介绍
随着汽车工业的快速发展，人们对汽车的NVH（噪声、振动、声振粗糙度）性能的要求越来越高。准双曲面齿轮作为汽车驱动桥传动系统中的关键部件，其啮合性能直接影响驱动桥的NVH性能，因此在齿轮设计和加工过程中保证齿面良好的啮合性能显得尤为重要。一般情况下，在驱动桥准双曲面齿轮的研制过程中，仅通过一种设计很难保证齿面啮合性能满足驱动桥噪声要求，需要通过齿面不断提高啮合质量进行改造，以满足驱动桥减振、降噪的要求。
在准双曲面齿轮齿面修形方面，范一引入了缓和形貌的概念来描述弧齿锥齿轮啮合过程中的失配关系。阿尔托尼等人。2研究了准双曲面齿轮的修形方法，通过预设最佳加载接触区域形状和位置来减少传动误差和低齿接触应力。Shih 和 Fong 3提出了一种新颖的缓和齿面拓扑修改方法，用于预控制端面滚齿研磨工艺的啮合性能。江等人。4研究了通过预设轮齿接触面积特征参数和传动误差曲线的小齿轮形貌修形面的设计方法，并结合加载接触分析方法得到了最佳修形面。王等人。5以接触轨迹方向和传动误差幅值为优化变量，以加载传动误差幅值最小为目标，开发了修正小齿轮齿面的优化算法。杜等人。图6通过沿啮合线和接触线修改小齿轮基面，得到满足啮合性能的小齿轮目标面。杨等人。7提出了通过修正齿面曲率来构造齿轮目标面的方法。穆等人。8提出了一种高重合度弧齿锥齿轮齿面形貌修正方法，利用高阶传动误差代替抛物线传动误差来减小带载传动误差。聂等人。9提出了仅修正小齿轮齿面的齿面偏差等效修正方法，通过计算小齿轮实际表面与小齿轮设计表面之间的不匹配值。曹等人。10等人通过修改共轭齿面构造了具有高阶传动误差的航空螺旋锥齿轮的缓和齿面形貌，通过控制整个齿面结构，可以精确控制高阶传动误差和轮齿接触形态。目前，Gleason公司的GEMS软件和Klingelnberg公司的KIMOS软件也给出了轻松的形貌修改方法。从软件界面可以看出，该方法通过控制螺旋角差值、压力角差值、齿纵向凸度值、齿廓凸度值、齿纵向扭曲5个参数值来调整齿面失配形貌关系。

在准双曲面齿轮减振降噪方面，蒋和方11在建立准双曲面弯扭轴耦合动态集总质量模型的基础上，提出了一种零加载传动误差幅的准双曲面齿轮主动修正设计方法。齿轮，通过优化法向振动的最小均方值来确定最佳修形齿面。12为了减少负载传输误差的高次谐波引起的噪声，Su 等人。13提出了沿齿长方向大重合度接触路径的设计方法，在此基础上引入了弧齿锥齿轮混合传动误差设计方法以降低噪声，并确定了负载波动最小的局部综合参数通过优化工作载荷下的传动误差和几何传动误差的对称性，得到小齿轮修形齿面。14聂等人。15研究了驱动桥加载传动误差与噪声曲线之间的关系，通过控制加载传动误差的幅值来优化驱动桥的NVH性能。为了控制驱动桥的振动和噪声，刘等人。16利用ABAQUS软件建立驱动桥总成有限元模型，计算驱动桥准双曲面齿轮的传动误差，分析不同扭矩对加载传动误差的影响。

