年汽車工程會集某六速手動檔變速器嘯叫治理研究

２０１５ＣＧ某六速手動檔汽車變速器嘯叫治理研究 ?２ ? 重慶長安汽車動力２汽車噪聲振動與安全控制國家【】變速器是汽車動力傳動系統的主要部件?對變速器嘯叫噪聲的控制越來越重要?在某六速手動檔汽車變速器開發(fā)中?通過ＣＡＥ仿真和主客觀驗證?對變速器嘯叫原因進行定位?分析了該變速器嘯叫產生機理和主要因素?選擇從變速器齒輪嚙合激勵和整車結構傳遞路徑兩方面進行優(yōu)化?以降低整車車內變速器齒輪嚙合階次的噪聲水平?最后試制實物樣件在整車上完成主客觀驗證?解決了該六速手動檔汽車的變速器嘯叫問題?達到了提高整車ＮＶＨ聲品質的目的?【】六速手動檔變速器?變速器嘯叫?齒輪嚙合激勵?傳遞路ＳｔｕｄｙｏｎＳｏｌｖｅＧｅａｒｉｎｏｆｔｈｅ６￣ｓｈｉｆｔｕａａｉｏｎＹｕＢｏ１??ＬｕｏＸｉａｎｎｅｎｇ１??ＣｈｅｎＹａｎｇｓｅｎ１??ＰｅｎｇＧｕｏｍｉｎ１??ＨｕａｎｇＣｈａｏｈｕａ１??ＲａｎＳｈａｏｂｏ１?１ＰｏｗｅｒｔｒａｉｎＲ＆ＤＩｎｓｔｉｔｕｔｅ?ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＣｈａｎｇａｎＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏ?２ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＶｅｈｉｃｌｅＮＶＨａｎｄＳａｆｅｔｙｂｔａｃｔＡｓｔｈｅｍａｊｏｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｖｅｈｉｃｌｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ?ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｖｅｒｔｈｅｇｅａｒｗｈｉｎｅｂｅｃｏｍｅｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔＩｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｉｘｓｈｉｆｔｍａｎｕａｌｇｅａｒｂｏｘ?ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｔｏｆｉｎａｌｉｚｅｔｈｅｐｉｎｐｏｉｎｔａｎｄｄｅｆａｕｌｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｇｅａｒｗｈｉｎｅｎｏｉｓｅｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆＣＡＥｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｕｂｊｅｃｔ＆ＯｂｊｅｃｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｓｔＡｎａｌｙｚｅｔｈｅｇｅａｒｗｈｉｎｅｎｏｉｓｅｈａｐｐｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓＭｏｒｅｏｖｅｒ?ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｇｅａｒｏｒｄｅｒｎｏｉｓｅｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅ?ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆｇｅａｒｗｈｉｎｅｗａｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｏｆｉｔｓｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｏｆｇｅａｒｍｅｓｈｉｎｇａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｒａｎｓｆｅｒｐａｔｈｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅＡｔｔｈｅｌａｔｔｅｒｓｔａｇｅｓｏｆｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈ?ｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔａｎｄｏｂｊｅｃｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｓｔｓｏｆｔｈｅｌａｓｔｐｈｙｓｉｃａｌｓａｍｐｌｅｓｈａｄｆｉｎｉｓｈｅｄａｎｄｔｈｅｇｅａｒｗｈｉｎｅｐｒｏｂｌｅｍｈａｄｂｅｅｎｓｏｌｖｅｄＴｈｅｔａｒｇｅｔｏｆｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＮＶＨｓｏｕｎｄｑｕａｌｉｔｙｈａｄｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄＫｅｙｏｒｄｓｓｉｘｓｈｉｆｔｍａｎｕａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｇｅａｒｗｈｉｎｅ?ｔｈｅｇｅａｒｍｅｓｈｉｎｇＥｘｃｉｔａｔｉｏｎ?ｔｒａｎｓｆｅｒ 汽車的振動噪聲作為汽車乘坐舒適性的重要評價指標?會在很大程度上反映出生產廠家的設計和工藝水平變速器是汽車動力傳動系統的重要組成部分?變速器嘯叫噪聲作為車輛聲品質評價的重點項?對其的控制變得越來越重要ＴａｄａｓｈｉＴＡＫＥＵＣＨＩＳａｒａｈＣｕｒｔｉｓ１３等人對引起齒輪嚙合激勵的傳遞誤差進行了理論剖析?建立了傳動系統的傳遞誤差ＣＡＥ計算模型?并搭建專門的測量臺架進行驗證?對嘯叫預測進行了有效的探索對于變速器嘯叫的產生和控制?國內專家學者進行了大量的研究?施全等人通過ＮＶＨ臺架試驗識別出產生嘯叫的主要激勵源是齒輪副的嚙合沖擊? 人６采用有限元和邊界元聯合的方法對變速器箱體的輻射噪聲進行研究?提出箱體加筋強化能有效根據市場需求?某公司在自主開發(fā)一款中高級轎車時?要式手動前置前驅變速器的嘯叫治理研究要求性能評價設計仿真和試驗緊密結合進行變速器嘯叫問題定位

