基于汽车变速器齿轮修形优化的研究

郭铭影

（韶关飞翔自动变速箱有限公司 广东韶关 512000）

基于汽车变速器齿轮修形优化的研究

郭铭影

（韶关飞翔自动变速箱有限公司 广东韶关 512000）

本文主要利用MASTA专业软件对现有汽车变速器进行建模及仿真，模拟实际负载状况，重点分析轮齿的微观几何修形对变速器性能的影响。通过对齿面受力情况找出改善齿面接触状况的因素，并结合齿形齿向的多种修形方法得出齿轮的优化参数。

汽车变速器；齿轮修形；MASTA软件

随着齿轮传动研究和齿轮制造技术水平的提高，齿轮修形技术有了很大发展，特别是国外的重型汽车变速箱齿轮应用更为广泛。由传统的设计计算方法发展的现代计算机技术对现有汽车变速器进行齿轮啮合的仿真分析和优化设计，可获取齿轮的强度参数，有效减少试验费用，缩短产品研发周期，为今后设计新产品具有很好的指导意义。

1 汽车变速器仿真模型的建立

目前国内汽车行业在齿轮修形方面仍处于经验摸索阶段，修形主要靠经验，缺乏系统的理论支持。最先进的方法是使用传动系统专用分析软件MASTA，在设计阶段就准确地确定系统刚性并预测齿轮的接触斑点，不需反复即可一次确定满意的修形设计，有效地节省成本并缩短设计周期。

2 齿轮齿向修形

主要对齿轮沿齿向方向进行微量的修整齿面，使其偏离理论齿面。通过齿轮齿向修形可以大大改善载荷沿轮齿接触线的不均匀分布的现象，可以提高齿轮承载能力。

修形方式：

（1）最简单的齿向修形方法是在齿两端修整或采用鼓形齿，使齿端最大载荷峰值明显降低。经验多采用在齿宽中部80%范围内起鼓10～13μm。

（2）齿向倾斜修形，也称螺旋角修形，即要求实际的螺旋角与理论螺旋角有适当的差值，以补偿齿轮因多种原因造成螺旋角畸变的齿向，实现齿宽方向均匀受载荷。齿向倾斜修形效果较好，但不能满足所有不同的工况。

表1 MASTA分析得出的汽车变速器五档齿轮啮合错位量

本文以变速器五档（斜齿）为例进行齿轮齿向修形，根据表1齿轮啮合的错位量，可以确定齿向倾斜量如表2。

表2

将采用两种修形方式进行接触云图的对比。

3 渐开线齿形修形

在一对齿轮轮齿的啮合过程中，为了改善其齿面的接触状态，将相啮合齿上发生干涉的齿面部分适当削去，即对齿顶或齿根部分进行修整，使该处的齿廓不再是渐开线形状，此时啮合刚度变化比较和缓，减小由于基节误差和受载变形所引起的轮齿啮入和啮出冲击。

修形方式：

齿顶或齿根修形在实际使用中，由于齿根修形使根部齿厚减薄增加弯曲应力，降低齿轮的承载能力，而且容易造成根切，除非齿顶采用大修形都不能满足要求，否则尽量不采用。多数采用两个齿轮同时对齿顶修薄，这样每个齿轮的修形量可以减少从而避免削弱齿顶齿厚。

确定齿形修形开始点是齿形修形的关键，总的原则是将齿形内的多齿啮合区进行修整，可以通过计算啮合线上的单齿啮合分界点LPSTC点和HPSTC点得到齿顶和齿根的修形开始点，见表3。

表3 MASTA计算得出的汽车变速器倒档齿轮啮合分界点

本文以变速器倒档（直齿）为例进行齿轮渐开线齿形修形。

[1]BS ISO 21771:2007.Gears-Cylindrical involute gears and gear pairs-Concepts and geometry.

[2]付治钧.齿形齿向修形初探[J].汽车工艺与材料，1997，04.

[3]宋乐民.齿形与齿轮强度[M].1987.

TH132.46

A

1004-7344（2016）17-0324-01

2016-6-1

郭铭影（1990-），女，广东广州人，本科，2012年6月毕业于韶关学院，机械设计与制造及其自动化专业，主要研究汽车变速器齿轮优化设计，获国家专利三项。