梁麗娟，劉潔浩

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

某中重卡變速器噪聲問題分析及優(yōu)化措施

梁麗娟，劉潔浩

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

某中重卡車型匹配某8檔變速器，在動態(tài)評價時，發(fā)現(xiàn)在34檔時，車輛存在變速器噪聲異常問題。為了解決這個問題，對該車輛進行噪聲試驗，通過頻譜分析方法找到變速器噪聲問題原因，并針對問題提出了經(jīng)濟可行的改進措施。

中重卡；變速器噪聲

CLC NO.:U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-207-03

引言

隨著中國經(jīng)濟發(fā)展，駕駛員80、90化，中重型汽車不僅僅是掙錢的工具，用戶對駕駛舒適性要求越來越高，汽車制造廠家在整車匹配設計時對汽車NVH性能越來越重視，NVH設計正朝著主動設計的方向發(fā)展，而不是在車型上市后接到用戶的抱怨后去解決。

變速器是汽車傳動系的重要組成部分，變速器的振動和噪聲會直接影響到汽車整體的工作性能。本文針對某中重型車型在3、4檔運行過程中，存在明顯的變速器異響，俗稱變速器嘯叫，通過理論分析，噪聲試驗等方法，成功找出噪聲原因，對變速器進行經(jīng)濟可行的優(yōu)化，有效地降低了車輛噪聲，改善了NVH 性能。

1、變速器噪聲

1.1 變速器噪聲分類

根據(jù)產(chǎn)生原理不同，變速器噪聲大致可分為四種：承載嚙合齒輪噪聲 （俗稱嘯叫）、非承載嚙合齒輪噪聲、同步器結(jié)合噪聲和軸承噪聲。承載齒輪敲擊噪聲是變速器噪聲的重要組成，由于敲擊噪聲具有穿透力高的特點，容易被乘客及駕駛員察覺，影響乘坐舒適性。

1.2 變速器噪聲主要根源

國內(nèi)外大量研究表明，造成變速器噪聲的主要根源為兩方面：1).由于變速器工作時各嚙合齒輪副齒輪相互交替嚙合，在嚙合處既有滾動又有滑動，不可避免的要產(chǎn)生齒與齒的撞擊和摩擦，從而使齒輪產(chǎn)生振動并發(fā)出嚙合噪音。2).由于發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)速和扭矩波動，使曲軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，使齒輪的正常嚙合關系遭到破壞，從而激發(fā)齒輪嚙合振動，并發(fā)出沖擊噪聲。

1.3 變速器噪聲主要傳播途徑

變速器向外傳播噪聲通常主要有兩種途徑：1）由于金屬撞擊而直接形成的噪聲輻射，它在變速器殼體內(nèi)混響并有一部分穿透變速器殼體輻射出來，其余能量被結(jié)構(gòu)阻尼和其他阻尼環(huán)節(jié)耗散。2）齒輪撞擊形成的結(jié)構(gòu)振動，通過齒輪本體、齒輪軸、軸承傳遞到變速器殼體，然后在殼體敏感部位引起較大的振動并向外輻射噪音。第二種是由振動產(chǎn)生的噪音，并由固體傳播途徑，為變速器噪聲的主要原因。

2、噪聲原因分析

2.1 故障現(xiàn)象

某中重卡整車裝配調(diào)試后，在做動態(tài)評價時，動態(tài)評價師反饋：1）在變速箱掛3檔和4檔后， 駕駛室內(nèi)能夠聽到變速器異常的噪聲。2）整車在變速器空擋位置時，變速器沒有異響。3）變速器與傳動軸斷開連接后，在掛入3檔、4檔后，異響聲音消除。

2.2 變速器結(jié)構(gòu)分析

該8檔變速器為超速檔速比，結(jié)構(gòu)為采用雙中間軸，主副箱結(jié)構(gòu)，主箱設置一個4檔主變速器，副箱設置一個2檔副變速器。動力傳遞路線為：動力從一軸輸入后，分流到主箱的兩根中間軸，匯集到主箱主軸，然后再分流到副箱兩根中間軸，最后匯集到副箱主軸，動力由副箱主軸上的法蘭盤輸出。具體見下圖，圖所示：

