箱體內(nèi)涂層對變速器噪聲影響試驗研究

王恩鵬 張林濤 李旭偉

摘 要：現(xiàn)代汽車行業(yè)對于汽車舒適性高度重視，乘坐舒適性是汽車給予我們的第一感受，目前商用車舒適性要求也越來越高，傳動系統(tǒng)尤其是變速器降噪已成為越來越多汽車生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的方向。因此本文對于某商用車變速器箱體內(nèi)部涂層對變速器噪聲的影響進行了試驗研究。

關(guān)鍵詞：變速器;涂層;噪聲

當(dāng)今的汽車消費者關(guān)注的是汽車的乘坐的舒適度，隨著科技的提高，現(xiàn)如今汽車領(lǐng)域技術(shù)也在逐步提升，比如說更多的車裝配主動降噪功能，這樣更能顯示更加高端，也能滿足消費者的認可度。變速器的噪聲水平可以從客觀上反映變速器的工作狀態(tài)，而成為其質(zhì)量檢測的指標(biāo)之一。變速器在工作中，內(nèi)部構(gòu)件，如齒輪、軸承等，不斷產(chǎn)生振動沖擊，當(dāng)有故障存在時，其振動強度增大，噪聲水平超標(biāo)。本文對于變速器箱體內(nèi)部有涂層能否起到降噪作用做出了研究。

1 汽車變速器噪聲來源與種類

1.1 變速器主要噪聲來源

汽車變速器是整車中極為重要的汽車零部件，主要由變速傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成。這些機構(gòu)在運動時難免會產(chǎn)生摩擦、碰撞和發(fā)熱等狀況，這也是汽車變速器總成產(chǎn)生噪聲的源頭[3]。其中齒輪嚙合振動、傳動軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)等都是影響汽車變速器噪聲的重要因素。但在汽車變速器中噪聲的來源主要是由齒輪動態(tài)碰撞產(chǎn)生噪聲，換擋變速時，一對齒輪分離，另一對齒輪嚙合時產(chǎn)生的噪聲，傳動軸工作時發(fā)出的噪聲，軸和軸承相對運轉(zhuǎn)時發(fā)出的噪聲，軸承內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的噪聲等。所以，目前變速器內(nèi)部齒輪都采用斜齒輪傳動，這樣有效的改善噪聲以及傳動平穩(wěn)性。

齒輪嚙合動態(tài)激勵是齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲的主要原因。

1.2 汽車變速器噪聲種類

在變速器總成中，根據(jù)產(chǎn)生噪聲以及振動狀態(tài)不同的零部件，可將變速器總成的噪聲分為以下幾點：

1）在變速器總成內(nèi)，齒輪沖擊是噪聲的主要來源;齒輪工作時相互擠壓碰撞因而產(chǎn)生震動，震動導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生。齒輪副間隙會發(fā)生敲擊聲，這種噪聲在低載荷時尤為突出，而隨著載荷增高這種敲擊聲會逐漸減小，但是隨著齒輪的嚙合，沖擊聲也會逐漸升高。

2）齒輪軸以及支撐軸承剛性不足會在工作時產(chǎn)生彎曲振動，齒輪軸加工誤差，質(zhì)地不均勻旋轉(zhuǎn)時會伴有震動因而產(chǎn)生噪聲。軸承表面摩擦力的局部變化、外部激勵的輸入等是使軸承產(chǎn)生噪聲的主要原因。軸承精度、安裝條件、使用條件是影響軸承噪聲的主要原因。

3）聲音在固體中傳播速度最快，所以變速器箱體也是噪聲的來源，變速器箱體本身并不會自我激勵，箱體噪聲是變速器殼體在外部激勵作用下振動而產(chǎn)生的噪聲輻射。

2 涂層降噪的應(yīng)用

降噪主要是通過優(yōu)化設(shè)計降低源頭聲壓值以及在傳遞過程中進行隔絕兩個方面實現(xiàn)。利用結(jié)構(gòu)動力修改的理論和方法，改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率，讓其遠離動態(tài)激勵頻率，避免產(chǎn)生共振。

聲音的傳播需要介質(zhì)，固體、液體、氣體都能傳聲，都能作為介質(zhì)，因為介質(zhì)的不同，聲音的傳播速度也就不同，一般遵循的原則：固體>液體>氣體，所以不難看出，聲音的傳播速度在固體中是最大的。所以在汽車變速器中，箱體的設(shè)計對于隔音降噪方面來說尤為重要。

