某輕型車變速器怠速異響分析優化

楊允輝，燕逸飛，黃從奎（安徽江淮汽車股份有限有司，安徽 合肥 230601）

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某輕型車變速器怠速異響分析優化

楊允輝，燕逸飛，黃從奎
（安徽江淮汽車股份有限有司，安徽 合肥 230601）

文章首先闡述了整車怠速工況變速器敲擊異響產生的機理，從產生的激勵源、響應部件以及傳遞路徑三個方面分析解決的措施，從而得出解決此問題最為有效的方法措施。同時經過對比測試，從測試數據上驗證了優化措施的有效性，變速器怠異響問題得到很好的改善和解決。

變速器；怠速異響；轉速波動；預減振

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.088

CLC NO.: U463.51Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-255-04

引言

隨著人們生活水平的提高、消費觀念的提升，消費者對汽車駕駛舒適性能要求越來越高，整車NVH性能成為顧客較為關注重要部分。怠速工況變速器敲擊異響是影響整車NVH性能的一部分。本文通過變速器怠速異響原因分析，方案對策的實施驗證，有效解決變速器怠速異響問題。

1、問題現象及測試

在某輕型卡車在試制試驗中發現，啟動動機怠速轉速工況下，不踩離合踏板時，變速箱部位存在高頻“噠噠噠”異響聲，踩下離合踏板則此異響聲消失。針對這個現象為了判斷驗證異響的來源，我們對整車進行了振動傳輸測試，具體原理如下圖1所示，在飛輪殼上正對習輪齒圈的位置打孔，裝上傳感器，在變速器箱體上正對常嚙合齒輪位置打孔，裝上傳感器，分別測試發動機怠速工況下發動機的轉速波動和變速器齒輪的轉速波動。同時在變速器箱體的外側中間位置聲音傳感器，測試怠速工況下踩與不踩離合變速器怠速異響的噪聲值和聲壓級。

由上圖2可以看出發動機的轉速波動⊿NE為23.4rpm，而變速器的轉速波動機⊿NM為14.4rpm，現行品在各個工況對發動機轉速的波動的衰減率（傳遞率）為14.4/23.4=62%

由圖3變速器近場噪聲聲壓級測試數據可以看，怠速工況狀態下不踩離合與踩離合狀態對比，400～3000Hz頻帶噪聲差別明顯，總聲壓級差別約5.5dB(A)。

2、變速器怠速異響產生的機理

變速器怠速異響產生及傳遞如下圖4所示，發動機中燃燒氣體的壓力和活塞往復運動產生的周期性慣性力，使得扭矩成周期性波動變化，經過離合器傳遞到變速箱嚙合齒輪。由于齒輪間存在間隙，而非承載齒輪副從動輪處于隨動狀態，將引起齒輪的敲擊。齒輪間的敲擊振動，通過齒輪軸和軸承等傳遞到變速箱體，引起殼體的薄壁振動，產生變速箱近場噪聲，通常此敲擊噪聲在踩離合踏板后消失，松開離合踏板則噪聲又重復出現。

3、分析及措施

根據變速器怠速異響問題產生的機理和測試結果分析，解決此問題無非是從激勵源、響應部件、傳遞路徑三個方面進行著手解決。

3.1激勵源（發動機）

激勵源（發動機）一般分為本身的異響和振動，發動機在低速（特別是怠速）時，發動機轉速波動較大，輸入同樣波動較大，此種波動會通過離合器傳遞到變速器引起變速器內部齒輪嚙合的敲齒聲。從激勵源頭出發減小轉速波動是根本，但發動機是一個復雜的部件，減小這發動機怠速轉速的波從技術及成本上花費都將是很大的，故把發動機的本身激勵源的轉速波動作為后期長期的一個優化項目。

3.2響應部件（變速器）

從變速器對激勵的響應模式出發，從以下三個方面對變速器進行優化：

3.2.1減小齒輪的側隙

齒輪側隙對敲擊力的影響并不大，0.12mm齒隙與0.20mm齒隙相比，敲力有所減??；進一步減小齒隙到0.07mm，敲擊力反而有增大的趨勢（如圖5）.此處通過非承載齒輪副輪齒之問的相對位移來解釋這種現象.由計算結果可知，非承載齒輪產生兩側敲擊，當輪齒之間的相對位移為0時，發生一次正面敲擊；當齒輪之間的相對位移為最大齒隙時，發生一次反面敲擊.另外，齒隙越大，每一次敲擊時損失的能量越大，從而單次敲擊產生的敲擊力越大可知，敲擊力的大小應該綜合齒隙和敲擊次數考慮.當齒隙減小時，雖然單次損失的能量變小，但單位時間內敲擊的次數增加，單位時間內可能比齒隙較大時損失的能量更多，產生的敲擊力更大.因此，齒隙應該優化到一個最合理的值.同是驗證把齒輪側隙減小由原來的0.10mm減小到0.05mm，通過變速器近場噪聲的測試，怠速工況狀態下不踩離合與踩離合狀態對比，400～3000Hz頻帶噪聲差別明顯，總聲壓級差別約6dB(A)（如下圖6），無改善效果。

