齒輪傳遞誤差對汽車(chē)變速器的使用性能及使用壽命起著(zhù)決定性的作用，尤其反映在變速器使用過(guò)程中的ＮＶＨ表現上。本文通過(guò)運用ＭＡＳＴＡ軟件計算，臺架及整車(chē)試驗，對汽車(chē)變速器齒輪的傳遞誤差進(jìn)行了分析及優(yōu)化，得出了提升變速器總成ＮＶＨ性能的方法。

變速器的噪聲問(wèn)題是困擾變速器產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的主要因素之一，目前正開(kāi)發(fā)一款六速三軸橫置式手動(dòng)變速器存在噪聲超標問(wèn)題，在其樣機整車(chē)試驗過(guò)程中，發(fā)現在二檔加速及滑行工況下，駕駛室內能聽(tīng)見(jiàn)變速器發(fā)出比較明顯的嘯叫聲（滑行工況比加速工況更為嚴重），同時(shí)發(fā)現，變速器在較低轉速區間內加速工況下的嘯叫聲基本可被發(fā)動(dòng)機聲音掩蓋，但是在滑行工況下，變速器發(fā)出的嘯叫聲比在加速工況下嚴重，且嘯叫聲存在的轉速區間較大。通過(guò)齒輪接觸斑點(diǎn)試驗，認為該變速器二檔傳動(dòng)齒輪實(shí)際嚙合狀態(tài)與理想嚙合狀態(tài)存在較大偏差，需對其進(jìn)行修形設計。

１、傳遞誤差

傳遞誤差是用來(lái)描述齒輪傳動(dòng)不平穩性的參數。具體定義如圖１ 所示，當主動(dòng)齒輪理想齒廓Ａ和被動(dòng)齒輪理想齒廓Ｂ相嚙合時(shí)，被動(dòng)齒輪應可以被主動(dòng)輪勻速帶動(dòng)。但由于嚙合的齒輪副存在制造、裝配誤差，齒面受載產(chǎn)生彈性變形等諸多原因，被動(dòng)齒輪上實(shí)際齒廓會(huì )在 Ｂ’處，主動(dòng)齒輪齒廓 Ａ需多轉一個(gè)角度δ，使齒廓沿嚙合線(xiàn)繼續移動(dòng)一個(gè)附加距離ＴＥ之后，才能夠和被動(dòng)齒輪的實(shí)際齒廓Ｂ’相嚙合，這個(gè)附加距離 ＴＥ 就是傳遞誤差。傳遞誤差在齒輪嚙合過(guò)程中是呈周期性變化的，在汽車(chē)變速器設計及制造過(guò)程中，可通過(guò)對傳動(dòng)齒輪齒形、齒向進(jìn)行修形來(lái)減小齒輪副的傳遞誤差。

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２齒輪傳遞誤差分析方法

本次研究中，使用ＭＡＳＴＡ、ＵＧ、ＡＮＳＹＳ軟件對變速器齒輪傳動(dòng)系統及殼體零件進(jìn)行建模及有限元分析，并且根據相關(guān)約束條件將其模擬裝配，建立完整的變速器系統模型，使能夠在更符合變速器實(shí)際工作狀態(tài)的前提下分析各檔位齒輪嚙合的傳遞誤差。具體步驟可歸納為：

（１）在 ＵＧ 軟件中對變速器殼體進(jìn)行建模，通過(guò)ＩＧＥＳ文件格式傳輸至 ＡＮＳＹＳ，以及通過(guò)ＳＴＬ 文件格式傳輸給ＭＡＳＴＡ；

（２）使用 ＡＮＳＹＳ 的有限元分析功能對模型子

結構進(jìn)行計算，獲得殼體零件的凝聚節點(diǎn)剛度矩陣以及凝聚節點(diǎn)位置信息，以 ＬＩＳ 及 ＴＸＴ 文件格式傳輸給ＭＡＳＴＡ；

（３）運行 ＭＡＳＴＡ 系統分析模塊，計算齒輪傳遞誤差。

圖２所示為本文所研究變速器在ＭＡＳＴＡ軟件中建立的齒輪傳動(dòng)系統三維模型，設計要求為在各檔位工作狀態(tài)下，傳動(dòng)齒輪的傳遞誤差小于２μｍ。

經(jīng)ＭＡＳＴＡ分析計算，原設計狀態(tài)下，變速器加速工況下二檔齒輪傳遞誤差未超過(guò)２μｍ，但是，滑行工況下二檔齒輪傳遞誤差為２．６５２８μｍ，大于設計要求２μｍ，計算結果如表１及圖３、圖４所示：

３變速器齒輪修形方案研究

因造成齒輪傳遞誤差因素的多樣性及復雜性，不可能以單一的修形方式得到有效解決［３］，因此必須針對各種因素制定修形策略。根據齒輪接觸斑點(diǎn)試驗結果及基于為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，將原有齒輪加工刀具進(jìn)行修磨后可再用于樣件加工的基礎上，本次設計中，主要使用到的齒輪修形工藝及依據為：

（１）齒頂修緣：齒頂修緣可在不削減輪齒強度的前提下，減少齒輪嚙合干涉，可明顯減少齒面嚙合及分離時(shí)對傳動(dòng)精度所造成的影響；

（２）鼓形修整：由于齒輪嚙合時(shí)會(huì )產(chǎn)生一定的邊隙效應，使齒面上局部區域產(chǎn)生應力集中而發(fā)生凹陷，并且齒輪在受載后會(huì )發(fā)生彎曲、扭轉等彈性變形，因此，可對其齒形和齒向進(jìn)行微觀(guān)的鼓形修整，改善齒輪嚙合應力分布狀態(tài)；

