齒輪作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的核心零部件，其加工精度對(duì)整車 NVH性能至關(guān)重要。在齒輪加工過程中，不可避免的存在齒距誤差、齒形誤差以及磕碰等缺陷。文章以驅(qū)動(dòng)橋主減速器為例，從振動(dòng)特征這一維度詳細(xì)分析了幾種典型加工誤差對(duì)系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲的影響，同時(shí)還描述了各類型加工誤差在時(shí)域和頻域的表現(xiàn)特征。從而為汽車齒輪的加工誤差控制提供了明確的理論依據(jù)以及工作思路。

　　齒輪是動(dòng)力傳動(dòng)領(lǐng)域的核心零部件，廣泛應(yīng)用于汽車、 航空航天、輪船等傳動(dòng)環(huán)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、 傳遞功率大等優(yōu)點(diǎn)。常見的齒輪加工工藝有磨齒、滾齒、插齒、研齒等。在不同的領(lǐng)域或者傳動(dòng)環(huán)節(jié)采用的工藝不同， 以航空航天為例，在任何部位均采用磨齒工藝，因此成本也高。本文的研究對(duì)象為驅(qū)動(dòng)橋主減速器，尤其是在重卡領(lǐng)域， 在成本壓力下，行業(yè)內(nèi)普遍采用銑齒和研齒工藝，這種工藝普遍存在精度差，加工誤差大的缺陷。對(duì)此，下面將結(jié)合車橋主減速器的具體結(jié)構(gòu)，對(duì)典型加工誤差對(duì)主減速器系統(tǒng)的振動(dòng)特性進(jìn)行詳細(xì)分析。

　　一、 主減速器結(jié)構(gòu)介紹

　　單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋主減速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖 1，

　　其主要由螺旋錐齒輪副、差速器、半軸齒輪等傳動(dòng)部件和主減速器殼體組成。因其結(jié)構(gòu)所定，錐齒輪副作為最主要傳動(dòng)部件在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)、 變速箱的轉(zhuǎn)速和扭矩的過程中，因齒面接觸而產(chǎn)生的嚙合激 勵(lì)是影響驅(qū)動(dòng)橋 NVH 性能的最主要因素。

　　二、 典型加工誤差

　　單齒齒距誤差： 單齒齒距誤差是指相鄰兩個(gè)輪齒在分度圓上的弧長(zhǎng)尺寸 偏差，是在齒輪的一個(gè)齒距轉(zhuǎn)角內(nèi)的誤差，對(duì)傳動(dòng)平穩(wěn)性精度的影響較大。在實(shí)際切齒加工過程中，由于分度誤差的累積問題，往往表現(xiàn)為單齒齒距誤差過大的情況，見圖 2。

　　齒距累積誤差：齒距累積誤差是指單齒齒距誤差在圓周方向上的累積結(jié) 果。是指齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周內(nèi)的誤差，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的影響較大。在實(shí)際加工過程中，齒距累積誤差主要由工裝定位引起，如 偏心等。導(dǎo)致齒距累積誤差表現(xiàn)為準(zhǔn)正弦函數(shù)的起伏現(xiàn)象， 見圖 3。

　　齒形誤差： 齒形誤差是指實(shí)際加工齒廓偏離理論齒形的誤差，主要是由于在齒輪加工過程中刀具的磨損、工裝精度、機(jī)床進(jìn)給精度以及熱處理變形導(dǎo)致的。圓柱輪主要通過齒形和齒向兩個(gè)維度進(jìn)行控制齒形誤差。對(duì)于車橋主減速器齒輪而言，主要通過齒面拓?fù)湔`差進(jìn)行評(píng)價(jià)，見圖 4。

　　磕碰：磕碰是指齒輪在生產(chǎn)過程中，由于操作不當(dāng)導(dǎo)致齒面與硬物撞擊，導(dǎo)致齒面存在局部突起或者凹坑等問題。

　　三、 時(shí)域和頻域特征

　　齒距誤差的振動(dòng)特征：?jiǎn)锡X齒距誤差 (1)時(shí)域特征 單齒齒距誤差的存在會(huì)導(dǎo)致齒輪在一周圈的轉(zhuǎn)動(dòng)過程 中，存在局部沖擊問題。當(dāng)這一局部沖擊明顯高于其它齒的 嚙合沖擊能量時(shí)，在時(shí)域里面則表現(xiàn)為以轉(zhuǎn)頻為周期的瞬時(shí)脈沖特征，見圖 5。

　　(2)頻域特征 齒輪振動(dòng)信號(hào)主要分為齒頻載波和轉(zhuǎn)頻調(diào)制波兩部分。由于以轉(zhuǎn)頻為周期的瞬時(shí)脈沖特征，在時(shí)域里面對(duì)載波存在 一定地調(diào)頻與調(diào)幅作用。因此，通過傅里葉變換進(jìn)入頻域后，則表現(xiàn)為在齒頻周圍等間隔地分布著邊頻帶，頻率間隔即為轉(zhuǎn)頻，見圖 6。

　　3.1.2 齒距累積誤差 (1)時(shí)域特征 齒距累積誤差在角度域表現(xiàn)為準(zhǔn)正弦函數(shù)的漸變誤差， 因此映射到時(shí)域振動(dòng)信號(hào)的特征，同樣為漸變的振幅波動(dòng)， 即典型的調(diào)幅現(xiàn)象。其本質(zhì)也是轉(zhuǎn)頻信號(hào)對(duì)齒頻信號(hào)的調(diào)幅 作用?？梢岳斫鉃?，在一周圈的嚙合過程中，受到齒距累積 誤差的影響，輪齒嚙合能量存在周期性的波動(dòng)，見圖 7。

　　(2)頻域特征

　　前文已經(jīng)指出，時(shí)域調(diào)幅問題經(jīng)過傅里葉變換后，在頻 域里面表現(xiàn)為在齒頻周圍等間隔地分布著邊頻帶，頻率間隔 即為轉(zhuǎn)頻，見圖 8。

　　齒形誤差的振動(dòng)特征： 齒形誤差主要作用于齒輪嚙合頻率能量，對(duì)于能量的分 析同樣可通過時(shí)域和頻域進(jìn)行對(duì)比，鑒于時(shí)域能量增長(zhǎng)僅僅 是幅值的線性增長(zhǎng)，波形不存在起伏，因此，此處以某錐齒 輪副為例，給出齒形誤差較低和嚴(yán)重的兩種情況的頻域?qū)Ρ龋?見圖 9。

　　磕碰的振動(dòng)特征： 磕碰問題與單齒齒距誤差類似，在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，在局部轉(zhuǎn)角位置存在時(shí)域脈沖問題，但是此類沖擊能量較弱。僅僅在車橋低速空載磨合過程中，可以看到輕微的瞬時(shí)沖擊 信號(hào)。

　　四、 結(jié)論

　　首先，文章系統(tǒng)地介紹了車橋主減速器的結(jié)構(gòu)，指出錐齒輪副是影響車橋NVH性能的關(guān)鍵零部件。其次，詳細(xì)介紹了對(duì)錐齒輪副NVH性能影響較大的集中典型加工誤差， 并就其產(chǎn)生原因給出了明確解釋。進(jìn)而，結(jié)合時(shí)域和頻域特征，對(duì)典型加工誤差對(duì)錐齒輪振動(dòng)特征影響，進(jìn)行了深入的分析和討論。最后，本文的研究為錐齒輪副的加工、設(shè)計(jì)以及NVH性能的控制思路提供指導(dǎo)