圖1 變速器動力傳遞路線圖

某中重卡變速器異響在3、4檔運行過程中發(fā)生，該變速器檔位為高抵擋，3、4檔位低速檔，在高速檔未有發(fā)現(xiàn)異響問題，而變速器與傳動軸斷開連接后，異響聲音消除，說明異響是在變速箱加載過程中出現(xiàn)的，導致變速器異響的噪聲源為變速器承載齒輪。從變速器結(jié)構(gòu)分析來看：導致變速器異響的噪聲源主要為變速器3、4檔常嚙合齒輪副，即為副箱第一組齒數(shù)為22/23的齒輪。

圖2 變速器各檔齒輪齒數(shù)

2.3 整車噪聲試驗測試

為了明確某中重卡駕駛內(nèi)高頻噪聲的噪聲源是否來自變速器，是否與主觀感受評價一致，并找出整車上變速器異響的噪聲源，對車輛進行噪聲測試。

測試方法：在變速器凸輪軸處和副箱第一組齒輪殼體側(cè)面處布置振動傳感器，在駕駛室右側(cè)布置噪聲出噪聲傳感器，發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量計，其中殼體外法向位置為Z向，變速箱軸向（法蘭看向一軸）為X向，右手定則確定Y向。

試驗設備：振動噪聲儀、聲級計、綜合氣象儀

試驗條件：發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性，在3、4檔時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為1000～2400rpm，故試驗條件為：1、3檔-WOT：1000～2400rpm 2、4檔-WOT：1000～2400rpm

2.4 整車噪聲試驗測試結(jié)果

某中重卡在掛入3、4檔勻速行駛時，駕駛內(nèi)右側(cè)噪聲測試結(jié)果如下圖，圖3、圖4所示：

圖3 3檔車內(nèi)噪聲

圖4 4檔車內(nèi)噪聲

某中重卡在掛入3、4檔勻速行駛時，變速器凸輪軸處振動測試結(jié)果如下圖，圖5、圖6所示：

圖5 3檔變速器凸輪軸處振動

圖6 4檔變速器凸輪軸處振動

2.5 整車噪聲試驗測試結(jié)果分析

前置前驅(qū)車輛噪聲主要由發(fā)動機、傳動系及 制動系處一些主要的振動和噪聲，與車輛傳動系相關的NVH問題主要為中低頻振動現(xiàn)象和頻率在20～16000Hz范圍內(nèi)的噪聲現(xiàn)象，具體如下圖，圖7所示；

圖7 前置前驅(qū)（FF）汽車主要振動、噪聲現(xiàn)象

某中重卡整車噪聲測試車內(nèi)噪聲頻率在3000～6000Hz，由圖6可知整車傳動系噪聲在3000～6000Hz 純高頻噪聲主要為變速器噪聲。從而確定變速器是整車噪聲的噪聲源。這個與主觀評價結(jié)果一致。

通過聲音回放濾波處理，對振動噪聲信號采用階次分析方法，確定該車噪聲為典型的諧波特性。從圖3可知，3檔車內(nèi)噪聲為以22.2階為基頻的諧波（66、88、110階次），從圖5可知，3檔變速器振動為以22.2階為基頻的諧波（66、88、110階次），3檔時變速箱凸輪軸振動頻率特性與車內(nèi)噪聲頻率特性一致，車內(nèi)噪聲的噪聲源為變速箱的振動噪聲。

從圖4可知，4檔車內(nèi)噪聲為以以29.8階為基頻的諧波（90、119.85、149.97階次），從圖6可知，變速器振動以29.8階為基頻的諧波（90、119.85、149.97階次），4檔時變速箱凸輪軸振動頻率特性與車內(nèi)噪聲頻率特性一致，車內(nèi)噪聲的噪聲源為變速箱的振動噪聲。

從圖2可知，變速器各檔齒輪齒數(shù)，其中變速器副箱第一組齒輪齒數(shù)為22/23，車輛3檔、4檔行駛時，噪聲諧波的基頻與第一組齒輪嚙合頻率基本一致，由此可以進一步得出整車噪聲的噪聲源為變速器副箱第一組齒輪嚙合振動產(chǎn)生。

