隨著電氣化的發(fā)展，乘用車(chē)市場(chǎng)動(dòng)力系統(tǒng)由傳統(tǒng)的燃油車(chē)向混動(dòng)、純電驅(qū)轉(zhuǎn)變，而與傳統(tǒng)的燃油車(chē)相比，特別是電驅(qū)車(chē)沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲環(huán)境的掩蓋，對(duì)整機(jī) NVH 要求不斷增加，這也標(biāo)志著消費(fèi)者對(duì)乘坐噪聲要求也日益提高，所以對(duì)電驅(qū)減速器系統(tǒng)中的 NVH 要求進(jìn)一步提高。其中，齒輪是減速機(jī)構(gòu)的主要組成部分，齒輪在嚙合中產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲，則為減速器主要的 NVH 來(lái)源。所以如何降低齒輪嚙合產(chǎn)生的 NVH 問(wèn)題尤為關(guān)鍵。
本文重點(diǎn)介紹齒輪表面微觀檢測(cè)方法、齒面精加工的方法、強(qiáng)力珩齒工藝及改變砂輪設(shè)計(jì)螺旋角實(shí)驗(yàn)，通過(guò)調(diào)整砂輪螺旋角設(shè)計(jì)，同時(shí)調(diào)整軸交角來(lái)優(yōu)化波紋方向，研究對(duì) NVH 優(yōu)化的效果。
一、齒輪表面微觀檢測(cè)方法
通常在我們熟知的齒輪測(cè)量中心(如克林貝格 , Wenzel)，可以進(jìn)行齒輪表面的微觀測(cè)量。為什么要做微觀測(cè)量？由圖 1 可知，通過(guò)感知、耳聽(tīng)來(lái)自齒輪嚙合的異響、嘯叫等噪聲，使用 EOL 測(cè)試進(jìn)一步確認(rèn)噪聲，最后通過(guò)齒面微觀檢測(cè)轉(zhuǎn)換成可以分析的報(bào)告。
圖 1 噪聲來(lái)源和轉(zhuǎn)換測(cè)量
齒輪表面微觀檢測(cè)主要常用以下方法：
1)Profile 齒形、齒向 Lead 檢測(cè)。
2)齒面傅里葉檢測(cè) FFT。
3)拓?fù)錂z測(cè) Topography，如圖 2 所示。
圖 2 拓?fù)錂z測(cè)
NVH 問(wèn)題是一個(gè)非常系統(tǒng)的問(wèn)題，在齒輪箱里面有很多轉(zhuǎn)動(dòng)部件，本文僅說(shuō)明齒輪嚙合時(shí)齒輪精加工后的微觀參數(shù)中的波紋方向?qū)е碌?NVH 問(wèn)題，即通過(guò)分析拓?fù)鋱?bào)告來(lái)判定。
二、齒面精加工的方法
在齒輪加工行業(yè)，由于齒面的精度要求，在工藝熱處理后要求對(duì)齒面精加工，常見(jiàn)的電驅(qū)系統(tǒng)齒輪在熱處理后用珩齒工藝和磨齒工藝。
本文重點(diǎn)說(shuō)明如何在珩齒工序?qū)崿F(xiàn)改變齒輪微觀參數(shù)，通過(guò)判定拓?fù)鋱D來(lái)確認(rèn) NVH 的來(lái)源，優(yōu)化 NVH，滿足設(shè)計(jì)要求。
三、強(qiáng)力珩齒工藝
強(qiáng)力珩齒是在齒輪進(jìn)行熱處理之后，對(duì)齒輪表面去除一定余量后的精加工，具有強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)齒面修形的實(shí)現(xiàn)方式，并通過(guò)修整輪修整，工件軸與珩磨輪軸經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。PRAWEMA 強(qiáng)力珩齒機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖及工件與砂輪的位置關(guān)系，如圖 3 所示。
圖 3 設(shè)備各主軸介紹和工件與砂輪的位置關(guān)系
在珩齒工序中如何實(shí)現(xiàn)改變齒輪表面波紋度方向。根據(jù)齒輪拓?fù)錂z測(cè)報(bào)告，重點(diǎn)關(guān)注幾個(gè)參數(shù)。如圖 2 的右半部分，上面的 NVH 優(yōu)于下方，因?yàn)?βw 角度小，產(chǎn)生共振頻率的概率越小。基于此理論，在實(shí)際珩齒過(guò)程中，如何讓βw 角度小，即是優(yōu)化 NVH 的方向。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，看看 βw 角度的變化，來(lái)得出優(yōu)化 NVH 的方向。
