某型新能源汽車變速器噪聲優(yōu)化策略研究

賀民 廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校

在汽車保有量不斷增加、能源耗損量及汽車尾氣排放的影響趨于明顯的情況下，新能源汽車順勢出現(xiàn)。新能源汽車通常采用動力電池、乙醇、氫等清潔能源作為驅(qū)動力，相對于傳統(tǒng)的燃料汽車有天然的優(yōu)勢，在汽車行駛階段不產(chǎn)生或少產(chǎn)生CO2和有害顆粒物的排放[1]。新能源汽車在行駛時由于沒有了內(nèi)燃機(jī)噪聲，驅(qū)動電機(jī)和整車傳動系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲很容易被突顯出來。特別是變速器的噪聲，這極大的影響了消費者的乘坐舒適性，甚至?xí)绊懙狡囘\行的可靠性[2,3]。無論是從車企還是從消費者的角度出發(fā)，變速器噪聲優(yōu)化都是一個重要的研究課題。從而深入研究變速器噪聲的產(chǎn)生機(jī)理并據(jù)此提出相應(yīng)的噪聲優(yōu)化策略對于改善新能源汽車的行駛可靠性和提高用戶滿意度都有著非常重大的意義。本文針對某型新能源汽車，分析了其變速器噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，并據(jù)此從聲源和噪聲傳遞路徑兩個角度出發(fā)提出了優(yōu)化方法。

一、變速器產(chǎn)生噪聲原因分析

變速器是由各種齒輪組成的齒輪傳動系統(tǒng)，由于齒輪等零部件在生產(chǎn)制造和裝配過程中會出現(xiàn)不可避免的誤差，并且受使用條件和使用環(huán)境等外部因素的影響，汽車變速器在工作時會出現(xiàn)不規(guī)則振動和發(fā)出異常噪聲的現(xiàn)象。

（一）齒輪振動引起的噪聲

齒輪發(fā)出的噪聲是汽車變速器的主要噪聲來源，相互嚙合的齒輪對在運轉(zhuǎn)過程中會發(fā)生比較嚴(yán)重的摩擦和碰撞。在實際生產(chǎn)過程中，齒輪不可能完全避免生產(chǎn)制造誤差和裝配誤差，另外在各種載荷的影響下齒輪還可能發(fā)生變形，這些不可規(guī)避的因素與變形會影響齒輪的穩(wěn)定運行狀態(tài)，使得齒輪對轉(zhuǎn)動時相對位置出現(xiàn)偏差，相互嚙合的齒輪對出現(xiàn)嚴(yán)重摩擦和碰撞，進(jìn)一步產(chǎn)生噪聲。

（二）軸承振動引起的噪聲

變速器軸承在工作時，通常是外環(huán)和軸承底座相互連接，內(nèi)環(huán)和變速器齒輪軸相互連接并跟隨軸同步運動。由于軸承自身的結(jié)構(gòu)特性、制造及裝配誤差和運行過程中所產(chǎn)生的各種偏差等導(dǎo)致其內(nèi)部出現(xiàn)激勵力的作用，同時軸承上零部件運轉(zhuǎn)以及在外力的作用下出現(xiàn)外部激勵力作用，內(nèi)部激勵力和外部激勵力對軸承、支座和變速器箱體組成的系統(tǒng)產(chǎn)生作用，從而使得軸承體系出現(xiàn)振動并發(fā)出噪聲。

（三）變速器箱體產(chǎn)生的噪聲

變速器箱體的振動是一個復(fù)雜且難以準(zhǔn)確預(yù)測的隨機(jī)振動過程，齒輪軸的周期性扭振、齒輪副之間的摩擦和碰撞振動以及軸承滑動所引起的振動，經(jīng)軸承座傳遞到變速器箱體，進(jìn)而激發(fā)變速箱體出現(xiàn)不規(guī)則振動和噪聲。而且變速箱箱體的面積較大，因此會產(chǎn)生較大的輻射噪聲。

二、變速器噪聲優(yōu)化策略研究

通過以上分析可知，齒輪制造和裝配中的誤差，以及齒輪載荷的變化等因素共同形成激振力，使齒輪出現(xiàn)周向扭轉(zhuǎn)振動，從而產(chǎn)生噪聲，這是新能源汽車變速器的主要噪聲來源，并且振動經(jīng)過變速器懸置時被進(jìn)一步放大。本文從噪聲產(chǎn)生源頭和傳遞路徑兩個角度提出了優(yōu)化方法。

（一）從噪聲源的角度優(yōu)化

變速器產(chǎn)生振動噪聲的源頭在于齒輪傳動系統(tǒng)的非理想化運行，系統(tǒng)在內(nèi)部激勵力與外部激勵力的共同作用下發(fā)出噪聲。降低齒輪對的接觸嚙合力需要降低齒輪傳動系統(tǒng)所受到的總力，合理配置各級速比。變速器齒輪傳動系統(tǒng)所受到的外部激勵力來源主要是負(fù)荷產(chǎn)生的扭矩波動。相對來說，降低負(fù)荷帶來的扭矩波動的難度比較大，因此降低齒輪傳動系統(tǒng)的內(nèi)部激勵就成為減弱變速器噪聲的一個重要的切入點。針對某型新能源汽車變速器，優(yōu)化了其兩級減速之間的速比分配，增加了齒輪齒數(shù)加大重合度的同時改進(jìn)了制造工藝，優(yōu)化了齒輪傳遞誤差。

（二）從傳遞路徑的角度優(yōu)化

動力減振器能夠在一定的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)使振動衰減的作用，其具有簡單方便、不需要改變原始零部件等優(yōu)點，可用于改變零部件模態(tài)頻率特性，從而避開響應(yīng)敏感頻率達(dá)到優(yōu)化振動噪聲的目的[4]。針對變速器懸置支架局部的振動特性，在變速器懸置支架，即變速器懸置被動端罩殼上增加動力吸振器，改善特定轉(zhuǎn)速段的共振。此外，對該型變速器還增加了聲學(xué)包裹，以減弱向外輻射的噪聲。結(jié)果表明，變速器懸置支架增加動力吸振器后共振帶明顯發(fā)生了偏移，避開了常用轉(zhuǎn)速范圍，同時聲學(xué)包裹有效降低了向外輻射的噪聲。

綜合使用上述措施后，該型新能源汽車變速器不同檔位的臺架實測噪聲降低2.5-6.7 dB（A），同時在整車測試中對駕駛員及乘員人耳處的噪聲貢獻(xiàn)也明顯減弱。

三、結(jié)論

在能源損耗日漸嚴(yán)重的形勢下，越來越多的人選擇了更為清潔、環(huán)保的新能源汽車。隨著各汽車企業(yè)的競爭愈加激烈化，社會對車輛的振動和噪聲性能提出了更嚴(yán)格的要求。本文針對某型新能源汽車，探究了變速器運作時產(chǎn)生異常噪聲的一些原因，并且從噪聲產(chǎn)生的源頭和傳遞路徑兩個角度提出了優(yōu)化方法。通過控制齒輪、軸承制造及裝配誤差、優(yōu)化速比，減小了變速器工作時所產(chǎn)生的內(nèi)部激勵，達(dá)到了從噪聲源降噪的目的；在變速器支承支架增加動力吸振器，使支架固有頻率發(fā)生變化，避開了常用轉(zhuǎn)速段，同時增加的聲學(xué)包裹減弱了變速器的輻射噪聲，優(yōu)化后車內(nèi)噪聲得到明顯改善。