（３）螺旋角修整：增大齒面齒螺旋角可使齒面重

合度及剛性得到提升，但由于螺旋角的可修整角度范圍極小，無(wú)法在齒向上所有接觸區域都帶來(lái)改善。

由于車(chē)輛在加速與滑行狀態(tài)下變速器工作檔位齒輪的旋轉方向是相反的，即工作檔位齒輪的接觸齒面相反，因此定義，車(chē)輛在加速狀態(tài)下變速器工作檔位齒輪的接觸齒面為工作齒面，其反面則為非工作齒面。

本次研究以變速器二檔傳動(dòng)齒輪作為分析對象，根據其工作齒面與非工作齒面鼓形量、螺旋角、齒面壓力角、及齒頂修緣量的不同，分別進(jìn)行了多組修形參數分析，表２所示為各組試驗的齒輪修形參數：

在二檔傳動(dòng)齒輪初始設計參數的基礎上，將各組試驗設計參數輸入ＭＡＳＴＡ，計算出其在不同修形參數下的傳遞誤差，后對各組修形參數下二檔齒輪傳遞誤差的變化趨勢進(jìn)行分析。

由于汽車(chē)變速器的實(shí)際使用工況是不斷變化的，每種工作狀態(tài)下零件的形變量也會(huì )實(shí)時(shí)變化，對變速器傳動(dòng)精度產(chǎn)生不同的影響，設計過(guò)程中，通常將變速器最常用的工況作為首要研究對象，同時(shí)覆蓋其他工況，所以，此處以變速器最大輸入扭矩的５０％ 及２０％ 作為加速和滑行狀態(tài)下傳遞誤差的考核范圍進(jìn)行研究。圖５至圖７所示為分析得出的每種試驗修形方案下，變速器各工況的齒輪傳遞誤差及齒面壓應力對比圖：

從各工況下齒輪傳遞誤差及齒面壓應力對比圖中可見(jiàn)，變速器在車(chē)輛 ５０％ 加載扭矩下加速過(guò)程中，傳動(dòng)齒輪小鼓形量修整與大鼓形量修整條件下的傳遞誤差相近，且均未超過(guò)２ｕｍ，但在低扭矩滑行的工作狀態(tài)下，小鼓形量修整加齒頂修緣的修形方案能使齒輪傳遞誤差得到顯著(zhù)的下降。

通過(guò)分析齒輪修形參數變化與齒輪傳遞誤差及齒面壓應力之間的關(guān)系，對二檔傳動(dòng)齒輪修形方案進(jìn)行最終確定：

（１）增大二檔從動(dòng)齒輪非工作齒面螺旋角；

（２）工作齒面與非工作齒面不對稱(chēng)修形參數，非工作齒面齒形及齒向使用小鼓形量修形，如表３及圖８所示：

４變速器齒輪修形方案驗證

將新的齒輪修形參數輸入ＭＡＳＴＡ軟件進(jìn)行傳遞誤差分析，計算結果為：變速器二檔前進(jìn)工況和滑行工況下齒輪傳遞誤差均未超過(guò)２μｍ，如表４及圖９、圖１０所示：

為驗證齒輪修形的實(shí)際效果，將更改設計后的齒輪安裝在變速器樣機上，重新進(jìn)行了一輪整車(chē)道路試驗。

試驗中，對變速器二檔工況的主觀(guān)感受為：加速狀態(tài)下，在車(chē)輛發(fā)動(dòng)機轉速達到２５００ｒ／ｍｉｎ附近較短的轉速區間時(shí)，能聽(tīng)見(jiàn)輕微的嘯叫聲，但基本能被發(fā)動(dòng)機聲音掩蓋。二檔滑行狀態(tài)下，在車(chē)輛發(fā)動(dòng)機轉速達到１６００ｒ／ｍｉｎ附近的轉速區間時(shí)，能聽(tīng)見(jiàn)嘯叫聲，但也不明顯。主觀(guān)認為，經(jīng)改進(jìn)的變速器噪聲性能可接受。

由于目前技術(shù)條件下試驗車(chē)輛在行駛過(guò)程中無(wú)法直接準確測得變速器各檔位齒輪的嚙合噪聲，為量化變速器噪聲性能評判指標，研究階段使用階次分析方法考核變速器各檔位的噪聲性能，即分析振動(dòng)頻率與軸頻的比值。變速器在某一檔位工作時(shí)，齒輪嚙合階次始終是不變的，根據車(chē)輛發(fā)動(dòng)機振動(dòng)頻率特征及傳動(dòng)齒輪設計參數，計算出本變速器二檔傳動(dòng)齒輪嚙合對應的階次為１３．５５階。

圖１１及圖１２ 所示為在變速器整車(chē)道路試驗中，測得的二檔傳動(dòng)齒輪嚙合階次譜圖：

根據通常人體感受及變速器設計規范，變速器傳動(dòng)齒輪嚙合噪聲聲壓級小于車(chē)內噪聲平均聲壓級１５ｄＢ（Ａ），即認為變速器噪聲值能夠滿(mǎn)足普遍駕駛者及乘客的使用要求。由測試結果可見(jiàn)，二檔加速和滑行工況下，除極個(gè)別轉速區間內傳動(dòng)齒輪嚙合階次曲線(xiàn)超過(guò)了評價(jià)線(xiàn)，其余各轉速范圍均在車(chē)內平均噪聲降１５ｄＢ（Ａ）以下，測試結果與主觀(guān)感受相一致，認為已滿(mǎn)足設計要求。

５總結

齒輪傳遞誤差直接影響著(zhù)汽車(chē)變速器的ＮＶＨ性能，基于目前的分析結果，在不改變變速器原基本設計結構的前提下，通過(guò)合理的齒輪修形來(lái)降低傳遞誤差的方法可行的，并且有效降低化了變速器在使用狀態(tài)下的噪聲，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。