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摘 要：文章针对市场变速器产品存在啸叫现象进行了研究,通过建立试验评价方法、阶次分析、接触斑点分析,识别产生啸叫的主要动态激励,并通过优化齿轮设计参数、提高、控制制造精度,为变速器齿轮的改善提供了方法,使啸叫噪声源得到了有效控制.
关键词：机械式变速器；啸叫识别；整车试验；阶次谱分析；冲击激励；刚度激励
中图分类号： U467 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）16-0043-04
因市场反馈某SUV变速器2档滑行过程中有啸叫现象（发动机转速3000rpm以上行驶,收油门后发动机转速降至2500rpm时啸叫声起,随着转速降低啸叫声逐渐升高,转速降至2000rpm时啸叫声音量达到论文范文,转速进一步降低后,啸叫声逐渐降低,转速降至1500rpm时啸叫声基本消失）,为能够改善、杜绝该不良症状的发生,防止其它类似平台产品设计、验证投放市场后也出现该现象,致力于在产品验证初期,通过建立试验评价方法进行识别,通过设计齿轮结构优化进行控制、改善为目的.
1 啸叫产生机理
所谓啸叫是指音调类的噪声,经过介质传播、辐射后听了使人易于敏感,刺耳难受.啸叫主要是齿轮在载荷、转速传递过程中所受的激振力产生,激振力由啮合冲击激励、刚度激励和传动误差激励等构成.冲击激励主要是啮合齿轮的转入、转出时而产生的激励现象；刚度激励是由齿轮啮合刚度实时变化产生的动态啮合力,啮合力对变速器总成产生的动态激励现象；传递误差激励主要是齿轮在设计、加工和装配过程中形成的误差产生的激励现象；位移激励指齿轮实际轮廓和假想理想轮廓在时刻产生变形而导致的一种位移现象.变速器啸叫可能是内部激励源引起,也可能是变速器“困油”和“空蚀”润滑时产生的外部激励导致.激励源有周期性的,也有随机性的.在实际的变速器运转过程中有时同时存在各种激励源,所以必须对变速器系统的进行全面的分析研究,针对识别主要激励源进行优化、控制.
2 啸叫识别、分析
2.1 整车试验
2.1.1 整车测点布置
整车NVH噪声评价由专业检测驾驶人员对行驶过程进行评价,噪声测点一般布置在驾驶座椅两侧（2个声级传感器）,布置高度与驾驶员耳朵平齐为准.
2.1.2 检测
按下表驾驶测试程序进行检测,确定2档车内噪声.
2.1.3 分析对象及评价方法
变速器传动路线如图1所示,当变速器在2档工作时,经2级传动,2对啮合档轮在传递扭矩时,每对齿轮都生产噪声,通过变速器外部噪声测试和车内噪声测试比较,运用HEAD ArtemiS 9.0 噪声软件统计、跟踪分析,发现齿轮啮合噪声小于车内噪声10dB.
2.2 阶次谱分析
运用郎德声音数据采集系统采集整车内噪声,通过HEAD ArtemiS 9.0声音软件分析,变速器转速从1000r/min到3000r/min加速行驶时无啸叫现象（图2）.二档滑行行驶在2250r/min左右工况时,二档齿轮啮合噪声比整车车内变速器发生小1.5～2dB,因此能明显主观感受到二档滑行严重的啸叫声（图3）,由二档齿轮的啮合噪声引起.
2.3 结构分析2档动力传动路线如（图1）,变速器2档工作时主要由,输入轴、中间轴、2挡轮、4个轴承构成（2个深沟球轴承、2个圆柱滚子轴承）输入轴常啮合主动齿轮Z1齿数为28,中间轴常啮合从动齿轮Z2齿数为4 4,中间轴2档主动轮Z 4齿数2 1,
综合阶次分析数据和结构分析计算结果表明：变速器噪声源为2档齿轮副啮合噪声及支撑轴承运转噪声造成,轴承运转噪声又是齿轮啮合传递过程中扭矩分解径向力和轴向力产生的根源,因此变速器二档啸叫的主要原因为：2档从动轮和中间轴2档主动轮啮合时产生,是变速器啸叫的要因.2.4 齿面接触斑点分析
齿轮啮合画法:PRO/E齿轮啮合运动仿真
齿面的接触斑点是评价齿轮运转过程中啮合质量的有效方法,噪声的大小与齿轮接触斑点的大小、位置以及形状有着直接的关联,齿面接触好,则齿轮啮合噪音小.理想的接触斑点为齿宽b的80%,有效的高度的80%（图4）.为了能够检测出接触斑点的大小、位置和形状.采用红丹粉,将2档主、从动啮合齿轮副分别进行涂膜,安装到NVH试验台架上,轻微转动后进行观察,评价标准以齿面上摩擦的光亮痕迹为依据,以整个齿轮所有齿面接触斑点最小的接触斑点面积为齿轮副试验结果（图5、图6）.
