楊林，關(guān)崴，柴召朋，周章遐，宋名

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自動變速器齒輪嘯叫故障分析

楊林，關(guān)崴，柴召朋，周章遐，宋名

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

文章主要研究自動變速器主減速齒輪嚙合嘯叫的問題現(xiàn)象，通過CAE、斑點試驗等手段確定了齒輪嚙合嘯叫問題點，根據(jù)對齒輪嚙合嘯叫發(fā)生機理的分析定制了微觀修形、三截面控制和同軸加工的改進措施，為主減速齒輪零件優(yōu)化設(shè)計提供借鑒和參考。

齒輪；嘯叫；三截面；偏載

引言

隨著科技發(fā)展技術(shù)進步，客戶對汽車舒適性的要求越來越高，汽車品質(zhì)不斷提升，其中就要求整車的噪聲盡可能的低。變速器噪聲是整車噪聲的重要組成部分，而主減速齒速輪的噪聲是變速器噪聲的重要發(fā)生源。齒輪嚙合噪聲對整車舒適性的影響較大，產(chǎn)生噪聲的原因較為復(fù)雜，本文的分析對優(yōu)化齒輪設(shè)計和降低噪聲分貝具有一定的借鑒和參考。通過對齒輪噪聲機理的研究，指出了產(chǎn)生齒輪噪聲的原因，為針對性的制定改善措施提供了一些指導(dǎo)依據(jù)。

1 問題現(xiàn)象

直道平穩(wěn)路況，整車加速到40rpm時，變速器發(fā)生類似哨聲的嘯叫，車速再增加，嘯叫被其他噪音掩蓋，減速時在40rpm也發(fā)生嘯叫，關(guān)閉車窗屏蔽胎噪時，該哨聲較為明顯，前排駕評不可接受。

圖1 自動變速器主減速齒輪結(jié)構(gòu)示意圖

1.傳動驅(qū)動齒輪 2.傳動從動齒輪 3.輸出軸 4.主減從動齒輪

駕駛員感官嘯叫位置在主減速齒輪附近，主減速齒輪如圖1所示，包括四個齒輪，傳動驅(qū)動齒輪直接安裝在兩個角接觸球軸承上，傳動從動齒輪安裝在輸出軸上，輸出軸安裝在兩個圓錐滾子軸承上，主減從動齒輪安裝在差速器上，差速器安裝在兩個圓錐滾子軸承上，所有軸承的另一端均安裝在變速器殼體上。

主減速齒輪位于自動變速器動力傳遞的后半段路徑，在各個檔位都會運轉(zhuǎn)工作，由齒輪轉(zhuǎn)速和齒數(shù)得出主減速齒輪的階次如表1所示。

表1 主減速齒輪個檔位階次

自動變速器齒輪階次圖譜如圖2所示。

在階次圖譜中發(fā)現(xiàn)主減速齒輪階次的振幅與其它零件振幅相比較大，其中一級減速齒輪的階次振幅又比二級的階次振幅大，階次明顯，一級減速齒輪的34.1階和其倍頻68.2階均出現(xiàn)明顯嘯叫，從2000~4300rpm均存在嘯叫，在降速至2000rpm一級減速齒輪開始出現(xiàn)嘯叫，且越接近怠速轉(zhuǎn)速越明顯。通過以上以上分析，鎖定齒輪嘯叫故障發(fā)生在主減速齒輪的嚙合上。

2 問題分析

2.1 理論分析

四點齒輪屬于高齒齒輪，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計，將重合度設(shè)計為1.40，在一個嚙合周期內(nèi)，前40%的嚙合轉(zhuǎn)角是兩齒嚙合，后60%的嚙合轉(zhuǎn)角是一齒嚙合，齒輪的彈性剛度k隨著齒輪的轉(zhuǎn)動在不斷的變化，在由兩齒嚙合到一齒嚙合的位置剛度變化最大，齒輪的振動也最大。齒輪嚙合過程齒面因嚙合位置和受力大小不斷變化而產(chǎn)生的彈性變形的不斷變化、齒面加工過程的各種加工誤差、齒輪裝配時的安裝誤差等，這些都有可能產(chǎn)生齒輪嘯叫噪音。

2.2 試驗分析

首先確定齒輪是否偏載。對四點齒輪表面進行發(fā)黑處理，然后進行斑點嚙合試驗，齒面受力加載嚙合后，齒面的黑層會被局部磨掉，顯現(xiàn)出接觸斑點，通過齒輪表面斑點的情況，分析齒面的接觸狀態(tài)。試驗方法為：

