浅谈汽车变速器中的齿轮设计

赵学广 贺彪 张青原

摘要：在实际的汽车变速器齿轮的设计应用中，强度和结构这两个重要的原因使变位齿轮的使用越来越广泛。其中值得进行 探讨的是高硬度齿面正变位齿轮的设计，其设计具有一定的独特之处。

关键词：齿轮载荷谱；压力角；齿轮噪声指标；齿形修整‘重合度

中图分类号：TH132.41 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）19-0225-01

On the design of gears in automobile transmission

Zhao Xueguang He Biao Zhang Qingyuan

Great Wall Motor Company， Automotive Engineering Technical Center of HeBei， baoding 071000

Abstract： in the actual design and application of automobile transmission gear， the two important reasons of strength and structure make the use of the modified gear more and more extensive. It is worth to discuss the design of the positive displacement gear with high hardness.Keywords： gear load spectrum； pressure Angle； gear noise index； tooth profile modification； coincidence degree

1 齿轮载荷谱的制定

1.1 齿轮载荷的差别

在齿轮的现实使用中，因为紧急停车、起步、以及路况等因素，

齿轮不会总是恒定地承载额定的载荷，这样就会让变速箱等传动系 零部件，造成大大高出额定载荷的冲击载荷。但是汽车在路面状况良好的状态下行驶时载荷又小于额定载荷。因此在确定试验方式时，在技术上要进行精确的处理。比如除去大于 120%以上和小于 50%以下的峰值载荷或者直接用额定载荷。

1.2 齿轮工作循环次数的差别

不同挡位的齿轮工作循环次数在实际的使用过程中一定是不同

的。不同车型即使使用同一变速箱其使用工况也是有差异的。例如

工程自卸车和牵引车，他们的使用有着本质的不同。

工程自卸车高档区齿轮的使用效率较牵引车低，这是因为牵引 车通常是在高速公路或者路况比较好的路面行驶。同时牵引车的倒 挡以及低挡的利用效率又比工程车低。因此变速箱的所匹配车型的 具体使用用途对于制定载荷谱来说是很重要的，尽量做到“因车而 异”

基于以上两点差别，在实际的齿轮设计中，工程技术设计人员 通常要对同类产品进行对比并根据自己多年的经验进行设定一个相 对安全允许强度即“经验值”。同时其他方面也有很多的不同，比 如制造工艺、工况、挡位、材料甚至许用值也是不同的，这些不能 定量的计算，只能定性的分析。

既然有这么多的不同，那怎样才能在设计过程中根据道路载荷 谱精确的确定设计载荷谱呢？通过试验可以确定齿轮材料的抗疲劳 性能，这是基本的常识，疲劳破坏经历的不同循环次数 N，是在不 同应力下产生的。这样就可以得到关于循环次数 N 和应力的疲劳曲 线，高周疲劳通常会引起车辆变速箱齿轮的失效，因此齿轮材料的 循环次数不能低于高周疲劳有限寿命。

2 齿轮主要参数选择

2.1 模数和压力角选择

模数对于齿轮有很大影响，选用较大的模数可以减少齿轮质量，

而选用较小的模数则可以降低变速器的噪声。对于不同类型的车辆 变速器应选用的模数也不同，乘用车减小工作噪声比较重要，因此 齿轮要选较小模数，而货车减小质量更为重要，因此齿轮要选较大 模数；变速器低挡齿轮应选用大些的模数，其他挡位选用另一种模 数，很少情况下会选同一种模数，而倒挡齿轮选用的模数往往与一 挡接近。

对于直齿轮，压力角为28°时强度最高，超过28°时强度增加 不多；对于斜齿轮，压力角为25°时强度最高。乘用车为了增加齿 轮重合度来降低噪声应选15°或 16°等较小的角度，而商用车为了 提高齿轮承载力应选22.5°或25°等较大的角度。

2.2 螺旋角和齿宽

螺旋角的选取对于变速器中的斜齿轮有着很大影响，这包括齿轮工作时的噪声大小，齿轮轮齿的强度以及轴向力等。在进行螺旋 角选择时，可以通过选取较大一些的螺旋角来加大齿轮轮齿之间相 互啮合的重合度，从而使齿轮工作更加平稳，并减小其工作噪声， 但螺旋角不宜过大，以免造成轮齿的抗弯强度降低。为了增加低档 位齿轮的抗弯强度，角度以15°～25°为宜；而为了提高高挡位齿 轮的接触强度，应当选较大的角度。对于乘用车变速器：两轴式变 速器为20°～25°，中间轴式变速器为22°～34°；而对于货车变 速器：18°～26°。变速器中间轴上的齿轮均会采用右旋的旋向， 而其他轴的齿轮采用左旋。

对于齿宽，当选取的齿宽较小时，变速器的轴向尺寸和质量就 会减小，但是齿轮的传动平稳性也会被削弱。通常根据齿轮模数 m （mn）的大小来选定齿宽：直齿b=kcm，kc 为齿宽系数，取为4.5～ 8.0；斜齿b=kcmn，kc 取为6.0～9.0，b 为齿宽（mm）。

3 各挡位齿轮齿数的分配及轮齿的强度计算

3.1 确定一挡齿轮齿数

通过选取的中心距和模数来计算齿数和：对计算出的齿数和进

行取整，然后通过选定的传动比来分配大、小齿轮齿数。而对于中 间轴式变速器来说，中间轴的轴径尺寸对于轴上的小齿轮的最少齿 数有着一定的限制，也就是刚度的限制，所以在对其进行选定时， 要同时考虑到轴的尺寸及齿轮的齿数。不同的车型所对应的中间轴 一挡齿轮的齿数也不相同，乘用车在15～17 范圍内选取比较好，而 货车则是在12～17 范围内选取较好。

3.2 修正中心距和确定其他挡位齿轮齿数

在对齿数和进行取整处理后，相应齿轮间的中心距也会发生变

化，所以我们要对中心距进行一定的修正。通过取整后的齿数和 zh 以及齿轮的变位系数来对中心距 A 进行修正，用以计算其他挡齿轮 齿数。其他挡位齿轮的齿数可以根据相应的传动比，修正后的中心 距以及对应的模数和螺旋角来计算出来。

结语

针对汽车变速器齿轮的设计进行一些问题的粗浅的探讨研究，

通过对齿轮载荷谱的制定、齿轮的修形、以及齿轮噪声指标的确定 和重合度的设计计算，更加的了解到齿轮在设计过程中的精密性以 及对车辆安全行驶的重要性，同时也了解到一些理论的计算结果与 实际的使用过程中还是有很大的差别的，在设计过程中有的计算运 用到计算机及相关软件计算出结果，但是在实际的运用过程中并不 是很合理。因此在设计时一定要结合实际进行研究设计，设计出的 齿轮才有实际用处才能更加符合匹配车辆的使用。

参考文献

[1] 王军伟，褚超美，吴佐铭，佟欣. 基于 Web 技术的汽车变速器轴承校核系统应用开发[J]. 上海理工大学学报. 2017（06）

[2] 钱林宝. 重型汽车变速器无内外圈无保持架圆柱满滚子 轴承圆周间隙问题探讨[J]. 机电工程. 2015（05）