韓 超

（四川建安工業(yè)有限責(zé)任公司，四川 雅安 625000）

引言

驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)傳動(dòng)系的主要構(gòu)成部件，位于傳動(dòng)系末端起著減速、承載、增扭的作用。驅(qū)動(dòng)橋在車(chē)輛行駛時(shí)產(chǎn)生齒輪噪聲、激發(fā)殼體表面振動(dòng)傳遞噪聲。此外，驅(qū)動(dòng)橋在發(fā)動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速、扭矩作用下產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。一旦與車(chē)輛某些固有頻率發(fā)生共振，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振噪聲，不僅影響車(chē)輛運(yùn)行的穩(wěn)定性和平順性，而且影響乘客的乘坐舒適性。

1 驅(qū)動(dòng)橋振動(dòng)噪聲傳遞分析

驅(qū)動(dòng)橋的主減速器齒輪嚙合產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲是驅(qū)動(dòng)橋振動(dòng)噪聲的源頭，其傳遞路徑有兩條，如圖1所示。從振動(dòng)學(xué)角度分析，優(yōu)化源頭振動(dòng)以及路徑上的相關(guān)環(huán)節(jié)均可降低車(chē)內(nèi)噪聲。本文從源頭齒輪支撐結(jié)構(gòu)、主減速器殼兩方面進(jìn)行優(yōu)化分析。

1.1 齒輪支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

驅(qū)動(dòng)橋齒輪普遍采用準(zhǔn)雙曲面齒輪，具有重合度高、傳遞力矩大、傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。其錯(cuò)位量（即主、從齒輪之間的實(shí)際相對(duì)位置關(guān)系與絕對(duì)理想條件下應(yīng)有的位置關(guān)系之間的偏差）的大小對(duì)齒輪壽命、振動(dòng)與噪聲都有決定性影響。錯(cuò)位量產(chǎn)生的嚙合振動(dòng)是通過(guò)安裝在其上的軸承傳遞到驅(qū)動(dòng)橋（如圖2所示）。因此齒輪支撐剛性大小對(duì)其錯(cuò)位量有著至關(guān)重要的作用。由于從齒軸承的支撐剛性遠(yuǎn)高于主齒輪，在此主要分析主齒輪支撐剛性的變化。

以現(xiàn)有某驅(qū)動(dòng)橋主齒軸承支撐位置不變，在傳動(dòng)軟件Romax中建立齒輪支撐模型。做50種軸承軸向位置的方案（大軸承位置為原點(diǎn)，靠近、遠(yuǎn)離移動(dòng)小軸承）。以齒面中心變化量作為分析依據(jù)計(jì)算齒輪在輸入載荷譜（采用臺(tái)架試驗(yàn)載荷譜）下主齒齒面中心下壓、抬起量。

表1 輸入載荷譜表

圖3 主減速器主齒受力變形

通過(guò)對(duì)正反轉(zhuǎn)的抬起、下壓量曲線分析發(fā)現(xiàn)其存在拐點(diǎn)，且拐點(diǎn)值均在小軸承安裝位置 101mm處，通過(guò)增量分析圖可以看出，在75mm位置處其軸承移動(dòng)對(duì)齒面下壓或者抬起量的減小的貢獻(xiàn)率開(kāi)始大幅度減小。即在此位置處齒輪支撐剛性最大，齒輪錯(cuò)位量最小。（原軸承安裝位置為82.5mm）見(jiàn)圖4、5。

圖4 正轉(zhuǎn)主齒抬起量、增量

圖5 反轉(zhuǎn)主齒抬起量、增量

1.2 減殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

在前面齒輪支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析的基礎(chǔ)上（75mm軸承跨距），進(jìn)一步優(yōu)化主減速器減殼的來(lái)提高剛度、降低振動(dòng)。目前市面上的驅(qū)動(dòng)橋主減速器殼基本上都是鑄件，而加筋結(jié)構(gòu)進(jìn)既能有效地提高鑄件的強(qiáng)度、剛度，同時(shí)又能節(jié)省材料，特別是借助加強(qiáng)筋。根據(jù)加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)規(guī)則以及模具鑄造工藝，重新優(yōu)化了減速器殼三維數(shù)模設(shè)計(jì)，新減殼將舊減殼的3條斜筋優(yōu)化成1條加粗T型筋以及與之垂直的2條橫筋，同時(shí)加大舊主減速器的進(jìn)、回油道。如圖6所示。

