某輕型車變速器怠速異響分析優(yōu)化

楊允輝，燕逸飛，黃從奎（安徽江淮汽車股份有限有司，安徽 合肥 230601）

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某輕型車變速器怠速異響分析優(yōu)化

楊允輝，燕逸飛，黃從奎
（安徽江淮汽車股份有限有司，安徽 合肥 230601）

文章首先闡述了整車怠速工況變速器敲擊異響產(chǎn)生的機(jī)理，從產(chǎn)生的激勵(lì)源、響應(yīng)部件以及傳遞路徑三個(gè)方面分析解決的措施，從而得出解決此問(wèn)題最為有效的方法措施。同時(shí)經(jīng)過(guò)對(duì)比測(cè)試，從測(cè)試數(shù)據(jù)上驗(yàn)證了優(yōu)化措施的有效性，變速器怠異響問(wèn)題得到很好的改善和解決。

變速器；怠速異響；轉(zhuǎn)速波動(dòng)；預(yù)減振

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.088

CLC NO.: U463.51Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-255-04

引言

隨著人們生活水平的提高、消費(fèi)觀念的提升，消費(fèi)者對(duì)汽車駕駛舒適性能要求越來(lái)越高，整車NVH性能成為顧客較為關(guān)注重要部分。怠速工況變速器敲擊異響是影響整車NVH性能的一部分。本文通過(guò)變速器怠速異響原因分析，方案對(duì)策的實(shí)施驗(yàn)證，有效解決變速器怠速異響問(wèn)題。

1、問(wèn)題現(xiàn)象及測(cè)試

在某輕型卡車在試制試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速工況下，不踩離合踏板時(shí)，變速箱部位存在高頻“噠噠噠”異響聲，踩下離合踏板則此異響聲消失。針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象為了判斷驗(yàn)證異響的來(lái)源，我們對(duì)整車進(jìn)行了振動(dòng)傳輸測(cè)試，具體原理如下圖1所示，在飛輪殼上正對(duì)習(xí)輪齒圈的位置打孔，裝上傳感器，在變速器箱體上正對(duì)常嚙合齒輪位置打孔，裝上傳感器，分別測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)和變速器齒輪的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。同時(shí)在變速器箱體的外側(cè)中間位置聲音傳感器，測(cè)試怠速工況下踩與不踩離合變速器怠速異響的噪聲值和聲壓級(jí)。

由上圖2可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)⊿NE為23.4rpm，而變速器的轉(zhuǎn)速波動(dòng)機(jī)⊿NM為14.4rpm，現(xiàn)行品在各個(gè)工況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)的衰減率（傳遞率）為14.4/23.4=62%

由圖3變速器近場(chǎng)噪聲聲壓級(jí)測(cè)試數(shù)據(jù)可以看，怠速工況狀態(tài)下不踩離合與踩離合狀態(tài)對(duì)比，400～3000Hz頻帶噪聲差別明顯，總聲壓級(jí)差別約5.5dB(A)。

2、變速器怠速異響產(chǎn)生的機(jī)理

變速器怠速異響產(chǎn)生及傳遞如下圖4所示，發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒氣體的壓力和活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的周期性慣性力，使得扭矩成周期性波動(dòng)變化，經(jīng)過(guò)離合器傳遞到變速箱嚙合齒輪。由于齒輪間存在間隙，而非承載齒輪副從動(dòng)輪處于隨動(dòng)狀態(tài)，將引起齒輪的敲擊。齒輪間的敲擊振動(dòng)，通過(guò)齒輪軸和軸承等傳遞到變速箱體，引起殼體的薄壁振動(dòng)，產(chǎn)生變速箱近場(chǎng)噪聲，通常此敲擊噪聲在踩離合踏板后消失，松開離合踏板則噪聲又重復(fù)出現(xiàn)。

3、分析及措施

根據(jù)變速器怠速異響問(wèn)題產(chǎn)生的機(jī)理和測(cè)試結(jié)果分析，解決此問(wèn)題無(wú)非是從激勵(lì)源、響應(yīng)部件、傳遞路徑三個(gè)方面進(jìn)行著手解決。

3.1激勵(lì)源（發(fā)動(dòng)機(jī)）

激勵(lì)源（發(fā)動(dòng)機(jī)）一般分為本身的異響和振動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)在低速（特別是怠速）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，輸入同樣波動(dòng)較大，此種波動(dòng)會(huì)通過(guò)離合器傳遞到變速器引起變速器內(nèi)部齒輪嚙合的敲齒聲。從激勵(lì)源頭出發(fā)減小轉(zhuǎn)速波動(dòng)是根本，但發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的部件，減小這發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速的波從技術(shù)及成本上花費(fèi)都將是很大的，故把發(fā)動(dòng)機(jī)的本身激勵(lì)源的轉(zhuǎn)速波動(dòng)作為后期長(zhǎng)期的一個(gè)優(yōu)化項(xiàng)目。

