浅析变速器齿轮设计

苏钊 王国伟

摘要：在车辆传动齿轮的设计和应用方面，越来越多地使用了两个重要的原因，即传输的强度和结构。在这种情况下，高刚度齿轮的设计应该更深入地研究。在传统的机械传动齿轮的设计中，模块、压力角、速度梯度和螺旋角等参数是影响机器噪声和强度的重要因素。这些参数的计算公式是根据传输类型的选择计算的。与此同时，齿轮的尺寸和强度可以根据相关公式精确地获得。

关键词：汽车变速器;斜齿轮;优化设计

1制定齿轮载荷谱

1.1齿轮载荷的差别

想要对汽车变速器斜齿轮进行优化设计，就必须要制定齿轮荷载谱，设计人员可根据理论最大荷载数据、齿轮材料的应力数据等，确定齿轮结构的承力能力，进而确定变速器斜齿轮的安全系数。然而从实际情况来看，理论数据和齿轮实际运行数据之间有较大差异。在汽车行驶过程中，由于路况、汽车驾驶人驾驶能力等因素的差异，常会出现紧急起步、紧急停车等状况，变速器中的齿轮所承受的荷载不可能始终保持稳定，而是会承担远高于额定值的冲击荷载;与之相反，在路况较好、不出现紧急制动情况的时候，齿轮承受的荷载又会比额定荷载更小。所以设计人员应充分考虑现实与理论的差异，适当调整峰值载荷数据，保证设计可靠性。

1.2齿轮工作循环次数的差别

根据实际实验情况来看，不同档位条件下，齿轮工作循环次数必然与理论情况有所差异，如果将同一个变速箱安装到不同车上，齿轮工作循环次数也有一定的不同。比如，大型工程当中常见的牵引车及自卸车就有一定的不同，工程自卸车处于高档位时，齿轮的使用效率远远低于牵引车齿轮使用效率，这主要是因为牵引车的运行路况通常比较好，而自卸车则并非如此，另外工程自卸车处于倒挡或低档位时，其齿轮利用效率就会高于牵引车的齿轮效率。所以设计人员在制定荷载谱的时候，必须要充分考虑到变速箱适配的车型，做到具体问题具体分析。

通过对齿轮载荷的差别、齿轮工作循环次数的差别进行分析可以看出，设计人员并不能完全根据理论数据进行设计，而是需要根据工作经验、实验数据等，设定既能保证安全性又能保证可靠性的范围值。同时，还需要根据制造工艺、工况、档位、材料以及齿轮材料的应力变化范围等一系列因素，完成齿轮设计的计算和分析工作。特别需要提到的是，设计人员务必要考虑齿轮材料的金属疲劳问题，根据应力大小、循环次数大小绘制相关曲线，确定二者之间的关系，合理控制齿轮循环次数等，保证变速器斜齿轮优化设计水平。

2优化齿轮噪声指标

齿轮之间通过互相咬合转动实现传动效果，而齿面之间互相接触时必然互相摩擦并做相对运动，不可避免地会发出一定的噪声，设计人员在进行汽车变速器斜齿轮优化设计的时候，需要采取措施控制齿轮的噪音问题。即确保基圆和齿合起始圆之间的距离合理性，但这并不意味着需要尽最大可能拉长这一距离，否则齿轮重合度和长齿制之间有可能出现冲突，不利于斜齿轮设计的优化。另外，在处理大升速齿轮设计问题时，设计人员应合理控制进弧区和退弧区噪声指标，从而降低斜齿轮运行噪声，一般应保证进弧小于退弧，并有效增大主动齿轮外直径、减小从动齿轮外直径，最终即可达到优化齿轮噪声指标的效果。另外，需采取措施优化齿轮重合度。在齿轮运行的时候，互相接触的齿轮始终保持相对运动，因此齿轮荷载不可能固定不变，这就会给齿轮带来一定的冲击力，进而造成齿轮运行的噪声问题，想要规避这一问题，设计人员应保证齿轮不变形、尺寸无误差，并提升齿轮的重合度，从而达到控制噪声问题的目标。

3解决齿轮修形问题

3.1确定齿数

第一，要确定处于一档位置时中间轴的齿轮齿数。根据传动关系来看，中间轴的齿轮最小，因此其变位系数比较大，稍有不慎就可能出现胶合现象，因此设计人员需要合理控制齿轮齿数，通常情况下，处于一档位置时中间轴的齿轮齿数需大于13。而后，还需要确定处于一档位置时二轴的齿轮齿数，一般情况下此数量不应小于50，但也不能过高，否则会造成变速器中心距离脱离其他档位进而无法正常运行。最后，需要合理控制常啮齿轮传动比，结合实际汽車变速器运行情况来看，高速型常啮齿轮传动比一般不高于1.3，而低速常啮齿轮传动比一般不低于1.3，根据我国汽车变速器生产实际情况，可控制传动比在1.5左右。

3.2确定齿形

想要解决齿轮修形问题，设计人员可从齿轮重合度入手，对齿形内多齿啮合区进行调整，使啮合部分保持单齿啮合状态。常见的策略为：对齿根部分及单齿轮齿顶进行修整;对两个齿顶进行修整;对齿根、齿轮齿顶同时进行修整。设计人员可结合实际情况选择修形策略，降低修整步骤。

4合理选择齿轮参数

齿轮参数同样是重要的齿轮优化设计要点，设计人员可以根据理论要求及车辆类型，对各类参数进行优化，以提升汽车变速器斜齿轮设计效果。

4.1模数和压力角选择

模数是重要的齿轮参数，模数越大齿轮的质量越轻，而模数越小齿轮运行的噪声问题越轻，因此设计人员务必要根据具体设计要求，合理控制齿轮模数。车辆不同、其最佳模数也不同，比如说用于乘坐的车辆一般以静音为需求，此时设计人员可适当选择较小的模数、避免噪声带来的乘坐困扰;而用于运输的车辆一般以降低自重为需求，因此设计人员可选择较大的模数，从而提升运输车辆载重能力。同时，不同档位的齿轮模数也有所不同，低档的齿轮模数最大、其他档位模数则随之递减，通常不会出现不同档位使用统一模数齿轮的情况。

4.2螺旋角和齿宽

汽车变速器斜齿轮优化设计工作中，设计人员最需要关注的就是螺旋角设计问题，螺旋角的合理性影响着斜齿轮的诸多性能，比如斜齿轮的强度和轴向力就都受螺旋角的影响。确定螺旋角参数时，设计人员应尽可能提升螺旋角数值、保证齿轮之间能够顺利啮合，避免重合度过低造成的齿轮不稳定、齿轮噪声等问题，当然螺旋角也不能无限增加，否则齿轮齿的抗弯强度会受到影响，难以在长时间运行中保持稳定。一般情况下，乘用车变速器齿轮螺旋角应保持在20°～25°或22°～34°之间;而货车变速器的螺旋角需保持在18°～26°之间。

结语

本文简单的探究了汽车传动装置设计的一些问题，通过齿轮的载荷谱，齿轮修复，以及设计计算齿轮噪声指数的方法，更多地了解关于齿轮精度和车辆的设计和安全驾驶的重要性，也学到了一些理论计算结果和实际使用不是完全相同，计算过程中计算机与相关软件之间存在差异，在实际使用过程中并不十分合理。因此，设计必须结合实际研究，设计更接近实际应用的齿轮，也更适合配套车辆的使用。

参考文献

[1]王军伟，褚超美，吴佐铭，等.基于Web技术的汽车变速器轴承校核系统应用开发[J].上海理工大学学报，2008（6）：603-607.