上述研究表明，轮齿接触面积和传动误差是判断轮齿接触性能的两个重要指标，直接影响驱动桥的NVH性能。通过齿面修形综合修正这两项指标，可以达到更好的减振降噪效果。在上述研究的基础上，本文提出了一种基于齿面失配修正的准双曲面齿轮齿面修形方法，该方法通过预先控制齿面失配形貌关系来修正轮齿接触面积和传动误差。 。与GEMS软件和KIMOS软件中的缓动修改方法不同，本文提出的方法可以利用二阶差分曲面沿五个方向分解齿面失配形貌，从而得到齿面失配系数，并通过改变齿面失配系数来修正齿面失配关系。为了检验修形后轮齿的啮合性能，采用有限元技术进行轮齿接触分析和加载接触模拟的方法，并通过NVH模拟和道路试验实验验证齿面修形后的减振降噪效果的驱动桥。通过改变齿面失配系数来修改齿面失配关系。为了检验修形后轮齿的啮合性能，采用有限元技术进行轮齿接触分析和加载接触模拟的方法，并通过NVH模拟和道路试验实验验证齿面修形后的减振降噪效果的驱动桥。通过改变齿面失配系数来修改齿面失配关系。为了检验修形后轮齿的啮合性能，采用有限元技术进行轮齿接触分析和加载接触模拟的方法，并通过NVH模拟和道路试验实验验证齿面修形后的减振降噪效果的驱动桥。

齿错配修正及啮合性能分析流程图
为了清楚地理解本文提出的齿面失配修正方法和啮合性能评价方法，技术路线流程图如图1所示。从图1，可见，小齿轮齿面修形可以通过修正齿面失配形貌来实现，修形齿面的啮合性能是否满足预期需要通过加载接触模拟技术来评估，修形齿面是否满足减振降噪的要求仍需通过NVH仿真和路试实验来验证。如果修正后的齿面啮合性能不能满足减振降噪的要求，则需要返回重新修正齿面失配形貌。接下来，本文将讨论齿面失配修正方法、有限元加载轮齿接触分析以及驱动桥NVH仿真等关键技术。

图1。齿错配修正和啮合性能分析流程图。
齿面数值计算
齿面理论方程
在汽车驱动桥准双曲面齿轮的制造过程中，HFT法齿轮磨削技术因加工效率高而得到广泛应用。对于HFT方法，在一对准双曲面齿轮上，可以采用甲酸盐法磨削齿轮，并且可以采用铣刀倾斜展成法磨削小齿轮。HFT法磨齿过程中，刀盘绕其轴线旋转形成假想冠齿轮，通过摇架旋转，由假想冠齿轮生成工件的齿面。

齿面离散计算
准双曲面齿轮的齿面是一个复杂的空间曲面，为了获得准确的齿面模型，需要获取齿面上的网格点坐标。因此，通过对准双曲面齿轮的齿面进行离散化，在齿轮的轴向截面上划分网格点，如图3所示。利用齿轮几何参数计算各网格点的二维坐标，然后根据空间齿面与轴向截面网格点的对应关系建立方程，从而得到三维坐标数据可以计算出齿面的面积。

现有文献研究表明，减小轮齿接触应力和负载传动误差幅度可以降低振动和噪声。因此，通过减小轮齿接触面积的对角线走向、增大轮齿接触面积、减小传动误差的设计幅度来确定齿轮凹形的形貌修正方案。根据该修正方案，根据齿面失配系数对齿面接触面积和传动误差的影响规律，对5个齿面失配系数进行修正。表3给出了修形前后的齿面失配系数。图9(a)显示了原始齿面失配形貌，图9(b)显示修正后的牙齿表面失配形貌。小齿轮原始齿面与小齿轮目标齿面之间的偏差如图10所示。


有限元法加载齿接触分析
准双曲面齿轮在实际工况下的啮合性能影响着汽车驱动桥的振动和噪声。负载齿接触面积和负载传动误差是评价实际工况下啮合性能的两个主要指标。本节基于ABAQUS软件对修形前后的准双曲面齿轮副进行有限元加载齿接触分析，验证修形效果。为了便于有限元仿真分析，对准双曲面齿轮三维模型进行划分，建立五齿有限元分析模型，并采用六面体网格进行网格划分，如图13所示，有限元分析的预处理参数设置如表5所示。