3.2響應(yīng)部件（變速器）

從變速器對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)模式出發(fā)，從以下三個(gè)方面對(duì)變速器進(jìn)行優(yōu)化：

3.2.1減小齒輪的側(cè)隙

齒輪側(cè)隙對(duì)敲擊力的影響并不大，0.12mm齒隙與0.20mm齒隙相比，敲力有所減?。贿M(jìn)一步減小齒隙到0.07mm，敲擊力反而有增大的趨勢(shì)（如圖5）.此處通過(guò)非承載齒輪副輪齒之問(wèn)的相對(duì)位移來(lái)解釋這種現(xiàn)象.由計(jì)算結(jié)果可知，非承載齒輪產(chǎn)生兩側(cè)敲擊，當(dāng)輪齒之間的相對(duì)位移為0時(shí)，發(fā)生一次正面敲擊；當(dāng)齒輪之間的相對(duì)位移為最大齒隙時(shí)，發(fā)生一次反面敲擊.另外，齒隙越大，每一次敲擊時(shí)損失的能量越大，從而單次敲擊產(chǎn)生的敲擊力越大可知，敲擊力的大小應(yīng)該綜合齒隙和敲擊次數(shù)考慮.當(dāng)齒隙減小時(shí)，雖然單次損失的能量變小，但單位時(shí)間內(nèi)敲擊的次數(shù)增加，單位時(shí)間內(nèi)可能比齒隙較大時(shí)損失的能量更多，產(chǎn)生的敲擊力更大.因此，齒隙應(yīng)該優(yōu)化到一個(gè)最合理的值.同是驗(yàn)證把齒輪側(cè)隙減小由原來(lái)的0.10mm減小到0.05mm，通過(guò)變速器近場(chǎng)噪聲的測(cè)試，怠速工況狀態(tài)下不踩離合與踩離合狀態(tài)對(duì)比，400～3000Hz頻帶噪聲差別明顯，總聲壓級(jí)差別約6dB(A)（如下圖6），無(wú)改善效果。

3.2.2提高變速器齒輪加工精度

變速器異響主要發(fā)和在齒輪之間的撞擊，通常認(rèn)為齒面精度對(duì)聲音是有一定的影響的，據(jù)此對(duì)變速器齒輪加工精度進(jìn)行了調(diào)整，由原來(lái)的剃齒加工（7級(jí)精度）優(yōu)化改為磨齒（6級(jí)精度），并裝車驗(yàn)證，其結(jié)果顯示傳動(dòng)聲音音質(zhì)有所改善，但異響依然存在。怠速工況狀態(tài)下不踩離合與踩離合狀態(tài)對(duì)比，400～3000Hz頻帶噪聲差別明顯，總聲壓級(jí)差別約6dB(A)（如下圖7），改善效果不明顯。

3.2.3減小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

根據(jù)理論分析，齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，在受到振動(dòng)的激勵(lì)沖擊中，對(duì)激勵(lì)沖擊的響應(yīng)就越明顯，體現(xiàn)出來(lái)的齒輪敲擊異響聲就越明顯，對(duì)此針對(duì)變速器中一些較大的齒輪進(jìn)行降重，在如下圖中的對(duì)稱部位進(jìn)行打孔減重從而減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通過(guò)樣件裝車驗(yàn)證，怠速工況狀態(tài)下不踩離合與踩離合狀態(tài)對(duì)比，400～3000Hz頻帶噪聲差別明顯，總聲壓級(jí)差別約5dB(A)，無(wú)明顯改善效果。

3.3傳遞路徑（離合器減振機(jī)構(gòu)）

在怠速狀態(tài)下，傳動(dòng)系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)主質(zhì)量和一個(gè)簡(jiǎn)單的彈簧阻尼系統(tǒng)（如下圖8）。由于從動(dòng)部分的質(zhì)量只有輸入軸及里面轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪，相對(duì)掛擋時(shí)整個(gè)汽車成為從動(dòng)質(zhì)量小很多。這個(gè)低質(zhì)量的從動(dòng)部分沒(méi)有足夠質(zhì)量來(lái)作自然減振。所以需要調(diào)整系統(tǒng)剛度來(lái)進(jìn)行減振。根據(jù)理論分析此剛度非常低，并不能在離合器的主減振中實(shí)現(xiàn)，所以調(diào)整離合器預(yù)減振及阻尼系統(tǒng)。

系統(tǒng)本身會(huì)有固有頻率，而這個(gè)頻率可以通過(guò)計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)各部分的振動(dòng)特性及扭轉(zhuǎn)慣量和硬度進(jìn)行模擬。當(dāng)?shù)∷兕l率超過(guò)系統(tǒng)固有頻率的頻率比例系統(tǒng)將成為減振，之前則是激勵(lì)作用。系統(tǒng)剛度如果真的在激勵(lì)區(qū)域，提高系統(tǒng)阻尼將可以把激勵(lì)幅度降低。見(jiàn)下圖9

