汽车齿轮变速箱的振动分析与优化设计研究

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1、汽车齿轮变速箱的振动分析与优化设计研究　　【摘要】汽车变速齿轮传动装置是汽车动力系统本身极其重要的设备之一，它的振动和工作性能会反映到汽车驾驶当中的安全性和舒适度，并且会极大的影响汽车的整体性能。因此对于汽车齿轮变速箱的研究与分析十分必要，我们自分析过程中通过建模仿真来模拟现实，在模拟中向现实靠近以得到最真实的数据。针对汽车齿轮变速箱的振动分析可以为改变传动装置振动噪音提供依据，也就是为优化设计提供保障。　　【关键词】汽车变速箱齿轮传动系优化设计　　现代社会高速发展，对工业技术的要求越来越高，整个汽

2、车工业向着更高速、高效、自动化的方向发展。当汽车工业向前迈进，汽车变速箱的振动对整个汽车性能的好坏又起到一个关键作用，传递功率就将会不断加大，对汽车变速箱的要求也更高，对驾驶员的集中力影响，对汽车工作性能的影响也会越来越大，汽车变速箱的振动噪音等问题也会越来越受到重视。　　1汽车齿轮变速箱的结构与分类　　研究汽车齿轮变速箱的振动必须了解汽车齿轮变速箱的内部构造，汽车齿轮变速箱有强制、半自动及自动式操纵变速箱三种类型。它的主要功能是调整变化传动比，也就是控制汽车本身在不同环境、路况与速度下进行处理。汽

3、车变速箱的结构有两部分，一个是变速传动机构主要用于传递速度、扭矩等，另一个是变速操纵机构主要用于控制传动机构。5　　2汽车齿轮变速箱振动问题　　汽车变速箱的齿轮啮合是随着时间而变化的，是一个动态的过程。当齿轮转动时，变速箱就成为一个以时间为变化的动态系统。因此，齿轮运转不是一个单一的一成不变的过程，而是一个多轴、多动向、多层次的动态振动过程。需要同时兼顾多个方向的问题才能深度探究齿轮变速箱的问题。　　汽车齿轮变速箱的运转依靠齿轮传动系统的振动激励，包括外部和内部激励两个部分。外部激励是发动机输入力矩

4、及负载的力矩波动或变化，内部激励是啮合部分直接产生的激励。内部激励又分为刚和激励、误差激励及啮合冲击激励。其中啮合冲击激励是汽车齿轮变速箱产生振动和噪声的主要部分。因此我们需要建立动力学模型来深度分析以达到振动最小化的目标。　　2.1建立动力学模型　　通过MASTA软件建立传动系动力学模型以深度分析汽车齿轮变速箱的运转状况，以高仿真方式模拟来解决相应问题，是优化设计的最大关键。　　2.2齿轮与轴的建模　　建模在MASTA软件中是通过设置参数来完成的，只要将关键数据如中心距、齿数及压力角等数据输入，就

5、会自动生成二维或三维的模型。在MASTA软件中，轴分为标准轴和异形轴这两类。标准轴是指结构对称的轴，异形轴则是指结构不对称的轴。标准轴在MASTA软件中的核心模块中就能建立，异形轴要选择结构柔性模块来建立。在软件中轴依然可以直接选择材料，方便的进行处理建模中发生的问题。5　　2.3同步器及轴承建模　　轴承作为一个标准件，在MASTA软件中可以直接设置，选择对应的轴承，如NSK等。选择之后将会自动生成，如果发生特殊情况需要特殊轴承，可以在软件中加入轴承的新的参数来完成建模。　　同步器支架周和与同步器相

6、撇和的齿轮支架轴的建立是同步器建模的关键，支架轴和轴之间与齿轮支架轴所用连接不同，前者是花间连接，后者是滚针轴承连接。MASTA软件会自动生成简单的模型来帮助建模，也可以自定义同步器的参数，于此同时壳体导入也应注意实际情况。　　3汽车齿轮变速箱的优化　　汽车齿轮变速箱的振动噪音可通过建模仿真得到可靠数据，从而进行合理的运算以达到振动最小化的目的，而这个目的就是优化设计。如何优化设计齿轮变速箱是不同于分析的一大关键点，当得到相应数据时注意收集整理相关数据，善于总结得出结论并实施验证是振动分析的最终目的

7、。　　3.1微观修形优化　　从微观的角度来看，汽车齿轮变速箱优化分为齿向修形、齿廓修形和轮齿修形。　　3.1.1齿向修形和齿廓修形5　　由于不存在绝对理想化的情况，轮齿齿面载荷分布会出现不均匀的状况，因此齿轮设计者应高度重视载荷的均匀性以达到优化。产生不均匀的情况有两种，一种为装配误差导致的本来相啮合的副中心线不平行，出现啮合齿轮错位即偏载现象。另一种是传动系统中载荷引起的轴变形，产生弯曲或扭转。齿向修形在这时会起到提高齿轮承载力和传动可靠性，对齿轮载荷的均匀性有明显作用。以上可以看出，齿轮变速箱在

8、运转的过程中，遭受着荷载等问题使得各部位零件出现变形等出现误差，因此齿向修形是非常有必要的。　　齿廓修形是指在齿轮受到负载时会产生齿轮的弹性变形，产生齿轮的啮入啮出冲击，同时齿轮啮合刚度是不断变化的，易发生载荷突变。人为的干涉齿轮运转过程，适当消去啮合齿轮发生干涉的部分，以保证齿轮传动的平稳性，降低振动及噪音。　　3.1.2轮齿修形　　轮齿修形大部分都是按对来进行，很少进行单个加工。并且轮齿修形的标准各家企业、各个单位和国家标准都不相同。在轮齿修形进行的同时，必须要时