汽车变速器齿轮传动系统动态特性研究及优化.pdf

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汽车变速器齿轮传动系统动态特性研究及优
化

作者：耿智博肖科王家序韩彦峰
来源：《湖南大学学报·自然科学版》2018年第08期

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摘要：针对汽车在运行过程中汽车变速器的振动问题，以汽车变速器三挡为研究对象，
通过MASTA软件对其进行载荷谱分析，再以提高齿轮的承载能力和尺寸的比值为目标，对三
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挡啮合齿轮进行优化设计，得到新的模数与螺旋角.综合考虑动态啮合刚度、齿侧间隙、轴承
游隙、传递误差的影响建立斜齿轮弯扭耦合的6自由度非线性动力学模型并对传动系统的振动
特性进行分析.根据优化前后的振动特性对比，提出了将振动时域信号转化为频域信號进行对
比的方法，使得结果更加直观.通过快速傅里叶变换将振动时域信号转化为频域信号.结果表
明，优化后齿轮的振动特性有明显的改善，尤其是z向振动减小达到1/4左右.本研究为汽车变
速器的振动特性优化提供一定的理论依据.

关键词：汽车变速器；斜齿轮；振动特性；优化设计

中图分类号：TH132.413文献标志码：A

Abstract：Tostudythevibrationoftheautomobiletransmission，thethirdgearofthe
automobiletransmissionwastakenastheinvestigatedsubject.MASTAwasusedtocarryouttheload
spectrumanalysis.Tooptimizethemoduleandhelicalangleof，thethethirdcapacitygearratioand
thesizeofthegeartransmissionsystemofthethirdgearwereimproved.Thenewmodulusandhelix
anglewereobtainedbytheoptimumdesign.Consideringthegearmeshing，backlashstiffness，
bearingclearanceandtransmission，errorabendingtorsioncouplednonlinearvibrationmodelwith
6degreeoffreedomwasestablishedbythelumpedmassmethod.Thevibrationcharacteristicswere
analyzedindetail.Inordertocomparethevibrationcharacteristicsbeforeandafteroptimization
intuitively，amethodoftranslatingthetimedomainsignalintothefrequencydomainsignalwas
proposedbyFastFourierTransform.Thecomparisonofthefrequencyspectrumshowsthatthe
vibrationcharacteristicsareimprovedobviously.，Intheparticularreductionofvibrationinzaxial
reachesabout1/4.Itprovidesatheoreticalbasisforthevibrationoptimizationoftheautomobile
transmission.

Keywords：automobiletransmission；helicalgear；vibrationcharacteristics；optimization

随着交通的日渐发达，汽车已成为最主要的交通工具，齿轮是汽车传动系统的核心零件，
而齿轮传动的振动特性是需要关注的焦点.齿轮传动系统的振动特性受到许多非线性因素的影
响，如动态啮合刚度、齿侧间隙、轴承游隙等.所以研究齿轮传动系统的非线性振动已经成为
了一个关键问题.

国内外研究人员针对齿轮传动系统的动力学分析做了大量的工作[1-5].Wei等人[6]运用
RungeKutta法，研究了齿轮不同重合度、刚度、阻尼以及齿侧间隙等非线性因素对斜齿轮动态
传递误差的影响.王奇彬等人[7]考虑直齿轮齿向修形，将轴进行离散化，建立齿轮传动的动力
学模型，然后分别用有限元法与其所用方法进行对比，证明了其所用方法能够准确、快速地求
解修形后的直齿轮刚度.Wang等人[8]综合考虑了非线性齿侧间隙、静态传递误差、时变啮合刚
度等建立了3自由度扭振动力学模型，通过分岔图、相图、Poincaré面、时域响应分析和振幅
频率谱分析了不同转速和不同刚度下的齿轮副动态