（1）齒輪發(fā)黑處理；

（2）性能臺架上進行測試；

（3）高頻率前進檔位測試，小扭矩低轉(zhuǎn)速臺架運轉(zhuǎn)；

（4）倒檔測試，小扭矩低轉(zhuǎn)速臺架運轉(zhuǎn)；

（5）測試完成后拆解變速器，觀察齒輪接觸痕跡。根據(jù)齒輪嚙合情況，適當增加輸入扭矩和輸入轉(zhuǎn)速。

圖3 一級減速齒輪階次斑點

傳動驅(qū)動齒輪（左上0°~180°、右上180°~360°）

傳動從動齒輪（左下0°~180°、右下180°~360°）

斑點試驗得出結(jié)論：傳動驅(qū)動齒輪和傳動從動齒輪嚙合斑點偏向發(fā)動機側(cè)，沿齒向方向受力不均勻，發(fā)動機側(cè)受力較大[1]，并且圓周方向斑點狀態(tài)不均勻，嚙合齒面與回轉(zhuǎn)軸線的同軸度不良。

2.3 CAE軟件分析

CAE軟件分析，傳動驅(qū)動齒輪和傳動從動齒輪嚙合斑點偏發(fā)動機側(cè)，與斑點試驗的結(jié)果一致，如圖4所示。

圖4 傳動從動齒輪齒向接觸分析偏載圖

3 優(yōu)化措施

3.1 一級減速齒輪解決措施

修正齒輪的微觀參數(shù)，調(diào)整傳動驅(qū)動齒輪、傳動從動齒輪的螺旋角傾斜偏差fHβ、齒廓傾斜偏差fHα、轂形量，使齒發(fā)動機側(cè)減薄，另一側(cè)變厚，齒形方向盡量平緩，使嚙合區(qū)域劇中，修正后的接觸分析如圖5所示。

圖5 傳動從動齒輪齒向接觸分析劇中圖

3.2 二級減速齒輪解決措施

齒面的扭曲，會在很大程度上影響兩齒面的嚙合，特別是在低扭矩時。一般設(shè)計齒輪時，為保證嚙合質(zhì)量，會進行齒形、齒向方向修緣，使齒面的中間位置凸出，齒頂、齒根、齒向兩端適當內(nèi)陷，但對于斜齒輪修緣量的和凸度的增大會一定程度導(dǎo)致齒面的扭曲，又會降低嚙合質(zhì)量。

平衡各方面因素，適當保留齒形、齒向方向的凸度，減小齒面扭曲程度，保證整個齒面的三截面要求，如圖6所示。

圖6 齒的三截面示意圖

其中同一齒面任意兩截面的fHα極差值、fHβ極差值控制在一定范圍。

3.3 其他解決措施

提高回轉(zhuǎn)零件的同軸度，保證齒輪的工作旋轉(zhuǎn)狀態(tài)與加工狀態(tài)旋轉(zhuǎn)一致，即齒工作時的安裝固定的軸頸與齒加工時的旋轉(zhuǎn)軸裝夾固定的軸頸盡量是同一段軸頸或者同軸度非常好。

輸出軸全部加工完畢，傳動從動齒輪滾齒加工完畢但未進行磨齒，將此時的傳動從動齒輪壓裝到輸出軸上，以輸出軸的旋轉(zhuǎn)軸線做為傳動從動齒輪磨齒的旋轉(zhuǎn)中心線再進行磨齒加工修正，可以提高傳動從動齒輪和輸出軸的同軸度，進而提高了傳動從動齒輪繞軸承轉(zhuǎn)動與傳動驅(qū)動齒輪的嚙合精度[2]。

3.4 齒輪優(yōu)化結(jié)果

通過以上措施，對主減速齒輪進行優(yōu)化改進，并加以試驗驗證。

圖7 主減速齒輪階次振幅

改進后的頻譜振動分析如7圖所示，主減速齒輪振動效果明顯改善，一級減速齒輪在整個轉(zhuǎn)速段階次震動不明顯，整個降速段幾乎看不到一級減速齒輪階次線，且無過多的dirty noise。各檔位加減速嘯叫均小于總聲壓級20dB（A）以上。

圖8 主減速齒輪階次振幅

改進后的一級減速齒輪接觸斑點試驗結(jié)果圖如圖8所示，接觸斑點沿齒形、齒向均勻分布，整個齒面基本上都布滿嚙痕，并且圓周方向狀態(tài)基本相似，與對標圖相當。

實車架評，D檔工況幾乎聽不到嘯叫，高頻率前進檔在中高轉(zhuǎn)速下coastdown，出現(xiàn)whine，但聲音不尖銳，降速至接近怠速轉(zhuǎn)速時幾乎聽不到whine，得分7.0，效果大為改善，達到架評要求。

[1] 張展.實用齒輪設(shè)計計算手冊.機械工業(yè)出版社,2011:170-172.

[2] 張幫棟,武文輝.齒輪制造工藝手冊插滾磨剃刨.機械工業(yè)出版社, 2011:444-448.

Automatic transmission gear noise analysis

Yang Lin, Guan Yu, Chai Zhaopeng, Zhou Zhangxia, Song Ming

（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

This paper mainly studies the problem of the automatic transmission main reduction gear noise, through CAE and spot test method to determine the gear noise point, according to the analysis of the principle of gear noise custom three section control, the microscopic shape and coaxial processing measures, to provide reference for optimization design of the main reduction gear.

gear; noise; three section; partial load

U463.2

B

1671-7988(2018)21-285-03

U463.2

B

1671-7988(2018)21-285-03

楊林，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.099