張廷雷 魯志遠(yuǎn) 趙乃博 項興富 何家棟 沈 源 王瑞平，2

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利動力總成有限公司）

引言

目前，國內(nèi)外乘用車市場競爭日趨激烈，消費者對乘用車的品質(zhì)及NVH 性能要求越來越高，車輛在使用過程中的各種異常噪聲問題已成為消費者購車時關(guān)注的重要方面。在嚴(yán)峻的市場競爭壓力下，各個汽車企業(yè)對如何優(yōu)化和改善車輛NVH 性能的問題日益重視。在車輛起動過程中，發(fā)動機(jī)起動的平順性已成為消費者關(guān)注的重要問題。發(fā)動機(jī)起動時，起動機(jī)在拖動飛輪高速運轉(zhuǎn)的過程中有時會產(chǎn)生異常噪聲，嚴(yán)重影響汽車的質(zhì)量。如何解決發(fā)動機(jī)在起動過程中的異常噪聲問題已成為汽車企業(yè)需要面對的重要課題[1]。本文針對某車型起動過程中產(chǎn)生的異響問題，測試分析了起動異常噪聲的來源，研究了影響重合度的各個因素對起動噪聲的影響，提出了相應(yīng)的解決方案。經(jīng)過測試驗證，有效解決了該車型起動異響的問題。

1 影響齒輪傳動噪聲的因素

發(fā)動機(jī)在起動過程中，起動電機(jī)和飛輪通過齒輪相互嚙合，從而帶動發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)。在嚙合過程中，隨著嚙合力的變化，會產(chǎn)生噪聲。在嚙合力變化異常時，起動噪聲會變得異常明顯，從而引起主觀感受的不適。引起嚙合力變化的因素有很多，其中，嚙合齒數(shù)的變化及剛度的變化都會引起齒輪產(chǎn)生沖擊振動，齒輪傳動誤差、摩擦力變化也會產(chǎn)生起動噪聲[2]。因此，合理的齒輪參數(shù)選擇對起動噪聲的控制至關(guān)重要。

影響起動噪聲的參數(shù)一般有以下幾個：

1）齒數(shù)和齒輪直徑。在模數(shù)一定的前提下，齒數(shù)的多少可以影響噪聲的輻射面積，從而對噪聲的大小產(chǎn)生影響。齒輪直徑增加時，噪聲輻射面積增大，從而產(chǎn)生更大的噪聲。因此，控制齒輪直徑，能有效減少噪聲的輻射[3]。

2）齒寬。齒寬越大，齒輪的強(qiáng)度隨之加大，嚙合時產(chǎn)生的剛度變化越小，能量的衰減性越好，從而降低了齒輪產(chǎn)生的噪聲。因此，增加齒寬能夠減少噪聲的產(chǎn)生。

3）重合度。齒輪重合度的合理選擇，對減小齒輪傳動時產(chǎn)生的噪聲、振動至關(guān)重要。增加齒輪重合度，能有效解決齒輪之間的相互嚙合不均的情況，從而避免齒輪局部承擔(dān)載荷異常的情況，避免起動沖擊產(chǎn)生的噪聲。由于齒輪在裝配、傳動過程中產(chǎn)生的誤差會加大噪聲產(chǎn)生的概率，提高齒輪的重合度，會增加齒輪在傳動過程中的相互嚙合的齒數(shù)，從而減弱這些誤差帶來的影響，減少噪聲發(fā)生的概率。

4）螺旋角。一般來說，在其他參數(shù)相同的情況下，斜齒輪傳動產(chǎn)生的噪聲明顯小于直齒齒輪傳動產(chǎn)生的噪聲。斜齒輪傳動中，從齒輪的一端逐漸進(jìn)入嚙合，產(chǎn)生的沖擊變小，噪聲更低。隨著螺旋角的增加，重合度增大，噪聲明顯減小[4]。

