汽车变速箱齿轮修形技术与参数优化研究.docx

图书分类号：TH132.46U.D.C.: 629.2/466工程硕士学位论文汽车变速箱齿轮修形技术与参数优化研究工程硕士研究生：杨凤君导 师：王伟杰（副）教授副 导 师：佟晓刚高级工程师申请学位级别：工程硕士学科、专业：机械工程所在单位：第一汽车集团哈尔滨变速箱厂 答辩日期：2007年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index： TP355.5U.D.C.: 629.2/446A Dissertation for the Degree of M. Eng.STUDY ON GEAR MODIFICATIONTECHNIQUE AND PARAMETEROPTIMIZATION OF TRANSMISSIONBOXCandidate：Supervisor：Associate supervisorAcademic Degree Applied fbr：Specialty：Affiliation：Yang fengjunassoc, prof. Wang weijieTong xiaogangMaster of EngineeringMechanical EngineeringFAW Harbin Transmission WorksDate of Defense:Degree-Conferring-Institution:December, 2007Harbin Institute of Technology摘 要随着我国经济的迅猛发展，基础建设的大力投入，中、重型汽车也得到 了迅速发展。

汽车变速箱齿轮噪音大、强度低成为汽车变速箱技术上的突出 矛盾本文针对变速箱齿轮强度、噪音问题对齿轮变位系数、齿轮修形进行 研究；并按照中国第一汽车集团CA9TA整箱重量低于380kg的设计指标对 变速箱齿轮体积进行了优化设计通过分析变速箱高低挡位齿轮的工作特点，总结出设计不同挡位的齿 轮，要遵循不同的设计原则，以满足不同挡位齿轮的工作要求在高挡区域 的齿轮设计采用滑移噪音指标和摩擦噪音指标；低挡齿轮设计遵循等强度设 计观点以达到降低齿轮啮合噪音、提高齿轮强度的目的齿轮传递扭矩时，同时啮合的齿数和齿面接触线长度不断变化，致使齿 面载荷突变产生噪音本文针对齿轮的这一啮合特性，提出齿轮修形的方 法通过齿轮修形改善了齿轮运动的平稳性，降低了齿轮噪音，提高了齿轮 承载力根据设计要求建立了变速箱优化设计模型，以变速箱齿轮体积之和最小 为优化目标，运用MATLAB优化工具箱对变速箱进行优化设计通过优化 变速箱齿轮总体积减小了 8.1%,变速箱整箱重量降到378kg,达到了设计 指标要求针对以上的设计观点设计生产出的齿轮装箱后，进行了一系列的变速箱 台架试验与汽车道路试验试验证明：本文所提的设计方法生产的变速箱在 噪音和齿轮强度方面取得了明显的效果。

