吳智慧 姜洪遠

摘 要：變速器是汽車傳動系統的一個重要組成部分，它分為手動變速器和自動變速器，輸入軸與發動機相連，輸出軸與傳動軸相連，承受車輛在各種復雜工況下的載荷和振動。變速器內部零部件的振動會產生一定的噪聲，通過介質傳播出去，另外內部零件產生共振時會使零件產生疲勞破壞，因此研究變速器齒輪軸的模態顯得尤為重要，是變速器零部件結構設計和噪聲控制的依據。

關鍵詞：變速器；模態；振動

中圖分類號：U467.3 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）17-39-02

Abstract： The transmission is an important part of the automobile transmission system， it can be divided into manual transmission and automatic transmission， the input shaft connected to the engine， output shaft connected to the drive shaft， withstand a load of vehicle under various complex conditions and vibration. Transmission of the internal parts will produce a certain amount of noise， vibration spread through the medium， the other internal components resonate worsened fatigue damage parts， so the mode of transmission gear shaft is particularly important，it is the basis of the transmission parts structure design and noise control.

Keywords： transmission； modal； vibration

CLC NO.： U467.3 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-39-02

前言

隨著科學技術的發展，變速器的型號越來越多，可以適應不同車輛的行駛，變速器安全可靠的工作，是整個車輛正常行駛的基礎。變速器需實現快速換擋和不同檔位齒輪的嚙合，就必須具有良好的動態特性，而變速器的第一齒輪軸為動力輸入的軸，在變速器零部件中占據重要位置，研究其模態有著至關重要的意義，可以減少變速器的噪聲和避免齒輪嚙合產生共振。本文運用了Pro/E軟件研究了手動變速器第一齒輪軸的動態特性，并對該固有特性進行了分析。

1 變速器齒輪軸模態分析基礎

齒輪機構的動態特性包括固有特性、動態響應、動力穩定性等，其中固有特性是指結構的固有頻率和振型。齒輪軸在交變載荷下，會產生軸向振動、徑向振動和圓周振動，這些振動產生噪聲并通過媒介傳播出去。齒輪的嚙合頻率和固有頻率存在整數倍關系，會發生共振。

齒輪軸的嚙合頻率由下面公式計算：

f=n·z/60

公式中，n表示齒輪轉速，單位為r/min；z表示齒輪齒數。

發動機輸出轉速在0～4200r/min范圍內變化，齒輪軸的嚙合頻率在0～1400Hz間變化。

2 變速器齒輪軸模態分析過程

采用Pro/E軟件建立齒輪軸的三維模型，進入模態分析模塊，對模型進行材料的定義，網格的劃分，約束條件的建立，最后求解得到齒輪軸的前六階振動頻率。并通過前六階頻率與發動機的基頻進行對比，齒輪嚙合頻率的對比，研究三者之間的關系，找出產生噪聲的原因，確定共振的區域，避免該區域，優化變速器的結構。

本手動變速器齒輪軸的材料為20CrMnTi，其密度為7.9g/cm?，彈性模量為206Gpa，泊松比為0.3，其模態分析結果如下表：

嚙合頻率與固有頻率互為整數倍關系，將發生共振，設計時要使嚙合頻率避開共振：基頻為777.275Hz。

當嚙合頻率為基頻，發動機輸出轉速2743.324r/min；

當嚙合頻率為基頻的1/2時，發動機輸出轉速1371.617 r/min；

當嚙合頻率為基頻的1/3時，發動機輸出轉速914.441 r/min；

當嚙合頻率為基頻的1/4時，發動機輸出轉速685.831 r/min；

當嚙合頻率為基頻的1/5時，發動機輸出轉速548.665 r/min；

當嚙合頻率為基頻的1/6時，發動機輸出轉速457.221 r/min；

當嚙合頻率為基頻的1/7時，發動機輸出轉速391.903 r/min；

當嚙合頻率為基頻的1/8時，發動機輸出轉速342.916 r/min；

當嚙合頻率為基頻的1/9時，發動機輸出轉速304.813 r/min；

當嚙合頻率為基頻的1/10時，發動機輸出轉速274.332 r/min。

汽車從啟動到加速，齒輪的嚙合頻率會經過與固有頻率相同或者互為整數倍的點，行駛時需避免在這些點附近停留，采取減震降噪措施。

3 結論

通過對變速器第一齒輪軸進行模態分析，得到齒輪軸的前六階固有頻率，并探討了與齒輪嚙合頻率之間的關系，分析汽車從起動直到加速到最大速度過程中，齒輪的嚙合頻率與固有頻率相同或者互為整數倍，減少這些點的停留時間，避免齒輪發生共振和產生很大的噪聲。本文的研究為汽車在各檔行駛過程中，減小變速器噪聲方面提供了有效的理論依據。

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