淺談雙離合自動變速器嘯叫噪聲解決方法

李本軍，崔東偉，曹維

（海馬汽車有限公司，河南 鄭州 450005）

前言

隨著汽車的廣泛應用，人們對汽車的舒適性要求也越來越高，噪聲作為消費者直接感官之一，越來越受各大車企重視。雙離合自動變速器（DCT）作為近年來新出現的一種自動變速器形式，由于扭矩大、無動力中斷、經濟型等特點，受到廣大用戶的青睞，應用越來越廣泛。

雙離合自動變速器最常見的噪聲有齒輪嘯叫噪聲、齒輪敲擊噪聲。其中齒輪嘯叫噪聲是較為常見且較難解決的問題之一，頻率范圍通常在700Hz~4000Hz，主要由齒輪系統嚙合過程中齒輪副的傳動誤差（Transmission Error）而引起[1][2]。因此，解決齒輪嘯叫噪聲問題可通過降低齒輪傳動誤差來實現。

本文以某雙離合自動變速器二擋預掛一擋嘯叫為研究對象，借助Romax 軟件，通過齒輪微觀修形及接觸斑點試驗，有效解決了嘯叫問題，為齒輪嘯叫的解決提供思路。

1 傳動誤差的概念

在齒輪傳動機構中，理想的嚙合齒面是完成共軛的，其傳動比為恒定值，但實際上由于齒輪加工機理、制造誤差、受力變形等因素影響，會使得實際傳動比在理論值附近上下波動。在主動輪轉動某一角度θ1后，從動輪的實際轉交與理論轉角之間的偏差Δθ2即為傳動誤差(圖1)。

傳動誤差的計算一般用嚙合線方向的線位移誤差表示。具體為[3]：

圖1 傳動誤差示意圖

式中：TE為傳動誤差；θ'2為從動齒輪實際轉動角；rb2為從動齒輪基圓半徑；θ1為主動齒輪轉動角；rb1主動齒輪基圓半徑。

2 傳動誤差的影響因素

產生傳動誤差的因素主要由兩方面：一方面是齒輪本身，如齒輪的齒數、模數、螺旋角、壓力角、有效齒寬、剛度等；另一方面是相關件如齒輪的箱體、軸承、軸的變形及軸承游隙等系統因素產生的嚙合錯位。

3 傳動誤差的優化方法

齒輪修形是指在理論齒輪齒廓的基礎上有目的性和針對性地去除齒面的部分材料，以減小由于系統和輪齒變形而引起的齒輪錯位，改善齒輪剛度波動，減小了傳動誤差，從而降低了變速器嘯叫噪聲[4-5]。

根據修形方向的不同，齒輪修形分為齒廓修形、齒向修形和三維綜合修形。

（1）齒廓修形-指沿著漸開線齒廓方向的修整，包括齒頂倒角、齒頂修緣、齒根修形（挖根）、齒廓斜度修形等。

（2）齒向修形-指沿齒寬方向的修整，包括鼓形修整、齒端修薄和齒向斜度修形等。

（3）三維綜合修形-指齒廓修形和齒向修形的適當組合。

結合本文選取的雙離合自動變速器，將選擇齒廓與齒向修形相結合的修形方法，齒廓修形指的是在輸入和輸出齒輪當中同時進行鼓形量和修緣量進行修形，齒向修形主要是對鼓形及齒向斜度進行修形。選擇的齒面微觀修形曲線如圖2、圖3 所示：

圖2 齒廓修形

圖3 齒向修形

4 實例分析

經搭載7DCT 某車型開發階段評審過程中，在2 擋預掛1 擋工況，反拖整個轉速段存在明顯嘯叫，而且嘯叫較無預掛工況明顯，經階次切片為30.24 階。

圖4 嘯叫產生時間段階次切片

4.1 問題確認

當二擋在擋并預掛1 擋時，離合器2 結合，輸入軸2 輸入動力，紅色實線為動力傳遞路徑；同時，變速器已經預掛一擋，但離合器1 未貼合，輸入軸1 隨動并不輸入動力，紅色虛線為動力傳遞路徑（圖5）。

圖5 二擋預掛一擋動力傳遞路線

二擋動力傳遞：二擋擋位齒輪→二擋中間軸齒輪→中間2 軸主減齒輪→主減速齒輪；此時二擋擋位階次為19 階。

預掛一擋動力傳遞：二擋擋位齒輪→二擋中間軸齒輪→中間軸2 主減齒輪→主減速齒輪→中間軸1 主減齒輪→一擋中間軸齒輪→一擋擋位齒輪；此時一擋擋位階次為30.24 階。

結合階次切片（圖4）30.24 階，與一擋擋位階次相同，工況為二擋預掛一擋工況，因此可判斷嘯叫為一擋齒輪產生。

4.2 模型建立

根據此變速器的已知尺寸，利用Romax 軟件分別建立齒輪、軸承、同步器、軸等的模型并裝配在一起，得到齒輪傳動系統模型，附圖6 為2 擋預掛1 擋受力情況。從Romax 受力面可判斷，二擋預掛一擋時一擋受力面為圖紙定義的從動側。

圖6 Romax 數模-二擋預掛一擋工況

圖7 圖紙定義

4.3 載荷工況設定

要改善齒輪嚙合嘯叫噪聲就需要控制齒輪嚙合的傳動誤差，要控制傳動誤差就要對齒輪的宏觀參數進行優化，微觀進行修形設計。對齒輪的宏觀參數進行優化，周期長，因此對齒輪的嘯叫只采用微觀修形優化。

經跟蹤測試，油門開度40%-50%，輸入軸轉速1800 rpm，發動機輸出扭矩120.4Nm~156.2Nm 均值為138.3Nm。齒輪修形設計中設定的工況為輸入扭矩的50%，變速箱匹配的發動機最大扭矩為280Nm，按50%選取為140Nm，而對于二擋預掛一擋工況，一擋至輸入軸2 存在油阻力，經多組數據測試均值在8Nm，因此變速器齒輪修形工況載荷選取為輸入軸1 扭矩140Nm，輸入軸2 扭矩-8Nm。

4.4 優化方案設計

4.4.1 優化前基本參數及微觀參數

表1 1 擋主從動優化前基本參數及微觀參數

4.4.2 優化前后微觀參數

利用Romax 微觀修形優化設計，采用齒形齒向綜合的方法，多方案設計，最終優化前后微觀參數（表2）及接觸情況、傳動誤差（表3）如下：

表3 優化前后傳動誤差及接觸情況

4.4.3 優化前后接觸斑點試驗

按優化后微觀參數做樣件，做接觸斑點試驗，結果如下（表4）：

表4 優化前后接觸斑點

從表4 可知，試驗結果與Romax 仿真結果基本一致。

4.5 測試結果

經裝車測試，二擋預掛一擋嘯叫改善明顯，階次切片顯示下降了約15dB，主觀可接受。

圖8 二擋預掛一擋改善前后測試對比

5 結論

（1）齒輪傳動中，傳動誤差必然存在，嘯叫問題可以轉換為傳動誤差問題。

（2）通過Romax 分析得到的最佳修形參數有效減小了齒輪的傳動誤差。

（3）Romax 仿真分析的接觸應力與試驗結果基本相符。

（4）試驗結果表明，修形后嘯叫噪聲減小了約15db，完全達到可接受程度。