變速箱齒輪噪音分析(完整版)

析自1894年一個(gè)法國(guó)工程師給當(dāng)時(shí)的汽車裝上世界第一個(gè)變速箱以來，汽車變速箱的發(fā)展已經(jīng)走過了一百年的歷程。變速箱，英文叫做Transmission，位處離合器和傳動(dòng)軸之間,可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和轉(zhuǎn)速輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)后,再傳給驅(qū)動(dòng)輪,起到調(diào)配作用。變速箱是汽車動(dòng)力系統(tǒng)中重要性僅次于發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，直接涉及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(dòng)檔，演變?yōu)槟壳拜^多汽車上配置的自動(dòng)檔、手自動(dòng)一體檔。但不論手動(dòng)檔還是自動(dòng)檔的變速箱,都有一個(gè)共同的故障模式—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(gè)因素-—齒輪。為了提高變速箱的質(zhì)量，降低變速箱的噪聲,在齒輪加工過程中，除測(cè)量齒輪的的齒形、齒向、徑跳等參數(shù)外,還會(huì)對(duì)齒輪的噪音進(jìn)行檢測(cè)或者配對(duì)使用,這在高端變速箱生產(chǎn)中是比較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(dòng)噪聲,其聲源為齒輪嚙合傳動(dòng)中的相互撞擊。齒輪傳動(dòng)中的撞擊主要齒輪傳動(dòng)誤差和安裝誤差引起。1)齒輪嚙合的周期性變化對(duì)傳動(dòng)噪聲的影響也就是說，當(dāng)一對(duì)齒輪進(jìn)入嚙合時(shí)，其嚙合點(diǎn)速度的瞬時(shí)差異造成在被動(dòng)齒輪齒頂處產(chǎn)生撞擊，發(fā)出撞擊聲音。在不同載荷下齒輪傳動(dòng)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(duì)傳動(dòng)噪聲的影響傳動(dòng)噪聲的影響因素主要為齒輪的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(dòng)等。安裝誤差主要包括齒輪安裝后在變速器內(nèi)軸線的平行度、a.齒形誤差是齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)中影響齒輪傳動(dòng)振動(dòng)噪音的主要誤差項(xiàng)目,它破壞了齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性，使齒輪在嚙合過程中產(chǎn)生瞬時(shí)傳動(dòng)比的突變，即產(chǎn)生角加速度,引起附加動(dòng)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(shí)安裝定位等多種原因造成的，是不可完全避免的誤差，它的存在會(huì)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、齒向誤差以及齒輪副側(cè)隙過大等，都會(huì)造成齒輪副不正確嚙合,產(chǎn)生撞擊聲。這里我主要想分析一下齒輪的加工誤差對(duì)噪聲的影響。如何解決這個(gè)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辦法。1。輪齒的加工方法：現(xiàn)在大部分變速箱使用的齒輪為漸開線圓柱齒輪,漸開線圓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相同的成形銑刀來加工齒形。其加工特點(diǎn)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展成法也稱范成法是利用刀具和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)來切削齒形的方法。其加工特點(diǎn):加工速度快、符合一定條件時(shí)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2、圓柱齒輪的加工工藝2．1齒輪加工工藝過程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(gè)過程加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(shí),齒坯回轉(zhuǎn)中心O1O1與機(jī)床心軸回轉(zhuǎn)中心OO有安裝偏心ej,，在滾齒時(shí)，假定滾齒刀到機(jī)床回轉(zhuǎn)中心O距離不變，這樣切出的齒輪會(huì)有一個(gè)幾何偏心ej，如圖5所示.產(chǎn)生幾何偏心的齒輪齒圈上各個(gè)齒形的形狀和位置相對(duì)于加工中心O是沒有誤差的,但相對(duì)于幾何中心O1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(duì)回轉(zhuǎn)中心在徑向的變化量是以一轉(zhuǎn)為周期的變化，會(huì)引起傳動(dòng)比的周期變化,影響傳動(dòng)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(huì)產(chǎn)生徑向跳動(dòng)誤差。