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        汽車變速器噪聲特性的相關(guān)研究

        2019-12-22 14:12:05張恩
        商品與質(zhì)量 2019年25期
        關(guān)鍵詞:振動(dòng)汽車

        張恩

        吉利汽車 浙江寧波 315336

        1 汽車變速器噪聲產(chǎn)生機(jī)理

        1.1 汽車變速器結(jié)構(gòu)組成與噪聲產(chǎn)生原理

        常規(guī)汽車變速器是由齒輪、軸、同步器、換擋裝置、箱體、軸承等主要部件組成的傳動(dòng)系統(tǒng)。其中齒輪副是實(shí)現(xiàn)變速功能的核心部件,也是汽車變速器產(chǎn)生噪聲的主要根源。變速器噪聲一般包括,空氣噪聲與結(jié)構(gòu)噪聲兩種,其中空氣噪聲的激勵(lì)源是嚙合齒輪副高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不斷產(chǎn)生振動(dòng)與沖擊,擠壓的箱體內(nèi)部空氣,并向空氣中輻射噪聲,而結(jié)構(gòu)噪聲的激勵(lì)源則為變速器箱體內(nèi)部的各個(gè)振動(dòng)的零部件[1]。激勵(lì)的產(chǎn)生一般是因傳遞誤差(TE)的存在,TE即是指齒輪嚙合實(shí)際位移相對(duì)于理論位移的差值,即在變速器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,齒輪系統(tǒng)因TE的原因,在嚙合傳動(dòng)時(shí)所受到的不平穩(wěn)激振力,而產(chǎn)生齒輪噪聲。

        1.2 變速器齒輪系統(tǒng)噪聲源

        汽車變速器齒輪傳動(dòng)的準(zhǔn)確性與平穩(wěn)性受變速器設(shè)計(jì)參數(shù)、齒輪裝配精度、箱體制造精度以及變速器工作狀況等多種因素影響,主要有:

        (1)齒輪本身:①齒輪的宏觀參數(shù),如齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角、壓力角、有效齒寬等;②齒輪自身的加工精度;③齒輪的嚙合剛度,由于在嚙合過(guò)程中接觸線長(zhǎng)度及齒厚的變化,導(dǎo)致嚙合的剛度發(fā)生變化。

        (2)齒輪嚙合錯(cuò)位:由箱體、軸的變形以及軸承游隙和裝配誤差等系統(tǒng)綜合因素產(chǎn)生。體現(xiàn)在齒輪嚙合過(guò)程中即為嚙合齒輪齒面產(chǎn)生偏載,使得傳動(dòng)不平穩(wěn)。一側(cè)接觸,另一側(cè)張開,張開的最大距離即為錯(cuò)位量。若運(yùn)行過(guò)程中齒輪嚙合傳動(dòng)不平穩(wěn)引發(fā)圓周方向振動(dòng),則會(huì)產(chǎn)生一定程度的噪聲[2]。

        2 汽車變速器噪聲特性

        在對(duì)變速器進(jìn)行噪聲特性實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn),噪聲指向特性存在遠(yuǎn)近場(chǎng)有明顯的不同,遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲幅值明顯高于近場(chǎng)噪聲幅值;當(dāng)變速器處于加速運(yùn)行狀態(tài)時(shí),其所產(chǎn)生的噪聲影響與變速器傳動(dòng)速度密切相關(guān),加速度較大時(shí)變速器運(yùn)行產(chǎn)生的空氣噪聲急劇增長(zhǎng),一般變速器在一檔、二檔時(shí)噪聲明顯增大,處于四檔、五檔時(shí)噪聲增速明顯緩慢。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn),

        變速器齒輪噪聲有以下明顯特性:(1)由工作承載齒輪副產(chǎn)生;(2)存在明顯的階次特征,與齒數(shù)等因素相關(guān);(3)當(dāng)箱體和齒輪軸系結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)被激勵(lì)產(chǎn)生共振后,噪聲表現(xiàn)更為嚴(yán)峻;(4)在中高頻、較寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都可能出現(xiàn)。

        變速器噪聲傳播路徑主要有:(1)結(jié)構(gòu)路徑傳播噪音。主要來(lái)自換擋拉鎖支架、懸置及其它接觸件。(2)空氣路徑傳播輻射噪音。加速度噪聲由變速器殼體混響產(chǎn)生,通過(guò)殼壁向空氣輻射;

