胡仁俊 朱以恒 寧春財(cái)

摘要：細(xì)高齒齒輪相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪而言，具有更大的端面重合度，能有效降低齒輪嚙合過(guò)程中傳遞誤差，從而達(dá)到降低齒輪傳動(dòng)噪音和提高齒輪承載能力的目的。本文將采用細(xì)高齒的齒輪設(shè)計(jì)方法對(duì)一款電動(dòng)叉車(chē)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行優(yōu)化，然后裝車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，把細(xì)高齒齒輪運(yùn)用到電動(dòng)叉車(chē)驅(qū)動(dòng)橋上。

關(guān)鍵詞：細(xì)高齒;電動(dòng)叉車(chē)驅(qū)動(dòng)橋;噪音

1 細(xì)高齒齒輪的設(shè)計(jì)分析

細(xì)高齒齒輪的設(shè)計(jì)目的是增大齒輪的端面重合度，標(biāo)準(zhǔn)齒輪一般要求端面重合度不小于1.2，在細(xì)高齒設(shè)計(jì)時(shí)端面重合度通常在1.8左右，當(dāng)其他參數(shù)允許時(shí)能達(dá)到2.0以上。外嚙合圓柱齒輪的端面重合度計(jì)算公式如下：

從公式中可以判斷，齒輪的端面重合度主要和齒輪的齒數(shù)z，齒頂壓力角和嚙合角有關(guān)，且和齒數(shù)z，齒頂壓力角成正比關(guān)系，和嚙合角成反比關(guān)系，因此設(shè)計(jì)細(xì)高齒時(shí)不難得出增加齒數(shù)、增大齒頂高系數(shù)和減小齒輪壓力角是設(shè)計(jì)工作的主要思路。標(biāo)準(zhǔn)的齒頂高系數(shù)為1.0，在細(xì)高齒設(shè)計(jì)時(shí)一般要大于1.2，在汽車(chē)變速器中一般會(huì)達(dá)到1.3～1.5。標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，在細(xì)高齒設(shè)計(jì)時(shí)常常采用17.5°，16°甚至14°，當(dāng)然齒輪的設(shè)計(jì)是一個(gè)環(huán)環(huán)相扣的過(guò)程，一個(gè)自變量的變動(dòng)，往往會(huì)引起多個(gè)應(yīng)變量。因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)我們需要綜合考慮，確保在提高端面重合度的前提下，還需要考慮以下約束條件。

a、保證齒輪的承載能力

叉車(chē)和汽車(chē)相比，有著更惡劣的使用環(huán)境，在個(gè)別忙碌的工廠(chǎng)中，甚至需要一天24小時(shí)不間斷超負(fù)荷地工作，因此叉車(chē)驅(qū)動(dòng)橋在齒輪設(shè)計(jì)時(shí)其承載能力是工程技術(shù)人員考慮的第一要素，細(xì)高齒齒輪的設(shè)計(jì)需在滿(mǎn)足或者提高齒輪承載能力的前提下進(jìn)行。

b、保證一定的齒頂厚

保證最小齒頂厚和細(xì)高齒的設(shè)計(jì)是相互矛盾的，當(dāng)齒頂高系數(shù)變大時(shí)齒頂?shù)臐u開(kāi)線(xiàn)曲率就會(huì)增大，從而使齒頂變得更尖。因此很多時(shí)候我們?cè)诖_定齒輪齒頂高系數(shù)時(shí)將一定的齒頂厚度作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，成大先主編的第六版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中建議齒頂厚一般不小于0.25m～0.4m（m指齒輪模數(shù)）。叉車(chē)的使用工況和傳統(tǒng)的汽車(chē)使用工況差異較大，叉車(chē)工作時(shí)電機(jī)一直正反轉(zhuǎn)切換，這就導(dǎo)致齒輪一直受到?jīng)_擊載荷，齒頂過(guò)尖會(huì)增大齒頂失效的風(fēng)險(xiǎn)，因此在叉車(chē)驅(qū)動(dòng)橋中齒輪的齒頂厚我們一般不小于0.3m，當(dāng)m過(guò)小時(shí)，齒頂厚一般不小于0.8mm。

c、合理的齒部微觀(guān)修形

叉車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪微觀(guān)修形不常用，但在細(xì)高齒設(shè)計(jì)時(shí)由于齒形更為細(xì)長(zhǎng)，齒輪在熱處理時(shí)更容易出現(xiàn)變形現(xiàn)象，因此在實(shí)際使用時(shí)出現(xiàn)齒部受載不均勻的情況時(shí)需要對(duì)齒部進(jìn)行合理的微觀(guān)修形，使齒輪嚙合回歸到合理的接觸區(qū)。

d、齒輪設(shè)計(jì)其他必要的條件

細(xì)高齒齒輪除了特殊的技術(shù)要求需要特別考慮外，其他技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)齒輪設(shè)計(jì)時(shí)一樣，都需要進(jìn)行驗(yàn)算校核。

3 某款驅(qū)動(dòng)橋細(xì)高齒的運(yùn)用

如圖1是我司一款驅(qū)動(dòng)橋的齒輪傳動(dòng)模型，由兩級(jí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，第一級(jí)為外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，第二級(jí)為行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

產(chǎn)品前期兩級(jí)齒輪均是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)橋的噪音偏大，通過(guò)噪聲分貝檢測(cè)，部分驅(qū)動(dòng)橋右耳噪聲達(dá)到了91dB，超過(guò)了低于80 dB的設(shè)定要求。因此我們對(duì)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，由于第二級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速低，噪音的貢獻(xiàn)度低，我們僅對(duì)第一級(jí)高速齒輪做了優(yōu)化，表1為優(yōu)化前后的齒輪參數(shù)對(duì)比：

從表中可以看出，優(yōu)化后的齒輪齒數(shù)增加，模數(shù)、壓力角減小，齒頂高系數(shù)增大，從而使齒輪的端面重合度從1.44提高到1.80，基于Masuda公式預(yù)估優(yōu)化后齒輪聲壓級(jí)從62.7dB減低到52.5dB。同時(shí)優(yōu)化后齒輪的齒頂厚變小，齒輪彎曲安全系數(shù)雖然滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的大于1.2，但是比優(yōu)化前有所降低，因此優(yōu)化后的齒輪必須進(jìn)行相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，判斷優(yōu)化方案的可行性。

參考文獻(xiàn)

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