該變速器嘯叫產生機理和主要因素?確定導致嘯叫的主要部件和優(yōu)化方向?以達成降低整車車內變速器嚙合階次噪聲水平的輸入軸２中間軸３中間２軸４差速器５輸入軸檔齒輪６輸入軸２檔齒輪７輸入軸３、５檔齒輪８輸入軸４、６檔齒輪９中間軸檔齒輪０中間軸２檔齒輪中間軸５檔齒輪 ２中間軸６檔齒輪 ３中間２軸３檔齒４中間２軸４檔齒輪５中間２軸倒檔齒輪６常嚙 ７常嚙合主動齒輪２ ８輸出軸從動齒輪２０１５ＣＧ １最大輸入轉矩/Ｎ最大輸入轉速ｒ輸入軸與中間軸中心距/輸入軸與中間２軸中心距/１變速器嘯叫表現為齒輪系統嚙合過程中齒輪對產生的噪聲?不同評價者對嘯叫的描述略有差異?經統計以類似吹口哨的“噓噓聲”描述居多變速器嘯叫易于被用戶感知?其具有的明顯特征是:①由工作承載齒輪對產生?②明顯的階次特征?與齒數相關?在中高頻較寬轉速內都可能出現?③當箱體和齒輪軸系結構的固有模態(tài)被激勵后?嘯叫表現更為明顯其頻譜特征如圖２所示圖 變速器嘯叫主要是由變速器內部齒輪在嚙合傳動過程中所受的不平穩(wěn)激振力引起的一種高頻噪聲?當嚙合的承載齒輪受到某種激勵?誘發(fā)齒輪軸的徑向和軸向振動?振動通過軸承座孔傳到箱體時?箱體壁將產生振動和噪聲并傳遞到汽車車內?從而被駕駛者所感知這些激振力一方面是由齒輪齒形與基節(jié)誤差或齒輪表面不平時?嚙合線上的相對滑動速度分量的大小不停地發(fā)生著變化引起的較大嚙合沖擊力?另一方面?外界載荷的波動齒輪嚙合剛度的周期性變化傳動系統的齒面潤滑的困油和氣蝕現象等也會造成動態(tài)激振力這些激振力有沖擊性的周期性的?也有隨機性的?齒輪所受激振力的復雜性?決定了對齒輪嚙合噪聲研究的復雜性以上可用傳遞誤差(Ｅ來進行解釋?說明產生嘯叫的激勵源是嚙合齒輪的傳遞誤差假設平面齒輪的嚙合如圖３所示?小齒輪為主動齒輪?大齒輪為從動齒輪