3、變速器改進及優(yōu)化效果

3.1 優(yōu)化措施

齒輪相嚙合時，齒輪承受周期性變化的交變載荷，變速器產(chǎn)生周期性振動而發(fā)生噪音。齒輪嚙合的重合度越高，變速器的噪聲越低。參與嚙合的齒輪對數(shù)增加，齒輪嚙合的重合度越高。而齒輪的彎曲強度與齒輪模數(shù)成正比，模數(shù)越大，齒輪強度越高。模數(shù)=分度圓直徑/齒輪齒數(shù)，從降低噪音出發(fā)，在齒輪強度滿足的情況下，盡量選擇小的模數(shù)。

某中重卡在保證原有速比基本不變的狀態(tài)下，齒輪強度滿足的范圍內(nèi)調(diào)整齒輪參數(shù)，提高齒輪副的嚙合重合度，以降低變速器的噪聲激勵。將副箱中的第一組齒輪齒數(shù)比由原來的22/23調(diào)整為42/44。調(diào)整前后各檔速比如下表：

3.2 整車噪聲主觀評價

為了主觀感受變速器的降噪效果，在某中重卡問題車上換裝優(yōu)化后的變速器，然后對整車噪聲進行主觀評價。

評價方法：有兩個及以上有經(jīng)驗動態(tài)評價師對車輛進行動態(tài)評價。

試驗步驟：1）車輛在怠速工況，評價是否存在變速器異響問題。2)車輛在加速、減速工況，評價是否存在變速器異響問題。3)車輛在勻速工況，評價是否存在變速器異響問題。

按以上方法，經(jīng)兩個動態(tài)評價師評價，變速器優(yōu)化后，車輛變速器異響問題消失。

3.3 整車噪聲試驗驗證

為了更科學嚴謹?shù)臋z驗變速器的降噪效果，對整改后的某中重卡整車重新進行噪聲測試，測試方法按上述噪聲測試方法，通過聲音回放濾波處理，對振動噪聲信號采用階次分析方法。某中重卡變速器整改前后整車噪聲結(jié)果對比如下圖所示：

圖9 車內(nèi)噪聲

圖10 變速器振動

由圖9、圖10得出：

1）更換優(yōu)化后的變速箱后，3檔、4檔加速，副箱第一對齒輪對應的嚙合階次噪聲明顯降低（2000～5000Hz），車內(nèi)噪聲得到明顯抑制。

2）變速箱振動明顯降低。

3）變速器齒齒輪參數(shù)改變后，變速器振動降低，車內(nèi)噪聲有效的降低了，變速器噪聲異響問題得以解決。

4、總結(jié)

本文針對某中重卡型4×2載貨車HFC1161KZ5K1E1ZF配某8檔變速器，在整車動態(tài)評價時發(fā)生變速器異響，從整車方面對現(xiàn)象進行分析，通過主觀評價、結(jié)構(gòu)分析、噪聲測試方法，找到車輛異響的產(chǎn)生原因，在保證整車性能變速器速比基本不變的情況下 ，改變相應齒輪的齒數(shù)，有效的解決了整車噪聲問題，并通過噪聲測試方法對改進后結(jié)構(gòu)的降噪效果進行有效的驗證。

以上內(nèi)容雖然主要針對中重卡型4×2載貨車，但不失一般性，對于中重型汽車采用手動檔變速器的異響問題可按此過程進行分析及優(yōu)化。

[1] 吳光強等.汽車傳動系相關NVH問題的動力學研究論述.機械工程學報.2013年12月49-24.

[2] 張仕海. 簡述汽車變速器總成的噪聲源及降噪措施[J].科學之友,2008,08（23）79-80.

[3] J李潤方,等.齒輪系統(tǒng)動力學.第一版.北京：科學出版社,1997.

[4] 汽車機械式變速器總成技術條件.QC/T 29063-1992.

Analysis And Optimization Measures Of A Heavy Truck Transmission Noise

Liang Lijuan, Liu Jiehao
( Technique center, Anhui Jianghuai Automobile CO., LTD, Anhui Hefei 230601 )

A heavy truck models matching a 8 speed transmission, the dynamic evaluation, found in the 3/4 file when the vehicle abnormal transmission noise. In order to solve this problem, the noise test of the vehicle is carried out, and the cause of the transmission noise is found by the method of frequency spectrum analysis.

Heavy Truck; Transmission Noise

U467

A

1671-7988 (2017)08-207-03

梁麗娟，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.071