齒輪參數(shù)對傳動效率的影響研究

衛(wèi)少帥　董凡　王海亮　王鵬

【摘? 要】本文首先梳理了齒輪傳動效率計(jì)算的方法與公式，在此基礎(chǔ)上，以一對相互嚙合的齒輪為研究對象，進(jìn)行了齒面粗糙度、齒頂高系數(shù)、壓力角、螺旋角、模數(shù)等齒輪參數(shù)對齒輪傳動效率的影響分析。結(jié)果顯示，齒面粗糙度、齒頂高系數(shù)的變動對傳動效率的影響較大，壓力角、螺旋角對齒輪傳動效率的影響較小，并完成了不同參數(shù)對傳動效率的趨勢分析。

【關(guān)鍵詞】齒輪參數(shù)、傳動效率

前言

目前，在商用車領(lǐng)域，關(guān)于節(jié)能減排的呼聲日益提升，作為商用車重要零部件之一的變速箱，聚焦其整箱的效率研究也越來越受到各大科研機(jī)構(gòu)與知名公司的關(guān)注，但對于其中齒輪參數(shù)的研究較少，因此研究齒輪參數(shù)對嚙合效率的影響變成了亟待解決的問題。本文以變速箱中一對嚙合齒輪為研究對象，研究齒輪參數(shù)對傳動效率的影響關(guān)系。

1 齒輪嚙合效率分析模型

2 齒輪嚙合效率分析

本節(jié)以一對相互嚙合的齒輪為研究對象，齒輪參數(shù)如表1所示。設(shè)置輸入轉(zhuǎn)速n=2000rpm，輸入扭矩T=3000Nm，采用單因素控制法，進(jìn)行不同齒輪參數(shù)如齒面粗糙度、模數(shù)、壓力角、螺旋角、齒頂高系數(shù)、齒數(shù)和對嚙合效率的影響研究。

齒輪齒面粗糙度對齒輪副傳動效率的影響如圖1所示。由圖中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)粗糙度由Ra1.0提高至Ra0.2時，齒輪傳動效率提升顯著，增長可達(dá)0.5%。工程中可采用如珩齒、齒面超精加工的方式來提高齒輪表面的粗糙度，進(jìn)而可提高齒輪裝置的傳動效率。

齒輪壓力角對齒輪副傳動效率的影響如圖2所示。國標(biāo)推薦常用壓力角為20°，實(shí)際在工程應(yīng)用過程中，壓力角的選擇也常在20°上下波動。由圖2中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)壓力角在20°上下±2.5°波動時，傳動效率僅有±0.1%的波動，變化較小，可見壓力角的變動對傳動效率的影響較低。不過在壓力角的合理變動范圍內(nèi)，壓力角的增大有利于提高齒輪的傳動效率。

齒頂高系數(shù)對齒輪副傳動效率的影響如圖3所示。在齒頂高系數(shù)的合理變動范圍內(nèi)，齒頂高系數(shù)增大，傳動效率降低。當(dāng)齒頂高系數(shù)由1.5降至1.2時，傳動效率可提升0.2%。在齒頂高系數(shù)的合理變動范圍內(nèi)，其傳動效率的提升也進(jìn)一步增加，其影響較為突出。

螺旋角對齒輪副傳動效率的影響如圖4、圖5所示。由公式可知，在齒輪設(shè)計(jì)過程中，在保證嚙合齒輪副中心距不變的前提下，齒輪螺旋角、模數(shù)及齒數(shù)和，三者至少需要有兩個發(fā)生變動。圖4表示，在齒輪副中心距不變的前提下，齒輪螺旋角增大，齒數(shù)和變小，在此條件下，隨著螺旋角的增大，傳動效率呈現(xiàn)降低的趨勢。圖5表示，在中心距不變的前提下，齒輪螺旋角增大，模數(shù)降低，在此條件下，隨著螺旋角的增大，傳動效率呈二次拋物線變化，先增后減。不過，需要注意的是，螺旋角在10°左右的變動范圍內(nèi)，其傳動效率的變動不足0.1%，可見螺旋角的變動對傳動效率的影響較小。

3 小結(jié)

通過對一對嚙合齒輪的參數(shù)對傳動效率的影響研究，可得出以下結(jié)論。

（1）在齒輪參數(shù)中，齒面粗糙度、齒頂高系數(shù)的變化對效率的影響較為顯著，在進(jìn)行高傳動效率系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，提高齒面粗糙度、降低齒頂高系數(shù)均可有效提升齒輪的傳動效率。

（2）在中心距不變的情況下，螺旋角變化對傳動效率的影響較小。但螺旋角變化對效率的影響需結(jié)合齒數(shù)和與模數(shù)的變化情況來分別看待，當(dāng)螺旋角增大，齒數(shù)和減小時，傳動效率降低;當(dāng)螺旋角增大，模數(shù)減小時，傳動效率先增后減。

參考文獻(xiàn)：

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