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基於變速器NVH的齒輪加工工藝優化研究

2020-6-19 來源：- 作者（zhě）：-

摘要：本（běn）文從改善某款DCT變速器NVH性能（néng）的軸（zhóu）齒設計出發，分析了（le）齒輪加（jiā）工的難點和（hé）重點，並通過工藝仿真和工藝優化達（dá）到設計（jì）要求，滿足了變速器噪聲的需求。

在進行一（yī）款７擋ＤＣＴ變速器整車試驗時，變速器始（shǐ）終發出（chū）“尖銳嘯叫”，通過各（gè）工況噪（zào）聲評分，得（dé）出（chū）嘯叫噪聲雷達圖（見圖（tú）１），可以看出，除怠速等少數工況，變速器擋位齒輪嘯叫評分（fèn）小於設計（jì）要求６．５分，需進行變速器ＮＶＨ性能（néng）改（gǎi）善。

圖１ＤＣＴ變速器噪聲雷達圖

表１是為了改善（shàn）噪聲性能，變（biàn）速器軸齒的設計原則，其中重合度和運（yùn）動誤差影響最明顯。提髙齒輪嗤合重合度需優化齒高係數、減小Ｔ．Ｉ．Ｆ．點直徑（jìng），這就要求進行刀具匹配設計保證漸開線起始點。減小運動誤差（chà）需要提高齒輪精度和進行齒麵修形設計，７級的齒輪精（jīng）度要（yào）求直接決定齒麵精加工方法；齒向鼓形修形會增大齒麵扭曲，影響全齒麵精度質量。

表１改善噪聲性能的軸（zhóu）齒設計原（yuán）則

本文通過（guò）軸齒仿真加工（gōng）和加工工藝優化保證齒（chǐ）輪精度要求和（hé）全齒麵精度控製，從而實現變速器ＮＶＨ性（xìng）能優化。軸齒加工仿真和同步設計（jì）耐軸齒仿真機，可以驗證和優化齒輪零件的製造工藝（yì）性，確（què）保可以用比較經濟、合理的工藝方法進行生產製造，減（jiǎn）少顏（yán）免因結構工藝性（xìng）問題導致的設計更改，同時同步進行齒輪刀具的設計與改善（shàn）。

１、齒輪齒（chǐ）形加工仿真

表２中為齒形加工仿（fǎng）真中檢査的項（xiàng）目和評價指標。其中齒形（xíng）特定（dìng）點校核與刀具優化、齒根過渡分析和齒輪強度校核為關鍵項目。

表２齒輪加工仿（fǎng）真評估項目

（１）保證齒形特（tè）征點的刀具優化設計。通過刀具參數、精加工餘量和粗精加工齒厚公差，可以計算出極限情況下粗、精加工後（hòu）齒（chǐ）形曲線以及各特征點的（de）位置和餘量（見圖２），以此來優化齒輪刀具的參（cān）數，保證特征（zhēng）點有不小於（yú）0.03ｍｍ的加工佘量。

圖２齒形（xíng）仿真得到的粗精加工（gōng）齒形輪廓

（２）齒根過渡（dù）分析。圖３為齒根過渡仿（fǎng）真，ＴＩＦ點精加工餘量如（rú）果小於0.03ｍｍ，則精加工後齒（chǐ）形將（jiāng）出現接刀台階（jiē），調整刀具參數，保證接（jiē）刀處遠（yuǎn）離齒輪工作的危險截麵，試驗驗（yàn）證沒有出現齒根的不正常疲勞失效。

圖３齒根過渡計算仿真分析（xī）

（３）齒輪強度校核。表３為仿真製造和設計的齒輪疲勞強度對比，製造仿真得出的齒輪疲（pí）勞（láo）強度損失情況可以用來判斷（duàn）是否符合設計要（yào）求。

２、齒輪加（jiā）工工藝模擬及工藝

精（jīng）度預（yù）測工藝（yì）模擬能夠快速判（pàn）斷各（gè）影響因素對齒輪（lún）精度達（dá）成的貢獻度，並根據齒輪精（jīng）度要求，預先（xiān）確定工序控製指標。圖４滾（gǔn）齒精度的工藝（yì）模擬條件輸入界（jiè）麵，可以按實際的加工（gōng）情況輸入機床精度、滾（gǔn）刀精度和夾具精度等條件（jiàn）。

圖４滾（gǔn）齒工藝模擬的輸入條件

表３齒輪疲勞強度計算結果（１００％功率）

圖５為工藝模（mó）擬輸出結果，可（kě）以得到齒形和齒向的形狀偏（piān）差和傾斜偏差，以（yǐ）及齒距偏差和徑向圓（yuán）跳動。由圖６所示試驗驗（yàn）證可見，一部分實際（jì）達成的精度指標和計（jì）算非常吻合，但也有部分精度指標的計算準確度受因素（sù）交（jiāo）互影響需（xū）要進一步定和完善。

