變速箱齒輪噪音分析(完整版)

1、變速箱齒輪噪音的淺析自1894年一個法國工程加給當(dāng)時的汽車裝上世界第一個變速箱以來，汽車變速箱的開展已經(jīng) 走過了一百年的歷程。變速箱，英文叫做Transmission，位欠離合器和傳動軸之間可以將 發(fā)動機(jī)的動力和轉(zhuǎn)速輸出進(jìn)展調(diào)節(jié)后，再傳給驅(qū)動輪，起到調(diào)配作用。變速箱是汽車動力系 統(tǒng)中重要性僅次于發(fā)動機(jī)的部件，直接涉與操控樂趣和駕乘舒適性。因此，變速箱的質(zhì)量直 接影響汽車的質(zhì)量。汽車變速箱從最早的MT手動檔，演變?yōu)槟壳拜^多汽車上配置的自動檔、手自動一體檔。 但不管手動檔還是自動檔的變速箱，都有一個共同的故障模式一噪聲。而變速箱產(chǎn)生噪聲的 因素又是很多，這里我只討論其中的一個因素-齒輪。為了提高變

2、速箱的質(zhì)量*降低變速箱的噪聲，在齒輪加工過程中，除測量齒輪的的齒形、齒 向、徑跳等參數(shù)外，還會對齒輪的噪音進(jìn)展檢測或者配對使用，這在高端變速箱生產(chǎn)中是比 擬常見的。一、齒輪傳動噪聲的影響因素首先我們分析一下產(chǎn)生噪音的原因。齒輪噪聲更準(zhǔn)確地應(yīng)稱為齒輪傳動噪聲，其聲源為 齒輪噴合傳動中的相互撞擊。齒輪傳動中的撞擊主要齒輪傳動誤差和安裝誤差引起。1）齒輪嚙合的周期性變化對傳動噪聲的影響也就是說，當(dāng)一對齒輪進(jìn)入嚙合時，其嚙合點速度的瞬時差異造成在被動齒輪齒頂欠產(chǎn) 生撞擊，發(fā)出撞擊聲音。在不同載荷下齒輪傳動產(chǎn)生的噪聲程度也是不同的。2）齒輪加工誤差和安裝誤差對傳動噪聲的影響傳動噪聲的影響因素主要為齒輪的

3、加工誤差和安裝誤差。加工誤差包括齒形誤差、齒向 誤差、齒距誤差、齒圈跳動等。安裝誤差主要包括齒輪安裝后在變速器軸線的平行度、中心 距、和齒輪副的側(cè)隙等。a.齒形誤差是齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)中影響齒輪傳動振動噪音的主要誤差項目，它破壞了齒輪傳動的 平穩(wěn)性，使齒輪在嚙合過程中產(chǎn)生瞬時傳動比的突變，印產(chǎn)生角加速度，引起附加動載荷的 變化，從而產(chǎn)生高頻沖擊而發(fā)出噪音。b.齒距誤差是由于設(shè)備、刀具、齒坯加工時安裝定位等多種原因造成的，是不可完全防止的 誤差，它的存在會造成變速器噪音周期性反復(fù)。C.齒輪安裝軸線不平行、中心距誤差、齒向誤差以與齒輪副側(cè)隙過大等，都會造成齒輪副不 正確嚙合，產(chǎn)生撞擊聲。這里我主要想分析

4、一下齒輪的加工誤差對噪聲的影響。如何解決這個的問題呢？在解決 問題之前，我們先以漸開線圓柱齒輪為例，了解一下齒輪的加工工藝。以便從中找出齒輪加 工誤差的解決方法。二、圓柱齒輪加工工藝1 .輪齒的加工方法：現(xiàn)在大局部變速箱使用的齒輪為漸開線圓柱齒輪，漸開線四柱齒輪的加 工主要有兩種法式：展成法和仿形法。1.1 仿形法是利用與齒形曲線一樣的成形銃刀來加工齒形。其加工特點是：加工速度慢、需 要專用刀具、加工精度低、不適宜大批量生產(chǎn)。1. 2展成法也稱成法是利用刀具和工件相對運動來切削齒形的方法。其加工特點：加工速度 快、符合一定條件時刀具可以通用、加工精度高、適宜大批量生產(chǎn)。刀具主要有滾齒刀、剃 齒

