變速箱噪聲分析及控制

李　健，李　毅

（1.廣西柳工機械股份有限公司 傳動件研究所，廣西 柳州545000；2.東風柳州汽車有限公司 商用車技術中心，廣西 柳州545000）

變速箱噪聲分析及控制

李健1，李毅2

（1.廣西柳工機械股份有限公司 傳動件研究所，廣西 柳州545000；2.東風柳州汽車有限公司 商用車技術中心，廣西 柳州545000）

變速箱是工程機械的重要動力傳遞部件，其工作噪聲也會導致設備噪聲嚴重超標。通過系統分析變速箱噪聲來源及識別方法，并對主要噪聲來源進行噪聲形成機理分析，提出了相應控制措施，從而有效指導變速箱設計及改進，降低產品噪聲。

變速箱；噪聲；振動

變速箱是工程機械重要的動力傳遞部件，其工作狀態直接影響整臺設備的工作性能。隨著客戶對舒適性要求的逐步提高以及國家法律法規的要求日趨嚴格，減振降噪成為工程機械發展的重要研究課題。工程機械的工作噪聲主要來源于發動機及動力傳動系統，一般情況下發動機是最主要的噪聲源，但傳動系統中的變速箱的工作噪聲有時也會導致設備的噪聲嚴重超標［1］。因此，研究變速箱噪聲來源及控制方式，對降低工程機械噪聲十分重要。

1　噪聲來源

工程機械變速箱通常為液力機械傳動，機械傳動的齒輪、軸承在高速運行過程中，由于自身的固有特性、制造精度、工作過程的沖擊、摩擦、磨損等因素，會產生不同程度的振動和噪聲，變速箱液壓系統中的變速泵、操縱閥等液壓元件也是變速箱噪聲的主要來源，另外變速箱工作過程中內部齒輪傳動系的嚙合頻率與箱殼體鑄件固有頻率接近時還會產生共振噪聲，這些都是造成變速箱噪聲的主要來源。

2　噪聲識別方法

當變速箱存在異常噪聲時，必須準確地識別噪聲源，這樣才能有針對性的控制。對于機械噪聲，可采取以下幾種方法：

（1）分步開動法：在設備運轉時，分別關掉或脫開某一傳動部件，測量相應步驟的噪聲，識別各部件對總噪聲的貢獻。如在工程機械使用中，掛不同工作檔位，對比整機總體噪聲，識別變速箱不同檔位噪聲是否異常。

（2）時域分析法：根據聲源或聲源各部分時間特性的差別來識別，如對噪聲信號的自相關分析，可以發現和提取混雜在噪聲中的周期信號；對噪聲信號作互相關分析，可以確定噪聲的傳遞通道；利用對噪聲信號的多次平均技術亦有助于檢測出其中的周期信號，這些都有助于識別出主要噪聲源。

（3）頻域分析法：采用窄帶濾波的方法，從得到的噪聲頻譜中，可了解到噪聲所含有的頻率及對噪聲貢獻較大的主要頻域成分；進一步通過振動測量，或具體機械某些特征頻率的計算，從而識別出主要噪聲源。通過對噪聲功率譜密度的分析，同樣可以了解到噪聲的頻率結構及主要頻率成分；通過相干分析，從相干函數的圖形上可以判斷所測量的噪聲總能量中，各個聲源的貢獻大小，從而識別聲源。

（4）近場聲強法：在機器部件表面附近的許多點處測量聲強并求積分，可以求得該部件的聲功率。

（5）表面振動速度測量法：通過測量聲源作為機械振動的表面的振動速度來識別聲源。

3　噪聲的形成及控制

根據噪聲產生和傳播的機理，可按三種方式控制噪聲：一是控制噪聲源，二是控制噪聲傳播途徑，三是保護噪聲接受者。其中控制噪聲源是最根本、最直接的措施。噪聲的形成及控制分析如下：

3.1齒輪系

齒輪系的嚙合噪聲包括輪齒嚙合沖擊產生的噪聲和齒面摩擦產生的高頻尖嘯噪聲，從頻譜結構分析，嚙合沖擊噪聲主要包括齒輪低階固有振動和受迫振動所輻射的噪聲，其與齒輪自身的固有特性及制造精度等因素有關；尖嘯摩擦噪聲由齒輪高階固有振動所產生，另外，只有足夠強度的摩擦激勵才能引發尖嘯摩擦噪聲，宏觀上這需要滿足某些摩擦學條件，例如摩擦面的動摩擦系數和靜摩擦系數相差較大，以及摩擦系數要超過一定的閾值［2］。對于齒輪系的噪聲，主要可以從以下幾方面進行控制，采取控制措施后齒輪噪聲可能降噪量參見表1［3］：

（1）優化設計參數：齒輪系嚙合噪聲雖然是在運行過程中產生，但在設計時通過優化齒輪參數亦可從源頭控制噪聲［4］，主要控制措施為：提高重合系數；盡量減小模數；增加齒數；或者減小齒形角；合理選擇齒側間隙；減小沖擊及嚙合排氣速度；減小齒輪線速度；減小齒輪重量等。

