動不平衡對后橋振動噪聲的影響研究*

趙應(yīng)強(qiáng) 陳忠敏，2 郭 凱 馬友政 楊顯發(fā) 張亞岐

（1-四川建安工業(yè)有限責(zé)任公司研發(fā)中心 四川 雅安 625100 2-四川大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院）

引言

動不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動的重要影響因素，進(jìn)而影響旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的噪聲、使用壽命等，是旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)重要性能參數(shù)之一[1-3]。

動不平衡方面的研究在國內(nèi)外已較為成熟，目前作為一種專門的技術(shù)在發(fā)展，尤其是在科技發(fā)展迅速的今天，旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度提升，要求動不平衡量的數(shù)值越來越小，對降低動不平衡的要求也就越來越高，需將動不平衡量控制在規(guī)定的數(shù)值之內(nèi)[4-5]。其中，汽車行業(yè)在動不平衡方面的研究主要是發(fā)動機(jī)、變速箱、電機(jī)等，在后橋方面的研究較少。

本文針對不同的動不平衡狀態(tài)下，后橋的振動、噪聲響應(yīng)，研究動不平衡對后橋振動、噪聲產(chǎn)生的影響。

1 動不平衡的產(chǎn)生機(jī)理

動不平衡可簡單理解為由旋轉(zhuǎn)軸上的質(zhì)量分布不均勻（見圖1）所導(dǎo)致，當(dāng)質(zhì)心位置與作用在轉(zhuǎn)子上的離心力的旋轉(zhuǎn)中心不一致時（見圖2），就會出現(xiàn)不平衡。

圖1 質(zhì)量偏心

圖2 不平衡旋轉(zhuǎn)

造成動不平衡的主要原因是旋轉(zhuǎn)部件質(zhì)量不均勻、軸系不直、零件與零件安裝時有間隙（例如軸承與軸之間）、軸系受到外部激勵導(dǎo)致彎曲等[9]。

2 動不平衡與振動噪聲測試

2.1 測試儀器

后橋動不平衡與振動噪聲測試儀器及作用見表1。

表1 動不平衡與振動噪聲測試儀器及作用

2.2 測試準(zhǔn)備

1）試驗(yàn)臺架：3 電機(jī)試驗(yàn)臺架。

2）試驗(yàn)環(huán)境：半消聲室試驗(yàn)室。

3）樣件安裝：后橋3 端安裝水平，試驗(yàn)狀態(tài)下無晃動、無共振。

隨著財(cái)稅激勵政策的實(shí)施，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，財(cái)稅激勵政策在企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動中并未達(dá)到理想的激勵效果，為了弄清楚造成這一局面的原因，很多學(xué)者從財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等方面對其在企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新方面的實(shí)施效果進(jìn)行了評估研究。張暉明和周嵐嵐等用問卷調(diào)查和因子分析法對財(cái)政激勵政策的實(shí)施效果進(jìn)行評估，研究表明，當(dāng)前我國財(cái)稅政策過于分散、對企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新各環(huán)節(jié)的需求考慮不足、稅收優(yōu)惠設(shè)置不合理等是造成財(cái)稅激勵政策未能達(dá)到預(yù)期效果的主要原因[4],學(xué)者張?jiān)春投努|等也支持這種觀點(diǎn),并提出財(cái)稅激勵政策頂層設(shè)計(jì)不合理等也是一個重要原因[5]。

注：本試驗(yàn)后橋速比為41：10。

2.3 傳感器布置

傳感器布置示意圖如圖3 所示。

圖3 傳感器布置示意圖

在后橋輸入端布置一個光電傳感器，用于測試后橋輸入轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動相位；在主動齒輪大軸承對應(yīng)的主減速器殼體上布置振動傳感器，用于測試振動信號；在距離后橋橋背蓋正后方1 m 處布置麥克風(fēng)，用于測試噪聲信號。

2.4 試驗(yàn)工況

動不平衡一般在勻速狀態(tài)下進(jìn)行測試及調(diào)整，為了更詳細(xì)地分析動不平衡對振動、噪聲產(chǎn)生的影響，增加了加速、減速的試驗(yàn)工況，具體工況見表2。

