王濤，李宏玲

（1.江淮汽車(chē)股份有限公司，合肥230022；2.安徽新華學(xué)院，合肥230088）

齒輪精度對(duì)變速器傳動(dòng)效率的影響研究

王濤1，李宏玲2

（1.江淮汽車(chē)股份有限公司，合肥230022；2.安徽新華學(xué)院，合肥230088）

變速器作為傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，提升其傳動(dòng)效率可改善傳動(dòng)系統(tǒng)的整體效率。本文以某5檔手動(dòng)變速器為研究對(duì)象，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)研究不同工況下齒輪精度對(duì)變速器傳動(dòng)效率的影響。結(jié)果表明，采用磨齒工藝的高精度齒輪的變速器的傳動(dòng)效率有明顯提升。

變速器；傳動(dòng)效率；齒輪精度；磨齒；剃齒

整車(chē)開(kāi)發(fā)對(duì)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)要求越來(lái)越高，而傳動(dòng)效率是其影響的一個(gè)關(guān)鍵因素。傳動(dòng)效率的提升，不僅對(duì)整車(chē)降低油耗具有很明顯的效果，而且通過(guò)降低摩擦損失，可以減少傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)部發(fā)熱，防止溫度過(guò)高，進(jìn)而提高齒輪和軸承壽命，同時(shí)對(duì)NVH性能也會(huì)起到一定的效果［1］。變速器作為傳動(dòng)系統(tǒng)重要組成部分，提升變速器效率可顯著改善傳動(dòng)系統(tǒng)的整體效率。本文以某國(guó)產(chǎn)5檔手動(dòng)變速器為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究齒輪精度對(duì)變速器效率的影響。

1　齒輪精度的影響及加工工藝

1.1齒輪精度的影響

齒輪精度對(duì)變速器的效率影響主要是通過(guò)提高齒輪的精度等級(jí)后，齒輪的載荷分布更均勻，傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性更好，減少了齒輪的振動(dòng)沖擊帶來(lái)的能量損失。具體表現(xiàn)［2］：

1）齒輪精度對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性的影響。漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的好處是能夠保證齒輪的傳動(dòng)比，但是齒輪的加工存在誤差，即存在齒廓偏差、螺旋線(xiàn)偏差和齒距誤差等。實(shí)際的齒面不是理想的漸開(kāi)線(xiàn)，所以齒輪在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中傳動(dòng)比并不是恒定的，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪間存在轉(zhuǎn)角誤差。齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)的誤差應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，以滿(mǎn)足齒輪嚙合的基本定律。

2）齒輪精度對(duì)傳動(dòng)側(cè)隙合理性的影響。齒輪工作的過(guò)程中，需要得到充足的潤(rùn)滑，一般除了讓齒輪浸在潤(rùn)滑油中，還會(huì)在輪齒的非工作面間留有間隙用于存儲(chǔ)一定量的潤(rùn)滑油，用于及時(shí)潤(rùn)滑和帶走齒輪嚙合產(chǎn)生的熱量，同時(shí)可以防止齒輪受熱膨脹產(chǎn)生咬死或燒傷。齒輪側(cè)隙的選用必須合理，尤其是需要經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的齒輪，側(cè)隙過(guò)大齒輪正反轉(zhuǎn)的空行程會(huì)產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪聲，影響齒輪的壽命。

3）齒輪精度對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響。齒輪嚙合過(guò)程中傳動(dòng)比的不斷波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致被動(dòng)齒輪的速度不斷波動(dòng)，即會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)加減速度和慣性沖擊，從而導(dǎo)致齒輪嚙合過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)、沖擊和噪聲。要保證齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性，既要保證齒輪旋轉(zhuǎn)360°的過(guò)程中傳動(dòng)比的波動(dòng)要小，也要保證齒輪最大的轉(zhuǎn)角誤差限制在合理的范圍內(nèi)。

