基于Romax的齒輪精度對(duì)傳動(dòng)誤差影響的仿真分析

盧西山 李丹 張標(biāo)

摘 要：Romax是一款廣泛應(yīng)用于的汽車變速器領(lǐng)域且功能強(qiáng)大的計(jì)算仿真軟件，主要用于變速器機(jī)械零件（齒輪、軸、軸承等）的參數(shù)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算及性能仿真優(yōu)化。文章借助Romax軟件，就某變速器檔位齒輪精度對(duì)于齒輪副傳動(dòng)誤差的影響進(jìn)行仿真分析，為設(shè)計(jì)優(yōu)化及降低成本提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：汽車變速器；齒輪精度；傳動(dòng)誤差（TE）

中圖分類號(hào)：U462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-132-03

Abstract： Romax is very useful simulation software using in vehicle transmission field， which is used for parameter calculation， strength calculation and optimization design of gears， shafts， bearings and so on. This paper calculate and simulate the transmission error of gear pairs based on Romax， which using in some kind of vehicle transmission， therefore， optimizing design and costing reduction.

Keywords： Vehicle Transmission； Gear accuracy； Transmission Error（TE）

CLC NO.： U462 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-132-03

前言

齒輪是汽車變速器中的核心零部件。齒輪精度的設(shè)定對(duì)于變速器傳動(dòng)性能、加工成本均有較大的影響，也是齒輪生產(chǎn)企業(yè)在對(duì)生產(chǎn)線規(guī)模進(jìn)行方案分析的重要輸入。目前國內(nèi)汽車變速器行業(yè)內(nèi)，雙離合器變速器的齒輪精度多設(shè)定為國標(biāo)的6～7級(jí)，手動(dòng)變速器多設(shè)定為國標(biāo)的7～8級(jí)，各廠商對(duì)于精度的設(shè)定也并不相同，主要還是從變速器NVH性能及加工成本角度考慮[1]。齒輪精度的合理設(shè)定即可以使得變速器滿足NVH性能要求，同時(shí)還可以有效降低制造成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力，因此，研究齒輪精度對(duì)于NVH性能的影響具有積極意義。

1 概述

齒輪精度制根據(jù)國家推薦標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定分為兩個(gè)部分：第一部分包括輪齒同側(cè)齒面偏差包括單齒距偏差fpt、齒距累計(jì)總偏差Fp、齒廓總偏差Fα、齒廓形狀偏差ffα、齒廓傾斜偏差fHα、螺旋線偏差Fβ、螺旋線形狀偏差ffβ以及螺旋線傾斜偏差fHβ；第二部分包括了徑向跳動(dòng)偏差Fr以及徑向綜合偏差Fi[2] [3]，其中較常作為檢測(cè)項(xiàng)目的主要包括fpt、Fp、Fα、Fβ、Fr。

在齒輪的基本幾何和修形參數(shù)確定的情況下，如何進(jìn)行合理的精度設(shè)定往往決定了產(chǎn)品NVH性能以及制造成本。若采用特制不同精度的齒輪副樣件進(jìn)行試驗(yàn)來驗(yàn)證往往由于費(fèi)用高、干擾因素大、無法單項(xiàng)精度驗(yàn)證、周期長等缺點(diǎn)而無法實(shí)現(xiàn)。而利用仿真軟件直接針對(duì)表征齒輪副NVH性能的傳動(dòng)誤差（TE）進(jìn)行量化對(duì)比分析，則可更好地把握驗(yàn)證方向、提高驗(yàn)證效率、減少驗(yàn)證成本。

因此本文利用Romax軟件基于三維有限元接觸分析法，針對(duì)某6檔變速器的檔位齒輪以一定的載荷工況下，在不同的齒輪精度等級(jí)（6、7、8級(jí)）時(shí)，分析其對(duì)于齒輪副傳動(dòng)誤差情況的影響，進(jìn)而判定各檔位齒輪副齒輪精度設(shè)置成較低等級(jí)時(shí)（7/8級(jí)）的可行性，同時(shí)也為產(chǎn)品開發(fā)過程中的齒輪精度設(shè)定提供一種思路。

2 齒輪精度綜合項(xiàng)傳動(dòng)誤差分析

針對(duì)上節(jié)中提到的5項(xiàng)常規(guī)齒輪精度檢測(cè)項(xiàng)目，分別均設(shè)定為6、7、8三種精度等級(jí)進(jìn)行仿真分析。軟件中的精度設(shè)定如下圖所示：