圖6 新舊主減速器殼三維數(shù)模

使用有限元分析軟件 ANSYS將新舊減殼數(shù)模劃分網(wǎng)格，轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)分析軟件Romax可以導(dǎo)入的FE模型，建立新舊主減速器總成Romax模型，如圖7所示。

圖7 新舊主減速器結(jié)構(gòu)Rmoax模型

將表1中的載荷譜輸入到Romax軟件中，計(jì)算出新舊主減速器殼的剛度位移和應(yīng)力變化如圖8所示。具體數(shù)值見(jiàn)表2。

圖8 兩種結(jié)構(gòu)減殼應(yīng)力位移對(duì)比

表2 新舊減殼應(yīng)力位移

從表2可以看出，新結(jié)構(gòu)減殼比舊結(jié)構(gòu)減殼在應(yīng)力峰值降低了24.6%；位移峰值降低了42.18%。

2 整車(chē)噪聲測(cè)試分析

將新舊主減速器總成裝配成驅(qū)動(dòng)橋并安裝到整車(chē)上，傳感器如圖9、10所示布置。

圖9 麥克風(fēng)傳感器布置圖

圖10 振動(dòng)傳感器布置圖

使用Lms.testlab軟件測(cè)試車(chē)內(nèi)后排中間位置的麥克風(fēng)噪聲以及主減減速器上的三向加速傳感器振動(dòng)，對(duì)比主減速器結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后驅(qū)動(dòng)橋噪聲振動(dòng)的情況。如圖11、12所示。其中紅色為新結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)橋噪聲數(shù)據(jù)、綠色為舊結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)橋Z向（整車(chē)運(yùn)行上下方向）振動(dòng)數(shù)據(jù)。

圖11 新舊結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)橋噪聲數(shù)據(jù)

圖12 新舊結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)橋振動(dòng)數(shù)據(jù)

從測(cè)試數(shù)據(jù)分析來(lái)看，新主減速器結(jié)構(gòu)后橋的整車(chē)噪聲（虛線）以及后橋噪聲（實(shí)線）均低于原結(jié)構(gòu)后橋（后橋噪聲峰值降低約8dB、振動(dòng)整體降低約10dB），充分證明了主減速器結(jié)構(gòu)優(yōu)化在驅(qū)動(dòng)橋噪聲控制上的有效性。

3 結(jié)論

本文從優(yōu)化齒輪支撐結(jié)構(gòu)-以提高齒輪支撐剛性；優(yōu)化鑄件加筋方式-以提高主減速器殼剛度出發(fā)，利用傳動(dòng)系統(tǒng)分析軟件計(jì)算其理論可行性，最后使用噪聲測(cè)試分析軟件驗(yàn)證新舊結(jié)構(gòu)主減速器驅(qū)動(dòng)橋在整車(chē)上的噪聲振動(dòng)改善情況。整車(chē)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)表明新結(jié)構(gòu)主減速器后橋在整車(chē)噪聲控制中取得很好的效果。

[1] 劉維信.汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[2] 盛宏玉.結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)[M].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2005.

[3] 陳效華,劉心文.基于有限元方法的微型汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)分析[J].專(zhuān)用汽車(chē),2005,I:21-23.

[4] 朱新龍,熊禾根.基于 Romax的減速箱箱體有限元模態(tài)分析[J].機(jī)械傳動(dòng),2013(2):94-96.

[5] 張勝民.基于有限元軟件 ANSYS7.0的結(jié)構(gòu)分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.