论文部分内容阅读
摘要：细高齿齿轮相对于标准齿轮而言，具有更大的端面重合度，能有效降低齿轮啮合过程中传递误差，从而达到降低齿轮传动噪音和提高齿轮承载能力的目的。本文将采用细高齿的齿轮设计方法对一款电动叉车驱动桥进行优化，然后装车进行试验验证，把细高齿齿轮运用到电动叉车驱动桥上。
关键词：细高齿;电动叉车驱动桥;噪音
1 细高齿齿轮的设计分析
细高齿齿轮的设计目的是增大齿轮的端面重合度，标准齿轮一般要求端面重合度不小于1.2，在细高齿设计时端面重合度通常在1.8左右，当其他参数允许时能达到2.0以上。外啮合圆柱齿轮的端面重合度计算公式如下：
从公式中可以判断，齿轮的端面重合度主要和齿轮的齿数z，齿顶压力角和啮合角有关，且和齿数z，齿顶压力角成正比关系，和啮合角成反比关系，因此设计细高齿时不难得出增加齿数、增大齿顶高系数和减小齿轮压力角是设计工作的主要思路。标准的齿顶高系数为1.0，在细高齿设计时一般要大于1.2，在汽车变速器中一般会达到1.3～1.5。标准压力角为20°，在细高齿设计时常常采用17.5°，16°甚至14°，当然齿轮的设计是一个环环相扣的过程，一个自变量的变动，往往会引起多个应变量。因此在优化设计时我们需要综合考虑，确保在提高端面重合度的前提下，还需要考虑以下约束条件。
a、保证齿轮的承载能力
叉车和汽车相比，有着更恶劣的使用环境，在个别忙碌的工厂中，甚至需要一天24小时不间断超负荷地工作，因此叉车驱动桥在齿轮设计时其承载能力是工程技术人员考虑的第一要素，细高齿齿轮的设计需在满足或者提高齿轮承载能力的前提下进行。
b、保证一定的齿顶厚
保证最小齿顶厚和细高齿的设计是相互矛盾的，当齿顶高系数变大时齿顶的渐开线曲率就会增大，从而使齿顶变得更尖。因此很多时候我们在确定齿轮齿顶高系数时将一定的齿顶厚度作为设计标准，成大先主编的第六版机械设计手册中建议齿顶厚一般不小于0.25m～0.4m（m指齿轮模数）。叉车的使用工况和传统的汽车使用工况差异较大，叉车工作时电机一直正反转切换，这就导致齿轮一直受到冲击载荷，齿顶过尖会增大齿顶失效的风险，因此在叉车驱动桥中齿轮的齿顶厚我们一般不小于0.3m，当m过小时，齿顶厚一般不小于0.8mm。
c、合理的齿部微观修形
叉车驱动桥齿轮微观修形不常用，但在细高齿设计时由于齿形更为细长，齿轮在热处理时更容易出现变形现象，因此在实际使用时出现齿部受载不均匀的情况时需要对齿部进行合理的微观修形，使齿轮啮合回归到合理的接触区。
d、齿轮设计其他必要的条件
细高齿齿轮除了特殊的技术要求需要特别考虑外，其他技术条件和标准齿轮设计时一样，都需要进行验算校核。
3 某款驱动桥细高齿的运用
如图1是我司一款驱动桥的齿轮传动模型，由两级齿轮传动机构组成，第一级为外啮合圆柱齿轮传动机构，第二级为行星齿轮传动机构。
产品前期两级齿轮均是标准齿轮，在实际应用中发现驱动桥的噪音偏大，通过噪声分贝检测，部分驱动桥右耳噪声达到了91dB，超过了低于80 dB的设定要求。因此我们对齿轮进行设计优化，由于第二级行星齿轮机构转速低，噪音的贡献度低，我们仅对第一级高速齿轮做了优化，表1为优化前后的齿轮参数对比：
從表中可以看出，优化后的齿轮齿数增加，模数、压力角减小，齿顶高系数增大，从而使齿轮的端面重合度从1.44提高到1.80，基于Masuda公式预估优化后齿轮声压级从62.7dB减低到52.5dB。同时优化后齿轮的齿顶厚变小，齿轮弯曲安全系数虽然满足设计要求的大于1.2，但是比优化前有所降低，因此优化后的齿轮必须进行相应的疲劳强度试验，判断优化方案的可行性。
参考文献
[1] 成大先. 机械设计手册，第六版[M]. 北京：化学工业出版社，2016.