b、還有另外一種情況如圖3所示，當(dāng)滾齒機(jī)分度渦輪軸線O2O2與機(jī)床心軸回轉(zhuǎn)中心OO有運(yùn)動(dòng)偏心ey時(shí)，會(huì)使齒輪產(chǎn)生切向的運(yùn)動(dòng)誤差如圖5，齒圈分度圓上尺形的形狀和位置相對(duì)于中心O是變化的,齒距由小變大，再變小，以一圈為周期變化。此種偏心稱為運(yùn)動(dòng)偏心。運(yùn)動(dòng)偏心的齒輪會(huì)產(chǎn)生齒距誤差。造成公法線變動(dòng)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(huì)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(duì)齒輪質(zhì)量的影響剃齒是根據(jù)一對(duì)軸線交叉的斜齒輪嚙合時(shí)，沿齒向有相對(duì)滑動(dòng)而建立的一種加工方法。剃齒時(shí)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)行切削。當(dāng)工件旋向不同或剃齒刀正反轉(zhuǎn)時(shí)，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)都能獲得較剃齒是一種利用剃齒刀與被剃齒輪做自由嚙合進(jìn)行展成加工的方法。剃齒刀與齒輪間沒有強(qiáng)制性的嚙合運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)齒輪的齒距誤差修正較小，但對(duì)齒形、齒向、齒面粗糙度等會(huì)有明顯的提升。剃齒是對(duì)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。這就使得剃齒成為比較重要的加工工序。一般滾齒后會(huì)給剃齒留0.15左右的加工余量，余量太大或太小都會(huì)剃齒刀是不得不說的一個(gè)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?yàn)樘挲X是非強(qiáng)制切削,所以對(duì)因滾齒造成的誤差剃齒是無法修復(fù)的，尤其是公法線變動(dòng)量超差更難以修復(fù),而且,剃齒還會(huì)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(shí)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辦前面已經(jīng)說過產(chǎn)生齒輪的噪聲的一個(gè)因素就是齒輪嚙合撞擊產(chǎn)生的噪音.對(duì)齒廓修緣是改善齒輪動(dòng)態(tài)性能和降低振動(dòng)噪聲的主要措施。如圖7所示．對(duì)進(jìn)行齒頂修緣可以減小嚙入沖擊，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(huì)比較容易?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)大都已經(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基本的保障.當(dāng)然,齒頂修緣在加工時(shí)對(duì)刀具的要求很嚴(yán)格，因?yàn)楫?dāng)修緣曲線與齒面曲線相交處過渡不正確,反而會(huì)造成嚙合噪音的加大。2、齒向修形---鼓形齒減少嚙合沖擊，降低噪音的另一種方式就是進(jìn)行齒向修形即采用鼓形齒.齒向修形是對(duì)齒輪漸開線輪廓的一種修正如圖8。在正確嚙合的一對(duì)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(shí)際嚙合中因?yàn)辇X輪存在制造誤誤差及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(shí)際嚙合情況如圖9(b)所示.這樣的嚙合不但會(huì)造成很大的沖擊力從而產(chǎn)生嚙合噪音，而且后造成輪齒的偏載.為了避免這種情況發(fā)生,對(duì)齒向進(jìn)行鼓形修形，就會(huì)使接觸更加平順如圖9(c)，降低了嚙合沖擊和噪音,改善了偏載的齒形誤差控制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(齒廓線在齒頂處升高,壓力角減小)即齒廓斜率偏差為正時(shí)，對(duì)噪音影響最大的。這是因?yàn)閮蓚€(gè)齒輪嚙合時(shí)齒面逐漸進(jìn)入嚙合接觸，因?yàn)辇X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(shí)速度不一致,產(chǎn)生沖擊形成嚙合噪音.33.2、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(diǎn)決定了剃齒對(duì)滾齒精度的修復(fù)能力是有限的,因此必須控制好剃前的齒輪精度.主要控制滾齒刀質(zhì)量和刃磨質(zhì)量和剃齒余量.在滾齒加工過程中,滾齒刀齒形精度、滾齒刀的安裝角度、滾齒刀安裝后的徑向跳動(dòng)和軸向串動(dòng)量都是影響齒形超差的原因.