汪江，馬成，呂孟理，董恒，司志明

摘 要：針對某SUV所實(shí)際發(fā)生的起步或倒車過程中發(fā)出的金屬噪聲，這種金屬噪聲在過去并不普遍，一般可以通過在等速驅(qū)動軸與輪轂軸承配合端面涂抹減摩涂層解決。但某SUV為了改善制動抖動問題，在輪轂軸承上增加了冷成型的鉚壓翻邊結(jié)構(gòu)，這種鉚壓翻邊結(jié)構(gòu)可以為輪轂軸承提供夾緊力，但改變了輪轂軸承與等速驅(qū)動軸配合端面的配合關(guān)系。這實(shí)際上使系統(tǒng)對激勵更加敏感。文章解釋了激勵背后的物理機(jī)制，并定義了影響激勵的參數(shù)，通過優(yōu)化這些參數(shù)成功解決了起步噪聲問題，為同類問題的解決提供參考。

關(guān)鍵詞：起步倒車;金屬噪聲;等速驅(qū)動軸;輪轂軸承;鉚壓翻邊

中圖分類號：U463 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）23-109-02

Starting noise mechanism and improvement measures of an SUV

Wang Jiang， Ma Cheng， Lv Mengli， Dong Heng， Si Zhiming

（Anhui jianghuai automobile group co. LTD.， Anhui Hefei 230601）

Abstract： The metal noise emitted by an SUV during the actual starting or reversing process， this metal noise was not common in the past and generally can be solved by applying anti-friction coating on the drive shaft and hub bearing matching face. However， in order to improve the braking jitter problem， riveting pressure flanging structure was added on the hub bearing， the riveting flanging structure can provide clamping force for hub bearing， but it changes the relationship between hub bearing and drive shaft mating surface. This actually makes the system more responsive to incentives. This paper explains the physical mechanism behind the excitation and defines the parameters that affect the excitation， by optimizing these parameters， the problem of starting noise solved successfully.

Keywords： Start astern; Metal noise; Constant speed drive shaft; Wheel hub bearing; Riveting pressure flanging

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-109-02

引言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車 NVH 性能越來越受到人們的關(guān)注，且已成為衡量汽車性能的重要指標(biāo)之一。起步工況作為常用工況，其舒適性是一項(xiàng)至關(guān)重要的評價指標(biāo)[1]。

1 介紹

等速驅(qū)動軸的末端通常連接齒輪或車輪等部件，當(dāng)這些部件通過簡單的螺栓或螺母安裝在驅(qū)動軸上時，產(chǎn)生的負(fù)載高度依賴于緊固件扭矩和一些設(shè)計參數(shù)，除了必須在驅(qū)動軸產(chǎn)品生命周期中保持扭矩承載能力和完整性外，NVH性能通常是設(shè)計優(yōu)化和開發(fā)的重點(diǎn)。

令人反感的噪聲是在等速驅(qū)動軸扭矩上升過程中產(chǎn)生的短時瞬態(tài)噪聲。該驅(qū)動轉(zhuǎn)矩在上述接口中誘導(dǎo)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。本文將詳細(xì)介紹噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和導(dǎo)致或增強(qiáng)噪音的物理參數(shù)并提供改進(jìn)措施。

在討論某SUV起步噪聲的物理特性之前，了解所涉及部件及其相互作用是至關(guān)重要的。

所涉及的三個部件分別為輪轂軸承、驅(qū)動軸接口及鎖緊螺母，如圖1所示。在這三個部件中，輪轂軸承的設(shè)計在過去的10到15年里變化最大，而鎖緊螺母和驅(qū)動軸接口的設(shè)計保持不變。某SUV為了改善制動抖動問題，采用最新的輪轂軸承結(jié)構(gòu)，此輪轂軸承內(nèi)圈延伸并采用冷成型工藝鉚壓在軸承上，為輪轂軸承提供夾緊力，相比傳統(tǒng)輪轂軸承的硬質(zhì)貼合面，冷成型的表面對起步噪音更敏感。

圖1 ?驅(qū)動軸與輪轂軸承配合接口

圖2 ?輪轂軸承結(jié)構(gòu)

2 噪聲產(chǎn)生機(jī)理

車輛從靜止?fàn)顟B(tài)快速加速時，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)矩超過鎖緊螺母轉(zhuǎn)矩時，因驅(qū)動軸與輪轂軸承配合花鍵存在側(cè)向間隙，如果驅(qū)動軸轉(zhuǎn)矩在主軸上的變化率足夠快，驅(qū)動軸與輪轂軸承將產(chǎn)生相對滑動，輪轂軸承與驅(qū)動軸交界面將由靜摩擦轉(zhuǎn)向滑動摩擦。對于干燥的金屬交界面，其摩擦系數(shù)如表1所示[2]。