表2 試驗(yàn)工況

2.5 測試步驟

1）后橋初始狀態(tài)（未作動平衡，即沒有進(jìn)行平衡量匹配）的動不平衡、振動、噪聲測試；

2）動不平衡調(diào)整；

3）動不平衡調(diào)整后振動、噪聲測試。

3 動不平衡對后橋振動噪聲的影響

動不平衡直接影響的是1 階次振動噪聲（輸入軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生），而后橋的主要振動噪聲表現(xiàn)為10 階次振動噪聲（齒輪嚙合產(chǎn)生），本次試驗(yàn)主要對比1階次（輸入軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生）和10 階次（齒輪嚙合產(chǎn)生）的振動噪聲。

本試驗(yàn)在如下2 種狀態(tài)下對后橋進(jìn)行動不平衡調(diào)整：

1）狀態(tài)1：輸出兩端未連接狀態(tài)；

2）狀態(tài)2：輸出兩端連接狀態(tài)。

3.1 勻速工況動不平衡、振動、噪聲

表3 是勻速工況下，狀態(tài)1 和狀態(tài)2 的動不平衡量、振幅、噪聲。因?yàn)槭莿蛩俟r，對整體數(shù)據(jù)進(jìn)行了均值計(jì)算。

表3 勻速工況下測試數(shù)據(jù)

從表3 可以看出，勻速工況下，狀態(tài)1 和狀態(tài)2的1 階次振幅分別降低了50.23%和50.69%，1 階次噪聲分別降低了1.34dB（A）和4.69dB（A）；10 階次振幅和噪聲均降低較小。

3.2 加速、減速工況振動、噪聲

3.2.1 加速工況振動數(shù)據(jù)

加速工況振動數(shù)據(jù)如圖4 所示。

圖4 加速工況振動數(shù)據(jù)

從圖4 可以看出，整個加速工況，與初始狀態(tài)相比，狀態(tài)1 和狀態(tài)2 的1 階次振幅均降低了50%，10階次振幅基本沒有變化。

3.2.2 減速工況振動數(shù)據(jù)減速工況振動數(shù)據(jù)如圖5 所示。

從圖5 可以看出，在整個滑行工況（減速工況），與初始狀態(tài)相比，狀態(tài)1 和狀態(tài)2 的1 階次振幅均降低了50%，10 階次振幅在2 700r/min 左右均降低了15%。

3.2.3 加速工況噪聲數(shù)據(jù)

加速工況噪聲數(shù)據(jù)如圖6 所示。

圖6 加速工況噪聲數(shù)據(jù)

從圖6 可以看出，在整個加速工況，與初始狀態(tài)相比，狀態(tài)1 和狀態(tài)2 的1 階次和10 階次噪聲基本沒有變化。

3.2.4 減速工況噪聲數(shù)據(jù)

減速工況噪聲數(shù)據(jù)如圖7 所示。

圖7 減速工況噪聲數(shù)據(jù)

從圖7 可以看出，整個滑行工況（減速工況），與初始狀態(tài)相比，狀態(tài)1 的10 階次噪聲在2 800 r/min 左右降低了2dB（A）；狀態(tài)2 的10 階次噪聲在2 800 r/min左右降低了4dB（A），其它轉(zhuǎn)速下噪聲沒有變化。

3.3 數(shù)據(jù)分析

綜上所述，動不平衡對后橋輸入軸振動影響較大，動不平衡降低60%，相應(yīng)的輸入軸振幅降低了50%；但動不平衡對后橋齒輪嚙合振動影響較小。動不平衡對后橋噪聲的影響受后橋運(yùn)行工況影響，一部分工況下，噪聲基本無變化；另一部分工況下，噪聲可降低1.34dB（A）和4.69 dB（A）。

4 結(jié)論

通過調(diào)整后橋動不平衡的狀態(tài)，測試了后橋在不同運(yùn)行工況下的振動噪聲，并進(jìn)行了調(diào)整前后的對比分析。結(jié)果表明，動不平衡對后橋輸入軸振動有較大影響，對齒輪嚙合振動影響較??；部分工況下，動不平衡對后橋噪聲有一定影響。整體表明，降低動不平衡，能明顯降低后橋的振動、噪聲，對于后橋使用壽命、NVH 性能的提升以及后橋的生產(chǎn)控制有一定的參考意義。