箱體內涂層對變速器噪聲影響試驗研究

王恩鵬 張林濤 李旭偉

摘 要：現代汽車行業對于汽車舒適性高度重視，乘坐舒適性是汽車給予我們的第一感受，目前商用車舒適性要求也越來越高，傳動系統尤其是變速器降噪已成為越來越多汽車生產企業關注的方向。因此本文對于某商用車變速器箱體內部涂層對變速器噪聲的影響進行了試驗研究。

關鍵詞：變速器;涂層;噪聲

當今的汽車消費者關注的是汽車的乘坐的舒適度，隨著科技的提高，現如今汽車領域技術也在逐步提升，比如說更多的車裝配主動降噪功能，這樣更能顯示更加高端，也能滿足消費者的認可度。變速器的噪聲水平可以從客觀上反映變速器的工作狀態，而成為其質量檢測的指標之一。變速器在工作中，內部構件，如齒輪、軸承等，不斷產生振動沖擊，當有故障存在時，其振動強度增大，噪聲水平超標。本文對于變速器箱體內部有涂層能否起到降噪作用做出了研究。

1 汽車變速器噪聲來源與種類

1.1 變速器主要噪聲來源

汽車變速器是整車中極為重要的汽車零部件，主要由變速傳動機構和操縱機構組成。這些機構在運動時難免會產生摩擦、碰撞和發熱等狀況，這也是汽車變速器總成產生噪聲的源頭[3]。其中齒輪嚙合振動、傳動軸旋轉的狀態等都是影響汽車變速器噪聲的重要因素。但在汽車變速器中噪聲的來源主要是由齒輪動態碰撞產生噪聲，換擋變速時，一對齒輪分離，另一對齒輪嚙合時產生的噪聲，傳動軸工作時發出的噪聲，軸和軸承相對運轉時發出的噪聲，軸承內部摩擦產生的噪聲等。所以，目前變速器內部齒輪都采用斜齒輪傳動，這樣有效的改善噪聲以及傳動平穩性。

齒輪嚙合動態激勵是齒輪系統產生振動和噪聲的主要原因。

1.2 汽車變速器噪聲種類

在變速器總成中，根據產生噪聲以及振動狀態不同的零部件，可將變速器總成的噪聲分為以下幾點：

1）在變速器總成內，齒輪沖擊是噪聲的主要來源;齒輪工作時相互擠壓碰撞因而產生震動，震動導致噪聲的產生。齒輪副間隙會發生敲擊聲，這種噪聲在低載荷時尤為突出，而隨著載荷增高這種敲擊聲會逐漸減小，但是隨著齒輪的嚙合，沖擊聲也會逐漸升高。

2）齒輪軸以及支撐軸承剛性不足會在工作時產生彎曲振動，齒輪軸加工誤差，質地不均勻旋轉時會伴有震動因而產生噪聲。軸承表面摩擦力的局部變化、外部激勵的輸入等是使軸承產生噪聲的主要原因。軸承精度、安裝條件、使用條件是影響軸承噪聲的主要原因。

3）聲音在固體中傳播速度最快，所以變速器箱體也是噪聲的來源，變速器箱體本身并不會自我激勵，箱體噪聲是變速器殼體在外部激勵作用下振動而產生的噪聲輻射。

2 涂層降噪的應用

降噪主要是通過優化設計降低源頭聲壓值以及在傳遞過程中進行隔絕兩個方面實現。利用結構動力修改的理論和方法，改變結構系統的固有頻率，讓其遠離動態激勵頻率，避免產生共振。

聲音的傳播需要介質，固體、液體、氣體都能傳聲，都能作為介質，因為介質的不同，聲音的傳播速度也就不同，一般遵循的原則：固體>液體>氣體，所以不難看出，聲音的傳播速度在固體中是最大的。所以在汽車變速器中，箱體的設計對于隔音降噪方面來說尤為重要。

涂層的降噪作用已在汽車整車NVH研究中得到驗證。此次研究變速器箱體內壁和軸承接觸的部分添加一定厚度的涂層，期望一方面可以改變箱體的固有頻率及模態，避免共振，另一方面能夠在聲音的傳遞路徑上阻斷聲音傳播。

3 變速器噪聲測試

3.1 測試設備與使用儀器

本試驗測試所用試件以國產某商用車6擋變速器進行分析研究，兩件分別是箱體內部帶涂層和內部不帶涂層;使用設備為國產傳動部件可靠性試驗臺（三電機試驗臺）;所用數據采集儀可測量振動、噪聲、扭振、轉速等多種信號;4個電容式聲壓傳感器（G.R.A.S.46AE），頻響范圍5-10kKz，最大測量聲壓級138dB;2個進口轉速編碼器;國產半消聲室一臺，半消聲室背景噪聲<45dB。

3.2 試驗測試方法

將變速器按實車狀態安裝在半消聲室內，根據設計要求加注定量潤滑油，通過十字萬向節傳動軸與傳動部件可靠性試驗臺連接，在輸入和輸出端法蘭盤工裝上分別安裝轉速編碼器實現轉速數據輸出，在變速器輸入端、輸出端、箱體上方、箱體側方300mm處布置聲壓傳感器，設置測試通道，測試現場布置見圖1。

根據提供的兩臺變速器檔位設計參數制定了穩態工況和勻加速工況試驗工況，詳細見表1和表2。

按照各檔位對應扭矩和轉速開始試驗，測試時每一步工況達到設計數值后維持一或兩分鐘穩定后再進行噪聲測試，為了保證數據的穩定采集的數據更好，全部測試結束后通過數據分析，來對比測試結果各檔位的聲壓值，對于箱體內部有無涂層是否能起到降噪作用。

4 變速器噪聲測試結果分析

試驗全部結束后經過數據分析軟件分析后得出以下對比圖：

A）穩態工況：

通過數據分析可看出穩態時的3檔聲壓值趨近相等，加速時1擋聲壓值相等，其他檔位箱體內部未有涂層比內部有涂層聲壓值微高，從此得出內部有涂層能起到對于變速器總成降噪作用，但是降噪能力有限;結合變速器噪聲產生原因及測試結果分析對其變速器總成箱體的降噪設計提出以下幾方面建議：

A.對于箱體進行加強筋的位置進行處理，來達到降噪的效果。

B.目前大多數箱體材料都是由以往的鑄鐵改為鋁合金。鋁合金材料優點質量輕但是吸振阻壓性能較差，可在生產過程中加入適當添加劑來改善其性能。

D.在變速器箱體內表面上涂抹相應的吸音材料來實現降噪目的。

5 結論

本文通過對變速器噪聲測試進行試驗，分析了測試后兩種變速器的噪聲數據，并總結出如下結論：

1）加速工況下，1擋未有涂層的變速器噪聲比有涂層的變速器噪聲小，但差距不是很大。

2）通過數據能看出有涂層的變速器噪聲比未有涂層的變速器噪聲小，箱體內部有涂層能起到降噪作用，但是降噪的能力有限。

3）提出變速器降噪箱體設計建議。

參考文獻：

[1]王華慶.汽車變速器噪聲源識別及噪聲.控制研究，2019.

[2]龍月泉，石曉輝，施全.基予階次跟蹤的變速器噪聲源識別，2009.

[3]施鴻煒.汽車變速器總成的噪聲源及降噪措施.

[4]基于振動噪聲的汽車變速器優化設計.