5、刀和插齒刀。2、圓柱齒輪的加工工藝2. 1齒輪加工工藝過程Iri I*HJL .|E5SM 皿 X g e， TIR -1 -J - U5J .s= =o- =- 場LUMUMz - 1! j r r r.F * XD皿Q HWK，二|二， JJt-Qn，純-Q-TMU I二，F(xiàn)一 =a, fOlQaw， -ll nUn從上面的工藝過程可以看出滾齒是制齒的粗加工、剃齒是制齒的精加工過程，這兩個過程加 工質(zhì)量決定著齒輪的最終質(zhì)量情況。因此以上兩個過程是我要重點分析的。2.2滾齒過程中，影響齒輪質(zhì)量的因素a、如圖3所示，在滾齒機(jī)上安裝齒坯時，齒坯回轉(zhuǎn)中心0101與機(jī)床心軸回轉(zhuǎn)中心00 有安裝偏心e

6、j,，在浪齒時，假定滾齒刀到機(jī)床回轉(zhuǎn)中心0距離不變，這樣切出的齒輪會有 一個幾何偏心cj,如圖5所示。產(chǎn)生幾何偏心的齒輪齒闋上各個齒形的形狀和位置相對于加 工中心0是沒有誤差的，但相對于幾何中心01是有誤差的，齒高是變化的。這樣的偏心最大 量是2ej。這樣的齒輪齒面位置相對回轉(zhuǎn)中心在徑向的變化量是以一轉(zhuǎn)為周期的變化，會引 起傳動比的周期變化，影響傳動的準(zhǔn)確性。此種偏心稱為幾何偏心。產(chǎn)生這種偏心的齒輪會 產(chǎn)生徑向跳動誤差。b、遇有另外一種情況如圖3所示，當(dāng)滾齒機(jī)分度渦輪軸線0202與機(jī)床心軸回轉(zhuǎn)中心00 有 運動偏心ey時，會使齒輪產(chǎn)生切向的運動誤差如圖5，齒圉分度網(wǎng)上尺形的形狀和位置 相對于中

7、心0是變化的，齒距由小變大，再變小，以一圉為周期變化。此種偏心稱為運動偏 心。運動偏心的齒輪會產(chǎn)生齒距誤差。造成公法線變動量超差。C、由于滾齒刀制造質(zhì)量、刃磨質(zhì)量、安裝調(diào)整問題；滾齒機(jī)自身精度、渦輪制造質(zhì)量、 安裝質(zhì)量等原因同樣會使加工出的齒輪存在齒形誤差、齒向誤差、齒距誤差。2. 3、剃齒對齒輪質(zhì)量的影響剃齒是根據(jù)一對軸線穿插的斜齒輪嚙合時，沿齒向有相對滑動而建立的一種加工方法。 剃齒時剃齒刀和齒輪是無側(cè)隙雙面嚙合，剃齒刀刀齒的兩側(cè)面都能進(jìn)展切削。當(dāng)工件旋向不 同或剃齒刀正反轉(zhuǎn)時，刀齒兩側(cè)切削刃的切削速度是不同的。為了使齒輪的兩側(cè)都能獲得較好的剃削質(zhì)量，剃齒刀在剃齒過程中應(yīng)交替的進(jìn)展正反轉(zhuǎn)動

8、。圖6是剃齒的圖。剃齒是一種利用剃齒刀與被剃齒輪做自由嚙合進(jìn)展展成加工的方法。剃齒刀與齒輪間沒 有強制性的嚙合運動，所以對齒輪的齒距誤差修正較小，但對齒形、齒向、齒面粗糙度等會 有明顯的提升。剃齒是對滾齒后的齒形做進(jìn)一步的修整，我們所需要的齒形形狀都是由剃齒來完成的。 為了降低噪音，現(xiàn)在大多數(shù)齒輪都有修形的要求，齒向修形、齒頂修形等。這就使得剃吉成 為比擬重要的加工工序。一般滾齒后會給剃齒留0. 15左右的加工余量，余量太大或太小都會 影響剃齒質(zhì)量。8 / 6剃齒刀是不得不說的一個關(guān)鍵因素，剃齒刀的刃磨質(zhì)量和制造質(zhì)量決定著齒輪的質(zhì)量。 另外因為剃齒是非強制切削，所以對因浪齒造成的誤差剃齒是無法

9、修復(fù)的，尤其是公法線變 動量超差更難以修復(fù)，而且，剃齒還會把滾齒造成的齒圈徑跳誤差轉(zhuǎn)換成公法線誤差。因此， 要求滾齒時必須保證齒輪的公法線精度。三、影響齒輪噪音原因控制既然影響齒輪噪音的主要參數(shù)的加工形成方式清楚了，那么我們也就找到了解決的方法。 1、齒頂修緣前面已經(jīng)說過產(chǎn)生齒輪的噪聲的一個因素就是齒輪嚙合撞擊產(chǎn)生的噪音。對齒廓修緣是改 善齒輪動態(tài)性能和降低振動噪聲的主要措施。如圖7所示.對進(jìn)展齒頂修緣可以減小嚙人沖 擊，從而減小因沖擊造成的噪音。齒輪修緣是指在齒輪齒頂用一段曲線代替標(biāo)準(zhǔn)漸開線。修 緣曲線一般都選取壓力角大于20度的漸開線，這樣加工起來會比擬容易?，F(xiàn)在設(shè)計師在設(shè)計 齒輪時大都已

