隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫慕煌üぞ撸S著人們對(duì)汽車乘坐舒適度及環(huán)保要求的不斷提高，汽車往更加智能化和環(huán)保的方向發(fā)展。變速箱的振動(dòng)問題對(duì)汽車的整體性能有較大影響，隨著汽車變速箱的不斷集成化、功能多樣化及傳動(dòng)功率不斷增大，汽車變速箱的噪音問題受到了越來越多的關(guān)注。變速箱的振動(dòng)噪聲主要來自于齒輪、齒輪箱、齒輪軸及軸承之間的配合誤差及加工精度，控制變速箱的振動(dòng)的有效方法是控制齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲，也有利于提高齒輪的使用壽命及汽車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲問題及分析
2.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)原因
汽車變速箱的主要功能是根據(jù)駕駛環(huán)境及路況需要調(diào)整齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)比，使汽車能順利通過特定路面或在各種環(huán)境中行駛，汽車齒輪變速箱主要包括變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(傳遞速度和扭距)及變速操縱機(jī)構(gòu)。在汽車行駛的過程中，變速箱齒輪嚙合狀態(tài)隨時(shí)間在不停的發(fā)生變化，屬于多軸多層次的動(dòng)態(tài)振動(dòng)的系統(tǒng)。
齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)零部件并非剛體，各種材料在屈服極限范圍內(nèi)都具有一定的彈性，受到動(dòng)態(tài)激勵(lì)時(shí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)響應(yīng)引起振動(dòng)。主要包括齒輪嚙合外部激勵(lì)和齒輪副內(nèi)部激勵(lì)。外部激勵(lì)形成的主要因素有發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩及轉(zhuǎn)速波動(dòng)、齒輪偏心、齒輪不符合動(dòng)平衡要求、離合器的非線性及滾動(dòng)軸承的時(shí)變剛度等。內(nèi)部激勵(lì)是由于輪齒動(dòng)態(tài)嚙合力引起，主要因素有齒輪誤差、輪齒的受載變形、輪齒嚙合對(duì)數(shù)的變化等。
3 變速箱齒輪修形
汽車行駛過程中，由于加工誤差和彈性變形等因素，汽車變速器齒輪嚙入和嚙出的時(shí)候偏離標(biāo)準(zhǔn)嚙合線引起沖撞和干擾，引發(fā)變速箱抖振，如果與外部結(jié)構(gòu)之間發(fā)生共振，將產(chǎn)生較大的噪聲，針對(duì)這種類型的振動(dòng)，單純的依靠加工工藝或安裝技術(shù)，并不能達(dá)到較好的成效，還會(huì)造成齒輪加工成本及變速箱制造成本提高。因此，齒輪修形技術(shù)在解決嚙合沖擊引起的汽車噪聲問題中具有重要的作用，利用齒輪修形技術(shù)可有效消除幾何干涉發(fā)生時(shí)的載荷變化，使嚙合過程載荷平均分布，降低嚙合沖擊，提高齒輪強(qiáng)度及齒輪運(yùn)行的穩(wěn)定性能。利用傳動(dòng)系統(tǒng)仿真分析軟件可方便地得到變速箱振動(dòng)噪音的數(shù)據(jù)，得到最佳修形方法，便于對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3.1 齒輪修形原理
圓柱齒輪嚙合過程中單齒嚙合與雙齒嚙合交替進(jìn)行，輪齒受到的接觸載荷是周期性變化的。單齒嚙合與雙齒嚙合交替時(shí)，會(huì)引起齒輪的載荷明顯的突變。傳動(dòng)系統(tǒng)零部件制造過程中必然存在誤差，標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪在進(jìn)入嚙合及嚙出時(shí)會(huì)發(fā)生幾何干涉，另外，材料性質(zhì)決定齒輪在受力時(shí)存在彈性變形，這會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)輪齒輪相對(duì)從動(dòng)齒輪發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，引起附加的彈性變形，產(chǎn)生嚙合沖擊。
3.2 齒形修形方法