经过接触斑点试验分析后,发现齿轮在反齿面接触斑点占有光亮面积少,经多次试验、检测发现造成这种接触斑点现象的主要原因为齿轮设计加工、过程存在制造误差,齿轮啮合时产生动态的激励现象,主要表现为误差激励源导致.
3 啸叫控制
3.1 齿轮结构优化设计
3.1.1 优化设计参数
经过识别2档啸叫主要由误差激励源和冲击激励源产生,现决定从齿数的设计参数方面进行调整：增大重合度 齿轮副的重合度指啮合过程中同时参加啮合的齿轮对数.根据德国尼曼教授的计算式,声压级与重叠系数的4次方成反比.所以首先增大重合度直接可以降低单对单啮合齿轮负载,降低齿轮啮入、啮出负载产生的冲击载荷,降低噪声；另外接触齿对数的增加,能够单个齿形成的传递误差被均化,降低动态产生激励.斜齿轮总重合度计算公式：
通过公式可知,齿宽b,螺旋角β,当其他参数不变的情况下,通过加大螺旋角和齿宽来增大齿轮啮合的重合度.如果压力角增大,齿轮间作用力的合力及垂直于齿面的分力也增大,所以适当调整压力角可以降低齿轮啮合噪声,但压力角太小,齿轮强度会降低.优化参数必须兼顾强度和噪声的双面要求.
3.1.2 侧隙的控制
齿轮侧隙是啮合齿轮副产生噪声的重要因素.侧隙的变动量是齿轮制造精度和装配的集中体现,直接反应齿轮运转的不均匀性.当变速器扭矩波动时,加速、减速和高速运转时,齿轮正反面交替变化,齿轮副啮合侧隙偏大将会引起敲击.载荷较高时,齿面件的啮合冲击突变上升,易产生啸叫.侧隙设计得太小,运转时装配误差、热变形、刚度变化等因素,使齿轮副出现干涉,干涉导致齿面间的挤压变大,使得噪声也突变增强.
综合考虑降低噪声的有效措施及制造、装配的可行性,将原啮合齿轮参数优化如下：
3.2 齿轮制造精度
3.2.1 齿形误差控制
齿形公差是端截面上,齿形工作部分内,包容实际齿形且距离最小的两条设计齿形间的法向距.齿形误差由于刀具齿形误差、分度机构和传动系统刚度不足导致.在单项误差中,对齿轮噪声影响最大.通常齿形误差大,噪声大.噪声大又主要受齿轮形状影响,当齿轮承受扭矩较大时,齿轮刚度变形往往大于齿形误差,实际啸叫2档齿轮的刚度、机械强度是足够的,因此齿形误差是控制的重要方面.
3.2.2 周节、基节误差控制
齿轮基节误差是指实际加工出来的齿廓与理想齿廓基节间位置的差值,它造成齿轮角速度突变以及弹性变形,齿轮啮入或啮出时,顶刃啮合产生干涉,产生噪声.由于从动轮的齿轮在啮合起点处弯曲最大,周节存在误差,噪声时大时小,而主动轮在啮合终点弯曲处最大,影响较小,所以因从2档从动轮处进行控制.
3.2.3 接触精度控制
齿面接触精度,决定噪声大小.影响齿轮接触精度主要有齿形误差、基节误差、齿向误差及中心距平行度误差等.齿形误差对齿轮噪声影响最大,其次为基节误差.各项误差对噪声影响直接与齿轮的转速有关系,从动齿轮转速变化快时,加速度大,产生噪声大.所以结合现有齿轮工艺将2挡轮、中间轴热处理前剃齿改为热后珩齿,并采用了珩鼓形齿的手板,有效的将齿轮精度等级从7级提高到6级,表面粗糙度控制在0.8.
4 改善分析
针对上述对中间轴、2档轮齿轮副参数进行了优化,将设计法向压力角、螺旋角、侧隙参数进行了调整、优化,采用热后珩齿,对齿轮的齿形、齿向、鼓形进行控制后,经多次整车和台架试验验证评价,2档啸叫激振源消失（图7）,结果表明该区域变速器齿轮啮合噪声正常,噪声得到明显改善,降低7dB,且经拆箱多次检测齿轮的接触斑点提高了10%.
5 结语
本文针对匹配某SUV变速器存在反拖松油门产生啸叫故障症状展开,通过噪声试验、阶次分析、接触斑点分析、识别出啸叫主要因素为啮合齿轮副啮合冲击导致,通过优化齿轮参数、调整齿轮加工工艺、提高齿轮制造、加工精度后,2档反托啸叫源消失,2档噪声降至72dB正常范围,使得变速器传动啮合噪声得到了改善.
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