某型新能源汽車(chē)變速器噪聲優(yōu)化策略研究

賀民 廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校

在汽車(chē)保有量不斷增加、能源耗損量及汽車(chē)尾氣排放的影響趨于明顯的情況下，新能源汽車(chē)順勢(shì)出現(xiàn)。新能源汽車(chē)通常采用動(dòng)力電池、乙醇、氫等清潔能源作為驅(qū)動(dòng)力，相對(duì)于傳統(tǒng)的燃料汽車(chē)有天然的優(yōu)勢(shì)，在汽車(chē)行駛階段不產(chǎn)生或少產(chǎn)生CO2和有害顆粒物的排放[1]。新能源汽車(chē)在行駛時(shí)由于沒(méi)有了內(nèi)燃機(jī)噪聲，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和整車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲很容易被突顯出來(lái)。特別是變速器的噪聲，這極大的影響了消費(fèi)者的乘坐舒適性，甚至?xí)绊懙狡?chē)運(yùn)行的可靠性[2,3]。無(wú)論是從車(chē)企還是從消費(fèi)者的角度出發(fā)，變速器噪聲優(yōu)化都是一個(gè)重要的研究課題。從而深入研究變速器噪聲的產(chǎn)生機(jī)理并據(jù)此提出相應(yīng)的噪聲優(yōu)化策略對(duì)于改善新能源汽車(chē)的行駛可靠性和提高用戶滿意度都有著非常重大的意義。本文針對(duì)某型新能源汽車(chē)，分析了其變速器噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，并據(jù)此從聲源和噪聲傳遞路徑兩個(gè)角度出發(fā)提出了優(yōu)化方法。

一、變速器產(chǎn)生噪聲原因分析

變速器是由各種齒輪組成的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，由于齒輪等零部件在生產(chǎn)制造和裝配過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不可避免的誤差，并且受使用條件和使用環(huán)境等外部因素的影響，汽車(chē)變速器在工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則振動(dòng)和發(fā)出異常噪聲的現(xiàn)象。

（一）齒輪振動(dòng)引起的噪聲

齒輪發(fā)出的噪聲是汽車(chē)變速器的主要噪聲來(lái)源，相互嚙合的齒輪對(duì)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重的摩擦和碰撞。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，齒輪不可能完全避免生產(chǎn)制造誤差和裝配誤差，另外在各種載荷的影響下齒輪還可能發(fā)生變形，這些不可規(guī)避的因素與變形會(huì)影響齒輪的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，使得齒輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相對(duì)位置出現(xiàn)偏差，相互嚙合的齒輪對(duì)出現(xiàn)嚴(yán)重摩擦和碰撞，進(jìn)一步產(chǎn)生噪聲。

（二）軸承振動(dòng)引起的噪聲

變速器軸承在工作時(shí)，通常是外環(huán)和軸承底座相互連接，內(nèi)環(huán)和變速器齒輪軸相互連接并跟隨軸同步運(yùn)動(dòng)。由于軸承自身的結(jié)構(gòu)特性、制造及裝配誤差和運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的各種偏差等導(dǎo)致其內(nèi)部出現(xiàn)激勵(lì)力的作用，同時(shí)軸承上零部件運(yùn)轉(zhuǎn)以及在外力的作用下出現(xiàn)外部激勵(lì)力作用，內(nèi)部激勵(lì)力和外部激勵(lì)力對(duì)軸承、支座和變速器箱體組成的系統(tǒng)產(chǎn)生作用，從而使得軸承體系出現(xiàn)振動(dòng)并發(fā)出噪聲。

（三）變速器箱體產(chǎn)生的噪聲

變速器箱體的振動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜且難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的隨機(jī)振動(dòng)過(guò)程，齒輪軸的周期性扭振、齒輪副之間的摩擦和碰撞振動(dòng)以及軸承滑動(dòng)所引起的振動(dòng)，經(jīng)軸承座傳遞到變速器箱體，進(jìn)而激發(fā)變速箱體出現(xiàn)不規(guī)則振動(dòng)和噪聲。而且變速箱箱體的面積較大，因此會(huì)產(chǎn)生較大的輻射噪聲。