齒輪形修形量與輪齒嚙合時(shí)產(chǎn)生的變形量和加工誤差有關(guān)，齒輪生產(chǎn)企業(yè)都有對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法及標(biāo)準(zhǔn)，在選擇修形曲線時(shí)應(yīng)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及修行工藝等因素，遵循以下原則：
①修形后的齒輪副在嚙合時(shí)，輪齒載荷應(yīng)該平滑變化 ;
②修形后的齒輪嚙合過程中有抵抗非額定載荷引起的沖擊及噪聲的能力 ;
③修形曲線要符合現(xiàn)有的加工工藝，滿足實(shí)際工況要求。
齒形修形主要包括齒頂修緣(去除齒輪頂部的材料)和齒根修形(去除齒根相近部位的材料)。齒形修形時(shí)可同時(shí)對(duì)主動(dòng)輪及從動(dòng)輪齒輪采用修形，也可選其中便于修形的齒輪進(jìn)行修形處理。由于齒輪根部修形會(huì)降低齒輪的強(qiáng)度，所以一般同時(shí)對(duì)兩個(gè)齒輪分別進(jìn)行修形處理。在齒頂圓直徑處修整的過程中，嚴(yán)格控制頂部倒角，以免降低齒輪嚙合重合度。
3.2.1 修形量
齒輪修形的關(guān)鍵位置是齒頂或齒根，這些區(qū)域的修行量需要精確計(jì)算，
其中：δi - 齒輪在嚙入、嚙出位置產(chǎn)生的最大干涉量(由誤差引起)，mm;
xmax- 齒輪嚙入產(chǎn)生的最大綜合變形量(標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪)，mm
式(1)中 xmax 的計(jì)算公式為：
其中：Fd- 齒輪的法向嚙合力，N;
Kvi- 嚙合齒對(duì)總嚙合綜合剛度，N/m;
由公式(2)可知，最大綜合變形量與嚙合力成正比，與綜合剛度反比，當(dāng)嚙合力一定時(shí)，在輪齒嚙入或嚙出位置時(shí)∑Kvi最小，xmax 有最大值，當(dāng)齒輪重合度小于 2 時(shí)，
式中：Kv1- 齒對(duì)在嚙合位置 1 時(shí)的綜合剛度，N/m;
Kv2- 齒對(duì)在嚙合位置 2 時(shí)的綜合剛度， N/m;
當(dāng)齒輪重合度小于 2 時(shí) Kv1、Kv2 可按下式求得：
其中：Kz- 主動(dòng)輪在嚙合位 i(i=1，2)處的剛度，N/m;
Kc- 從動(dòng)輪在嚙合位置 i(i=1，2)處的剛度，N/m;
Kpv- 由接觸變形引起的剛度，N/m;n
式⑷中 Kz、Kc 及 Kpv 可按下式計(jì)算：
其中：Fi - 輪齒在 i 處嚙合點(diǎn)的法向嚙合力，N;
δ∑i - 嚙合點(diǎn)處沿嚙合線方向的綜合變形量，mm。
3.2.2 修形長(zhǎng)度與修形曲線
修形長(zhǎng)度 L 的公式為：
其中：Z- 嚙合線長(zhǎng)度，mm;
Pb- 基節(jié)長(zhǎng)度，mm。
修形曲線 Δ 計(jì)算公式為：
其中：Δk- 最大修形量，mm;
L- 測(cè)量的嚙合線上界點(diǎn)到嚙合終點(diǎn)或始點(diǎn)的長(zhǎng)度，mm;
x- 嚙合位置的相對(duì)坐標(biāo) ;
b- 冪指數(shù)，b=1 時(shí)修形曲線為直線， b=2 的修形曲線為拋物線
3.2.3 鼓形齒的修整
汽車變速箱運(yùn)行過程中，內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪和軸會(huì)發(fā)生微小的彈性變形，變速箱體也因受力變形，在加工過程中，齒輪、軸、軸承、箱體等零部件會(huì)出現(xiàn)加工誤差和測(cè)量誤差，這些因素有可能造成齒端突然接觸，引起傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊，因此，可通過鼓形齒的方法進(jìn)行齒向修整，提高齒輪傳動(dòng)精度。鼓形齒的修整需要選取合適的鼓形量(0.01～ 0.15mm)，鼓形量的選取要結(jié)合變速箱實(shí)際工況及傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的材料，可通過多次試驗(yàn)進(jìn)行選取。
4 結(jié)論
汽車變速箱傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性與齒輪的使用壽命及傳動(dòng)效率有直接關(guān)系，隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，變速箱齒輪嚴(yán)重磨損或輪齒折斷這些破壞現(xiàn)象已經(jīng)很少發(fā)生，齒輪強(qiáng)度優(yōu)化的方向是齒輪的修形處理，齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中可利用仿真軟件得到有效的數(shù)據(jù)。參考這些數(shù)據(jù)，優(yōu)化齒輪結(jié)構(gòu)形式，提高齒輪精度，降低變速箱噪音， 提高傳動(dòng)效率。