在众多市场领域中，电动汽车领域的销售增长并未达到汽车制造商和政府预期的目标。这使得混合动力车辆重新成为关注焦点。

电动汽车中采用的圆柱齿轮传动系统对噪声特性有着极高要求。由于内燃机遮蔽噪声的缺失，在时速 80 公里以内时，传动系统产生的噪声将占据主导地位。而插电式混合动力车辆在此速度范围内也能以纯电模式长距离行驶。因此，对车桥传动系统的噪声特性要求也将随之提高。KLINGELNBERG（克林贝格）的静音锥齿轮磨削技术可以有效优化磨削锥齿轮副的听觉噪声特性，且无需在齿轮制造中增加额外工序。

磨削齿轮的噪声特性由啮合印痕决定。当采用磨削齿轮时，硬化部件的最终齿面形貌是在对硬化后的部件进行磨削时依据理论设计生成的。啮合印痕可根据传动功率和负载引起的位移需求进行精确设定。由于磨削工艺的精度高，每个齿啮合的接触斑点和传动误差具有高度的一致性。因此，设计参数直接决定了啮合传动误差和噪声特性。在热处理过程中所产生的干扰因素在磨削工序中被消除。

磨削齿轮副的阶次频谱主要呈现以下特征：一级转速阶次（部件径向跳动）和纯齿啮合谐波（见图1）。因此，在运行过程中，仅极少数的特定频率被激发。如果振幅过大，或在不利转速下激发了传动路径中的固有频率，齿轮副产生的噪声会被人类听觉感知为不适噪声。

根据经验法则，要使乘用车磨削齿轮副保持静音，其啮合传动误差应小于25 μrad。但这并非总能实现，通常需要大量的优化工作。无论如何，准确掌握边界条件（例如：壳体位移）是实现噪声优化齿轮副设计的必要前提。

普遍认为研磨齿轮副比磨削齿轮副更安静。通过观察研磨齿轮副的工艺链，我们可以发现其与磨削齿轮副的差异（见图2）。

与磨削工艺不同，研磨工艺无法重新定义齿面形貌。为了确保生产结果的一致性，通常会在切削阶段按批次对热处理变形进行预补偿，进而应对系统性的硬化变形。尽管存在不可修正的随机硬化变形，为获得良好的运行特性（避免硬接触线），齿轮副的设计会采用较大的齿面鼓形量。因此，在研磨前的切齿及表面硬化齿轮副会呈现较大的啮合传动误差。

在后续的齿轮副研磨过程中，研磨剂结合运动学产生的滑动速度，逐步去除齿面接触区域的材料。一方面，这有助于减少诸如单齿距偏差等不规则缺陷，。另一方面，也会减小研磨接触区域的鼓形量。这两个因素共同作用，有效降低了啮合传动误差并改善了噪声特性。但需要注意的是，热处理所产生的部分偏差仍会不可避免地残留在齿轮中，导致不同齿啮合间的接触状态存在差异。

在阶次频谱中，研磨工艺的平滑作用主要体现在齿啮合谐波振幅的降低。这些谐波源自切削及硬化后的齿轮副。齿槽的残余个体偏差则表现为齿啮合谐波周围的边频带谱以及低速阶次的激励现象。

这些边频带意味着齿啮合阶次不再以单一频率突显（即：“音调激励”）。相反，由于大量不同频率的组合作用，噪声呈现出更显著的扩散特性。在相同激励能量条件下，主观噪声感知会变得更加舒适。即使研磨齿轮副的啮合传动误差显著大于磨削基准齿轮副，其噪声感知干扰度却明显更低。然而，这并不代表研磨齿轮副在实际使用中具有更低的客观噪声值。

对研磨工艺的观察表明，从心理声学角度而言，极端精度反而会产生负面效应。与完美均匀信号相比，存在轻微偏差的信号反而让人感觉更舒适。类似原理已应用于轮胎胎面花纹设计中：通过调节胎面花纹块长度来抑制滚动噪声中特定频率的激励。

为了使磨削齿轮副也能实现此类心理声学噪声优化效果，KLINGELNBERG（克林贝格）研发了静音锥齿轮磨削技术。该技术通过低频谐波修形对单个齿面形貌进行接触斑调制。针对每个零件的几何形状，会设定最大修形值，并通过分布函数为每个齿槽单独分配该最大修形值的具体比例。

修形最大值通过调整中性机床的设置参数进行设定。这可借助KIMoS系统中的工具对其进行设计与分析。以图3所示传动比为17:45的汽车齿轮副为例，采用螺旋角修形（小轮±0.008°，大轮±0.016°）进行说明。图示展示了在理论无负载安装位置下修形对啮合印痕及接触斑极限位置的影响。这些在滚动副周向的接触变化预计将引起单齿面偏差曲线的波动，具体如下所述。

分布函数通过多个正弦函数的叠加来定义每个齿槽修形的相对幅度。这些函数的周期数均小于相应零件的齿数。这正是其被称为“低频谐波调制”的原因。

图4和图5给出了示例齿轮副的分布函数。基于函数振幅，每个齿槽均被赋予独立的修形值。虽然沿零件周向的分布看似随机，但其本质仍基于所述谐波函数。针对每个齿槽，锥齿轮磨床生成完整的个性化设置参数，并用于中性机床，进而生成预设的齿面形貌。

通过在不同齿槽间实施个性化形貌变化，将齿啮合谐波的部分能量转移至边频带。这将可以有效降低心理声学上令人不适的音调噪声激励，产生类似白噪声的随机听觉效果（见图6）。

与研磨工艺中因硬化与后续研磨接触随机组合产生的形貌偏差不同，锥齿轮磨削工艺可精确控制齿啮合效果。该修形技术可一致应用于所有齿轮副，从而确保制造齿轮副具有高度一致的声学特性。由于齿轮副设计（包含修形参数）已完全定义，最终结果不会受到硬化变形或机床操作人员调整能力的影响。

经过特殊设计，静音锥齿轮磨削功能可以确保修形对质量控制和齿轮修正不产生影响或影响极小。

这种效果通过以下两方面实现：一是在设计阶段完全补偿因修改机床设置产生的单齿距偏差，使齿距测量结果与未修形零件无差异；二是通过谐波分布的形貌变化设计，使得基于三个测量齿槽的平均形貌测量结果几乎不受起始槽选择的影响。

如果零件齿数不能被测量齿数整除，那么所选起始测量槽位将不可避免地会对形貌测量结果产生轻微影响。这种影响类似于齿轮径向跳动误差导致的测量值波动。而静音锥齿轮磨削修形技术带来的测量差异通常低于汽车行业标准公差的10%，这意味着该测量结果仍能有效支撑质量评估工作。闭环检测系统可不受限制地直接使用，无需指定特定的起始测量槽位。

KLINGELNBERG（克林贝格）研发的静音锥齿轮磨削技术兼具高精度锥齿轮磨削工艺的优势与低噪声形貌调制功能。这种调制效果通常只在齿轮研磨过程中因随机性硬化变形才会出现。该技术使齿轮副的承载极限、运行特性及噪声特征均能在研发阶段进行精准定义，且无需依赖于每批次研磨设备操作人员的技术水平。

静音锥齿轮磨削技术既适用于全新设计，也可用于现有磨削齿轮副的噪声优化。该技术方案一经设计完成，即可无缝集成到生产体系中，既不影响生产节拍，也不干扰现有工艺流程，并能根据需求在全球范围内实现高度一致的生产成果复现。

源文件：GEARS inline 12 | 2025

大昌华嘉齿轮技术编译