微型汽車驅動橋噪聲產(chǎn)生原因的分析

2011-12-31 00:00:00楊新生

中國科技財富 2011年14期

摘要：微型汽車驅動橋產(chǎn)生噪聲，是許多汽車生產(chǎn)廠家存在的問題之一，它直接影響汽車驅動橋壽命和汽車產(chǎn)品質(zhì)量，并且噪聲會給車內(nèi)乘員造成不舒適的感覺及使道路周圍受到噪音污染。本文以HFJ1010F為研究對象，對其進行了觀察，檢測，分析，找出引發(fā)噪音的原因。并從設計，工藝，制造和裝配等方面提出了解決方法。

關鍵詞：驅動橋噪聲

1 前言

我公司生產(chǎn)的HF1010F汽車驅動橋經(jīng)常有打鼓聲，象火車上坡吃力的聲音等各種異樣噪音，尤其是收油門時更為嚴重，驅動橋噪音主要是主減速器齒輪嚙合噪音，除此以外還有軸承，主減速器殼，后橋殼體，以及驅動系統(tǒng)等方面的原因。就其齒輪副的嚙合噪音來說，分為兩類：一類叫運轉噪音，有齒輪加工誤差，齒輪的振動、摩擦產(chǎn)生；另一類叫流體噪音，是由于潤滑油從齒輪擠出與空氣發(fā)生紊流而產(chǎn)生的紊流噪音，此外還有由于油被攪拌而飛濺沖擊后橋也產(chǎn)生噪音。

2 影響齒輪噪音的因素

2.1齒輪參數(shù)對嚙合噪音的影響

壓力角

2.1.1減小壓力角能降低齒輪噪音，但也有削弱齒輪強度之弊。當?shù)驮肼暿侵饕髸r，應選用盡可能小的壓力角。近年來的趨勢是減小驅動側(主動齒輪的凹面)的壓力角，以增大該側的嚙合線的長度，來改善傳動的平穩(wěn)性，降低噪聲。標準壓力角20°基本上是兼顧強度和噪聲兩方面的要求。

2.1.2模數(shù)、齒數(shù)和齒距

當負荷較大時，輪齒彎曲變形的影響較大，因而加大模數(shù)是合理的。一般情況下，減小模數(shù)和齒距，因而增加了同時工作的齒數(shù)，減小單獨齒的工作負荷，因而是有利的。例如國外小轎車的變速箱齒輪的平均模數(shù)從1975年的2減小到現(xiàn)在的1.2以下，主要是為了降噪。

2.1.3螺旋角

螺旋角的大小直接影響齒面重疊系數(shù)，螺旋角過小使齒面接觸區(qū)變窄，會產(chǎn)生沖擊噪音。齒面重疊系數(shù)增大，傳動平穩(wěn)，噪聲降低，所以螺旋角應足夠大，使齒面重疊系數(shù)不小于1.25。

2.1.4齒寬、直徑、齒高

直徑大，噪聲高；反之，齒寬加大，可降噪。這是因為，適當?shù)募哟簖X寬、減小直徑的齒輪輪齒剛性好，而且還可以使在同樣轉速下的齒輪圓周速度降低，這對降噪是有利的。此外，采用高齒即齒高在2.7mm以上的所謂“柔性的”來利用柔性減緩沖擊，以降低噪聲。

2.2制造因素的噪音的影響

2.2.1主減速器殼的制造因素

我們抽查5個主減速器殼體，偏移距尺寸E=18±0.04mm平均超差0.2左右；主動齒輪兩支承軸承座孔同軸度要求在0.04mm以內(nèi)，平均超差0.15左右，最大超差達0.3。究其原因，主減殼體的偏移尺寸超差主要是由于加工機床導軌與滑道之間間隙過大所致，同軸度超差是由于組合機床加工兩軸承孔時用兩個主軸從兩端同時加工，進刀量大、并有顫動現(xiàn)象造成。偏移距超差造成主、從動齒輪不能按設計狀態(tài)嚙合，有的用調(diào)整墊片調(diào)整也無法達到要求。同軸度超差使主動齒輪旋轉時產(chǎn)生徑向振動，在嚙合過程中就會產(chǎn)生沖擊噪聲。

2.2.2 齒輪的制造因素

齒輪在加工過程中不可避免地要發(fā)生偏心，從而使齒輪的齒距不均勻，產(chǎn)生周節(jié)累積誤差，使主、從動齒輪在傳動嚙合過程中接觸點脫離了理論位置，接觸處的齒距發(fā)生變化就會引起振動，同時造成傳動轉速不均勻，發(fā)生瞬間速度變化，產(chǎn)生沖擊，造成主、從動齒輪嚙合噪音。我們對江蘇飛船齒輪廠主、從動齒輪檢測結果如下：

運動精度(8級)(單位mm)

項目

公差齒輪設計實測備注

跳動誤差δ主動齒輪0.050.070不合格(9級)

從動齒輪0.0950.077合格

周節(jié)累積誤差主動齒輪0.060.084不合格(9級)

從動齒輪0.1150.1488不合格(9級)

接觸精度(7級)(單位mm)

項目

方向設計實測備注

齒高方向2.9以上2.95合格

齒長方向14.5以上11不合格

工作平穩(wěn)性精度(7級)(單位mm)

