1.常嚙合、超速檔和高速檔齒輪副的設(shè)計(jì)
今年，我國(guó)不少汽車(chē)齒輪專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠生產(chǎn)的部分轎車(chē)和輕型車(chē)變速器常嚙合齒輪副和超速檔齒輪副采用磨齒方法加工，其制造精度和齒面粗糙度較剃齒加工的可高出一個(gè)等級(jí)。在變速器工作時(shí)，這些齒輪副轉(zhuǎn)速高，利用率高，但承受的復(fù)合相對(duì)于抵擋齒輪副要小，而對(duì)它噪聲要求相對(duì)于承載能力要高得多，因此，應(yīng)按噪聲要求選取參數(shù)，它的制造精度和齒面粗糙應(yīng)較低檔齒輪副高一個(gè)等級(jí)。例如：德國(guó)ZF公司生產(chǎn)的變速器，其常嚙合齒輪副的精度為6級(jí)(DIN3962)，齒面粗糙度Rz6.3～3.2，用磨齒方法加工，其他各檔齒輪副的精度均為7級(jí)(DIH3692)，用剃齒方法加工。
2.增大齒輪副重疊系數(shù)
確定齒部基本參數(shù)應(yīng)考慮盡可能增大重疊系數(shù)。重疊系數(shù)為整數(shù)2或3最適宜。但考慮誤差的存在，允許重疊系數(shù)為1.8-1.9或2.8-2.9。由國(guó)內(nèi)外一些汽車(chē)變速器采用的齒輪基本參數(shù)證實(shí)，增大齒數(shù)和、減小模數(shù)、加大齒頂高系數(shù)、采用小壓力角、增大螺旋角和齒面寬度等，均可達(dá)到增大重疊系數(shù)的目的。
我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，漸開(kāi)線(xiàn)齒輪基準(zhǔn)壓力角。α=20°，齒頂高系數(shù)為1.0。但國(guó)內(nèi)外不少汽車(chē)變速器齒輪的齒頂高系數(shù)為1.3-1.5。例如陜西汽車(chē)齒輪廠生產(chǎn)的富勒雙中間軸九檔重型汽車(chē)變速器齒輪的齒頂高系數(shù)皆大于1.3，其主箱中常嚙合和四檔齒輪副中的主動(dòng)齒輪和齒頂高系數(shù)竟分別達(dá)到1.68和1.50。至于壓力角，不少汽車(chē)齒輪已將壓力角減小到16°、17.5°、15°和14.5°。從噪聲方面講，α=20°的噪聲比15°的大，在強(qiáng)度方面，直齒輪α=28°，鈄齒輪α=25°強(qiáng)度最大。為此，筆者建議：常嚙合和超速檔齒輪副的α可先用14.5°～15°，而低速檔和倒檔齒輪副的?？上扔?/SPAN>22.5°(鈄齒輪)和25°(直齒輪)。在中心距限定配齒的計(jì)算中，應(yīng)選擇大齒數(shù)和模數(shù)小的齒輪副；加大螺旋角和齒寬的同時(shí)要相應(yīng)地控制接觸精度，以防止出現(xiàn)端和偏接觸。
3.按噪聲指標(biāo)要求分配變位系數(shù)
a.根據(jù)捏合起始點(diǎn)遠(yuǎn)離基圓可降低噪聲的研究，推薦按公式(1)驗(yàn)算噪聲指標(biāo)。
(1)
式中：df--嚙合起始圓直徑mm
db--基圓直徑mm
tn--法向齒距mm
b.根據(jù)齒輪副嚙入段長(zhǎng)度小于嚙出段長(zhǎng)度可降低噪聲的研究，推薦按公式(2)驗(yàn)算噪聲指標(biāo)。
(2)
式中： 、 --主、從動(dòng)齒輪最大曲率半徑mm
、 --主、從動(dòng)齒輪基圓直徑mm
--端面嚙合角(度)
在選擇基本參數(shù)和變位系數(shù)后，按公式(1)和(2)，驗(yàn)算噪聲指標(biāo)，一般要求βcg<1.10和βcg<0.90。常嚙合、超速和高速齒輪副應(yīng)首先滿(mǎn)足噪聲指標(biāo)，其次滿(mǎn)足強(qiáng)度和壽命。低檔齒輪副在滿(mǎn)足強(qiáng)度和壽命的前提下，亦應(yīng)使噪聲指標(biāo)愈小愈好。
4.合理齒輪副側(cè)隙和確定齒厚偏差