（2）制造工藝：采用磨齒、研齒及剃齒以提高齒輪精度；齒輪修形；控制熱處理變形；控制嚙合齒輪中心軸線不平行度；提高動平衡精度等。

（3）改進結構：采取重合度更大的斜齒傳動。

（4）換擋控制：采用電比例閥控制，提高換擋時齒輪嚙合平順性。

（5）潤滑降噪：選擇適當的潤滑油，并加入改變其摩擦特性的添加劑，使其形成具有減振降噪性能的降噪潤滑油。降噪潤滑油至少應具備兩個方面的性質：靜摩擦系數和動摩擦系數之差足夠小，能夠形成穩定的潤滑油膜。如表1所示。

表1　齒輪噪聲的可能降噪量

3.2軸承

軸承噪聲與軸承本身的設計、精度、類型、安裝及使用條件等因素有關，軸承噪聲是不可忽視的噪聲源。滾動軸承的噪聲是由于各個零件（內圈、外圈、滾動體和保持架）的振動相互碰撞及磨損所產生的，滑動軸承在缺乏潤滑時會因摩擦產生噪聲。軸承振動噪聲分為兩類：空氣激勵產生的噪聲及結構激勵產生的噪聲［5］。

一般空氣噪聲較小，且無法避免，可以通過加蓋或密封的方法減小噪聲。但軸承噪聲受到多種因素影響，如軸承間隙、保持架間隙、潤滑條件、運轉環境溫度、轉速、負荷、軸承剛度及結構等，情況復雜。軸承噪聲的控制措施主要為：正確選擇軸承型號及使用條件，在成本允許的前提下提高軸承精度，合理設定軸承游隙，良好的潤滑并提高潤滑油清潔度，提高軸承安裝支座剛度等。

3.3液壓系統

變速箱液壓系統元件可分為主動和被動兩種，主動元件是泵（將機械能轉化為液壓能）、閥（將液壓能轉化為液體動能與熱能），噪聲主要來源于主動元件變速泵、操縱閥，其中變速泵是主要噪聲源，其噪聲量約占整個系統噪聲的75%左右。齒輪變速泵運轉時的壓力、流量的周期性變化會形成壓力脈沖及結構振動，誘發空氣噪聲。同時液壓管路及閥將壓力反射，在回路中形成波動，使泵共振而發出噪聲。另外，操縱閥節流口處，由于節流作用產生噴流，使節流口下游通道中油液中空氣分離產生大量氣泡，氣泡在下游閥體及管路中因壓力回升而消失，會產生200 Hz以上的噪聲。

壓力脈沖是泵噪聲的主要因素，其起因是流量脈動，因此需控制齒輪泵齒形、結構參數，從而控制泵自身運轉噪聲。另外，還可通過其他措施控制液壓系統噪聲：采用電液控制式閥防止液流沖擊；控制壓力類閥的自激振動；提高管路剛度及平順性防止管路振動等。

3.4箱殼體鑄件

齒輪系嚙合固有頻率與箱殼體固有頻率接近時會引起共振，從而產生噪聲。除了通過改變齒輪嚙合頻率之外，還可以通過改變箱殼體結構提高其固有頻率，與齒輪嚙合頻率錯開，從而降低箱殼體的輻射噪聲。為了提高箱體的固有頻率，可在箱體振動響應較明顯的地方添加加強筋或設計為多曲面結構，并進行模態試驗，然后根據固有頻率情況再進行改進。

4　結束語

變速箱作為工程機械的重要動力傳遞部件，其工作噪聲不可忽視，控制變速箱工作噪聲對工程機械降噪十分重要。變速箱噪聲與多種因素有關，其誘發機理十分復雜。本文系統分析變速箱噪聲來源及識別方法，并對主要噪聲來源進行了噪聲形成機理分析，提出了相應控制措施。設計變速箱產品時，需特別關注齒輪、軸承、變速泵、操縱閥、箱殼體等零件的設計參數，從源頭控制噪聲，并盡量提高零件精度，減小運行噪聲。

［1］蔣真平，朱喜林.ZL50G型輪式裝載機噪聲測試與頻譜分析［J］.工程機械，2007，38（12）：15-20.

［2］梁志達，羅玉軍，司徒德蓉.裝載機變速器高頻噪聲產生機理與對策［J］.廣西工學院學報，2011，22（3）：67-70.

［3］機械設計手冊編委會.機械設計手冊［M］.3版.北京：機械工業出版社，2004.

［4］梁杰，王登峰，姜永順，等.汽車變速箱噪聲源識別及噪聲控制［J］.噪聲與振動控制，2006，26（3）：67-69.

［5］岳崢.基于階比跟蹤技術的叉車變速箱噪聲源識別分析與應用［D］.合肥：合肥工業大學，2010.

Transmission Noise Analysis and Control

LI Jian1，LI Yi2
（1.Driveline R&D，Guangxi Liugong Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545000，China；2.CV R&D，Dongfeng Liuzhou Motor Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545000，China）

Transmission is an important power part for construction machinery，its work sometimes lead to equipment noise exceeds bid badly.Through the systematic analysis of transmission noise source and identification methods，analysis of the formation mechanism of the main noise sources，puts forward the corresponding control measures，so as to effectively guide the transmission design and improvement，reduce products noise.

transmission；noise；vibration

TH132.46

A

1672-545X（2016）07-0104-02

2016-04-23

李健（1984-），男，湖北武漢人，工程師，碩士，主要從事傳動產品設計及研究。