王永梅，王希貴

（1.黑龍江工程學(xué)院汽車工程系，黑龍江哈爾濱150036；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)第703研究所，黑龍江哈爾濱150036）

1 前言

齒輪在工作過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)齒輪輻板和齒輪軸傳遞至軸承和軸承座，通過(guò)箱體及連接結(jié)構(gòu)等向外界傳遞并同時(shí)輻射空氣噪聲。金屬結(jié)構(gòu)本身所含阻尼很小，而聲輻射的效率很高。傳統(tǒng)上常采用的方法是通過(guò)加筋等措施提高其剛性，降低噪聲和振動(dòng)。這種方法的實(shí)質(zhì)并不是增加阻尼，而是改變結(jié)構(gòu)本身的固有振動(dòng)頻率。如果實(shí)際情況允許，采用此方法是有效的。但是，在大多數(shù)情況下，減振降噪的效果并不理想。由于結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲的大小與結(jié)構(gòu)材料的阻尼特性密切相關(guān)，在同樣外界激勵(lì)的情況下，材料的阻尼越大，其結(jié)構(gòu)振動(dòng)越弱，輻射的噪聲也越低。因此，適當(dāng)增加系統(tǒng)的阻尼是控制振動(dòng)噪聲的一種重要手段。

2 汽車變速箱阻尼減振降噪原理

阻尼是指系統(tǒng)損耗能量的能力。從減振降噪的角度看，就是將機(jī)械振動(dòng)的能量轉(zhuǎn)變成熱能或其它可以消耗的能量，從而達(dá)到減振降噪的目的。阻尼技術(shù)就是充分運(yùn)用阻尼耗能的一般規(guī)律，從材料、工藝、設(shè)計(jì)等各方面發(fā)揮阻尼在減振降噪方面的潛力，以改善機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，降低機(jī)械產(chǎn)品的振動(dòng)噪聲，增強(qiáng)機(jī)械或機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

阻尼減振原理就是依靠增加阻尼力抑制振動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)。以單自由度振動(dòng)系統(tǒng)為例，其運(yùn)動(dòng)方程為：

若令s=iω，可導(dǎo)出系統(tǒng)的頻響特性G(iω)。其中幅頻特性為：

系統(tǒng)在常力F0作用時(shí)的靜態(tài)位移為：xst=

單位減諧力產(chǎn)生的振幅與單位常力產(chǎn)生的靜位移之比稱為系統(tǒng)的動(dòng)力放大系數(shù)。單自由度系統(tǒng)動(dòng)力放大系數(shù)的解析式：

以阻尼比ξ作參數(shù)，按上式繪制的動(dòng)力放大系數(shù)曲線如圖1所示。該圖表明，如果振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼比ξ較小，當(dāng)激振力頻率接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生共振，動(dòng)力放大系數(shù)急劇上升。

抑制共振振幅的方法之一是增加振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼。設(shè)系統(tǒng)原有阻尼c，為抑制共振振幅增加阻尼c1，通常稱之為附加阻尼，如圖2所示。

如果系統(tǒng)原有的阻尼比為ξ，那么，增加阻尼c1后的阻尼比為：ξ＇=（1+）ξ

上式表明，如果附加阻尼c1比原先的阻尼c大得多，阻尼比ξ＇將遠(yuǎn)大于ξ，動(dòng)力放大系數(shù)將顯著減小，從而達(dá)到減振的目的。

以上結(jié)論雖然是根據(jù)單自由度振動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型導(dǎo)出的，但是對(duì)多自由度振動(dòng)系統(tǒng)和彈性振動(dòng)系統(tǒng)作類似的分析，也能得到上述結(jié)論。因而阻尼減振技術(shù)也能應(yīng)用于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)和彈性振動(dòng)系統(tǒng)。

2 汽車變速箱阻尼結(jié)構(gòu)方案及阻尼特征

從變速箱噪聲測(cè)試和分析中可看到，變速箱噪聲的主要貢獻(xiàn)往往是變速箱箱體表面的聲輻射，所以艦船齒輪傳動(dòng)減振降噪技術(shù)研究的內(nèi)容之一應(yīng)是降低變速箱表面的振動(dòng)。