按國(guó)家齒輪標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來(lái)先取側(cè)隙，從控制噪聲的角度出發(fā)，按下列公式確定最小側(cè)隙Jnmin。
式中：fpt1、fpt2 --主、從動(dòng)齒輪齒距誤差
△Fr1、△Fr2--主、從動(dòng)齒輪徑向跳動(dòng)偏差
αn--法向齒形角
K--考慮熱變形熱膨脹和塵屑等因素的系數(shù)
下表是一些汽車(chē)生產(chǎn)廠家選定的側(cè)隙，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。
在確定各檔齒輪副側(cè)隙時(shí)，應(yīng)使其步調(diào)一致，以消除系統(tǒng)側(cè)隙對(duì)噪聲的不利影響。齒輪側(cè)隙與許多因素有關(guān)，例如齒輪體熱膨脹系數(shù)、齒輪受載后輪齒變形、制造誤差、安裝誤差及潤(rùn)滑油膜厚度等。根據(jù)一般推薦的數(shù)值，考慮表中的最小側(cè)隙要求，再按上述Jnmin的近似計(jì)算公式，再參照齒輪國(guó)際規(guī)定來(lái)分配齒厚上、下極限偏差。
5.增強(qiáng)軸的剛度和選擇低噪聲軸承
軸和軸承兩種運(yùn)轉(zhuǎn)部件既是噪聲源之一，又是固體傳聲媒介。設(shè)計(jì)軸時(shí)，其直徑和長(zhǎng)徑比應(yīng)保證在滿(mǎn)負(fù)荷作用下，其總撓度和轉(zhuǎn)角分別不超過(guò)0.15-0.13mm和0.000123弧度，以使軸具有足夠的剛度，不致破壞齒輪的正常安裝和嚙合。
軸承的精度和游隙對(duì)變速器噪聲的影響是明顯的，在高轉(zhuǎn)速區(qū)(如常嚙合齒輪副和超速檔齒輪副)，如選用較高級(jí)(D級(jí))軸承時(shí)，其噪聲較普通級(jí)軸承可降低1-2dB，不過(guò)這種D級(jí)軸承的價(jià)格要較普通級(jí)的高出2-3倍。近年軸承行業(yè)研制推出同等級(jí)別的低噪聲軸承，價(jià)格不高，我廠試驗(yàn)結(jié)果證明，降噪效果明顯，一般可降低噪聲1-3dB，應(yīng)大力推廣使用。
6.齒輪體結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)
從限制噪聲傳播的角度考慮，為降低噪聲，應(yīng)減小齒輪表面的輻射面積，而達(dá)到這一目的的方法：一是盡可能減小齒輪直徑，其次是在齒輪體上打孔。如日本本田汽車(chē)分動(dòng)器齒輪在輻板位置上直拉鍛出均布的4個(gè)孔。另外，增加齒輪體厚度和布上環(huán)狀筋等也可降低噪聲，但這些措施受到變速器軸向尺寸的限制。
7.正確進(jìn)行輪齒的修形(設(shè)計(jì)齒形和設(shè)計(jì)齒向)
輪齒修形設(shè)計(jì)齒形和設(shè)計(jì)齒向是降低齒輪噪聲最合理最有效的途徑。它一直是國(guó)內(nèi)外齒輪界研究的熱門(mén)課題。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外的一些汽車(chē)變速器齒輪圖紙上均標(biāo)有對(duì)設(shè)計(jì)齒形和設(shè)計(jì)齒向的要求。修形原理已為眾多的齒輪方面的專(zhuān)家和學(xué)者闡明，但修形的計(jì)算和方法是各不相同的。正是因?yàn)槊糠N齒輪的工作條件(載荷變化大小、轉(zhuǎn)速和油溫等)、輪齒幾何特征和綜合剛度等不盡相同的，所以各個(gè)汽車(chē)齒輪生產(chǎn)廠家的修形計(jì)算都有它的局限性，不可能適用于所有齒輪的修形。確定自己產(chǎn)品的修形要求時(shí)，最有效的途徑是要進(jìn)行大量的試驗(yàn)，經(jīng)獲得適合本齒輪的齒形和齒向要求，以便在生產(chǎn)中予以執(zhí)行。
一般齒輪修形有以下幾種情況：