3.2.2提高變速器齒輪加工精度

變速器異響主要發和在齒輪之間的撞擊，通常認為齒面精度對聲音是有一定的影響的，據此對變速器齒輪加工精度進行了調整，由原來的剃齒加工（7級精度）優化改為磨齒（6級精度），并裝車驗證，其結果顯示傳動聲音音質有所改善，但異響依然存在。怠速工況狀態下不踩離合與踩離合狀態對比，400～3000Hz頻帶噪聲差別明顯，總聲壓級差別約6dB(A)（如下圖7），改善效果不明顯。

3.2.3減小齒輪的轉動慣量

根據理論分析，齒輪的轉動慣量越大，在受到振動的激勵沖擊中，對激勵沖擊的響應就越明顯，體現出來的齒輪敲擊異響聲就越明顯，對此針對變速器中一些較大的齒輪進行降重，在如下圖中的對稱部位進行打孔減重從而減小轉動慣量，通過樣件裝車驗證，怠速工況狀態下不踩離合與踩離合狀態對比，400～3000Hz頻帶噪聲差別明顯，總聲壓級差別約5dB(A)，無明顯改善效果。

3.3傳遞路徑（離合器減振機構）

在怠速狀態下，傳動系統可以簡化為兩個主質量和一個簡單的彈簧阻尼系統（如下圖8）。由于從動部分的質量只有輸入軸及里面轉動的齒輪，相對掛擋時整個汽車成為從動質量小很多。這個低質量的從動部分沒有足夠質量來作自然減振。所以需要調整系統剛度來進行減振。根據理論分析此剛度非常低，并不能在離合器的主減振中實現，所以調整離合器預減振及阻尼系統。

系統本身會有固有頻率，而這個頻率可以通過計算傳動系統各部分的振動特性及扭轉慣量和硬度進行模擬。當怠速頻率超過系統固有頻率的頻率比例系統將成為減振，之前則是激勵作用。系統剛度如果真的在激勵區域，提高系統阻尼將可以把激勵幅度降低。見下圖9

N0-共振轉速（r/min）KD-減振器的剛度（Nm/°），IM-變速器轉動慣量（kgm2)，n-汽缸數。

下圖10及表1為原匹配狀態離合器減振及阻尼系統曲線及相關參數表，怠速時扭矩容量一定，在不同的工況下怠速扭矩不同，實際使用時會出現離合器有跳躍音出現：

表1　原狀態離合器減振系統參數

根據理論分析及模擬計算，調整離合器減振及阻尼系統曲線及相關參數表如下圖11及表2采用多段化剛度設定，提高怠速段的扭矩容量，同時降低一段滯后，以提高減振效果，改善跳躍音造成的怠速異響。

表2　改善品離合器減振系統參數

4、效果測試驗證

一般來說，優化變速器怠速措施方面，要降低發動機轉速波動或者減小花鍵、齒輪間隙是很困難的，花費的代價很大且效果有限，根據理論分析的初步結論，調整離合器減振及阻尼系統是比較可行的方案，通過制作樣件裝車測試結果如下圖12：

由圖12可以看出發動機的轉速波動⊿NE為23.8rpm，而變速器的轉速波動機⊿NM為5.6rpm，優化離合器減振阻尼系統對發動機轉速的波動的衰減率（傳遞率）為5.6/23.8=24%同時由圖13變速器近場噪聲聲壓級測試數據可以看，換廣角離合器后，冷機怠速踩離合與不踩離合400～3000Hz頻帶變速器近場噪聲基本相同。其中踩離合比不踩離合離合器近場噪聲下降約1dB(A)，原狀態踩離合比不踩離合下降約5.5dB(A)。

同時進行主觀評價怠速變速器齒輪敲擊異響基本消除，優化改善非常明顯。

5、總結

經過對變速器怠速異響噪聲產生的機理過程分析，通過優化調整離合器參數（遲滯阻尼和剛度）達到優化改善變速器怠還噪聲的效果，得到以下結論：

合適的離合器剛度有利于衰減發動機的轉速波動，從而降低非承載齒輪的敲擊，因此在滿足扭矩和可靠性等要求的前提下，應調整離合器剛度在減振區域。

由于整車及發動機不同工況的存在，離合器怠速段預減振系統剛度應采用多段化剛度設定，提高怠速段的扭矩容量，以優化減振效果，改善跳躍音造成的怠速異響

相對于離合器遲滯阻尼和剛度，齒輪齒隙對敲擊力的影響不是很大從總的趨勢上看，適當減小齒隙有利于減小敲擊力，但過多地減小齒隙敲擊力反而會有增大的趨勢。

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A light vehicle transmission idle sound analysis optimization

Yang Yunhui,Yan Yifei,Huang Conggui
（Anhui Jianghuai Automotive Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

This paper first describes the abnormal sound of the vehicle in the idle condition.The solutions are analyzed from three aspects: the source of the excitation,the response components and the transfer path.The most effective method to solve this problem is obtained.At the same time through the comparison test the effectiveness of the optimization measures is verified.The transmission idle noise is improved and solved.

Transmission; Idle abnormal noise; Rotational fluctuation; Idle vibration

U463.51

A

1671-7988（2016）08-255-04

楊允輝（1983-），男，底盤設計主管，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事整車離合器及操縱、變速器及操縱系統設計開發。