項目

公差齒輪規(guī)定實測備注

周節(jié)差δT主動齒輪0.0110.0606不合格

從動齒輪0.0130.0404不合格

相臨周節(jié)差δT`主動齒輪0.0260.0478不合格

從動齒輪0.0320.0295合格

引起齒輪誤差的另一個原因是熱處理變形。一方面齒輪的熱處理變形是由于齒輪在急冷時的熱應力是與馬氏體相變時引起的相變應力而產(chǎn)生的。另一方面由于生產(chǎn)批次引起的偏差。齒輪熱處理后很難得到所要求的穩(wěn)定而精確的齒面形狀。要提高熱處理水平，只能從原材料入手，材料的質(zhì)量過關，提高熱處理水平才有效果。國內(nèi)齒輪制造廠家對不同有效截面和不同工況技術條件的齒輪采用同一種鋼號是不合理的。國外發(fā)達國家對代表性鋼種僅改變含碳量來形成系列，以滿足不同有效截面齒輪對淬透性的要求。例如日本SCM系列有SCM415、SCM420、SCM425。德國有16MnCr5、27MnCr。齒輪正常狀態(tài)下運轉時突然切斷潤滑油，噪聲增大10dB左右，當齒面在充分潤滑狀態(tài)下增加供油量(增加油面高度)齒輪在高速旋轉時噪音反而增大。

2.3裝配因素對齒輪嚙合噪音的影響

圖紙要求主、從動齒輪齒側間隙為0.1-0.2mm，而實測一周內(nèi)側隙不同，有一些嚙合已達到最大允許側隙時，卻有一處死點，這樣側隙大時產(chǎn)生沖擊噪音，側隙小時雖能控制齒面分離和嚙合齒的敲擊聲，但過小的側隙如果不能容納齒輪熱膨脹量的話，齒面的干涉將產(chǎn)生很大噪音。

2.3.2 嚙合斑痕

我公司生產(chǎn)的HFJ1010F微型汽車主減速器總成按GB11365-89要求，主、從動齒輪在齒長方向嚙合斑痕為齒長的50~70%，在齒高方向為齒高的55~75%。而現(xiàn)在裝車的主減速器總成中有一部分主、從動齒輪無論在齒長還是齒高方向上嚙合斑痕都達不到要求，這樣會使重疊系數(shù)過小，產(chǎn)生沖擊噪音。

2.3.3 軸承預緊力

軸承預緊力過大會導致軸承過熱，使軸承壽命縮短；軸承預緊力過小，則會在主減速器磨合期由于間隙增大而產(chǎn)生軸向竄動，在汽車前進時被動齒輪將主動齒輪壓向軸承，當汽車滑行時，主動齒輪被拉回，這樣的交替作用，造成嚴重的沖擊，產(chǎn)生沖擊噪音。

2.3.4后橋總成清潔度

裝配調(diào)整技術條件中規(guī)定后橋總成清潔度不大于800mg，而我廠現(xiàn)有條件經(jīng)常不能滿足清潔度不大于800mg，而且有些齒輪油中混有加工毛刺和焊渣，這些雜物會擠入主、從動齒輪之間，使齒面擦傷，產(chǎn)生噪音。

我公司生產(chǎn)的HFJ1010F微型汽車之所以在收油門時產(chǎn)生各種尖嘯聲主要是由于主、從動齒輪接觸區(qū)偏大端，而且接觸區(qū)很窄，若使齒輪工作平穩(wěn)，重疊系數(shù)最少不小于1。也就是說，當一對嚙合著的齒輪在未脫離嚙合之前，其后一對齒輪以開始嚙合，從而每對齒輪在開始嚙合和脫離之前都不引起齒間的相互沖擊。對于格里森制螺旋錐齒輪來說設計時要求重疊系數(shù)不少于1.25，HFJ1010F微型汽車主、從動齒輪法面的重疊系數(shù)為2，這個重疊系數(shù)是根據(jù)齒輪的理論工作齒高和參加工作的齒長計算的。可是當齒輪接觸區(qū)很窄時，即實際工作齒高比理論工作齒高小得多，參加工作部分又不是理想的齒長，這樣重疊系數(shù)必然小于理想的重疊系數(shù)，致使一對輪齒在脫離嚙合時，另一對輪齒還沒有開始嚙合，則這對輪齒開始嚙合時就要產(chǎn)生沖擊，這樣的沖擊每轉過一個齒輪就要發(fā)生一次，也就是說大約0.0015s沖擊一次，這樣高的沖擊頻率是產(chǎn)生噪音的主要原因之一，載荷越大，噪音越大，載荷小時基本聽不到噪音，由于汽車在收油門時發(fā)動機起制動作用，汽車慣性大，所以這時作用于傳動系中的載荷比平時大得多，所以收油門有尖嘯聲。

避免后橋異響的措施

3.1嚴格按裝配調(diào)整技術要求裝配；

3.2調(diào)整主、從動齒輪嚙合區(qū)達到標準要求；

3.3使主、從動齒輪嚙合側隙為0.1-0.2mm；

3.4保證后橋總成清潔度不大于800mg，并定期更換齒輪油；

3.5保證軸承預緊力及主減速器殼體尺寸；

3.6對外購件齒輪應保證符合圖紙要求尺寸。

4結論

從以上分析來說，主減速器的噪音的控制應從設計、工藝、制造和裝配等方面入手，增強各方面的質(zhì)量，保證理論設計與生產(chǎn)工藝相結合，消除影響微型車舒適性的噪音。

以上是以HFJ1010F微型汽車為研究對象進行分析的，由于昌河汽車，上汽通用五菱汽車、吉林佳寶汽車的后橋結構均與HFJ1010F車大致相同，故也普遍適用于其它微型汽車。

本文初步論證了從設計、工藝、制造和裝配控制噪音的方法，屬拋磚引玉，以供同行參考。

* 在本文成稿中得到檢測部門的支持，以及裝配車間工人師傅和汽研所同行的幫助，并得到研究員級高級工程師于惠普的審閱，在此一并表示感謝。