a.齒輪齒頂?shù)估猓簝H對(duì)齒頂部分進(jìn)行修正(見(jiàn)圖1)。
△=△1+△2
式中△1--考慮加工誤差的倒棱量，對(duì)于固定工藝和精度等級(jí)，其值為常數(shù)。
△2--克服嚙合過(guò)程中由雙對(duì)齒嚙合向單對(duì)齒嚙合過(guò)渡時(shí)引起載荷突變的倒棱量，其值與載荷成正比。
關(guān)于△值，雖有不少計(jì)算方法，但過(guò)于繁雜和理論化。根據(jù)筆者多年從事汽車(chē)齒輪設(shè)計(jì)制造的經(jīng)驗(yàn)，推薦△=0.08～0.12mm。模數(shù)小時(shí)取大值，反之取小值。另外，倒棱部分齒形角αln+αn(25°-15°)。如齒輪齒形角αn=20°，則取αn=20°+20°=40°為宜。
b.齒形修正(設(shè)計(jì)齒形)：除齒頂和齒根部分較理論漸開(kāi)線(xiàn)稍短一些外，一般希望沿整個(gè)齒高方向?yàn)槌收龎毫钦`差的齒形為宜。具體齒形形狀仍需通過(guò)大量試驗(yàn)確定。
c.齒向修正(設(shè)計(jì)齒向)：為避免輪齒的端接觸或偏接觸的出現(xiàn)，一般要求按齒的長(zhǎng)度方向做成中間凸出即鼓形齒，中凸量一般為0.005-0.012mm。
8.箱體的降噪設(shè)計(jì)
已有不少?lài)?guó)內(nèi)外廠家研究箱體對(duì)噪聲的影響。研究成果表明，箱體的降噪設(shè)計(jì)是降低變速器噪聲的另一個(gè)有效途徑，潛力不小。如果條件允許的話(huà)，在變速器設(shè)計(jì)階段，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，并且在樣品試制期間，用儀器對(duì)已試制出箱體進(jìn)行振動(dòng)和固有頻率的測(cè)量和分析，找出薄弱環(huán)節(jié)和部位，再予以修改設(shè)計(jì)，定有不小的收獲。
a.箱體的形狀應(yīng)能使其剛度大、聲輻射面積減少，避免大平面過(guò)渡。表面應(yīng)設(shè)計(jì)成法向方法各異的小面連接，以降低箱壁振動(dòng)和減少輻射能量。
b.改善箱體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，增加剛度，以避免箱體產(chǎn)生共振，使箱體振動(dòng)幅度下降，從而達(dá)到降低結(jié)構(gòu)輻射噪聲的目的。圖2為在汽車(chē)變速器箱體上加筋的例子，圖中點(diǎn)劃線(xiàn)為所加的筋。
圖2 箱體加筋降低輻射噪聲
c.箱體各窗口如取力孔、倒檔孔和頂部換檔部位孔等的相對(duì)位置予以合理布置，并且以鑄鐵蓋代替沖壓鋼蓋，或者采用帶阻壓層的蓋板，起到吸振作用。
d.箱體材料由于輕量化的需要，日前多由鑄鐵件改為鋁合金件。由于鋁合金吸振阻壓性能較差，眾多學(xué)者專(zhuān)家正在研究試驗(yàn)在鋁合金中加入適當(dāng)添加劑，改善其性能。
e.在箱壁內(nèi)表面上敷以吸聲材料，吸聲效果不錯(cuò)，最好時(shí)可降噪3-5dB。
f.連體的離合器殼屬于箱體范圍，設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)音。對(duì)于離合器殼體，有條件的應(yīng)作固有頻率測(cè)定，檢測(cè)共振性能，并且要合理布置加強(qiáng)筋。例如我廠生產(chǎn)的型號(hào)BCl84B汽車(chē)變速器，實(shí)測(cè)顯示，帶離合器殼與不帶離合器殼的噪聲大約相差3-4dB。
g.合理選用潤(rùn)滑油樣和規(guī)定潤(rùn)滑油量。潤(rùn)滑油主要起潤(rùn)滑作用，也起著一定的冷卻作用。一般商用車(chē)變速器采用油浴潤(rùn)滑，其油量應(yīng)能使齒輪浸入潤(rùn)滑油深度20-40mm為佳，或者是齒高的2-3倍。
（轉(zhuǎn)載）