涂層的降噪作用已在汽車整車NVH研究中得到驗證。此次研究變速器箱體內(nèi)壁和軸承接觸的部分添加一定厚度的涂層，期望一方面可以改變箱體的固有頻率及模態(tài)，避免共振，另一方面能夠在聲音的傳遞路徑上阻斷聲音傳播。

3 變速器噪聲測試

3.1 測試設(shè)備與使用儀器

本試驗測試所用試件以國產(chǎn)某商用車6擋變速器進行分析研究，兩件分別是箱體內(nèi)部帶涂層和內(nèi)部不帶涂層;使用設(shè)備為國產(chǎn)傳動部件可靠性試驗臺（三電機試驗臺）;所用數(shù)據(jù)采集儀可測量振動、噪聲、扭振、轉(zhuǎn)速等多種信號;4個電容式聲壓傳感器（G.R.A.S.46AE），頻響范圍5-10kKz，最大測量聲壓級138dB;2個進口轉(zhuǎn)速編碼器;國產(chǎn)半消聲室一臺，半消聲室背景噪聲<45dB。

3.2 試驗測試方法

將變速器按實車狀態(tài)安裝在半消聲室內(nèi)，根據(jù)設(shè)計要求加注定量潤滑油，通過十字萬向節(jié)傳動軸與傳動部件可靠性試驗臺連接，在輸入和輸出端法蘭盤工裝上分別安裝轉(zhuǎn)速編碼器實現(xiàn)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)輸出，在變速器輸入端、輸出端、箱體上方、箱體側(cè)方300mm處布置聲壓傳感器，設(shè)置測試通道，測試現(xiàn)場布置見圖1。

根據(jù)提供的兩臺變速器檔位設(shè)計參數(shù)制定了穩(wěn)態(tài)工況和勻加速工況試驗工況，詳細見表1和表2。

按照各檔位對應(yīng)扭矩和轉(zhuǎn)速開始試驗，測試時每一步工況達到設(shè)計數(shù)值后維持一或兩分鐘穩(wěn)定后再進行噪聲測試，為了保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集的數(shù)據(jù)更好，全部測試結(jié)束后通過數(shù)據(jù)分析，來對比測試結(jié)果各檔位的聲壓值，對于箱體內(nèi)部有無涂層是否能起到降噪作用。

4 變速器噪聲測試結(jié)果分析

試驗全部結(jié)束后經(jīng)過數(shù)據(jù)分析軟件分析后得出以下對比圖：

A）穩(wěn)態(tài)工況：

通過數(shù)據(jù)分析可看出穩(wěn)態(tài)時的3檔聲壓值趨近相等，加速時1擋聲壓值相等，其他檔位箱體內(nèi)部未有涂層比內(nèi)部有涂層聲壓值微高，從此得出內(nèi)部有涂層能起到對于變速器總成降噪作用，但是降噪能力有限;結(jié)合變速器噪聲產(chǎn)生原因及測試結(jié)果分析對其變速器總成箱體的降噪設(shè)計提出以下幾方面建議：

A.對于箱體進行加強筋的位置進行處理，來達到降噪的效果。

B.目前大多數(shù)箱體材料都是由以往的鑄鐵改為鋁合金。鋁合金材料優(yōu)點質(zhì)量輕但是吸振阻壓性能較差，可在生產(chǎn)過程中加入適當(dāng)添加劑來改善其性能。

D.在變速器箱體內(nèi)表面上涂抹相應(yīng)的吸音材料來實現(xiàn)降噪目的。

5 結(jié)論

本文通過對變速器噪聲測試進行試驗，分析了測試后兩種變速器的噪聲數(shù)據(jù)，并總結(jié)出如下結(jié)論：

1）加速工況下，1擋未有涂層的變速器噪聲比有涂層的變速器噪聲小，但差距不是很大。

2）通過數(shù)據(jù)能看出有涂層的變速器噪聲比未有涂層的變速器噪聲小，箱體內(nèi)部有涂層能起到降噪作用，但是降噪的能力有限。

3）提出變速器降噪箱體設(shè)計建議。

參考文獻：

[1]王華慶.汽車變速器噪聲源識別及噪聲.控制研究，2019.

[2]龍月泉，石曉輝，施全.基予階次跟蹤的變速器噪聲源識別，2009.

[3]施鴻煒.汽車變速器總成的噪聲源及降噪措施.

[4]基于振動噪聲的汽車變速器優(yōu)化設(shè)計.