理想狀態(tài)下?按照理論安裝無任何間隙?無制造誤差?兩齒輪剛度無限大無變形?則兩個齒輪嚙合過程中接觸點走過的長度相等?即３ω１Ｒ１＝ω２ 而實際情況由于制造安裝誤差?以及嚙合齒面的剛度變化?(１兩端不等?即存在傳遞誤差傳遞誤差是指齒輪嚙合實際位移相對于理論位移的差值傳遞誤差(ＴＥ可用如下表示:ＴＥ＝(ω１Ｒ１－ω２Ｒ２) 影響傳遞誤差的因素主要有兩方面:本身的宏觀設計參數?如齒輪的重合度有效齒寬齒輪嚙合剛度等?另一方面是齒輪的嚙合錯位?嚙合錯位由箱體軸承軸的變形以及軸承游隙和裝配誤差等系統綜合因素產生根據車內感知的變速器階次噪聲的途徑?可分為直接傳入車內的輻射嘯和通過結構路徑傳入車內的結構嘯圖４為變速器嘯叫噪聲示意圖圖 若要對變速器的嘯叫噪聲進行控制?主要的措施如下:１嘯叫激勵源優(yōu)化即為減小嚙合齒輪的傳遞誤差①齒輪方面優(yōu)化齒輪參數可增加齒數減小模數增大螺旋角減小壓力角加大齒寬等適度增大齒面接觸面積增大接觸面積即增大重合度和嚙合剛度②選取最優(yōu)的軸系布置和齒輪參數使得各檔位齒輪的徑向力與軸向力合理分布?齒輪嚙合動剛度波動小?以降③減少箱體軸及軸承系統變形從而減小齒輪嚙合２從整車傳遞路徑角度?優(yōu)化嘯叫主要是減少傳遞路徑數量部件剛度的合理匹配以避免在傳遞通道上增加彈性阻尼隔振元件以提高隔振率?有效阻斷?減弱變速器嘯其他如控制基節(jié)誤差齒向誤差齒形誤差這些制造精度參數?以及變速器殼體高剛度低輻射噪聲結構設計也是有效的優(yōu)化方向２要使該變速器整車內無嘯叫?評價分值應達到６７５分(表２按標準評價分級系統打分?基礎狀態(tài)整車評明顯?二五六檔加表現稍好接近目標值水平 ２０１５ＣＧ表２變速器嘯叫評轉速范圍/(ｍ評轉速范圍/(ｍ評二加６四加１４００~４４４６２０００４三加４六加６２２００５６在汽車ＮＶＨ測試中?采用階次分析法研究隨轉速變化的齒輪嚙合噪聲整車噪聲測試嘯叫可接受標準為:駕駛人右耳傳聲器的齒輪嚙合階次聲壓級比總聲壓級低１５ｄＢ(Ａ)以上且檔位階次聲壓低于４０ｄＢ(Ａ)?主減階次聲壓低于５０ｄＢ()噪聲分離識別的最有效方法為包裹覆蓋法可直觀地得出結構聲與空氣聲對車內嘯叫貢獻占比整車下對變速器殼采用三層包裹:吸聲棉鉛皮隔聲材料?如圖５所示圖 如圖６所示?包裹后車內總聲壓下降２~３ｄＢ(Ａ?而變速器嘯叫階次聲壓基本無變化?因此可以判斷變速器嘯叫噪聲以結構聲傳遞為主本基礎狀態(tài)變速器的檔位階次振動激勵較大?且通過整車結構路徑傳遞是車內變速器嘯叫的根圖 齒輪傳遞誤差臺架測量結果顯示?三四檔各工況傳遞誤差振幅明顯高于五六檔工況?說明三四檔的齒輪嚙合激勵較大?如圖７所示接觸斑點試驗也表明?三四檔齒

圖 輪主從動齒面接觸有明顯偏載實際接觸斑點偏向一側不滿足接觸斑點要求?如圖８所示圖８ ３從上述研究中?可發(fā)現變速器嘯叫的整改優(yōu)化是一項系統工程該變速器嘯叫主要源于三四檔嚙合激勵過大?需按照變速器嘯叫產生機理和梳理出的主要影響因素?既對變速器本體進行優(yōu)化同時從整車結構傳遞路徑(懸置拉索)方面開展優(yōu)化工作采用的工程化優(yōu)化方案見表３３優(yōu)化方向變速器單體優(yōu)化降低中間２軸加粗２２３檔齒輪微觀修形:壓力角方向修形為８ｕ(原狀態(tài)０ｕ)螺旋角方向修形為４ｕ(原狀態(tài)８ｕ)３四檔主動齒輪宏觀參數調整(螺旋角由°增大為２７５?同時適當增加齒寬)４整車傳遞路徑對嘯叫５６)支架增加隔振軟墊(軟墊厚度發(fā)現中間二軸受力大導致安裝其上的三四檔齒輪嚙合錯位量大?存在惡化嘯叫風險考慮提高軸的剛度以減小齒輪軸變形錯位如圖９２０１５ＣＧ ９通過ＣＡＥ分析隨著中間二軸軸徑加粗三檔齒輪錯位量和傳遞誤差有一定降低且軸徑加粗２ｍｍ最有效四檔齒輪因靠近軸承支撐故改善效果不敏感通過調整三檔齒輪微觀參數修形量?優(yōu)化后單體臺架ＮＶＨ如圖１０所示優(yōu)化后單體臺架上對比?三檔加速嘯叫階次聲壓在１０００~３０００ｒ/ｍｉｎ有約８ｄＢ(Ａ的降低?圖 三檔齒輪優(yōu)化前后單體ＮＶＨ臺四檔齒輪宏觀參數調整采取從動齒輪增加一個齒方案?單體臺架ＮＶＨ試驗結果如圖１１所示四檔加速階次聲壓在