从图17和图18可以看出，随着负载扭矩的增加，加载传动误差曲线的波动幅度逐渐减小，并且在相同负载扭矩下，修形齿面的加载传动误差波动幅度明显。小于原来的牙齿表面。仿真结果表明，齿面修形后加载轮齿的啮合性能得到改善，有利于驱动桥的减振降噪。
驱动桥NVH仿真及道路试验实验
驱动桥NVH仿真
为了验证齿面修整后的降噪效果，基于MASTA软件对某轻客驱动桥进行NVH仿真分析。首先利用UG软件对驱动桥各部件进行建模，然后将建立的模型导入MASTA软件中，建立驱动桥NVH仿真分析模型，如图19所示。在驱动桥主减速器输入端设置测量点，通过NVH仿真得到噪声曲线。

通过测量测试点上的振动信号，可以获得X、Y、Z三个方向的噪声曲线。由于Z方向垂直于路面，该方向的振动和噪声最大，因此以Z方向的噪声曲线作为评价依据。图20为四种工况下齿面修整前后的噪声曲线。

从图20可以看出，在40、60、80、100四种载荷下，齿面修形后驱动桥的NVH噪声曲线均低于齿面修形前。 
。这些表明，齿面修形降低了驱动桥的噪声，这也验证了本文提出的齿面修形方法的有效性。
对比图18和图20可以看出，修正后驱动桥噪声曲线随着相同载荷下带载传动误差幅值的减小而逐渐减小，这说明准双曲面齿轮带载传动误差对噪声有直接影响。的驱动桥。
驱动桥路试试验
为了进一步验证齿面修形和驱动桥NVH仿真结果的有效性，对修形齿面进行了齿轮磨削实验和NVH道路试验实验。图21显示了小齿轮磨削和测量的过程，图22显示了齿面修形前后凹齿轮的齿接触模式。对比图8、图12和图22可以看出，实际滚动接触区域的形状、位置和尺寸与轮齿接触分析的轮齿接触区域基本一致。


将准双曲面齿轮装入驱动桥并进行道路试验实验。道路测试在平坦干燥的高速公路上进行，设备主要为LMS采集器、振动传感器和麦克风。测点布置是将振动传感器粘贴在驱动后桥主减速器小齿轮轴承外端上方的壳体上，如图23所示。将麦克风固定在驾驶员后座上，测试车内噪音值。道路测试在5档减速条件下进行，变速箱速比为0.76，对应档位n  =8/0.76=10.53。

结论
本文针对汽车驱动桥的降噪问题，提出了一种准双曲面齿轮齿面失配修正的方法。在建立刀具倾斜磨削小齿轮数学模型的基础上，研究了齿面失配形貌的构建方法，利用二阶曲面对齿面失配形貌进行分解和修正。通过建立小齿轮加工参数修正的数学模型，得到了小齿轮修正后的加工参数。在此基础上，采用有限元方法对齿面修形前后的加载轮齿接触进行分析，并基于MASTA软件对齿面修形前后驱动桥的NVH性能进行分析。最后，完成了齿轮磨削实验和路试实验。通过本研究，我们可以得出以下结论：
(1)本文提出的齿面失配修形方法可以实现齿面的自由修形。根据齿面失配系数对齿面形貌的影响规律，修正齿面失配系数，以获得所需的齿面接触面积和传动误差，该修正方法直观、方便。
(2) 通过有限元法加载齿接触分析和驱动桥NVH仿真可知，齿面修形后驱动桥NVH噪声曲线的变化趋势与加载传动误差幅值变化趋势一致，这表明在实际工况下，可以通过减小加载传动误差幅值来降低驱动桥的传动噪声。
(3)驱动桥路试实验表明，齿面修形后，驱动桥高速减速滑动时的啸叫现象得到消除，说明通过齿面修形可以达到驱动桥的降噪效果。进一步验证了本文提出的齿面修形方法和驱动桥NVH仿真方法的有效性和可行性。