變速箱箱體為焊接結(jié)構(gòu)，鋼板的厚度相對(duì)尺寸較大的箱體來(lái)講較薄，在受到激振力的作用下易產(chǎn)生振動(dòng)，并向外輻射噪聲。當(dāng)其固有頻率與激振頻率接近或相同時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，產(chǎn)生高的噪聲。變速箱表面的振動(dòng)與變速箱總的噪聲級(jí)之間的關(guān)系，通常是不容易計(jì)算得到的，有時(shí)是復(fù)雜和難搞清楚的。這是由于箱體的振動(dòng)不僅決定于齒輪的振動(dòng)而且還決定于箱體各個(gè)側(cè)板、罩板的固有頻率和相位特性。一般而言，噪聲的量級(jí)和分布規(guī)律與箱休表面的振動(dòng)速度有密切關(guān)系。在一定激振力的條件下，主要決定箱體表面的振動(dòng)特性和阻尼特性。

箱休表面的振動(dòng)—般受三個(gè)參數(shù)的影響，即質(zhì)量、剛度和阻尼。在振動(dòng)的任何瞬間包含著動(dòng)能和應(yīng)變能。動(dòng)能與結(jié)構(gòu)體的質(zhì)量有關(guān)，應(yīng)變能與結(jié)構(gòu)體的剛度相關(guān).而其能量的消耗與阻尼有關(guān)。

阻尼是—種物理效應(yīng)。在結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)，在材料的內(nèi)部有拉伸和壓縮，有相對(duì)位移，來(lái)阻礙這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)并把動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這種材料的屬性稱為內(nèi)阻。鋼板的內(nèi)阻尼不斷衰減鋼板的振動(dòng)，因此增大鋼板材料的阻尼將衰減其共振時(shí)的振幅，減少噪聲的輻射，同時(shí)亦衰減沿結(jié)構(gòu)傳播的結(jié)構(gòu)波(固體聲)，即減少其傳遞振動(dòng)的能量。試驗(yàn)證明，阻尼在振動(dòng)和噪聲控制中具有重要的作用。

3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用對(duì)比試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)臺(tái)其它部分保持不變的情況下，分別對(duì)未經(jīng)過(guò)阻尼處理的變速箱和經(jīng)過(guò)阻尼處理的變速箱進(jìn)行試驗(yàn)，分析其相同工況下的振動(dòng)、噪聲值，通過(guò)比較得到減振、降噪效果。

4 振動(dòng)測(cè)試結(jié)果分析

試驗(yàn)變速箱添加阻尼材料前后，各工況下箱體上部分測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度幅值見(jiàn)表1、表2。

?

?

5 空氣噪聲測(cè)試結(jié)果分析

在啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵和電動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)后，整個(gè)試驗(yàn)裝置未投入運(yùn)行之前，測(cè)試系統(tǒng)的背景噪聲。背景噪聲測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。背景噪聲符合試驗(yàn)要求。試驗(yàn)變速箱添加阻尼材料前，各工況下空氣噪聲測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

添加阻尼材料后，各工況下空氣噪聲測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。添加阻尼材料前后，各工況下空氣噪聲差值見(jiàn)表6。

表5 添加阻尼材料后空氣噪聲測(cè)試結(jié)果

表6 添加阻尼材料前后空氣噪聲變化情況

6 結(jié)論

（1）根據(jù)傳動(dòng)變速箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，上箱體可以采用外部粘貼阻尼材料的附加阻尼結(jié)構(gòu)；下箱體可以采用在雙層支撐殼體中間灌注阻尼材料的附加阻尼結(jié)構(gòu)；尺寸較大的齒輪可以采用在齒輪輻板和輪緣內(nèi)側(cè)粘貼阻尼材料的附加阻尼結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)證明，這些附加阻尼結(jié)構(gòu)是安全可靠的。

（2）通過(guò)附加阻尼結(jié)構(gòu)提高傳動(dòng)裝置的阻尼特性，可以獲得比較好的減振降噪效果，與阻尼減振降噪的理論研究相符。

（3）箱體上振動(dòng)值下降幅度較大，從本試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)看，在粘貼阻尼材料前箱體壁板上有些測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值較大，這可能是局部共振點(diǎn)，粘貼阻尼材料后這些測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值大幅下降，說(shuō)明附加阻尼起到了明顯的抑制作用。

（4）試驗(yàn)中選取的阻尼材料在100～2 500Hz范圍內(nèi)，空氣噪聲下降比較明顯?？諝庠肼暱山档?.4～2.6dB。