在加工調(diào)整時(shí)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之內(nèi),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(gè)簡(jiǎn)單的解釋下圖是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達(dá)到到14。5μm(左側(cè)數(shù)第二條)，這樣的齒形在剃齒后會(huì)產(chǎn)生凹心如圖所示,嚙合缺一張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)、滾刀磨損，因沒有及時(shí)更換滾齒刀造成滾齒刀刀刃鈍,加工時(shí)對(duì)齒面有撕裂。2)滾齒刀安裝后，滾齒刀主軸軸向串動(dòng)大，這是應(yīng)該調(diào)整主軸兩側(cè)的軸承和止推墊片，檢測(cè)刀桿兩端(近端和遠(yuǎn)端)的跳動(dòng)值,根據(jù)所加工齒輪的精度等級(jí)，7級(jí)齒輪最大不能超過0．005和0.008mm，8級(jí)齒輪最大不能超過0。008mm和0。01mm以保證滾齒刀的3)滾齒刀安裝后，滾刀軸臺(tái)徑跳根據(jù)所加工齒輪的精度等級(jí),7級(jí)齒輪最大不能超過0．015mm。8級(jí)齒輪最大不能超過0.02mm.(徑向跳動(dòng)需要調(diào)整到多少？怎樣檢測(cè)？)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(duì)滾齒刀進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，不合格的刀具不能生產(chǎn).以上故障排除后，滾齒的齒形如下圖所示：齒形誤差有明顯的好轉(zhuǎn)。剃齒后的齒形如圖所示.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(zhǎng)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。如圖所示。為了保證剃齒的質(zhì)量，除了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(duì)齒b、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(jiǎn)稱切入法。這是一種加工效率高、剃齒精度高、刀具壽命長(zhǎng)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(huì)產(chǎn)生齒形誤差:如圖所示這這個(gè)誤差離不開剃齒刀的因素。剃齒刀在刃磨時(shí)齒形不正確，剃前齒輪的剃齒余量太多；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(huì)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(yàn)器齒形是否為加工需要的齒形；前序提供的滾齒件加工留量及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(shí)的軸向誤差,主要影響齒輪的接觸精度和載荷分布.對(duì)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，如何避免產(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)給方向與零件軸線有偏移，零件裝夾定位面與裝夾心軸不垂直,或上尾座頂尖中心與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心不一致，還有滾切斜齒輪時(shí)，差動(dòng)掛輪計(jì)算誤差大，差動(dòng)傳動(dòng)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(huì)引起齒向誤差。4.2解決方案1)、保證機(jī)床立柱精度以及上下頂尖的同軸度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,以及內(nèi)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)床分度渦輪副的嚙合間隙要適當(dāng)5)剃齒時(shí)的軸交角調(diào)整不正確,下圖為調(diào)整后滾齒齒向嚙合輪齒所產(chǎn)生的擺動(dòng)增強(qiáng)或減弱而產(chǎn)生不同程度的噪聲。如圖所示產(chǎn)生這種情況的主要原因是加工過程中的運(yùn)動(dòng)偏心。即前面提到的分度渦輪安裝偏心。滾齒機(jī)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線晃動(dòng)對(duì)齒輪大周期誤差造成很大影響,而且此軸線晃動(dòng)的低頻成分對(duì)周節(jié)累積誤差造成影響尤甚。在齒輪加工、檢驗(yàn)中,一定要注意檢測(cè)和控制工作臺(tái)軸線晃動(dòng)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(shí)是無法修復(fù)的。或者剃齒時(shí)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始，包括滾齒、剃齒的各個(gè)環(huán)節(jié)都不能放過.裝配質(zhì)量對(duì)變速箱噪音控制有直接的影響，在實(shí)際生產(chǎn)中也常