        3 汽車變速器“空擋異響”噪聲控制

        3.1 “空擋異響”噪聲的產(chǎn)生與噪聲源識(shí)別

        某品牌轎車前驅(qū)手動(dòng)變速器在空擋運(yùn)行狀態(tài)下,有明顯人耳可聽(tīng)見(jiàn)的“異響”噪聲,影響駕乘舒適性。經(jīng)一番探究后發(fā)現(xiàn),空擋異響的原因?yàn)椋喊l(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)產(chǎn)生的扭矩波動(dòng),引起傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng),當(dāng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí),因齒輪副TE的存在,承受輕微載荷的空轉(zhuǎn)齒輪與其驅(qū)動(dòng)齒輪會(huì)發(fā)生脫齒敲擊,而產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。

        在噪聲特性分析實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),變速器“空擋異響”噪聲特性與發(fā)動(dòng)機(jī)表面振動(dòng)特性及幾何形狀密切相關(guān),發(fā)動(dòng)機(jī)表面振動(dòng)頻率即為空擋怠工狀態(tài)下變速器的噪聲頻率,屬于變速器結(jié)構(gòu)噪聲。

        3.2 “空擋異響”噪聲的控制措施

        由于“空擋異響”的噪聲源為由變速器輸入端扭矩波動(dòng)引起非承載齒輪嚙合沖擊產(chǎn)生,根據(jù)前述分析,應(yīng)該盡量降低發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速波動(dòng),降低齒輪敲擊聲,目前主要手段是加強(qiáng)隔聲、隔振,降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)調(diào)整離合器剛度、阻尼,工作人員通過(guò)雙質(zhì)量飛輪(DMF)和優(yōu)化離合器的減振特性來(lái)減小轉(zhuǎn)速波動(dòng),使車內(nèi)噪聲狀況得到明顯改善。

        4 汽車變速器“嘯叫”噪聲控制

        4.1 “嘯叫”噪聲的產(chǎn)生與噪聲源識(shí)別

        某品牌汽車前驅(qū)手動(dòng)變速器五檔有較為嚴(yán)重的“嘯叫”噪聲,一定程度上降低了該款轎車的舒適性。工作人員在對(duì)變速器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),其噪聲特性與齒輪副的轉(zhuǎn)速與荷載有直接關(guān)系,分析參與嚙合的齒輪副,五檔主從動(dòng)輪齒數(shù)比為45:34,主減速齒主從動(dòng)輪齒數(shù)比為17:69,齒面接觸斑點(diǎn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),主減速齒輪副明顯擦痕,最終判定主減速齒輪副是“嘯叫”噪聲的聲源[3]。

        4.2 “嘯叫”噪聲的控制措施

        在確定噪聲源后,工作人員對(duì)主減速齒輪副的接觸斑點(diǎn)做了進(jìn)一步的分析,發(fā)現(xiàn)該種接觸斑點(diǎn)可能是變速器支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定程度的形變,或是齒輪螺旋線等參數(shù)的異常造成。由于該款變速器的輸出軸半徑較大,有良好的軸承剛性,基本上可以排除變速器結(jié)構(gòu)發(fā)生形變的可能,因此,判定為齒輪本身參數(shù)原因。最終工作人員通過(guò)對(duì)主減速齒輪副修形,優(yōu)化齒輪參數(shù),變速器“嘯叫”噪聲得到了明顯改善。

        齒輪修形,目的是使齒寬方向載荷分布均勻,齒廓方向中間載荷大,齒根、齒頂載荷?。ㄖ虚g承載能力最強(qiáng)),這樣在齒輪開始嚙合和退出嚙合時(shí)所受的沖擊力會(huì)大大減小,使齒輪傳動(dòng)更平穩(wěn)。當(dāng)齒輪副齒寬方向偏載嚴(yán)重,就需將齒寬方向單位載荷大的一側(cè)去除一定材料(齒向修形);齒廓方向齒根與齒頂?shù)妮d荷較大,就需將齒根和齒頂去除一定的材料(齒廓修形)。修形是目前較常用的方法,也是后期優(yōu)化減少傳遞誤差最有效的方法,但修形量的控制十分關(guān)鍵。

        5 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,噪聲源的分析在汽車變速器噪聲特性分析及控制中具有重要的作用,其中低頻段噪聲的噪聲源主要為空套齒輪抖動(dòng)敲擊噪音,高頻段噪聲的噪聲源主要為齒輪嚙合噪音。在對(duì)汽車變速器噪聲進(jìn)行控制時(shí),可以通過(guò)降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)調(diào)整離合器剛度、阻尼,減少齒面敲擊,降低汽車“空擋異響”噪聲;通過(guò)對(duì)傳動(dòng)齒輪副的修形,降低汽車“嘯叫”噪聲。

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