4）齒輪精度對(duì)載荷分布均勻性的影響。齒輪載荷分布的均勻性是指齒輪在嚙合過(guò)程中，在齒高和齒寬方向應(yīng)盡量保證均衡的接觸，均勻的載荷分布有利于提高齒輪的承載能力延長(zhǎng)其使用壽命。如果齒輪的載荷分布不均勻，容易造成齒輪折斷。當(dāng)齒輪傳遞載荷較大時(shí)，對(duì)其載荷分布均勻性要求更高。

1.2齒輪加工工藝

齒輪有13個(gè)精度等級(jí)，分為0-12級(jí)，其中12級(jí)精度最低，0級(jí)精度最高。0-2級(jí)精度的齒輪對(duì)制造工藝與檢測(cè)水平要求極高，目前加工工藝尚未達(dá)到，是為將來(lái)發(fā)展而規(guī)定的精度等級(jí)；一般3-5級(jí)精度為高精度等級(jí)；6-8級(jí)精度為中等精度等級(jí)，使用最多；9-12級(jí)精度為低精度等級(jí)。5級(jí)精度是確定齒輪各項(xiàng)允許值計(jì)算式的基礎(chǔ)級(jí)。齒輪精度等級(jí)的選擇應(yīng)以傳動(dòng)的用途、使用條件、傳遞功率、圓周速度以及其它經(jīng)濟(jì)、技術(shù)要求為依據(jù)（有時(shí)還要考慮加工條件）而確定［3］。輕型汽車(chē)常采用5-8級(jí)精度齒輪傳動(dòng)；載重汽車(chē)常采用7-9級(jí)精度齒輪傳動(dòng)。

齒輪加工常用方法有滾齒、銑齒、磨齒和剃齒等工藝。本文針對(duì)某5檔變速器，齒輪加工工藝由剃齒改為磨齒，齒面精度由7-8級(jí)提高到6-7級(jí)。其工藝對(duì)比見(jiàn)表1［4］。

表1　齒輪加工工藝對(duì)比

2　試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

2.1試驗(yàn)過(guò)程

選用兩種不同齒輪（磨齒/剃齒）的變速器進(jìn)行傳動(dòng)效率試驗(yàn)，試驗(yàn)臺(tái)架見(jiàn)圖1。測(cè)試方法基本參照汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC T 568.1《汽車(chē)機(jī)械式變速器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法第一部分：微型》［5］。

試驗(yàn)步驟如下：

1）選取剃齒變速器和磨齒變速器各一臺(tái)分別進(jìn)行試驗(yàn)，潤(rùn)滑油用量均為2.0 L。

2）將傳動(dòng)系統(tǒng)樣件連接在臺(tái)架上，驅(qū)動(dòng)軸兩端分別直接連接在負(fù)載電機(jī)上；變速器輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接。

3）轉(zhuǎn)速分別取1 000 r/min、1 500 r/min、2 000 r/min、2 400 r/min、3 600 r/min、4 800 r/min、6 000 r/min，其控制精度為±5 r/min，測(cè)量精度為±1 r/min。

4）試驗(yàn)扭矩分別取45N·m、60 N·m、90 N·m、120 N·m、145N·m、180N·m，扭矩控制精度為±2‰，測(cè)量精度為±2‰。

5）油溫分別控制在60℃±2℃、80℃±2℃、100℃±2℃范圍內(nèi)，油溫測(cè)量精度為±1℃。

6）驅(qū)動(dòng)軸夾角設(shè)定為整車(chē)設(shè)計(jì)的夾角；差速器輸出端可不設(shè)置扭矩傳感器。

7）記錄變速器輸入端、左右輪端的扭矩、轉(zhuǎn)速及變速器的油溫。

8）傳動(dòng)效率的計(jì)算方法：傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入扭矩（Tin）、輸入轉(zhuǎn)速（nin）、左輪輸出扭矩（Toutleft）、左輪輸出轉(zhuǎn)速（noutleft）、右輪輸出扭矩（Toutright）、右輪輸出轉(zhuǎn)速（noutright）可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得，根據(jù)下列公式便可求得傳動(dòng)效率。

