隨著電氣化的發(fā)展，乘用車市場動力系統(tǒng)由傳統(tǒng)的燃油車向混動、純電驅轉變，而與傳統(tǒng)的燃油車相比，特別是電驅車沒有了發(fā)動機噪聲環(huán)境的掩蓋，對整機 NVH 要求不斷增加，這也標志著消費者對乘坐噪聲要求也日益提高，所以對電驅減速器系統(tǒng)中的 NVH 要求進一步提高。其中，齒輪是減速機構的主要組成部分，齒輪在嚙合中產(chǎn)生的振動噪聲，則為減速器主要的 NVH 來源。所以如何降低齒輪嚙合產(chǎn)生的 NVH 問題尤為關鍵。
本文重點介紹齒輪表面微觀檢測方法、齒面精加工的方法、強力珩齒工藝及改變砂輪設計螺旋角實驗，通過調(diào)整砂輪螺旋角設計，同時調(diào)整軸交角來優(yōu)化波紋方向，研究對 NVH 優(yōu)化的效果。
一、齒輪表面微觀檢測方法
通常在我們熟知的齒輪測量中心(如克林貝格 , Wenzel)，可以進行齒輪表面的微觀測量。為什么要做微觀測量？由圖 1 可知，通過感知、耳聽來自齒輪嚙合的異響、嘯叫等噪聲，使用 EOL 測試進一步確認噪聲，最后通過齒面微觀檢測轉換成可以分析的報告。
圖 1 噪聲來源和轉換測量
齒輪表面微觀檢測主要常用以下方法：
1)Profile 齒形、齒向 Lead 檢測。
2)齒面傅里葉檢測 FFT。
3)拓撲檢測 Topography，如圖 2 所示。
圖 2 拓撲檢測
NVH 問題是一個非常系統(tǒng)的問題，在齒輪箱里面有很多轉動部件，本文僅說明齒輪嚙合時齒輪精加工后的微觀參數(shù)中的波紋方向導致的 NVH 問題，即通過分析拓撲報告來判定。
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齒面精加工，常見的電驅系統(tǒng)齒輪在熱處理后用珩齒工藝和磨齒工藝。
本文重點說明如何在珩齒工序實現(xiàn)改變齒輪微觀參數(shù)，通過判定拓撲圖來確認 NVH 的來源，優(yōu)化 NVH，滿足設計要求。
三、強力珩齒工藝
強力珩齒是在齒輪進行熱處理之后，對齒輪表面去除一定余量后的精加工，具有強制實現(xiàn)齒面修形的實現(xiàn)方式，并通過修整輪修整，工件軸與珩磨輪軸經(jīng)過復雜的運動實現(xiàn)。PRAWEMA 強力珩齒機的結構示意圖及工件與砂輪的位置關系，如圖 3 所示。
圖 3 設備各主軸介紹和工件與砂輪的位置關系
在珩齒工序中如何實現(xiàn)改變齒輪表面波紋度方向。根據(jù)齒輪拓撲檢測報告，重點關注幾個參數(shù)。如圖 2 的右半部分，上面的 NVH 優(yōu)于下方，因為 βw 角度小，產(chǎn)生共振頻率的概率越小。基于此理論，在實際珩齒過程中，如何讓βw 角度小，即是優(yōu)化 NVH 的方向。我們通過實驗的方法，看看 βw 角度的變化，來得出優(yōu)化 NVH 的方向。
四、實驗法
1. 實驗條件
(1)零件信息
圓柱齒輪，用于新能源電驅系統(tǒng)的太陽輪(參數(shù)單位按國標)，具體信息見表 1。
表 1 圓柱齒輪參數(shù)
(2)珩齒機信息
數(shù)控盤齒珩齒機，型號 SynchroFine 205 HS(D)-A，涉及工件技術參數(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、硬涂層及復合材料。珩磨輪主軸最大回轉速度 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程數(shù)據(jù)、振蕩數(shù)據(jù)。
齒部過程數(shù)據(jù) : ① 主軸 C 的轉速：5898 r/min ;② 插入進給 X：2000 mm/min ;③ 添加路徑 X：0.320 mm 添加進給 X ：2.70 mm/min ;④ 添加路徑 X :(1)：0.160 mm、添加進給 X:(1)：2.00 mm/min ;⑤工作路徑 X：0.070 mm、工作進給 X：2.00 mm/min ;⑥工作路徑X : (1)：0.040 mm、工作進給 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 負向振蕩：1.000 mm ;③ 振蕩進給 Z ：250 mm/min ④ 往復間隔：1 UB 軸;⑤進給速率 Z(間斷)：250 mm/min ;⑥清磨 X：1 往復行程。
2. 參數(shù)變量
參數(shù)變量包括振蕩間隔、振蕩進給、振蕩行程及Fhβ 值。其中，優(yōu)化前的拓撲報告中，左面 βw=-25.4° ;右面 βw=- 23.7°，根據(jù)圖 2 結論，很顯然，左右兩面都對 NVH 不利，需要控制 βw。
通過調(diào)整以上變量，改變設備上的參數(shù)：振蕩間隔、振蕩進給和振蕩行程，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方案，能同時改變左右面的 βw 值。
3. 改變砂輪設計螺旋角
在強力珩齒工序中，相關角度關系如下：
工件螺旋角 β1= 軸交角φ - 珩磨輪螺旋角 β2
通過以上公式可以看出，軸交角可以通過程序改變，很容易實現(xiàn)，那么我們只需要重新設計珩磨輪的螺旋角即可保證等式成立。
重新設計珩磨輪的螺旋角，并且重新調(diào)整軸交角度，原始參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)見表 2。
表 2 重新設計珩磨輪的螺旋角及調(diào)整軸交角度
重新加工后的拓撲報告如圖 4 所示。從報告可以看出，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 重新加工后拓撲報告
隨后的 NVH 整機測試結果表明，在同等條件下 NVH 也是低于優(yōu)化前 5 ～ 10 dB。
五、結語
本文通過實驗，重新設計珩磨輪的螺旋角，重新調(diào)整軸交角度，得出以下結論：
1)通過現(xiàn)有資源調(diào)整珩齒機參數(shù)對優(yōu)化結果不明顯。
2)通過調(diào)整砂輪螺旋角設計，同時調(diào)整軸交角來優(yōu)化波紋方向，效果明顯，并對 NVH 優(yōu)化有顯著的效果。
參考文獻略.