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齿轮精度对汽车5档手动变速器传动效率的作用

时间:2019-11-19 10:07作者:唐军
本文导读:这是一篇关于齿轮精度对汽车5档手动变速器传动效率的作用的文章,在汽车齿轮设计中,将剃齿设计为磨齿,运用中能够将7~8级齿面精度提升至6~7级。同时通过台架试验分析过程能够看到,在不同的档位之下,变速器的传动效率均有提升,达到0.2%~1%的综合效率提升效果。

  摘    要: 传动系统的重要构成之一即是变速器,其运行效率对传动系统整体效率的改善具有显着作用。对某汽车5档手动变速器的具体运行情况进行研究分析,分析在不同的工况之下,变速器传动效率受到的齿轮精度的影响。研究结果显示磨齿工艺在提升变速器的传动效率方面效果显着。

  关键词: 齿轮精度; 变速器; 传动效率;

  0、 引言

  随着目前我国汽车行业的快速发展,对汽车运行效率以及节能技术提出了更高的要求,传动效率对汽车的经济性与运行效能具有重要影响,良好的传动设计能够显着减少传动系统的内部发热,提升汽车NVH性能,本文以某汽车5档手动变速器为对象进行研究,分析齿轮精度与变速器效率之间的影响关系。

  1、 汽车齿轮精度的相关问题

  1.1、 齿轮精度对汽车的影响作用

  在汽车整车运行过程中随着齿轮的精度等级的提升,能够促使齿轮载荷分布更为均匀,有效提升传递运动的稳定性与准确性,对汽车变速器运行具有重要影响。对齿轮的振动冲击而造成的能量损失产生一定的缓冲作用。由于齿距误差、螺旋线偏差、齿廓偏差等齿轮加工过程中存在的误差因素会导致齿面并不会呈现出理想完整的渐开线,传动比会随之而出现一定的变动,从动轮与主动轮之间会产生转角误差,运行过程中应当将其控制在一定的范围之内,使之契合齿轮啮合的基本定律[1]。

  1)、齿轮精度影响着传动侧隙合理性。

  要求对其进行一定的润滑,一般在轮齿的非工作面间设置一定量的润滑油,以此实现对齿轮运行的及时润滑,对齿轮啮合过程中产生的热量起到一定的缓冲作用,避免齿轮出现受热膨胀等现象。同时要求设置合适的齿轮侧隙,充分考虑到齿轮在正反转过程中出现的振动、噪声、冲击等因素[2]。

  2)、齿轮精度会影响到传递运动稳定性。

  齿轮在转动运行过程中不断啮合会导致传动比处于一个变动的状况,因此使得动齿轮的速度也在发生一定的变化,产生惯性冲击与瞬时加减速度,使得齿轮啮合时容易出现一些噪声、冲击、振动等现象。因此要求齿轮传动时应当具有良好的平稳性,满足齿轮旋转360°旋转的需要,同时设置合适的齿轮最大的转角误差范围值。
 

齿轮精度对汽车5档手动变速器传动效率的作用
 

  3)、齿轮精度会影响到载荷分布均匀性。

  随着齿轮啮合,齿轮在齿宽与齿高方向上应当使其能够尽量平衡地接触,达到一种均匀的载荷分布状况,这对提升齿轮的承载能力方面具有显着价值,否则在齿轮运行过程中容易出现齿轮折断等不良现象。若齿轮传递载荷过大,则要求具有更高的载荷分布均匀性,以满足实际运行需要。

  1.2 、齿轮加工工艺

  目前我国的汽车行业中载重汽车的齿轮传动精度一般为7~9级,轻型汽车的齿轮传动精度一般为5~8级。剃齿、铣齿、滚齿、磨齿是我国汽车齿轮加工过程中主要采用的工艺。滚齿工艺中主要使用滚刀磨,能够保证运动误差,具有通用性大、能够连续分度、生产率高的优势。铣齿主要使用工具磨床与仿形磨床,其中工具磨床的价格低较,切割效率较高。仿形磨床则能够实现无退刀槽结构的人字齿轮的加工。磨齿具有成型砂轮磨齿、锥形砂轮磨齿、蝶形砂轮磨齿、蜗杆砂轮磨齿等几种生产方式,分别具有不同的设计优势。