四、實(shí)驗(yàn)法
1. 實(shí)驗(yàn)條件
(1)零件信息
圓柱齒輪，用于新能源電驅(qū)系統(tǒng)的太陽(yáng)輪(參數(shù)單位按國(guó)標(biāo))，具體信息見(jiàn)表 1。
表 1 圓柱齒輪參數(shù)
(2)珩齒機(jī)信息
數(shù)控盤(pán)齒珩齒機(jī)，型號(hào) SynchroFine 205 HS(D)-A，涉及工件技術(shù)參數(shù)，比如工件直徑為 20 ～ 150 mm，齒面最大寬度為 70 mm，工件質(zhì)量為 20 kg，工件齒數(shù) 6 ～ 150 齒，模數(shù) 1 ～ 5 mm。工件主軸最速度為 6000 r/min，承載功率 >25 kW，珩磨輪外徑 270 mm，珩磨輪寬度 20 ～ 70 mm。珩磨輪材料包括陶瓷、硬涂層及復(fù)合材料。珩磨輪主軸最大回轉(zhuǎn)速度 2000 r/min，承載功率約 >25 kW。
(3)涉及的程序
涉及的程序包括齒部過(guò)程數(shù)據(jù)、振蕩數(shù)據(jù)。
齒部過(guò)程數(shù)據(jù) : ① 主軸 C 的轉(zhuǎn)速：5898 r/min ;② 插入進(jìn)給 X：2000 mm/min ;③ 添加路徑 X：0.320 mm 添加進(jìn)給 X ：2.70 mm/min ;④ 添加路徑 X :(1)：0.160 mm、添加進(jìn)給 X:(1)：2.00 mm/min ;⑤工作路徑 X：0.070 mm、工作進(jìn)給 X：2.00 mm/min ;⑥工作路徑X : (1)：0.040 mm、工作進(jìn)給 X ：(1)：1.30 mm/min ;⑦ 修整循環(huán)：200 齒部。
振蕩數(shù)據(jù)：① Z 正向振蕩：1.000 mm ;② Z 負(fù)向振蕩：1.000 mm ;③ 振蕩進(jìn)給 Z ：250 mm/min ④ 往復(fù)間隔：1 UB 軸;⑤進(jìn)給速率 Z(間斷)：250 mm/min ;⑥清磨 X：1 往復(fù)行程。
2. 參數(shù)變量
參數(shù)變量包括振蕩間隔、振蕩進(jìn)給、振蕩行程及Fhβ 值。其中，優(yōu)化前的拓?fù)鋱?bào)告中，左面 βw=-25.4° ;右面 βw=- 23.7°，根據(jù)圖 2 結(jié)論，很顯然，左右兩面都對(duì) NVH 不利，需要控制 βw。
通過(guò)調(diào)整以上變量，改變?cè)O(shè)備上的參數(shù)：振蕩間隔、振蕩進(jìn)給和振蕩行程，F(xiàn)hβ 值改變左右齒面的 βw 很有限，我們需要尋找另外一個(gè)方案，能同時(shí)改變左右面的 βw 值。
3. 改變砂輪設(shè)計(jì)螺旋角
在強(qiáng)力珩齒工序中，相關(guān)角度關(guān)系如下：
工件螺旋角 β1= 軸交角φ - 珩磨輪螺旋角 β2
通過(guò)以上公式可以看出，軸交角可以通過(guò)程序改變，很容易實(shí)現(xiàn)，那么我們只需要重新設(shè)計(jì)珩磨輪的螺旋角即可保證等式成立。
重新設(shè)計(jì)珩磨輪的螺旋角，并且重新調(diào)整軸交角度，原始參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)見(jiàn)表 2。
表 2 重新設(shè)計(jì)珩磨輪的螺旋角及調(diào)整軸交角度
重新加工后的拓?fù)鋱?bào)告如圖 4 所示。從報(bào)告可以看出，角度左面 β w=0.4°、右面 β w=0.0°，從理論上基本已經(jīng)優(yōu)化到位。
圖 4 重新加工后拓?fù)鋱?bào)告
隨后的 NVH 整機(jī)測(cè)試結(jié)果表明，在同等條件下 NVH 也是低于優(yōu)化前 5 ～ 10 dB。
五、結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)，重新設(shè)計(jì)珩磨輪的螺旋角，重新調(diào)整軸交角度，得出以下結(jié)論：
1)通過(guò)現(xiàn)有資源調(diào)整珩齒機(jī)參數(shù)對(duì)優(yōu)化結(jié)果不明顯。
2)通過(guò)調(diào)整砂輪螺旋角設(shè)計(jì)，同時(shí)調(diào)整軸交角來(lái)優(yōu)化波紋方向，效果明顯，并對(duì) NVH 優(yōu)化有顯著的效果。
參考文獻(xiàn)略.