[2] 庄中. “细高齿”齿轮的设计应用探讨[J]. 汽车工艺与材料，2007（3）：41-44.
杭州杭叉桥箱有限公司 浙江省 杭州市 311305
关键词：细高齿;电动叉车驱动桥;噪音
1 细高齿齿轮的设计分析
细高齿齿轮的设计目的是增大齿轮的端面重合度，标准齿轮一般要求端面重合度不小于1.2，在细高齿设计时端面重合度通常在1.8左右，当其他参数允许时能达到2.0以上。外啮合圆柱齿轮的端面重合度计算公式如下：
从公式中可以判断，齿轮的端面重合度主要和齿轮的齿数z，齿顶压力角和啮合角有关，且和齿数z，齿顶压力角成正比关系，和啮合角成反比关系，因此设计细高齿时不难得出增加齿数、增大齿顶高系数和减小齿轮压力角是设计工作的主要思路。标准的齿顶高系数为1.0，在细高齿设计时一般要大于1.2，在汽车变速器中一般会达到1.3～1.5。标准压力角为20°，在细高齿设计时常常采用17.5°，16°甚至14°，当然齿轮的设计是一个环环相扣的过程，一个自变量的变动，往往会引起多个应变量。因此在优化设计时我们需要综合考虑，确保在提高端面重合度的前提下，还需要考虑以下约束条件。
a、保证齿轮的承载能力
叉车和汽车相比，有着更恶劣的使用环境，在个别忙碌的工厂中，甚至需要一天24小时不间断超负荷地工作，因此叉车驱动桥在齿轮设计时其承载能力是工程技术人员考虑的第一要素，细高齿齿轮的设计需在满足或者提高齿轮承载能力的前提下进行。
b、保证一定的齿顶厚
保证最小齿顶厚和细高齿的设计是相互矛盾的，当齿顶高系数变大时齿顶的渐开线曲率就会增大，从而使齿顶变得更尖。因此很多时候我们在确定齿轮齿顶高系数时将一定的齿顶厚度作为设计标准，成大先主编的第六版机械设计手册中建议齿顶厚一般不小于0.25m～0.4m（m指齿轮模数）。叉车的使用工况和传统的汽车使用工况差异较大，叉车工作时电机一直正反转切换，这就导致齿轮一直受到冲击载荷，齿顶过尖会增大齿顶失效的风险，因此在叉车驱动桥中齿轮的齿顶厚我们一般不小于0.3m，当m过小时，齿顶厚一般不小于0.8mm。
c、合理的齿部微观修形
叉车驱动桥齿轮微观修形不常用，但在细高齿设计时由于齿形更为细长，齿轮在热处理时更容易出现变形现象，因此在实际使用时出现齿部受载不均匀的情况时需要对齿部进行合理的微观修形，使齿轮啮合回归到合理的接触区。
d、齿轮设计其他必要的条件
细高齿齿轮除了特殊的技术要求需要特别考虑外，其他技术条件和标准齿轮设计时一样，都需要进行验算校核。
3 某款驱动桥细高齿的运用
如图1是我司一款驱动桥的齿轮传动模型，由两级齿轮传动机构组成，第一级为外啮合圆柱齿轮传动机构，第二级为行星齿轮传动机构。
产品前期两级齿轮均是标准齿轮，在实际应用中发现驱动桥的噪音偏大，通过噪声分贝检测，部分驱动桥右耳噪声达到了91dB，超过了低于80 dB的设定要求。因此我们对齿轮进行设计优化，由于第二级行星齿轮机构转速低，噪音的贡献度低，我们仅对第一级高速齿轮做了优化，表1为优化前后的齿轮参数对比：
從表中可以看出，优化后的齿轮齿数增加，模数、压力角减小，齿顶高系数增大，从而使齿轮的端面重合度从1.44提高到1.80，基于Masuda公式预估优化后齿轮声压级从62.7dB减低到52.5dB。同时优化后齿轮的齿顶厚变小，齿轮弯曲安全系数虽然满足设计要求的大于1.2，但是比优化前有所降低，因此优化后的齿轮必须进行相应的疲劳强度试验，判断优化方案的可行性。
参考文献
[1] 成大先. 机械设计手册，第六版[M]. 北京：化学工业出版社，2016.
[2] 庄中. “细高齿”齿轮的设计应用探讨[J]. 汽车工艺与材料，2007（3）：41-44.
杭州杭叉桥箱有限公司 浙江省 杭州市 311305