  1.3、 齿轮精度的对比

  齿轮的精度等级,用数字0~12由高到低的顺序排列,0级精度最高,12级精度最低。目前在汽车变速箱行业,主要的齿轮精度设定在5~9级,采用不同的工艺路线可以得到不同的齿轮精度。普通手动变速器齿轮常用的加工工艺路线为:滚齿+剃齿+渗碳淬火,由于淬火变形大,不利于齿轮表面硬度和硬化层等质量控制;部分要求较高手动和自动变速器齿轮常用的加工工艺路线为:滚齿+剃齿+渗碳淬火+珩齿,此路线可明显改善齿轮啮合性能;要求齿轮传动有较高啮合性能表现时通常采用的加工工艺路线为:滚齿+渗碳淬火+磨齿,此路线磨削后硬度稍低,但啮合性能优良。

  2、 实验

  2.1、 实验数据与条件

  本次实验过程中按照汽车行业标准QCT568.1进行实验设计,分别选择磨齿/剃齿2种齿轮的变速器进行传动效率实验研究,使用2.0 L的润滑油用量。在台架上设置传动系统样件,在负载电机上连接驱动轴两端,连接驱动电机与变速器输入端。设置1 000 r/min转速、1 500 r/min转速、2 000 r/min转速、2 400 r/min转速、3 600 r/min转速、4 800 r/min转速、6 000 r/min转速,采用±1 r/min的测量精度数值,±5 r/min的控制精度数值。设置45 N·m扭矩、60 N·m扭矩、90 N·m扭矩、120 N·m扭矩、145 N·m扭矩、180 N·m扭矩,采用±2‰的测量精度范围,±2‰的扭矩控制精度范围。设置60 ℃±2 ℃油温、80 ℃±2 ℃油温、100 ℃±2 ℃油温,采用±1 ℃的油温测量精度。整车设计的夹角,即为驱动轴夹角。对不同齿轮运行过程中左右轮端的扭矩、变速器油温、轮端转速以及变速器输入端数值等详细记录。按照从低档到高档的顺序计算,对各工况点的传动效率计算过程中要求结合油温组合、扭矩、转速等多种因素。

  2.2、 实验结果

  实验完成之后处理各个档位的相关信息。汽车在一档时,对磨齿变速器的传动效率进行分析对比,可见磨齿传动效率比剃齿传动效率明显要大,能够达到最高96.6%的磨齿最高效率,具有0.5%~1%的整体综合运行效率。在2 400 r/min三档转速之下可见,磨齿传动效率比剃齿传动效率明显要大,能够达到97%的磨齿最高效率,实现了0.2%~0.8%的综合效率提升。

  在60 ℃油温下与剃齿相比,磨齿高出0.83%的传动效率,在100 ℃油温下与剃齿相比,磨齿高出0.93%%的传动效率。如表1所示。

  表1 60 ℃、100 ℃油温下剃齿变速器和磨齿变速器传动效率结果
表1 60 ℃、100 ℃油温下剃齿变速器和磨齿变速器传动效率结果

  3、 结语

  在汽车齿轮设计中,将剃齿设计为磨齿,运用中能够将7~8级齿面精度提升至6~7级。同时通过台架试验分析过程能够看到,在不同的档位之下,变速器的传动效率均有提升,达到0.2%~1%的综合效率提升效果。可见在变速器的传动效率中齿轮的精度等级影响较为明显。随着齿轮精度等级的提升,能够显着提升传递运动的稳定性与准确性,减少齿轮在运行过程中产生的能量损失,在提升变速器传动效率方面效果显着。

  参考文献

  [1] 卢西山,郭应清,张标.DCT变速箱齿轮精度对传动效率影响的研究[J].汽车实用技术,2018(1):121-123.
  [2] 莫易敏,姚亮,高勇,等.轴承对变速箱传动效率影响的分析与试验研究[J].机械设计与制造,2018(4):176-178.

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