汽車(chē)變速器噪聲特性的相關(guān)研究

張恩

吉利汽車(chē) 浙江寧波 315336

1 汽車(chē)變速器噪聲產(chǎn)生機(jī)理

1.1 汽車(chē)變速器結(jié)構(gòu)組成與噪聲產(chǎn)生原理

常規(guī)汽車(chē)變速器是由齒輪、軸、同步器、換擋裝置、箱體、軸承等主要部件組成的傳動(dòng)系統(tǒng)。其中齒輪副是實(shí)現(xiàn)變速功能的核心部件，也是汽車(chē)變速器產(chǎn)生噪聲的主要根源。變速器噪聲一般包括，空氣噪聲與結(jié)構(gòu)噪聲兩種，其中空氣噪聲的激勵(lì)源是嚙合齒輪副高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不斷產(chǎn)生振動(dòng)與沖擊，擠壓的箱體內(nèi)部空氣，并向空氣中輻射噪聲，而結(jié)構(gòu)噪聲的激勵(lì)源則為變速器箱體內(nèi)部的各個(gè)振動(dòng)的零部件[1]。激勵(lì)的產(chǎn)生一般是因傳遞誤差（TE）的存在，TE即是指齒輪嚙合實(shí)際位移相對(duì)于理論位移的差值，即在變速器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，齒輪系統(tǒng)因TE的原因，在嚙合傳動(dòng)時(shí)所受到的不平穩(wěn)激振力，而產(chǎn)生齒輪噪聲。

1.2 變速器齒輪系統(tǒng)噪聲源

汽車(chē)變速器齒輪傳動(dòng)的準(zhǔn)確性與平穩(wěn)性受變速器設(shè)計(jì)參數(shù)、齒輪裝配精度、箱體制造精度以及變速器工作狀況等多種因素影響，主要有：

（1）齒輪本身：①齒輪的宏觀參數(shù)，如齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角、壓力角、有效齒寬等；②齒輪自身的加工精度；③齒輪的嚙合剛度，由于在嚙合過(guò)程中接觸線長(zhǎng)度及齒厚的變化，導(dǎo)致嚙合的剛度發(fā)生變化。

（2）齒輪嚙合錯(cuò)位：由箱體、軸的變形以及軸承游隙和裝配誤差等系統(tǒng)綜合因素產(chǎn)生。體現(xiàn)在齒輪嚙合過(guò)程中即為嚙合齒輪齒面產(chǎn)生偏載，使得傳動(dòng)不平穩(wěn)。一側(cè)接觸，另一側(cè)張開(kāi)，張開(kāi)的最大距離即為錯(cuò)位量。若運(yùn)行過(guò)程中齒輪嚙合傳動(dòng)不平穩(wěn)引發(fā)圓周方向振動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生一定程度的噪聲[2]。

2 汽車(chē)變速器噪聲特性

在對(duì)變速器進(jìn)行噪聲特性實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，噪聲指向特性存在遠(yuǎn)近場(chǎng)有明顯的不同，遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲幅值明顯高于近場(chǎng)噪聲幅值；當(dāng)變速器處于加速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其所產(chǎn)生的噪聲影響與變速器傳動(dòng)速度密切相關(guān)，加速度較大時(shí)變速器運(yùn)行產(chǎn)生的空氣噪聲急劇增長(zhǎng)，一般變速器在一檔、二檔時(shí)噪聲明顯增大，處于四檔、五檔時(shí)噪聲增速明顯緩慢。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，

變速器齒輪噪聲有以下明顯特性：（1）由工作承載齒輪副產(chǎn)生；（2）存在明顯的階次特征，與齒數(shù)等因素相關(guān)；（3）當(dāng)箱體和齒輪軸系結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)被激勵(lì)產(chǎn)生共振后，噪聲表現(xiàn)更為嚴(yán)峻；（4）在中高頻、較寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都可能出現(xiàn)。

變速器噪聲傳播路徑主要有：（1）結(jié)構(gòu)路徑傳播噪音。主要來(lái)自換擋拉鎖支架、懸置及其它接觸件。（2）空氣路徑傳播輻射噪音。加速度噪聲由變速器殼體混響產(chǎn)生，通過(guò)殼壁向空氣輻射；