9）試驗(yàn)按低檔到高檔的檔位順序，結(jié)合轉(zhuǎn)速、扭矩、油溫組合的要求依次測(cè)定各工況點(diǎn)的傳動(dòng)效率。

2.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

臺(tái)架試驗(yàn)完成后對(duì)采集的各檔位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖2-圖5為一檔各轉(zhuǎn)速點(diǎn)剃齒變速器與磨齒變速器的傳動(dòng)效率對(duì)比，磨齒傳動(dòng)效率均大于剃齒傳動(dòng)效率，磨齒最高效率達(dá)到96.6%，綜合效率提升0.5%～1%。圖6-圖9為三檔各轉(zhuǎn)速點(diǎn)剃齒變速器與磨齒變速器的傳動(dòng)效率對(duì)比，磨齒傳動(dòng)效率均大于剃齒傳動(dòng)效率，磨齒最高效率達(dá)到97%［6］，綜合效率提升0.2%～0.8%。

表2為不同油溫下剃齒變速器與磨齒變速器的傳動(dòng)效率對(duì)比，油溫60℃時(shí)磨齒比剃齒的傳動(dòng)效率高0.83%，油溫80℃時(shí)磨齒比剃齒的傳動(dòng)效率高0.84%，油溫100℃時(shí)磨齒比剃齒的傳動(dòng)效率高0.93%。

表2　不同油溫下剃齒變速器與磨齒變速器的傳動(dòng)效率對(duì)比

3　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)將齒輪加工工藝由剃齒改為磨齒，齒面精度由7-8級(jí)提高到6-7級(jí)。經(jīng)過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)分析，變速器各檔位的傳動(dòng)效率均有提升，綜合效率提升0.2%～1%。從測(cè)試結(jié)果可得出，齒輪的精度等級(jí)對(duì)變速器的傳動(dòng)效率有明顯影響，即提高齒輪精度等級(jí)后，齒輪的載荷分布更均勻，傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性更好，減少了齒輪的振動(dòng)沖擊帶來(lái)的能量損失，提高了變速器的傳動(dòng)效率。

［1］葉芳，顏宇，王霞，等.淺談提高汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的措施［J］.現(xiàn)代企業(yè)教育，2013，（14）：308.

［2］張慧芳，張立榮.手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率的影響因素分析與改善對(duì)策研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2011，（4）：31-33.

［3］張君.剃齒工藝的現(xiàn)狀及其與磨齒工藝的比較［J］.經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息，2007，（30）：78.

［4］遇立基.磨齒工藝與磨齒機(jī)的技術(shù)發(fā)展概況［J］.現(xiàn)代制造工程，2008，（2）：1-4.

［5］QC/T 568.1，汽車(chē)機(jī)械式變速器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法第一部分：微型［S］.

［6］高勇.微型汽車(chē)變速器傳動(dòng)效率的影響因素分析及試驗(yàn)研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

修改稿日期：2015-04-13

Research on the In fluenceof Gear Precision on the Transm ission Efficiency

Wang Tao1，LiHongling2
（1.JianghuaiAutomobileCo.，Ltd，Hefei 230022，China；2.AnhuiXinhua University，Hefei 230088，China）

Transmission is an important part of the drive system，improving its drive efficiency can improve the whole efficiencyof thedrivesystem.Theauthors take a five-speedmanual transmission as the research objectto research the influence of differentgear precision on the transmission drive efficiency under differentworking conditions through bench test.The resultshows that the high precision gearwith grinding process can improve the transmission drive efficiency clearly.

transmission；drive efficiency；gear precision；grinding gear；shaving gear

U463.212

B

1006-3331（2015）05-0056-04

王濤（1985-），男，工程師；主要從事汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)工作。