10、經(jīng)采取了齒頂修緣的方式。這樣就為降低齒輪的噪聲提供了最根本的保障。當(dāng) 然，齒頂修緣在加工時對刀具的要求很嚴(yán)格，因為當(dāng)修緣曲線與齒面曲線相交火過渡不正確， 反而會造成嚙合噪音的加大。2、齒向修形一鼓形齒減少嚙合沖擊，降低噪音的另一種方式就是進(jìn)展齒向修形即采用鼓形齒。齒向修形是對齒 輪漸開線輪廓的一種修正如圖8。在正確嚙合的一對齒輪副中，齒寬方向應(yīng)該是均勻受載圖9 a所示，這樣才能提高齒 輪的承載能力和減小嚙合噪音。但實際嚙合中因為齒輪存在制造誤差與安裝中箱體孔的位置 誤差、輪齒受載后的彈性變形等多種因素的影響，實際嚙合情況如圖9 b所示。這樣的嚙合不但會造成很大的沖擊力從而產(chǎn)生嚙合噪音，而且后造

11、成輪 使接觸更加平順如圖9 （cp降低了嚙合沖擊和噪音，改善了偏載的情況。齒的偏載。為了防止這種情況發(fā)生，對齒向進(jìn)展鼓形修形，就會3、齒形誤差控制3. 1、齒形誤差分為形狀誤差和角度誤差兩種。其中形狀誤差中的中凹齒形、波形齒形 和角度誤差中的負(fù)壓力角偏差齒廓線在齒頂欠升高，壓力角減小即齒廓斜率偏差為正時， 對噪音影響最大的。這是因為兩個齒輪嚙合時齒面逐漸進(jìn)入嚙合接觸，因為齒形誤差的存在 使得嚙合過程中兩齒面接觸不良，造成輪齒瞬時速度不一致，產(chǎn)生沖擊形成嚙合噪音。3. 2、要減小齒形誤差主要從以下幾方面入手：a、滾齒質(zhì)量控制因剃齒的特點決定了剃齒對滾齒精度的修復(fù)能力是有限的，因此必須控制好 剃前

12、的齒輪精度。主要控制滾齒刀質(zhì)量和刃磨質(zhì)量和剃齒余量。在浪齒加工過程中，浪齒刀 齒形精度、滾齒刀的安裝角度、滾齒刀安裝后的徑向跳動和軸向串動量都是影響齒形超差的 原因。在加工調(diào)整時要根據(jù)滾齒刀和齒輪的旋向正確調(diào)整滾齒刀安裝角度，檢查滾到主軸和 機(jī)床主軸的精度，是指在0. 01mm之，以保證滾齒刀的安裝精度。下面以森雅車變速箱中間軸D齒齒輪加工中出現(xiàn)的問題為例做個簡單的解釋下列圖是D齒滾齒的齒形圖，從圖中可見，齒面有明顯的波紋產(chǎn)生，齒形的形狀誤差最大到 達(dá)14.5川（左側(cè)數(shù)第二條），這樣的齒形在剃齒后會產(chǎn)生凹心如下圖，嚙合時產(chǎn)生噪音。缺一凹心厲害的齒形圖滾齒產(chǎn)生這種情況的原因有以下幾方面：1、滾刀

13、磨損，因沒有與時更換滾齒刀造成滾齒刀刀刃鈍，加工時對齒面有撕裂。3滾齒刀安裝后，滾刀軸臺徑跳根據(jù)所加工齒輪的精度等級，7級齒輪最大不能超過0. 015nnn。8級齒輪最大不能超過0.02mm.徑向跳動需要調(diào)整到多少？怎樣檢測？4滾齒刀的刃磨質(zhì)量不好，容屑槽的齒距累積誤差大。這在滾齒刀刃磨后就需要對滾齒刀進(jìn) 展詳細(xì)的檢測，不合格的刀具不能生產(chǎn)。以上故障排除后，滾齒的齒形如下列圖所示：齒形誤差有明顯的好轉(zhuǎn)。剃齒后的齒形如下圖。一般為了保證齒形誤差，滾齒給剃齒的余量是不均勻的，這樣有利于延長剃齒刀的壽命， 并加大生產(chǎn)效率。余量一般是齒頂、齒根少一些，齒的中部多一些。如下圖。為了保證剃齒 的質(zhì)量，除了

