驅動橋主減速器結構優化在整車噪聲上的應用研究

韓 超

（四川建安工業有限責任公司，四川 雅安 625000）

引言

驅動橋是汽車傳動系的主要構成部件，位于傳動系末端起著減速、承載、增扭的作用。驅動橋在車輛行駛時產生齒輪噪聲、激發殼體表面振動傳遞噪聲。此外，驅動橋在發動機輸入轉速、扭矩作用下產生彎曲和扭轉振動。一旦與車輛某些固有頻率發生共振，將產生強烈的共振噪聲，不僅影響車輛運行的穩定性和平順性，而且影響乘客的乘坐舒適性。

1 驅動橋振動噪聲傳遞分析

驅動橋的主減速器齒輪嚙合產生的振動噪聲是驅動橋振動噪聲的源頭，其傳遞路徑有兩條，如圖1所示。從振動學角度分析，優化源頭振動以及路徑上的相關環節均可降低車內噪聲。本文從源頭齒輪支撐結構、主減速器殼兩方面進行優化分析。

1.1 齒輪支撐結構優化分析

驅動橋齒輪普遍采用準雙曲面齒輪，具有重合度高、傳遞力矩大、傳動平穩等優點。其錯位量（即主、從齒輪之間的實際相對位置關系與絕對理想條件下應有的位置關系之間的偏差）的大小對齒輪壽命、振動與噪聲都有決定性影響。錯位量產生的嚙合振動是通過安裝在其上的軸承傳遞到驅動橋（如圖2所示）。因此齒輪支撐剛性大小對其錯位量有著至關重要的作用。由于從齒軸承的支撐剛性遠高于主齒輪，在此主要分析主齒輪支撐剛性的變化。

以現有某驅動橋主齒軸承支撐位置不變，在傳動軟件Romax中建立齒輪支撐模型。做50種軸承軸向位置的方案（大軸承位置為原點，靠近、遠離移動小軸承）。以齒面中心變化量作為分析依據計算齒輪在輸入載荷譜（采用臺架試驗載荷譜）下主齒齒面中心下壓、抬起量。

表1 輸入載荷譜表

圖3 主減速器主齒受力變形

通過對正反轉的抬起、下壓量曲線分析發現其存在拐點，且拐點值均在小軸承安裝位置 101mm處，通過增量分析圖可以看出，在75mm位置處其軸承移動對齒面下壓或者抬起量的減小的貢獻率開始大幅度減小。即在此位置處齒輪支撐剛性最大，齒輪錯位量最小。（原軸承安裝位置為82.5mm）見圖4、5。

圖4 正轉主齒抬起量、增量

圖5 反轉主齒抬起量、增量

1.2 減殼結構優化分析

在前面齒輪支撐結構優化分析的基礎上（75mm軸承跨距），進一步優化主減速器減殼的來提高剛度、降低振動。目前市面上的驅動橋主減速器殼基本上都是鑄件，而加筋結構進既能有效地提高鑄件的強度、剛度，同時又能節省材料，特別是借助加強筋。根據加強筋設計規則以及模具鑄造工藝，重新優化了減速器殼三維數模設計，新減殼將舊減殼的3條斜筋優化成1條加粗T型筋以及與之垂直的2條橫筋，同時加大舊主減速器的進、回油道。如圖6所示。

圖6 新舊主減速器殼三維數模

使用有限元分析軟件 ANSYS將新舊減殼數模劃分網格，轉換成傳動分析軟件Romax可以導入的FE模型，建立新舊主減速器總成Romax模型，如圖7所示。

圖7 新舊主減速器結構Rmoax模型

將表1中的載荷譜輸入到Romax軟件中，計算出新舊主減速器殼的剛度位移和應力變化如圖8所示。具體數值見表2。

圖8 兩種結構減殼應力位移對比

表2 新舊減殼應力位移

從表2可以看出，新結構減殼比舊結構減殼在應力峰值降低了24.6%；位移峰值降低了42.18%。

2 整車噪聲測試分析

將新舊主減速器總成裝配成驅動橋并安裝到整車上，傳感器如圖9、10所示布置。

圖9 麥克風傳感器布置圖

圖10 振動傳感器布置圖

使用Lms.testlab軟件測試車內后排中間位置的麥克風噪聲以及主減減速器上的三向加速傳感器振動，對比主減速器結構優化前后驅動橋噪聲振動的情況。如圖11、12所示。其中紅色為新結構驅動橋噪聲數據、綠色為舊結構驅動橋Z向（整車運行上下方向）振動數據。

圖11 新舊結構驅動橋噪聲數據

圖12 新舊結構驅動橋振動數據

從測試數據分析來看，新主減速器結構后橋的整車噪聲（虛線）以及后橋噪聲（實線）均低于原結構后橋（后橋噪聲峰值降低約8dB、振動整體降低約10dB），充分證明了主減速器結構優化在驅動橋噪聲控制上的有效性。

3 結論

本文從優化齒輪支撐結構-以提高齒輪支撐剛性；優化鑄件加筋方式-以提高主減速器殼剛度出發，利用傳動系統分析軟件計算其理論可行性，最后使用噪聲測試分析軟件驗證新舊結構主減速器驅動橋在整車上的噪聲振動改善情況。整車實際測試數據表明新結構主減速器后橋在整車噪聲控制中取得很好的效果。

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