N0-共振轉(zhuǎn)速（r/min）KD-減振器的剛度（Nm/°），IM-變速器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2)，n-汽缸數(shù)。

下圖10及表1為原匹配狀態(tài)離合器減振及阻尼系統(tǒng)曲線及相關(guān)參數(shù)表，怠速時(shí)扭矩容量一定，在不同的工況下怠速扭矩不同，實(shí)際使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)離合器有跳躍音出現(xiàn)：

表1　原狀態(tài)離合器減振系統(tǒng)參數(shù)

根據(jù)理論分析及模擬計(jì)算，調(diào)整離合器減振及阻尼系統(tǒng)曲線及相關(guān)參數(shù)表如下圖11及表2采用多段化剛度設(shè)定，提高怠速段的扭矩容量，同時(shí)降低一段滯后，以提高減振效果，改善跳躍音造成的怠速異響。

表2　改善品離合器減振系統(tǒng)參數(shù)

4、效果測(cè)試驗(yàn)證

一般來(lái)說(shuō)，優(yōu)化變速器怠速措施方面，要降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)或者減小花鍵、齒輪間隙是很困難的，花費(fèi)的代價(jià)很大且效果有限，根據(jù)理論分析的初步結(jié)論，調(diào)整離合器減振及阻尼系統(tǒng)是比較可行的方案，通過(guò)制作樣件裝車測(cè)試結(jié)果如下圖12：

由圖12可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)⊿NE為23.8rpm，而變速器的轉(zhuǎn)速波動(dòng)機(jī)⊿NM為5.6rpm，優(yōu)化離合器減振阻尼系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)的衰減率（傳遞率）為5.6/23.8=24%同時(shí)由圖13變速器近場(chǎng)噪聲聲壓級(jí)測(cè)試數(shù)據(jù)可以看，換廣角離合器后，冷機(jī)怠速踩離合與不踩離合400～3000Hz頻帶變速器近場(chǎng)噪聲基本相同。其中踩離合比不踩離合離合器近場(chǎng)噪聲下降約1dB(A)，原狀態(tài)踩離合比不踩離合下降約5.5dB(A)。

同時(shí)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)怠速變速器齒輪敲擊異響基本消除，優(yōu)化改善非常明顯。

5、總結(jié)

經(jīng)過(guò)對(duì)變速器怠速異響噪聲產(chǎn)生的機(jī)理過(guò)程分析，通過(guò)優(yōu)化調(diào)整離合器參數(shù)（遲滯阻尼和剛度）達(dá)到優(yōu)化改善變速器怠還噪聲的效果，得到以下結(jié)論：

合適的離合器剛度有利于衰減發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，從而降低非承載齒輪的敲擊，因此在滿足扭矩和可靠性等要求的前提下，應(yīng)調(diào)整離合器剛度在減振區(qū)域。

由于整車及發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況的存在，離合器怠速段預(yù)減振系統(tǒng)剛度應(yīng)采用多段化剛度設(shè)定，提高怠速段的扭矩容量，以優(yōu)化減振效果，改善跳躍音造成的怠速異響

相對(duì)于離合器遲滯阻尼和剛度，齒輪齒隙對(duì)敲擊力的影響不是很大從總的趨勢(shì)上看，適當(dāng)減小齒隙有利于減小敲擊力，但過(guò)多地減小齒隙敲擊力反而會(huì)有增大的趨勢(shì)。

[1]徐石安,江發(fā)潮.汽車離合器.北京:清華大學(xué)出版社,2005.

[2]龔兵,潘甫生,常輝,鄧曉龍.手動(dòng)變速箱rattle噪聲的仿真和試驗(yàn).計(jì)算機(jī)輔助工程,2013年10月.

[3]王望予.汽車設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社,2004..

[4]王春華.汽車手動(dòng)變速器怠速敲擊噪聲診斷與優(yōu)化.輕型汽車技術(shù),2016年第1期.

A light vehicle transmission idle sound analysis optimization

Yang Yunhui,Yan Yifei,Huang Conggui
（Anhui Jianghuai Automotive Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

This paper first describes the abnormal sound of the vehicle in the idle condition.The solutions are analyzed from three aspects: the source of the excitation,the response components and the transfer path.The most effective method to solve this problem is obtained.At the same time through the comparison test the effectiveness of the optimization measures is verified.The transmission idle noise is improved and solved.

Transmission; Idle abnormal noise; Rotational fluctuation; Idle vibration

U463.51

A

1671-7988（2016）08-255-04

楊允輝（1983-），男，底盤設(shè)計(jì)主管，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事整車離合器及操縱、變速器及操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。