仿真對(duì)象為某款6檔變速器的各檔位齒輪，仿真工況采用該變速箱的綜合載荷譜工況。

圖2為各檔位傳動(dòng)誤差曲線及振幅的仿真結(jié)果，從曲線情況看，3種精度等級(jí)沒有非常明顯區(qū)別。傳動(dòng)誤差振幅隨精度等級(jí)的下降而升高，仿真結(jié)果符合理論實(shí)際。其中2檔齒輪副傳動(dòng)誤差振幅最大，8級(jí)精度時(shí)達(dá)到6.06μm，說明2檔齒輪若考慮在加工中降低精度可能存在產(chǎn)生較大齒輪嘯叫風(fēng)險(xiǎn)；另外，1檔齒輪副仿真結(jié)果顯示隨精度下降振幅反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說明1檔齒輪修形可能存在偏差，但由于齒輪修形不是本文討論范圍，在此不做論述。

3 各單項(xiàng)齒輪精度對(duì)傳動(dòng)誤差影響分析

上節(jié)分析的是5項(xiàng)齒輪精度均相同的情況，本節(jié)針對(duì)5項(xiàng)精度分別進(jìn)行單獨(dú)分析，研究各單項(xiàng)精度對(duì)于齒輪副傳動(dòng)誤差的影響。

由于Romax無法單獨(dú)設(shè)置徑跳Fr偏差值，因此本文暫不考慮Fr項(xiàng)，分析其他4項(xiàng)精度項(xiàng)。其中齒廓偏差Fα、螺旋線偏差Fβ由于存在修形，因此不同精度按照修形形狀和公差值進(jìn)行設(shè)置：

齒距累積偏差Fp可直接在軟件中設(shè)定，根據(jù)不同精度等級(jí)Fp值，一個(gè)正弦曲線波峰是Fp/2：

單齒距偏差fpt雖然軟件無法直接設(shè)置，但軟件可以根據(jù)主、從動(dòng)齒輪計(jì)算齒輪副的綜合單齒距偏差：

以1檔齒輪副為例，表1列出了不同精度時(shí)各單項(xiàng)齒輪精度數(shù)值。需要說明的是，在分析某一單項(xiàng)精度時(shí)，其余精度項(xiàng)均設(shè)置成6級(jí)精度，如在分析Fp項(xiàng)時(shí)，將其分別設(shè)置成6、7、8級(jí)，而其他4項(xiàng)精度（包括Fr）均設(shè)置成為6級(jí)精度。

由于仿真結(jié)果數(shù)據(jù)量較大，本文將仿真結(jié)果以統(tǒng)計(jì)值形式放在圖表中進(jìn)行對(duì)比分析：

從對(duì)比圖來看，精度等級(jí)越低，傳動(dòng)誤差越大，這和綜合項(xiàng)分析結(jié)果一致。對(duì)于單項(xiàng)精度等級(jí)，2/6檔齒輪副齒距累計(jì)偏差Fp降低時(shí)對(duì)傳動(dòng)誤差影響的敏感度最大，3/4檔單項(xiàng)齒輪精度降低時(shí)對(duì)于傳動(dòng)誤差的影響較其他檔位低。另外，總體而言，單節(jié)距偏差fpt，總齒廓偏差Fα和螺旋線總偏差Fβ影響程度相近。

4 結(jié)論

本文利用Romax軟件針對(duì)某6檔變速器各檔位齒輪在精度分別6、7、8級(jí)時(shí)，齒輪副傳動(dòng)誤差的大小進(jìn)行仿真計(jì)算。結(jié)果顯示，綜合項(xiàng)中2檔齒輪副齒距累計(jì)偏差Fp對(duì)于傳動(dòng)誤差影響最大，8精度時(shí)傳動(dòng)誤差振幅達(dá)到6.06μm；而單項(xiàng)齒輪精度中2/6檔齒輪齒距累計(jì)偏差Fp對(duì)于傳動(dòng)誤差影響最大也最明顯，3/4檔各單項(xiàng)齒輪精度較其他檔位低。

因此，在考慮成本因素而需要進(jìn)行實(shí)際樣件試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，可建議優(yōu)先考慮降低3、4檔齒輪精度至7/8級(jí)精度，而2檔齒輪不建議降低精度等級(jí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁杰，王登峰.汽車變速箱噪聲源識(shí)別及噪聲控制[J].噪聲與控制，2006（03）：67.

[2] GB/T 10095.1，圓柱齒輪精度制第1部分：輪齒同側(cè)齒面偏差的定義與允許值[S].

[3] GB/T 10095.2，圓柱齒輪精度制第2部分：徑向綜合偏差與徑向跳動(dòng)的定義和允許值[S].