关键词变速箱；变位系数；齿廓修形；齿向修形；优化设计AbstractMiddle and heavy trucks have great developed with base construct developed in China. It is a problem that middle and heavy trucks transmission box have heavy noise and poor intensity in technology. In this report we discus intensity, noise of transmission box gears from modification coefficients, profile modification; axial modification; optimal design gears of volume minimum based on low 380kg of CA9TA .To design gears has different methods because the conditions of gears run dissimilarly. Because of divers gears we must apply different the rules. In order that we have gears of lower noise and heave intensity, low gears are used noise guideline of move and high gears used noise guideline of friction.The teeth of mesh gears are vary when they running. Mesh gears make clash and noise with press of teeth changing. We have draw lessons of profile modification and axial modification from experience of the world. It is smoother, slighter and stronger that the teeth of gear have been corrected with this manner. Transmission box have a lot of advance with the Shape of teeth.In order that the gears of volume are mini-mum, we set a math model that we design gears. Optimizes based on the MATLAB gear reduction gear designs. Introduced in the MATLAB optimization toolbox of the function carries on the gears reduction gear volume to optimize the design of the method. Through the concrete example, the manner indicated the gears of volume reduced 8.1%, the weight of box is 378 kg , the manner achieve the optimize goal.We have done a series of tests example: the table tests and the truck tests on road after the gears carried out in the gearbox assembled with the optimization condition parameters. The tests have introduced profile modification, axial modification and optimal design is excellent. The optimization method has been adopted in automotive truck, and a great benefit is gained.Keywords transmission , modification coefficients , profile modification; axial modification, optimal design目录摘 要 IAbstract II第1章绪论 11.1课题背景 11.2 CA9TA变速箱 21.3国内外汽车齿轮发展研究 31.3.1国外齿轮发展研究 31.3.2国内齿轮发展研究 51.4本文主要研究的内容 6第2章汽车变速箱齿轮变位系数的选择 72.1变位齿轮 72.2汽车变速箱齿轮工作特点 82.3高挡主动齿轮变位系数的选择 82.3.1齿面滑动噪音指标伽g 82.3.2摩擦噪音指标肉 92.4低挡主动齿轮变位系数的选择 132.5从动齿轮变位系数的选择 142.6本章小结 16第3章汽车变速箱齿轮修形 173.1设计齿形 173.2齿顶倒棱 173.3齿廓修形 183.3.1齿廓修形分类及特点 183.3.2齿廓修形原理 193.3.3齿廓修形确定 213.4齿向修形 233.5本章小结 25第4章基于MATLAB的汽车变速箱齿轮优化设计 264.1优化数学模型的建立 264.1.1目标函数 274.1.2确定设计变量 294.1.3 确定约束条件 294.2 MALTLAB优化实例和优化结果 344.3本章小结 35第5章变速箱台架及道路实验 365.1 CA9TA变速箱总成台架试验 365.1.1试验对象 365.1.2试验项目 375.1.3试验结果 395.1.4试验结论 415.2道路试验 425.2.1试验对象 425.2.2试验项目 425.3试验结果 435.4试验分析 435.5本章小结 43结论 44参考文献 45哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 48哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 48致谢 49个人简历 50第1章绪论1.1课题背景随着我国经济的迅猛发展，国家基础建设的大力投入，重型汽车也得到了 迅速发展。

2006年全国重卡累计销售突破30万辆大关，较2005年增长 30.55%［i］o实施“记重收费”政策带给2007年重卡市场更多的需求，重卡市 场获得了空前的发展，仅1-8月份市场累计销售，高达33.46万辆，为2006年 全年销售量的108.87%’我国汽车工业面临严峻的挑战，汽车零部件经久耐 用已不是主题，噪音低、乘坐舒适的变速箱才是市场的主流［3~4］当今世界商用运输卡车特别是长途运输卡车，多以自动变速箱为主而我 国在相当长的时间内，由于设计、工艺、制造、成本价格等因素的影响，手动 齿轮变速箱占有更高的比例（90%以上）因此对变速器齿轮的研究与发展必须 给与更多的关注［5］手动变速器以其机械传动效率高、油耗低、排量小、结构 简单、重量轻、尺寸小、制造成本低、操纵驾驶具有技巧感和运动感等众多优 点，将会长期主宰我国中、重载车因此研究手动变速器齿轮啮合对噪音、强 度的影响具有重要意义⑹中国第一汽集团是以中、重型商用载重汽车为主要支柱产品的汽车制造公 司，目前所有车型几乎全部采用齿轮变速箱虽然第一汽车集团在国内中、重 型载重卡车的生产数量和质量上一直处于全国最前列，但就所用的齿轮变速箱 同国外同类产品相比较，仍存在寿命短、噪音大、舒适性差等使用性能不足。

这里虽然有加工工艺、材料和装配等方面的问题，但设计问题也是不可忽视 的汽车变速器齿轮噪音是汽车技术最复杂最难解决的问题［7］它的成因是复 杂多方面的降低齿轮噪音的途径有两方面：一是工艺方面可以通过提高齿轮 制造精度和相关部件（壳体、轴承、支撑轴）的精度与刚度达到降噪目的二 是设计方面齿轮啮合噪音是指齿轮在理论啮合条件下，齿面啮合过程中，由 于同时啮合齿数发生变化，齿面摩擦力的改变等原因，使齿廓受力突变而引起 齿轮振动产生噪音齿轮啮合噪音是齿轮固有。