基于阶谱分析的变速器啸叫研究

liuxianglong

　　本文针对某款国产轿车的变速器啸叫问题进行原因分析，通过阶谱分析法对国产样车和标杆样车进行实车测试。根据色谱图确定1档齿轮在13阶次和26阶次的啸叫点，找出对应噪声点的频率、转速和噪声值，最后根据测试结果提出对1档齿轮优化设计的改进方案。
　　随着汽车保有量越来越大，乘客对汽车舒适性和整车NVH性能要求也越来越高，汽车底盘传动系NVH问题已成为各大汽车厂和科研单位的重点研究课题，最常见的传动系统NVH问题有齿轮啸叫噪声、齿轮敲击噪声和轰鸣声等，其中齿轮啸叫噪声是较为常见的现象。本文主要以某国产家用轿车为对象，通过阶谱分析法对变速器啸叫问题进行研究，并根据分析结果提出改进措施。
　　原理分析
　　齿轮啸叫来源于变速器的传动误差，传动误差主要由静态传动误差和动态传动误差两部分组成。静态传动误差是实际生产的齿轮的齿形齿向与设计图纸的齿形齿向之间的加工误差，而动态传动误差是在齿轮传动过程中，齿轮副在相互啮合时偏离了理论啮合线，从而导致轮齿干涉、冲撞，振动传动到变速器外部结构的过程中产生共振而引发啸叫。齿轮激发的啸叫噪声，最终以结构噪声和空气噪声两种方式传递至车厢内，传递路径如图1所示。
　　

　　测试设备与方法
　　结合自主品牌产品对标开发思路，即新产品开发过程中会选择一款合资品牌车作为整个性能的参考和标杆，因此对该款国产车的变速器啸叫分析均是以同级别的某合资车为参考。整车测试要求样车经过初步磨合，磨合里程大于2000km；样车状态良好，车内不能有明显的异响。
　　1.测试设备
　　包括顶置声学测量设备、麦克风、耳机、三轴加速度传感器和CAN输入。
　　2.测点布置
　　包括车内噪声布点、驾驶员左右耳和振动测点共6个点，如图2所示。
　　

　　3.测试方法
　　（1）工况1 缓油门加速及带档滑行。从900r/min缓油门加速至额定转速，加速时间控制在2min左右。然后缓慢松油门，使发动机转速逐渐降低到900r/min以下，滑行时间也控制在2min左右。测试档位为1～6档。
　　（2）工况2 全油门加速及带档滑行。从900r/min全油门加速至额定转速，加速时间尽可能短。然后快速完全松开油门，使发动机转速快速降低到900r/min以下。测试档位为2～6档。
　　（3）工况3 转毂加载下全油门加速及带档滑行。转毂驱动轮各加载150N，从900r/min全油门加速至55%的额定转速，加速时间尽可能短。然后快速完全松开油门，使发动机转速快速降低到900r/min以下。测试档位为1～3档。
　　（4）工况4 转毂加载下全油门加速及带档滑行。转毂驱动轮各加载450N，从900r/min全油门加速至55%的额定转速，加速时间尽可能短。然后快速完全松开油门，使发动机转速快速降低到900r/min以下。测试档位为1～3档。
　　（5）工况5 转毂加载下全油门加速及带档滑行。转毂驱动轮各加载900N，从900r/min全油门加速至55%的额定转速，加速时间尽可能短。然后快速完全松开油门，使发动机转速快速降低到900r/min以下。测试档位为1～3档。
　　4.评价标准
　　要求各档噪声值≤45dB。
　　测试结果分析
　　对于旋转系统而言，测得的频谱信号已经证明旋转部件的振动频率值与转速成正比，并且Order＝f/n，其中Order为阶次；f为旋转部件旋转、振动频率；n为输入转速。
　　从文字上来理解，阶次即为在旋转体转动一周时，系统内各旋转件发生动作的次数，如齿轮啮合的次数。对于以齿轮传递为主的变速器而言，在一定转速下所能测得的每一个齿轮转动的频率信号f＝（主动齿轮）齿数×转速，结合公式，可知（主动齿轮）齿数＝噪声（振动）阶次。
　　

　　表为国产车和标杆车的齿轮信息，本文以实车测试中1档齿轮产生的啸叫为例进行分析，其他档位齿轮啸叫分析方法相同。
　　1档齿轮主动齿是13，由公式可知对应阶次为13，谐振阶次为26阶，图3显示的是1档齿轮车内噪声彩色图噪声和对应临界速度范围的彩色图。图3中13阶次的噪声斜线，两个显著噪声点为点1（2900r/min，630Hz）和点2（4700r/min，1020Hz）对应的红点。26阶次的显著噪声点为点3（4000r/min，1730Hz）对应的红点。
　　

　　由图4和图5可以看出相同工况下国产车和标杆车一档齿轮啸叫声的对比，红线为国产车噪声数据，蓝线为标杆车噪声数据。
　　图4为国产车和标杆车分别在1档13阶次对应的噪声图，可以看出在2900r/min时国产车噪声达到60dB，远高于标杆车的噪声水平；在4700r/min时国产车噪声为55dB，标杆车噪声为45dB，高出10dB。观察整条噪声曲线，国产车的噪声水平均高于标杆车。
　　图5为国产车和标杆车分别在1档26阶次对应的噪声图，在4000r/min时国产车噪声为46dB，标杆车噪声为30dB，高出16dB。观察整条噪声曲线，国产车的噪声水平均高于标杆车。
　　

　　结语
　　通过在特定工况下对试验车辆的车内噪声进行测量，以阶谱分析和振动传递路径的分析手段，我们找出了车辆变速器的啸叫噪声的原因，为下一步最终解决变速器啸叫噪声打下了基础。通过本测试分析可以得出以下结论。
　　1.齿轮啮合激励
　　试验样车的1档齿轮啸叫噪声是由于齿轮啮合激励，并以空气噪声的方式传递到车内。通过国产样车与标杆样车的对比试验，可以找到噪声差距并制定啸叫噪声改进目标。
　　下一步需要对1档齿轮设计进行优化改进，重点解决13阶次和26阶次的啸叫噪声，主要考虑：
　　（1）齿轮的宏观几何(齿形、齿向、模数和压力角等)；
　　（2）齿轮的拓扑结构(设计和制造等)；
　　（3）从变速器到整车的噪声传递函数；
　　（4）变速器壳体以及外部控制系统或发动机悬置的固有频率。修改（1）和（2）中能减少齿轮的激励误差，修改（3）和（4）中能减小从变速器壳体传到车身再传到乘客耳中的噪声。
　　2.阶谱分析方法
　　阶谱分析方法在变速器NVH研究方面的成功运用，简单直观地描述出转速、振动频率和噪声之间的关系，方便对齿轮的噪声振动进行分析，为寻找根本原因和最终解决问题提供了解决方法。
　　

让心飞一会

very good！

chen123huan

写的不错，这是常规分析方法