14、要保證滾齒的齒形外，加工余量也不可過大或過小，兩者都不利于剃齒對齒形 的修復(fù)。汝仙榨必O. 5-1. 25O. 01O. 02i. a-2OO.02一 032. 5-3SO. 02 S- OSS-1. o5. SO. 03O.046. O8. OO. 04OSb、剃齒質(zhì)量控制現(xiàn)在齒輪加工行業(yè)中，剃齒大都選用徑向剃齒法。徑向剃齒法在剃齒過程中，剃齒刀只 作徑向進(jìn)給，所以，又稱切入進(jìn)給剃齒法，簡稱切入法。這是一種加工效率高、剃齒精度高、 刀具壽命長并且也能適用于多聯(lián)齒輪的剃齒，因此被廣泛應(yīng)用。在剃齒過程中同樣會產(chǎn)生齒 形誤差：如下圖 這個誤差離不開剃齒刀的因素。剃齒刀在刃磨時齒形 不正確，剃前齒輪

15、的剃齒余量太多；剃前齒輪的余量 分布形式不好，在齒根和齒頂處的余量太多；在剃前 齒輪余量太多的情況下，采用較大的徑向進(jìn)給量，使 齒形產(chǎn)生畸變；等等，都會產(chǎn)生較大的齒形誤差?；蛘啐X形很亂。新的或刃磨過的剃齒刀要檢驗器齒形是否為加工需要的齒形；前序提供的浪齒 件加工留量與留量分布要符合加工要求；以上措施調(diào)整完成后，剃齒齒形如下列圖所示。4、齒向誤差齒向誤差也也就是螺旋線誤差，主要反映在螺旋角誤差上。它所反映的是齒輪加工時的軸向 誤差*主要影響齒輪的接觸精度和載荷分布。對變速箱的噪音有一定的影響。這在本文開頭 已經(jīng)有所介紹。那么，如何防止產(chǎn)生齒向誤差呢？4. 1齒向誤差的主要原因是機(jī)床、刀架的垂直進(jìn)

16、給方向與零件軸線有偏移，零件裝夬定位面 與裝夾心軸不垂直，或上尾座頂尖中心與工作臺回轉(zhuǎn)中心不一致，還有滾切斜齒輪時，差動 掛輪計算誤差大，差動傳動鏈齒輪制造和調(diào)整誤差太大。再就是滾齒誤差太大，剃齒沒有修 正過來。夾具和齒坯制造、安裝、調(diào)整精度低也會引起而向誤差。5. 2解決方案1b保證機(jī)床立柱精度以與上下頂尖的同軸度2、齒坯定位孔與定位面的加工精度，保證孔與端面的垂直度，以與孔尺寸精度。3、滾齒心軸采用可漲芯軸，這樣齒坯安裝后才能沒有間隙，不但能保證齒向精度，還能保 證齒距精度4、滾齒機(jī)床分度渦輪副的咕合間隙要適當(dāng)5剃齒時的軸交角調(diào)整不正確，下列圖為調(diào)整后滾齒齒向5齒距誤差齒輪嚙合過程中，齒距

17、累積誤差每周出現(xiàn)兩次或更多，使齒輪產(chǎn)生擺動。相互嚙 合輪齒所產(chǎn)生的推動增強或減弱而產(chǎn)生不同程度的噪聲。如下圖產(chǎn)生這種情況的主要原因是加工過程中的運動偏心。即前面提到的分度渦輪安裝偏心。浪齒 機(jī)工作臺回轉(zhuǎn)軸線晃動對齒輪大周期誤差造成很大影響，而且此軸線晃動的低頻成分對周節(jié) 累積誤差造成影響尤甚。在齒輪加工、槍臉中，一定要注意檢測和控制工作臺軸線晃動精度。 這樣就有利于控制齒距誤差。另外，滾齒刀、剃齒刀的周節(jié)累積超差、或滾齒件周節(jié)超差剃 齒時是無法修復(fù)的?；蛘咛挲X時進(jìn)給量大，剃齒速度快，都能產(chǎn)生齒距誤差。所以，控制齒 距誤差要從齒坯開場，包括滾齒、剃齒的各個環(huán)節(jié)都不能放過。裝配質(zhì)量對變速箱嗦音控制有直接的影響，在實際生產(chǎn)中也常常會遇到這樣的例子：拆 箱檢查后沒有發(fā)現(xiàn)什么問題，重