二、變速器噪聲優(yōu)化策略研究

通過(guò)以上分析可知，齒輪制造和裝配中的誤差，以及齒輪載荷的變化等因素共同形成激振力，使齒輪出現(xiàn)周向扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲，這是新能源汽車(chē)變速器的主要噪聲來(lái)源，并且振動(dòng)經(jīng)過(guò)變速器懸置時(shí)被進(jìn)一步放大。本文從噪聲產(chǎn)生源頭和傳遞路徑兩個(gè)角度提出了優(yōu)化方法。

（一）從噪聲源的角度優(yōu)化

變速器產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的源頭在于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的非理想化運(yùn)行，系統(tǒng)在內(nèi)部激勵(lì)力與外部激勵(lì)力的共同作用下發(fā)出噪聲。降低齒輪對(duì)的接觸嚙合力需要降低齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)所受到的總力，合理配置各級(jí)速比。變速器齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)所受到的外部激勵(lì)力來(lái)源主要是負(fù)荷產(chǎn)生的扭矩波動(dòng)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，降低負(fù)荷帶來(lái)的扭矩波動(dòng)的難度比較大，因此降低齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)部激勵(lì)就成為減弱變速器噪聲的一個(gè)重要的切入點(diǎn)。針對(duì)某型新能源汽車(chē)變速器，優(yōu)化了其兩級(jí)減速之間的速比分配，增加了齒輪齒數(shù)加大重合度的同時(shí)改進(jìn)了制造工藝，優(yōu)化了齒輪傳遞誤差。

（二）從傳遞路徑的角度優(yōu)化

動(dòng)力減振器能夠在一定的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)使振動(dòng)衰減的作用，其具有簡(jiǎn)單方便、不需要改變?cè)剂悴考葍?yōu)點(diǎn)，可用于改變零部件模態(tài)頻率特性，從而避開(kāi)響應(yīng)敏感頻率達(dá)到優(yōu)化振動(dòng)噪聲的目的[4]。針對(duì)變速器懸置支架局部的振動(dòng)特性，在變速器懸置支架，即變速器懸置被動(dòng)端罩殼上增加動(dòng)力吸振器，改善特定轉(zhuǎn)速段的共振。此外，對(duì)該型變速器還增加了聲學(xué)包裹，以減弱向外輻射的噪聲。結(jié)果表明，變速器懸置支架增加動(dòng)力吸振器后共振帶明顯發(fā)生了偏移，避開(kāi)了常用轉(zhuǎn)速范圍，同時(shí)聲學(xué)包裹有效降低了向外輻射的噪聲。

綜合使用上述措施后，該型新能源汽車(chē)變速器不同檔位的臺(tái)架實(shí)測(cè)噪聲降低2.5-6.7 dB（A），同時(shí)在整車(chē)測(cè)試中對(duì)駕駛員及乘員人耳處的噪聲貢獻(xiàn)也明顯減弱。

三、結(jié)論

在能源損耗日漸嚴(yán)重的形勢(shì)下，越來(lái)越多的人選擇了更為清潔、環(huán)保的新能源汽車(chē)。隨著各汽車(chē)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈化，社會(huì)對(duì)車(chē)輛的振動(dòng)和噪聲性能提出了更嚴(yán)格的要求。本文針對(duì)某型新能源汽車(chē)，探究了變速器運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生異常噪聲的一些原因，并且從噪聲產(chǎn)生的源頭和傳遞路徑兩個(gè)角度提出了優(yōu)化方法。通過(guò)控制齒輪、軸承制造及裝配誤差、優(yōu)化速比，減小了變速器工作時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)部激勵(lì)，達(dá)到了從噪聲源降噪的目的；在變速器支承支架增加動(dòng)力吸振器，使支架固有頻率發(fā)生變化，避開(kāi)了常用轉(zhuǎn)速段，同時(shí)增加的聲學(xué)包裹減弱了變速器的輻射噪聲，優(yōu)化后車(chē)內(nèi)噪聲得到明顯改善。