为什么越来越多齿轮设计成“细高齿”？
为什么越来越多齿轮设计成“细高齿”？
随着电动汽车动力性能的不断提升，减速器的输入转速和承受的载荷也越来越高。为了满足现代电动汽车减速器的设计要求，细高齿技术应运而生。本文将从NVH性能优化的角度，详细介绍细高齿齿轮的定义、特点以及其在实际应用中面临的问题。
为什么采用细高齿的设计？
电动汽车通过减速器将驱动电机的转速和扭矩传递给车轮。随着车辆动力性能的不断提升，减速器的输入转速和承受的载荷也越来越高，目前有的电驱动减速器最高输入转速已经超过25000r/min。同时，电动汽车减速器集成化、轻量化的发展趋势也对其可靠性和NVH性能提出了更高要求。
NVH（Noise Vibration Harshness）性能是衡量减速器噪声、振动和声振粗糙度的重要指标。传统的圆柱齿轮设计方法已经难以完全满足现代电动汽车减速器的设计要求。通过采用细高齿技术方案，优化齿轮齿廓参数，可以增加齿轮啮合重合度，从而提高齿轮承载能力和使用寿命，实现减振降噪、降低成本的目的。
什么是细高齿？
细高齿，也被称为高重合度（High Contact Ratio，HCR）齿轮。与标准齿轮相比，细高齿齿轮具有小模数、小压力角、大齿顶和高系数等特点。一般来说，细高齿齿轮的特征是重合度较大，具体表现为大齿顶高系数（>1.3）和大端面重合度（>2）。
斜齿轮传动重合度的计算公式
轴向重合度的计算公式：
其中，L是实际啮合线长度，b是齿宽，βb是基圆螺旋角，Pbt是端面基圆齿距。
端面重合度的计算公式：
式中：Z1、Z2为相互啮合的小、大齿轮齿数，αa1、αa2为齿顶圆压力角，α′为齿轮啮合角。端面重合度的主要因素有齿数、压力角和齿顶圆压力角（主要由齿顶高系数和变位系数决定）。
理论研究表明，齿轮重合度增大时，传动系统中的啮合点会越来越接近小齿轮的干涉点，增加齿面接触应力，从而提高齿面强度。当齿顶高系数增加到1.3时，齿根弯曲强度增加到标准齿轮的1.3~1.5倍。当齿轮重合度在2左右时，齿轮啮合噪声最小。
国外学者通过试验得到轴向重合度、端面重合度与噪声分贝值的关系，当轴向重合度εβ和端面重合度εα增大时，传动噪声呈下降趋势，特别是当轴向重合度或端面重合度分别趋近整数时，齿轮传动噪声最低。
细高齿的局限性
细高齿一般倾向于采用小模数，这就限制了齿根弯曲强度的进一步提高。通常来说，齿轮的体积、大小是由接触强度决定的。因此，根据接触疲劳承载能力选定了中心距、齿宽等参数以后，假设齿数比保持不变，那么模数可以尽量大而齿数尽量少，这样能得到最大的齿根弯曲强度。但是，对于细高齿而言，齿数少更容易根切，因此模数取不大，且不太容易实现端面重合度大于2.0的要求。
大压力角齿轮，例如25度压力角，弯曲疲劳强度能提高吗？细高齿之所以没有降低弯曲疲劳强度，根本原因是端面重合度大于2以后，至少有2对齿承载，这跟标准齿轮至少1对齿承载确实有很大的不同。
而大压力角齿轮，肯定也需要确保端面重合度大于1，因此，最少承载齿对数也是1，这跟标准齿轮是一样的，但是，由于大压力角齿轮齿形更肥厚，所以弯曲疲劳强度还是会有显著提升的。
细高齿存在哪些问题？
强度计算复杂
由于细高齿齿轮的齿形特殊，其强度计算方法与传统齿轮有所不同。需要考虑齿高、齿形、重合度等因素的影响，采用更加复杂的计算模型和方法。
加工难度大
细高齿齿轮的加工难度较大，需要采用高精度的加工设备和先进的加工工艺。高的重合度带来的后果就是渐开线起始圆位置更低了，接近了齿轮的基圆，在滚齿、磨齿或者珩齿时都面临很多挑战，对设备和刀具提出更高的要求。
检测要求高
由于细高齿齿轮的精度要求高，对检测设备和检测方法也提出了更高的要求。需要采用精密测量仪器，如三坐标测量仪、齿轮测量中心、啮合仪等，对齿轮的齿形、尺寸、精度等进行检测，以确保齿轮的质量符合要求。