變速箱內(nèi)噪聲仿真研究

田春雨 張繼東 王巧玉 信國(guó)慶

摘 要：文章以某手動(dòng)擋車型5檔同步嚙合變速箱作為研究對(duì)象，分析汽車變速箱產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的原因。對(duì)變速箱整體部件進(jìn)行噪聲仿真分析，利用聲固耦合對(duì)變速箱進(jìn)行外部場(chǎng)域單向耦合，考慮噪聲的傳播途徑、分布情況以及具體頻率，得到變速箱的箱體外表面聲壓級(jí)分布情況和噪聲輻射等聲學(xué)特性。

關(guān)鍵詞：變速箱;聲固耦合;噪聲輻射

中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）14-101-03

Abstract： In this paper， the 5-speed synchromesh gearbox of a manual transmission is taken as the research object. The reason of the noise of the automobile gearbox is analyzed. The software carries on noise simulation analysis to the whole parts of gearbox， and using the sound-solid coupling to carry on the external field one-way coupling to the gearbox， taking into account The acoustic characteristics of the gearbox， such as the distribution of sound pressure level on the external surface and noise radiation， are obtained.

Keywords： Gearbox; Sound-solid coupling; Noise radiation

CLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）14-101-03

1 引言

在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)變速箱向車輪傳遞的過程中，傳動(dòng)系中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件會(huì)發(fā)生摩擦、擠壓等物理現(xiàn)象，導(dǎo)致零件之間發(fā)生振動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)噪聲，變速箱噪聲占傳動(dòng)系噪聲的40%，因此變速箱的噪聲產(chǎn)生機(jī)理研究有重要價(jià)值[1-2]。

2 模型定義

圖1為手動(dòng)檔車輛的5檔變速箱模型，本文研究箱體中齒輪產(chǎn)生的振動(dòng)輻射引發(fā)噪聲的情況。對(duì)變速箱進(jìn)行多體分析，計(jì)算變速箱內(nèi)部聲壓場(chǎng)和外部輻射聲壓。

2.1 單向耦合

當(dāng)研究對(duì)象符合耦合多體/結(jié)構(gòu)和聲學(xué)物理時(shí)，如果外部流體是空氣等輕流體，則可以假設(shè)單向耦合。此時(shí)變速箱箱體的振動(dòng)會(huì)影響周圍的部分流體場(chǎng)域，而聲波對(duì)變速箱箱體結(jié)構(gòu)的反饋則會(huì)被忽略。

在一定的頻率范圍之內(nèi)執(zhí)行聲學(xué)分析，變速箱的箱體外耦合一個(gè)半徑0.75m球形聲場(chǎng)，在耦合模型中加入兩個(gè)探針來檢測(cè)單向耦合條件下的聲壓級(jí)。

2.2 模型參數(shù)

選擇空氣作為領(lǐng)域的填充材料，激勵(lì)頻率的范圍取1000 Hz～3000 Hz，步長(zhǎng)為5Hz。

2.3 邊界條件設(shè)定

球域邊界設(shè)置為球面波輻射，變速箱所有邊界設(shè)為硬聲場(chǎng)邊界。

3 噪聲計(jì)算

變速箱箱體上的法向加速度作為噪聲源被施加在空氣場(chǎng)域的內(nèi)部邊界上。通過計(jì)算得到耦合空氣場(chǎng)域內(nèi)和變速箱箱體表面上的聲壓級(jí)[3]。變速箱箱體及球域內(nèi)的聲壓級(jí)如圖3所示。

從圖3中可以看出在噪聲傳播的過程中不同位置的外部聲壓級(jí)是不同的，在齒輪的嚙合基本頻率左右的附近的2000Hz時(shí)，鉸鏈支撐處所在的平面（y-z面）聲壓級(jí)較大，與鉸鏈支撐面垂直的平面（x-y面）聲壓級(jí)較小，即齒輪的基本嚙合頻率對(duì)振動(dòng)與噪聲的產(chǎn)生較大的影響。

從圖中可以看出變速箱箱體表面的聲壓級(jí)分布較為平均，結(jié)合振動(dòng)與噪聲的產(chǎn)生機(jī)理[4-5]，可以確定齒輪的基本嚙合頻率會(huì)使得變速箱產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。

為了能夠清楚地辨識(shí)噪聲輻射的方向性，分別創(chuàng)建x-y面、x-z面和y-z面的聲壓遠(yuǎn)場(chǎng)圖，如圖5所示。

從圖5可知，x-y面為軸向水平傳播，可以看出軸向傳播擴(kuò)散相對(duì)較小，且范圍相對(duì)較小。x-z面為軸向豎直傳播，因受到支撐鉸鏈豎直方向振動(dòng)影響，聲壓級(jí)擴(kuò)散較xy面大，且范圍也較大。y-z面為鉸鏈支撐處徑向傳播，支撐鉸鏈處振動(dòng)最大，所以為三個(gè)面中聲壓級(jí)最高，且擴(kuò)散范圍最大。在頻率為2000Hz時(shí)，距y-z面1米處聲壓級(jí)最大，距x-y面1米處的聲壓級(jí)最小，與各個(gè)平面振動(dòng)大小以及聲壓級(jí)結(jié)果相同。

圖6為兩個(gè)麥克風(fēng)位置處的壓力大小與頻率的函數(shù)關(guān)系?？梢钥闯觯駝?dòng)為低頻振動(dòng)[6]，麥克風(fēng)2處的壓力大小高于麥克風(fēng)1，這是因?yàn)樗涌拷肼曉础Ｍ瑫r(shí)根據(jù)圖6可以看出，兩個(gè)傳聲器位置處的壓力峰值都集中于2000Hz左右，與齒輪嚙合基本頻率相近。

4 結(jié)語

（1）在齒輪的嚙合基本頻率左右的附近，鉸鏈支撐處所在的平面（y-z面）聲壓級(jí)較大，與鉸鏈支撐面垂直的平面（x-y面）聲壓級(jí)較小，即齒輪的基本嚙合頻率對(duì)振動(dòng)與噪聲的產(chǎn)生較大的影響。

（2）噪聲以齒輪嚙合處為核心，向外擴(kuò)散，且大小逐漸減小，變速箱箱體表面上噪聲聲壓級(jí)較小，且數(shù)值較均勻。

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