表1 ?金屬表面的摩擦系數(shù)

對于兩個干燥的硬鋼表面，由靜摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ翆?dǎo)致摩擦系數(shù)下降約46%，從而導(dǎo)致夾緊力瞬間等效上升46%。導(dǎo)致產(chǎn)生更大的軸向力，在此過程中應(yīng)變能得到釋放產(chǎn)生軸向沖擊，這種沖擊力刺激周圍的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生噪聲，同時應(yīng)注意存儲的應(yīng)變能釋放時間越短，沖擊力越大。這也解釋了為什么扭矩輸出較大的車輛噪聲傾向較高。

對比表1中干燥表面與油膩表面的靜態(tài)及滑動摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)油膩表面的靜、滑動摩擦系數(shù)變化較小，變化率只有7%，這就解釋了在交界面涂抹減摩涂層能顯著降低起步噪音的原因。

3 優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

通過對噪聲產(chǎn)生機(jī)理的分析突出了幾個起主要作用的設(shè)計參數(shù)。例如，如果可以將輪轂軸承與驅(qū)動軸交界面的摩擦系數(shù)控制為無窮大或接近于零，則不會有激勵。如果摩擦系數(shù)無窮大，兩交界面之間就不會有滑動，該設(shè)計特點(diǎn)是通過在輪轂軸承和驅(qū)動軸交界面采用端面齒來傳遞轉(zhuǎn)矩，但這需要對輪轂軸承和驅(qū)動軸接口采用新的設(shè)計及制造工藝，并增加成本。

而對于大多數(shù)如某SUV一樣采用軸向花鍵傳遞轉(zhuǎn)矩的車輛，驅(qū)動軸接口將在輪轂軸承上滑動。因此應(yīng)盡可能降低兩交界面的靜、滑動摩擦系數(shù)的變化率，這可通過正確定義兩接口的表面完成;并降低兩接口的夾緊壓力，某SUV輪轂軸承的鉚壓翻邊結(jié)構(gòu)可為軸承提供足夠的夾緊力，因此可適當(dāng)降低鎖緊螺母的扭矩，同時夾緊壓力還可以通過增大交界面的接觸面積來降低，另外減小兩接口配合花健的側(cè)隙，提升花健接觸區(qū)域的扭轉(zhuǎn)剛度來盡量減小驅(qū)動軸在滑轉(zhuǎn)過程的扭轉(zhuǎn)角也是十分必要的。

4 優(yōu)化方案驗(yàn)證

通過上述分析，對某SUV車輛進(jìn)行了如下優(yōu)化：

（1）輪轂軸承與驅(qū)動軸交界面增加減摩涂層;

（2）驅(qū)動軸鎖緊螺母扭矩由260Nm降低至200Nm;

（3）輪轂軸承鉚壓翻邊接觸面粗糙度由Ra1.0減低至Ra0.6;

（4）輪轂軸承鉚壓翻邊接觸面面積增大20%;

（5）驅(qū)動軸與輪轂軸承配合花鍵增加螺旋角10'±3'，側(cè)隙由0.0489mm～0.1355mm變?yōu)?0.1402mm～0.0337mm;

（6）輪轂軸承內(nèi)花鍵及鉚壓翻邊面增加熱處理，提升剛度（受工藝限制此措施未實(shí)施）。

通過實(shí)車驗(yàn)證，所有措施或幾種措施的結(jié)合就足以改善起步噪聲。

5 結(jié)論

介紹了傳動系統(tǒng)在等速驅(qū)動軸傳遞轉(zhuǎn)矩時驅(qū)動軸與輪轂軸承交界面噪聲產(chǎn)生的機(jī)理。對于這種情況，結(jié)果表明高動力的傳動系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)矩容易克服摩擦力使驅(qū)動軸與輪轂軸承交界面產(chǎn)生相對滑動，并產(chǎn)生足夠的軸向沖擊力，導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生。

通過對相關(guān)參數(shù)的分析，并在某SUV上進(jìn)行了實(shí)車驗(yàn)證，確認(rèn)了一些有效和經(jīng)濟(jì)的措施，對輪轂軸承與驅(qū)動軸采用花鍵配合的結(jié)構(gòu)均有效，為其它車型解決此類問題提供有效的參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 李新鵬，連俊義，郭世輝，王臣.某SUV車型起步異響原因分析及優(yōu)化[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019.01.019.

[2] 機(jī)械手冊第十八版，肯普斯工程師年鑒1980.