3 汽車(chē)變速器“空擋異響”噪聲控制

3.1 “空擋異響”噪聲的產(chǎn)生與噪聲源識(shí)別

某品牌轎車(chē)前驅(qū)手動(dòng)變速器在空擋運(yùn)行狀態(tài)下，有明顯人耳可聽(tīng)見(jiàn)的“異響”噪聲，影響駕乘舒適性。經(jīng)一番探究后發(fā)現(xiàn)，空擋異響的原因?yàn)椋喊l(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)產(chǎn)生的扭矩波動(dòng)，引起傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，因齒輪副TE的存在，承受輕微載荷的空轉(zhuǎn)齒輪與其驅(qū)動(dòng)齒輪會(huì)發(fā)生脫齒敲擊，而產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。

在噪聲特性分析實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，變速器“空擋異響”噪聲特性與發(fā)動(dòng)機(jī)表面振動(dòng)特性及幾何形狀密切相關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)表面振動(dòng)頻率即為空擋怠工狀態(tài)下變速器的噪聲頻率，屬于變速器結(jié)構(gòu)噪聲。

3.2 “空擋異響”噪聲的控制措施

由于“空擋異響”的噪聲源為由變速器輸入端扭矩波動(dòng)引起非承載齒輪嚙合沖擊產(chǎn)生，根據(jù)前述分析，應(yīng)該盡量降低發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，降低齒輪敲擊聲，目前主要手段是加強(qiáng)隔聲、隔振，降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)調(diào)整離合器剛度、阻尼，工作人員通過(guò)雙質(zhì)量飛輪（DMF）和優(yōu)化離合器的減振特性來(lái)減小轉(zhuǎn)速波動(dòng)，使車(chē)內(nèi)噪聲狀況得到明顯改善。

4 汽車(chē)變速器“嘯叫”噪聲控制

4.1 “嘯叫”噪聲的產(chǎn)生與噪聲源識(shí)別

某品牌汽車(chē)前驅(qū)手動(dòng)變速器五檔有較為嚴(yán)重的“嘯叫”噪聲，一定程度上降低了該款轎車(chē)的舒適性。工作人員在對(duì)變速器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，其噪聲特性與齒輪副的轉(zhuǎn)速與荷載有直接關(guān)系，分析參與嚙合的齒輪副，五檔主從動(dòng)輪齒數(shù)比為45：34，主減速齒主從動(dòng)輪齒數(shù)比為17：69，齒面接觸斑點(diǎn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，主減速齒輪副明顯擦痕，最終判定主減速齒輪副是“嘯叫”噪聲的聲源[3]。

4.2 “嘯叫”噪聲的控制措施

在確定噪聲源后，工作人員對(duì)主減速齒輪副的接觸斑點(diǎn)做了進(jìn)一步的分析，發(fā)現(xiàn)該種接觸斑點(diǎn)可能是變速器支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定程度的形變，或是齒輪螺旋線等參數(shù)的異常造成。由于該款變速器的輸出軸半徑較大，有良好的軸承剛性，基本上可以排除變速器結(jié)構(gòu)發(fā)生形變的可能，因此，判定為齒輪本身參數(shù)原因。最終工作人員通過(guò)對(duì)主減速齒輪副修形，優(yōu)化齒輪參數(shù)，變速器“嘯叫”噪聲得到了明顯改善。

齒輪修形，目的是使齒寬方向載荷分布均勻，齒廓方向中間載荷大，齒根、齒頂載荷小（中間承載能力最強(qiáng)），這樣在齒輪開(kāi)始嚙合和退出嚙合時(shí)所受的沖擊力會(huì)大大減小，使齒輪傳動(dòng)更平穩(wěn)。當(dāng)齒輪副齒寬方向偏載嚴(yán)重，就需將齒寬方向單位載荷大的一側(cè)去除一定材料（齒向修形）；齒廓方向齒根與齒頂?shù)妮d荷較大，就需將齒根和齒頂去除一定的材料（齒廓修形）。修形是目前較常用的方法，也是后期優(yōu)化減少傳遞誤差最有效的方法，但修形量的控制十分關(guān)鍵。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，噪聲源的分析在汽車(chē)變速器噪聲特性分析及控制中具有重要的作用，其中低頻段噪聲的噪聲源主要為空套齒輪抖動(dòng)敲擊噪音，高頻段噪聲的噪聲源主要為齒輪嚙合噪音。在對(duì)汽車(chē)變速器噪聲進(jìn)行控制時(shí)，可以通過(guò)降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)調(diào)整離合器剛度、阻尼，減少齒面敲擊，降低汽車(chē)“空擋異響”噪聲；通過(guò)對(duì)傳動(dòng)齒輪副的修形，降低汽車(chē)“嘯叫”噪聲。