~２０００ｒ/ｍｉｎ７ｄＢ(Ａ的降低只在２３００ｒ/ｍｉｎ左右存在峰值?略大于優(yōu)化前?四檔加速單體優(yōu)化圖 四檔齒輪宏觀參數調整前后單體ＮＶＨ臺架測試對原左懸置側支架安裝螺栓距離較近剛度小?同時懸置軟墊對嘯叫階次隔振不足側懸置采用大懸置結構?以提高連接剛度?同時增加橡膠軟墊直徑通過對比測試得到側振動量級明顯降低?對改善車內嘯叫有利?如圖１２圖 ２０１５ＣＧ３５換檔優(yōu)換檔傳遞路徑優(yōu)化主要是增加換檔支架的橡膠隔振軟墊?以衰減變速器殼體振動通過向車內的傳遞?

整車加速三檔檔位齒輪３２階在１４００~１９００ｒ/ｍｉｎ轉速相對優(yōu)化前最大有５ＢＡ的降低?評價也發(fā)現車內嘯叫有約１分的提升?如圖１３所示

圖 經過優(yōu)化后?各檔位加整車嘯叫評價均在６７５分以上?三四檔相比優(yōu)化前的４５分有了顯著的提對以上所有方案集成?對采用優(yōu)化變速器的樣車進行整車嘯叫評價?優(yōu)化前后的整車嘯叫評價對比如圖１

高?二 整車ＮＶＨ性能品質圖１５和圖１６顯示各檔檔位階次聲壓級表現較好?階次噪聲與車內噪聲差值均在１６ｄＡ以上階次聲壓級在４０ＢＡ內且線性度好?檔位齒輪無嘯叫風險各檔主減階次噪聲與車內噪聲差值大部分轉速內在ＢＡ以上?且聲壓級低于ＢＡ由于背景噪聲對主減階次噪聲的掩蓋作用大車內不易感知出主減嘯叫２０１５ＣＧ ４１針對整車上表現出的三四檔嘯叫?通過從優(yōu)化減小變速器本體激勵和減低整車結構路徑對嘯叫的傳遞兩方面入手開展研究工作?找到最優(yōu)方案并解決了該變速器嘯叫問題整車嘯叫評價接近７分?改善了整車ＮＶＨ聲品質２結合變速器噪聲源識別和分離技術?綜合利用ＣＡＥ

仿真和試驗分析工具?梳理了變速器嘯叫產生機理和關鍵影響要素?建立起一套行之有效的解決變速器嘯叫的流程和方法?提升了變速器嘯品質設計驗證能力３變速器嘯叫是系統問題需從更深入和廣闊的角度開展研究?齒面嚙合動態(tài)傳遞誤差的識別懸置軟墊對齒輪高階參考文獻

ＴａｄａｓｈｉＴＡＫＥＵＣＨＩ?ＫａｚｕｈｉｄｅＴＩＧｅａｒＷｉＡｎａｌｙｓｉｓｗｉｔｈＶｉｒｔｕａｌＰｏｗｅｒＴｒａｉｎ[]ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ?２３~２８ＳａｒａｈＣｕｒｔｉｓ?ＪａｍｉｅＰｓＡｎＡｎａｌｙｔｉｃａｌｅｈｔｏｄｕｃｅＧｅａｒＷｉｎＮｏｉｓｅ?Ｉｎｃｌｕｄｉｎ