電動(dòng)汽車(chē)齒輪傳動(dòng)的噪音控制是一個(gè)主要問(wèn)題。眾所周知，如果使用高精度齒輪，可以提高使用壽命，減少振動(dòng)，提高NVH(噪音、振動(dòng)和舒適性)性能，從而減少噪音。由于這個(gè)原因，許多電動(dòng)汽車(chē)制造商要求根據(jù)ISO1328用于齒輪的高質(zhì)量制造。
在實(shí)際應(yīng)用中，特別是齒廓形貌的偏差受到了很大的限制。相關(guān)要求在某些情況下無(wú)法通過(guò)制造來(lái)達(dá)到。這增加了制造的時(shí)間周期，從而增加了制造成本。這就引出了一個(gè)問(wèn)題，即所要求的高質(zhì)量是否真的對(duì)整車(chē)或總成的性能表現(xiàn)具有關(guān)聯(lián)性，或者，例如，一個(gè)較大范圍的齒廓修型是否比簡(jiǎn)單地減少允許的制造誤差更加有效。
因此，我們有必要找到一種可以用來(lái)估計(jì)制造精度的影響的方法。當(dāng)分析齒輪齒面形貌測(cè)量時(shí)，信號(hào)總是統(tǒng)計(jì)上產(chǎn)生聚焦，通常覆蓋一定的基本波形。這種波形的大小直接影響所產(chǎn)生的齒廓形貌偏差。
本文描述了一個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)和結(jié)果，該項(xiàng)目研究了不同質(zhì)量參數(shù)對(duì)由此產(chǎn)生的傳動(dòng)誤差和激勵(lì)力的影響。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在理論理想的齒廓基礎(chǔ)上應(yīng)用了正弦性質(zhì)的修正。可以修改振幅長(zhǎng)度和波度的初值，可單獨(dú)應(yīng)用于齒廓齒形或者齒長(zhǎng)方向，或在兩者上進(jìn)行同時(shí)應(yīng)用。然后對(duì)傳動(dòng)誤差、激勵(lì)力等對(duì)振動(dòng)原因的基本影響進(jìn)行了評(píng)估，得到了相關(guān)結(jié)果。
波形的振幅或高度取決于允許的最大輪廓形式偏差ffα。然而，波形長(zhǎng)度或初始值在生產(chǎn)過(guò)程中可以發(fā)生變化，但對(duì)ffα沒(méi)有任何影響。因此，有必要考慮到不同波形的效果驗(yàn)證。這可以通過(guò)結(jié)合不同變化的振幅、長(zhǎng)度和相位角來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，以便進(jìn)行計(jì)算。然后，可以揭示傳動(dòng)誤差和其他值的變化，并用于預(yù)測(cè)質(zhì)量對(duì)NVH性能的影響。本文同時(shí)介紹并討論了該方法在一些現(xiàn)有齒輪傳動(dòng)總成中的應(yīng)用。
考慮到齒輪加工工藝的設(shè)計(jì)方法
齒輪副設(shè)計(jì)和齒面形貌修型
當(dāng)齒輪副尺寸確定時(shí)，根據(jù)負(fù)載、速度和輸出減速比等要求創(chuàng)建齒輪副傳動(dòng)原理圖。這種原理圖可以在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包中非常有效地建模。齒輪、軸和軸承的尺寸可以通過(guò)軟件中的尺寸功能來(lái)定義。通過(guò)以上方法，設(shè)計(jì)人員可以很快創(chuàng)造能夠滿(mǎn)足基本要求的初稿，如最低安全系數(shù)和/或使用壽命。
圖1代表了利用KISSsoft軟件進(jìn)行齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理圖及相關(guān)模型。
圖1 利用KISSsoft建立的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖及三維數(shù)字模型
在將齒輪箱尺寸調(diào)整到給定的局部邊界和其他約束條件后，需要對(duì)齒輪箱進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真。這使相關(guān)技術(shù)專(zhuān)家能夠確定哪些齒面修型是必要的，以避免在載荷下變形造成的輪齒失效。如今，齒廓和齒長(zhǎng)方向修型會(huì)專(zhuān)門(mén)旨在減少振動(dòng)激勵(lì)(噪聲的來(lái)源)或傳動(dòng)效率的損失，以上兩個(gè)因素都是非常重要的。這種輪齒的修型是由于純粹的功能性性質(zhì)的原因。通常這樣的修型是在齒廓或在齒長(zhǎng)方向上設(shè)定不同的鼓形。
純粹由于功能原因而定義的齒面修型通常可以完全通過(guò)制造工藝實(shí)現(xiàn)。那么，制造部門(mén)的任務(wù)是盡可能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)這種以功能導(dǎo)向的齒面修型。
齒輪制造工藝
有許多不同的工藝可以制造圓柱齒輪，如圖2所示。對(duì)于熱前齒面加工，可提供滾齒、輪廓銑削、成型、拉削或刮削等不同的工藝方式。熱后硬齒面精加工工藝較少，主要是展成磨削、成型磨削和齒輪珩齒加工。齒輪是基于刀具的幾何形狀和工藝的相互運(yùn)動(dòng)來(lái)展成加工的。相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系是由機(jī)床的控制軟件計(jì)算，使用理論齒輪數(shù)據(jù)和所需的齒面修型數(shù)據(jù)。
圖2 齒輪產(chǎn)品的通用制造流程
通常，設(shè)計(jì)部門(mén)設(shè)計(jì)的齒輪很少會(huì)關(guān)注討論生產(chǎn)過(guò)程。如果生產(chǎn)是外包的，就像現(xiàn)在經(jīng)常發(fā)生的情況一樣，在設(shè)計(jì)階段通常沒(méi)有決定誰(shuí)將生產(chǎn)齒輪，或?qū)⑹褂媚膫€(gè)工藝方式。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到生產(chǎn)工藝
每一種生產(chǎn)工藝(圖2)都有自己特定的原理，可以使加工方法很好地展成特定的修型齒面，或者完全不能生產(chǎn)所需齒形。生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)床操作者面臨的是展成一種無(wú)法通過(guò)數(shù)學(xué)方法精確地創(chuàng)建的修型齒面的問(wèn)題。因此，所需的修正或多或少與近似值相關(guān)聯(lián)。機(jī)床操作者能夠盡可能的加工出來(lái)與所需的修型齒面相關(guān)聯(lián)的齒輪。在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)齒形或者齒向測(cè)量來(lái)檢查所需修型的公差范圍。這個(gè)過(guò)程對(duì)于檢查齒面形貌修型的用途有限。齒輪生產(chǎn)需要一個(gè)合理的公差范圍，否則生產(chǎn)成本可能會(huì)過(guò)高。在給定的公差內(nèi)生產(chǎn)的齒輪是否具有設(shè)計(jì)者預(yù)期的齒輪性能，這個(gè)問(wèn)題仍然會(huì)存在。
圖3 齒廓偏差的描述及范圍例如，輪廓形式偏差的定義方式是，如圖3所示的虛線將盡可能移動(dòng)到左右(顯示為細(xì)線)，以接觸測(cè)量齒廓情況時(shí)，顯示為一條粗藍(lán)線。根據(jù)ISO 1328，齒廓誤差向左和向右偏移的距離就解釋了齒廓的誤差ffa。很明顯，有一些不同的輪廓形式都有相同的ffa值。這個(gè)加工方法只能部分地評(píng)估這種特殊偏差對(duì)齒輪噪聲特性的影響。這同樣適用于齒長(zhǎng)方向的偏差。