文/劉憲平 孟慶振 袁 勃（安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，對(duì)汽車的舒適度要求也越來(lái)越高。齒輪是汽車減速器動(dòng)力傳遞的關(guān)鍵載體，同時(shí)也是噪聲產(chǎn)生的主要來(lái)源。嘯叫噪聲一直是齒輪嚙合傳動(dòng)中較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，而引起齒輪嘯叫的因素有很多，齒輪宏觀及微觀參數(shù)、齒輪的加工精度，安裝誤差等等，都會(huì)使齒輪在工作中產(chǎn)生嚙合沖擊，導(dǎo)致嚙合平穩(wěn)性差從而產(chǎn)生嘯叫噪聲。齒輪修形設(shè)計(jì)是解決變速器齒輪嘯叫問(wèn)題的一個(gè)有效的途徑。

一、噪聲產(chǎn)生的原因

齒輪嘯叫噪聲產(chǎn)生的主要原因是齒輪傳動(dòng)存在傳遞誤差，產(chǎn)生激振力，引起傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)，振動(dòng)傳遞到減速器外部結(jié)構(gòu)的過(guò)程中產(chǎn)生共振而引發(fā)嘯叫噪聲。傳遞誤差是指當(dāng)主動(dòng)輪以恒定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速發(fā)生波動(dòng)而滯后于主動(dòng)齒輪形成轉(zhuǎn)速偏差。由于輪齒存在制造誤差、安裝誤差及彈性變形等，傳遞誤差是必然存在的。改善齒輪的嚙合狀況消除嘯叫噪聲，需要通過(guò)改進(jìn)齒輪參數(shù)等方式來(lái)達(dá)到理想效果。

二、問(wèn)題描述及分析

減速器要進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)及整車性能試驗(yàn)驗(yàn)證，主機(jī)廠反饋在整車進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，減速器在整車滑行階段的特定工況時(shí)有異響，嘯叫噪聲大，需要專用設(shè)備對(duì)整車進(jìn)行測(cè)試。技術(shù)人員進(jìn)行整車NVH 測(cè)試的結(jié)果如下。

1.緩油門(mén)加速/全油門(mén)加速工況（100～5600r/min）

車內(nèi)噪聲：檔位齒輪階次噪聲在大于5000r/min 時(shí)超差，0～500Hz 范圍內(nèi)低階次噪聲貢獻(xiàn)量最大。

近場(chǎng)噪聲：23 階檔位齒輪階次噪聲貢獻(xiàn)量最大（檔位齒輪輸入軸齒數(shù)23）。

2.在檔滑行工況(5000～100r/min）

車內(nèi)噪聲：檔位齒輪階次噪聲在大于4800r/min 時(shí)超差，0～500Hz 范圍內(nèi)低階次噪聲貢獻(xiàn)量最大。

近場(chǎng)噪聲：23 階檔位齒輪階次噪聲貢獻(xiàn)量最大（檔位齒輪輸入軸齒數(shù)23）。

通過(guò)技術(shù)人員的測(cè)試及對(duì)結(jié)果的分析判斷，鎖定嘯叫噪聲的來(lái)源為23 齒輸入軸齒輪。由于該減速器匹配的新車型對(duì)噪音要求比較高，嘯叫問(wèn)題整改勢(shì)在必行。

三、改進(jìn)措施

首先考慮通過(guò)改變齒輪精度來(lái)改善噪聲，將齒輪精度提高一個(gè)等級(jí)，試制后新減速器總成裝配整車進(jìn)行效果驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果是嘯叫問(wèn)題雖有所改善，但效果不夠明顯，并未達(dá)到理想效果。通過(guò)對(duì)問(wèn)題的再次分析，確定噪聲異常的主要原因應(yīng)該不是齒輪精度，對(duì)減速器齒輪進(jìn)行了第二輪改進(jìn)，將檔位齒輪宏觀參數(shù)及微觀修形進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，并將齒輪副的齒寬加寬，從而增加了齒輪副嚙合重合度，改善嚙合狀態(tài)，以達(dá)到降低噪音的目的[1,2]。具體做法是：增加一檔齒輪副的齒輪齒寬，增大齒輪嚙合重合度；調(diào)整齒輪的變位系數(shù)增加全齒高，提高齒頂高系數(shù)；調(diào)整齒輪副修形量，減小傳遞誤差，改善嚙合接觸斑點(diǎn)。改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

四、改進(jìn)后效果對(duì)比

1.齒輪嚙合重合度、安全系數(shù)及傳遞誤差值

改進(jìn)后齒輪嚙合重合度及安全系數(shù)都有了很大的提升，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 齒輪改進(jìn)前后相關(guān)參數(shù)對(duì)比

表2 改進(jìn)前后校核結(jié)果對(duì)比

2.改進(jìn)前后的齒輪接觸斑點(diǎn)對(duì)比

通過(guò)軟件計(jì)算改進(jìn)前后主動(dòng)/被動(dòng)齒輪接觸斑點(diǎn)，結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。由以上軟件計(jì)算結(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)改進(jìn)后，接觸斑點(diǎn)狀況明顯的改善，改進(jìn)前齒向偏載，改進(jìn)后主要集中在齒寬中部，齒面最大應(yīng)力減小。

4. 改進(jìn)前后NVH 測(cè)試分析結(jié)果對(duì)比

改進(jìn)前后兩次測(cè)試的右耳切片圖見(jiàn)圖3，圖中紅線為改進(jìn)前，綠線為改進(jìn)后（檔位齒輪加寬）?？梢?jiàn)，檔位齒輪加寬后，23 階階次噪聲在2500～5000r/min，改善比較明顯，且低于40dB。

改進(jìn)前后兩次測(cè)試的近場(chǎng)噪聲滑行切片圖見(jiàn)圖4，圖中紅線為改進(jìn)前，綠線為改進(jìn)后（檔位齒輪加寬）?？梢?jiàn)，檔位齒輪加寬后，23 階階次噪聲改善明顯，2500～5000r/min 階次噪聲降低0～15dB。

圖1 改進(jìn)前主動(dòng)/被動(dòng)齒輪接觸斑點(diǎn)

圖2 改進(jìn)后主動(dòng)/被動(dòng)齒輪接觸斑點(diǎn)

圖3 右耳切片對(duì)比圖

圖4 近場(chǎng)切片對(duì)比圖

改進(jìn)以后整車主觀評(píng)價(jià)結(jié)果嘯叫消除。測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析也可以看出，相比于檔位齒輪改進(jìn)前的情況，改進(jìn)后齒輪的階次噪聲改善明顯，全轉(zhuǎn)速段低于40dB，滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

五、結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車對(duì)減速器噪聲要求比較高。如果齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致齒輪的重合度較低會(huì)造成嚙合噪聲，僅僅通過(guò)調(diào)整齒輪修形和提高齒輪精度不能完全解決噪聲問(wèn)題。所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，降低噪聲不僅要從齒輪修形方面入手，也要從齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)考慮，設(shè)計(jì)出滿足客戶使用要求的產(chǎn)品。