数，也会使中心距存在差别。所以在齿轮取整之后，应注意中心距的调整。

计算轮齿实际强度值时，可查阅相关经验公式、经验值与具体参数，得到轮齿接触作用力与弯曲作用力。然后不断调整参数值以使轮齿具有足够的强度，防止因强度不足而出现表皮脱落、轮齿断裂、轮齿严重磨损等问题的产生。