2 起動機(jī)噪聲問題分析

某車型在試乘試駕過程中，發(fā)現(xiàn)在車輛起動時存在抖動并有偶發(fā)的金屬敲擊聲，嚴(yán)重影響車輛的NVH 性能。雖然發(fā)動機(jī)在正常起動時，本身存在一定的噪聲，但這種明顯的沖擊聲顯得比較異常。通過對發(fā)動機(jī)機(jī)艙和駕駛室的噪聲測試分析，在起動過程中，聲頻出現(xiàn)6 次明顯的異常沖擊噪聲，見圖1 和圖2，初步分析為起動機(jī)的驅(qū)動齒輪和飛輪齒圈的嚙合不良導(dǎo)致沖擊異響。

圖1 駕駛室噪聲頻譜

圖2 機(jī)艙噪聲頻譜

原起動機(jī)（起動機(jī)原始狀態(tài)）的驅(qū)動齒輪及飛輪齒圈的參數(shù)見表1，通過對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算，齒輪嚙合的重合度ε 為0.98，重合度偏低。

表1 起動機(jī)驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈設(shè)計參數(shù)表

3 設(shè)計優(yōu)化及效果驗證

3.1 設(shè)計優(yōu)化方案

針對該車型起動異響的問題，考慮到螺旋角及齒寬調(diào)整對發(fā)動機(jī)整機(jī)布置影響較大，本文通過調(diào)整齒輪嚙合的重合度，驗證重合度對起動噪聲產(chǎn)生的影響，重合度的計算公式如下：

式中：αa1、αa2分別為驅(qū)動齒輪和飛輪齒圈對應(yīng)的齒頂圓壓力角，°；α′為齒輪嚙合角，°。

根據(jù)公式（1），為提高齒輪嚙合的重合度，可增加齒輪齒數(shù)、提高齒頂高系數(shù)（增加齒頂圓直徑）和減小壓力角。

為保證發(fā)動機(jī)的正常起動，起動機(jī)的起動輸出轉(zhuǎn)矩不能發(fā)生變化，需保證驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈中心距及傳動比不變。為提高重合度，增加齒數(shù)和提高齒頂高系數(shù)。本文通過降低模數(shù)從而增加齒數(shù)，同時調(diào)整變位系數(shù)，增加齒頂圓直徑，從而提高齒頂高系數(shù)。通過齒輪參數(shù)優(yōu)化，將重合度從0.98 提高到1.2，起動機(jī)優(yōu)化后的齒輪參數(shù)與原狀態(tài)的齒輪參數(shù)對比見表2。

表2 起動機(jī)原始狀態(tài)和優(yōu)化后的齒輪參數(shù)對比

3.2 方案驗證

為驗證重合度提高對起動機(jī)起動沖擊噪聲產(chǎn)生的影響，本文對將重合度提高到1.2 的起動機(jī)和飛輪進(jìn)行實車起動振動及噪聲測試，并和原車狀態(tài)起動振動及噪聲進(jìn)行對比。

通過對起動機(jī)起動過程中的X、Y、Z 等3 個方向的振動進(jìn)行測試，優(yōu)化后，X 向振動幅值由3.46 g減小到2.74 g，Y 向振動幅值由5.41 g 減小到3.87 g，Z 向振動幅值由2.74 g 減小到2.14 g，車輛振動明顯減小，測試數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 起動機(jī)3 向振動幅值對比

同時，通過對駕駛室的起動噪聲沖擊帶進(jìn)行測試對比可知，原車狀態(tài)在起動過程中存在8 次明顯沖擊，優(yōu)化后沖擊次數(shù)減少到3 次，主觀評價金屬敲擊聲消失。駕駛室優(yōu)化前的噪聲頻譜見圖1，駕駛室優(yōu)化后的噪聲頻譜見圖4。

圖4 優(yōu)化后噪聲頻譜

通過對比測試，優(yōu)化后的方案對消除發(fā)動機(jī)起動過程中的金屬敲擊噪聲效果明顯，車輛起動過程中的振動和噪聲明顯減小，NVH 性能顯著提高。

4 結(jié)論

本文針對某車型在起動過程中的沖擊異響問題，通過對齒輪傳動噪聲來源進(jìn)行測試和分析，研究了重合度調(diào)整對起動機(jī)異響的影響。通過提高重合度，有效解決了該車型沖擊振動及金屬敲擊異響問題，對起動機(jī)異響問題分析提供了一定的指導(dǎo)依據(jù)。