圖５滾齒工藝模擬的輸出結果

３、全齒麵質量控製模擬

全（quán）齒麵精度控製一般要求在齒髙和（hé）齒寬方向至少（shǎo）控製三個截麵精（jīng）度。扭（niǔ）曲計算分析的目的在於（yú）：早期（qī）通過（guò）產品設計的優化來降低扭（niǔ）曲產生，預測齒麵加工扭曲，優化工裝準備條件，修正（zhèng）實（shí）際加工隨曲。

圖６工藝模擬計算結果和（hé）與實際加工的結果對比

圖７齒向鼓形（xíng）量對齒麵扭曲的影響（xiǎng）

圖７為蝸杆磨齒的齒麵扭曲仿真和實際加工驗證，保證宏觀參數不變（biàn），對（duì）齒向鼓形量（liàng）0.5ｎｍ、 10ｎｍ、15Ｈ 20Ｈｍ進行試驗，實（shí）驗結果表明：

（１）齒形扭曲與齒向鼓形近似為線性關係。

（２）實際加工和仿真計（jì）算的扭曲趨勢一致（zhì）。

（３）齒向（xiàng）鼓形量越大，扭曲值差別越（yuè）大，準雜需要標細改善。

實際加工與保證

1.齒麵精加工的扭曲修正

在齒麵精加工中，由於蝸杆磨齒砂輪與齒（chǐ）輪有較大軸（zhóu）交（jiāo）角，其接觸跡線與齒輪端麵齒廓有夾角，導致加工帶有齒向鼓形修形的齒輪會產生齒麵扭（niǔ）曲。實（shí）際生產中可以（yǐ）采用變壓力角砂輪對扭曲進行修正，圖８為修正前後齒麵扭曲量（liàng）。

圖8 扭曲修正前後齒麵扭曲量

表４正常（cháng）加工和修正（zhèng）扭曲的（de）加工節拍

表５匹配設計前後齒輪參數（shù）的對比

但是，進行扭曲修正要求蝸杆砂輪軸向不同壓力（lì）角位置和（hé）齒寬不同位置相對應（yīng），加（jiā）工時需要（yào）軸向連續竄刀。表４為正常加工和修（xiū）正扭曲加（jiā）工時（shí）生（shēng）產（chǎn）情況對比（bǐ），可以看出（chū），扭曲修正降低磨削效率，增加磨削成本（běn）。所以對於扭曲比較小或要求（qiú）不（bú）高的（de）情形，可以采取優化修形螺旋線或是控製齒向鼓形量（liàng）控製扭（niǔ）曲，保證（zhèng）效率和成本（běn）。

２．粗精（jīng）加（jiā）工匹配的刀具設計

對於ＴＩＦ點（diǎn）近（jìn）基圓的齒輪設計，需要滾刀和蝸杆砂（shā）輪的模數和壓力角（jiǎo）進行匹配設計（jì），同（tóng）時控製精加工餘量（liàng）、適當増加凸（tū）角，保證齒根（gēn）過渡為展（zhǎn）成過渡曲線，否則在漸開線評價起（qǐ）始點附近易出（chū）現加工台階（見圖９ａ）。表５為（wéi）匹配設（shè）計前後齒輪參數的對比。

圖９匹配設計前後齒形（xíng）曲線

３.關鍵齒輪加工（gōng）精度（dù）保證

（１）工藝流程優化。

主減速從動齒輪的原始工藝流程：熱後齒輪磨齒一強化噴丸一齒輪與差速器殼體（tǐ）壓裝－＞鉚接－＞成品，但（dàn）在壓裝鉚接後，齒（chǐ）輪精度損失很大，如圖１０所示。

圖（tú）１０鉚接前後齒輪精度（／Ｈａ為齒形傾（qīng）斜偏差（chà），／為齒向傾斜偏差，厶為單一齒距偏差，為齒距累計偏差，Ｆ，為齒圈徑向跳動）

優化（huà）後工藝流程為：熱後齒輪與差速器殼體壓裝－鉚接－磨齒一強化噴丸一裝配行星半軸齒輪一成品，實現總成磨齒（見圖１１）。同時控（kòng）製齒輪熱處理變形，保證齒輪壓裝端麵平麵度小於（yú）0.05ｍｍ、內孔圓度小於0.06ｍｍ、內孔尺寸公差：0.035ｍｍ，熱後不精加工齒圏內孔（kǒng）直接（jiē）壓裝鉚接，避免精車齒輪（lún）內孔（kǒng）後裝配產生的齒頂圓跳（tiào）動大、漸開線終止圓變動量大的問題（tí）。

（２）幾何（hé）精度熱處理補（bǔ）償。通過熱處理（lǐ）試驗，在加工（gōng）中對內孔直徑、鉚接孔節圓（yuán）直徑、齒輪齒頂圓、齒向傾斜、漸開線起始點和終止點、公（gōng）法線進行補（bǔ）償（cháng），保證熱後齒輪精度（見圖１２），控製（zhì）熱後磨削餘（yú）量最小化（huà），提髙加工效率；保證（zhèng）最終產品精度不大於６。

圖１１主減速（sù）從動齒輪總成磨齒級，提高加工精度。