淺析傳動系異響聲源識別

摘要：本文主要針對國內(nèi)某輕型卡車傳動系異響問題，根據(jù)所述的異響識別方法，運用對比分析的手段，制成一種簡便易行的排查方案。并結(jié)合某輕型卡車的傳動系異響的整改效果，對該方案的可行性及有效性進行簡要的探討。

關(guān)鍵詞：傳動系 異響 聲源 識別

中圖分類號：U463.2文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0106-02

傳動系在整車運行中起著傳遞、切斷動力，變速和減速及實現(xiàn)差速等一系列重要的作用，其運行狀態(tài)的優(yōu)良程度直接影響汽車行駛的平順性、安全性及舒適性等性能。從以往對整車傳動系故障分析來看，異響是傳動系安全隱患的前兆，一旦發(fā)現(xiàn)需要及時排查，找出異響來源并進行整改。

1 傳動系組成

傳動系是將發(fā)動機的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給車輪并帶動汽車行駛的系統(tǒng)。以典型的發(fā)動機前置后驅(qū)（FR）傳動系統(tǒng)為例，從發(fā)動機后端開始到車輪依次是離合器、變速器、傳動軸、主減速器、差速器及半軸。

2 傳動系聲源

傳動系的每個部件在汽車運動過程中都會產(chǎn)生噪聲和振動。離合器、變速器、傳動軸、后橋各個組成部分都可能產(chǎn)生聲響，甚至各個系統(tǒng)之間的不合理匹配也會產(chǎn)生響聲。根據(jù)噪聲的激振源主要分為變速器、傳動軸、后橋三部分。

（1）變速器：變速器內(nèi)部的聲響主要來自于齒輪嚙合過程。產(chǎn)生齒輪嚙合噪聲的原因有：齒輪的制造方法、齒輪軸的撓度、軸承等。齒輪噪聲振動原因整理歸納如表1所示。

（2）傳動軸：傳動軸作為連接變速器和后橋的動力傳遞裝置，動力傳遞的方向和角度經(jīng)過傳動軸都發(fā)生了變化，所以傳動軸的聲響來源很多。傳動軸或者半軸的質(zhì)心如果與旋轉(zhuǎn)幾何軸心不再同一條直線上，那么旋轉(zhuǎn)時就會產(chǎn)生離心力。當(dāng)兩根軸連接的時候，如果軸線不重合，會產(chǎn)生徑向跳動。在變速器和差速器內(nèi)，齒輪相互嚙合。由于材料、加工精度、安裝幾何因素等，兩個齒輪不可能像理論上那么完美的嚙合，于是就出現(xiàn)了嚙合誤差。這個誤差就會發(fā)出噪聲并將振動傳到軸系上，然后進一步通過車體和空氣傳播開來。

（3）后橋：后橋包括主減速器、差速器、半軸等三部分，其產(chǎn)生響聲的主要部分也是齒輪。齒輪產(chǎn)生噪聲的機制與變速器內(nèi)部齒輪相類似。

3 傳動系異響的分析及解決方法概述

傳動系異響作為一個系統(tǒng)性問題，在實際解決過程中不能一味地將各部分分開，而應(yīng)該作為一個整體進行問題的分析探究。結(jié)合物理學(xué)上對聲音的產(chǎn)生及傳播描述，降低聲響措施可分為：解決聲源本身的措施、解決振動傳播路線以及解決承受噪聲處的措施，現(xiàn)整理歸納如下。實際工作中則視情況采取一種或者多種方式解決實際問題。

3.1 降低聲源措施

降低聲源的措施有很多，減少發(fā)動機燃燒爆發(fā)變化引起的振動和適當(dāng)選擇傳動軸夾角，以減少旋轉(zhuǎn)角速度的變化等。降低激振力以及在振動源的部件上增加加強肋等增加剛度來降低振動。為此，必須對激振力本身和激振源的振動模型進行模態(tài)分析。

3.2 解決振動傳播路線

作為隔音措施需要明確傳播路徑。傳播路徑可以分為，從聲源在空氣中進行放射性的傳播和聲源的振動傳到安裝構(gòu)件上行程共振系的振動，并作為聲放射的固體傳播音。另外，有兩個振動源的部件相互對應(yīng)安裝，其振動音相互成了空氣中的入射波和反射波，相互干涉，作為駐波提高了聲壓級（有一方是固定壁時也可能產(chǎn)生駐波）。不管什么傳播路徑首先要明確其傳播機構(gòu)，作為隔音措施有吸音、隔音、控制振動以及該組合的應(yīng)用效果。

充分研究作為吸音材料的石棉、玻璃纖維、合成泡沫橡膠等的特性并給予很好的利用是很重要的問題。

3.3 解決承受噪聲處措施

在處理承受噪聲處時，如果把聲源簡單的包起來，每次維修的時候就增加了拆卸隔音罩的工作，從而使維修方便性變壞。傳動系的響聲也需要整體考慮方案對整個傳動系可能產(chǎn)生的影響，并經(jīng)過試驗驗證才能采納實施。

4 實例分析

以下是對某國產(chǎn)輕型卡車進行傳動系異響聲源分析的一個案例。根據(jù)上述尋找聲源的方法，結(jié)合現(xiàn)有儀器設(shè)備，從而尋找響聲來源，并提出解決方案。

4.1 問題描述

某輕型卡車在國外市場反饋在經(jīng)過山路、橋梁等附近有反射物存在的路段時，從傳動系處發(fā)出“嘩啦啦…”的聲音，而且是空載、滿載均有此現(xiàn)象。此輕型卡車是在原有車型基礎(chǔ)上將駐車制動形式由中央鼓式制動改進為彈簧儲能式制動。

4.2 問題調(diào)查

經(jīng)調(diào)查，此車型檔位處在5、6檔，加速行駛至50km/h左右后，車體中部發(fā)出類似滾鐵環(huán)樣的“嘩啦啦”的聲響。

4.3 問題分析

在進行問題分析以前，首先根據(jù)上述所列的分析及方法，列出一個初步的異響原因探究方案。具體如表2所示。

4.3.1 實物裝配問題調(diào)查

經(jīng)過仔細的排查，此項原因被排除。

4.3.2 傳動系當(dāng)量夾角

承接上一輪的原因排查方法，對傳動系當(dāng)量夾角進行校核。當(dāng)量夾角的最終計算結(jié)果如下表3所示。

通過上述分析，再結(jié)合此車型的原型車在市場上的銷售情況：未曾反饋傳動系有問題，可以得出結(jié)論：傳動軸的當(dāng)量夾角沒有問題，滿足理論和實際的要求。

不過，根據(jù)外籍專家的經(jīng)驗，需要調(diào)整傳動系角度以達到更合適的狀態(tài)。以下所進行的試驗均為由駕駛員親身操作，判斷結(jié)果也主要為主觀判定，有一定的誤差，但可以作為很好的參考依據(jù)。具體如下表4。

現(xiàn)在針對每一個方案具體的實施過程及目的做一個簡要的說明：

（1）方案一是在傳動軸中間支承處增加墊塊，通過調(diào)整傳動軸吊掛的位置，變相改變傳動軸當(dāng)量夾角、等價軸角和傳動軸動不平衡量等參數(shù)，從而達到優(yōu)化傳動系匹配的目的。

（2）方案二是在傳動軸吊掛處加入一塊薄鐵板，改變傳動軸吊掛膠墊的硬度。通過此方案，驗證是否是因為傳動軸吊掛膠墊剛度的問題，引起的傳動軸在旋轉(zhuǎn)過程中的不平衡，從而導(dǎo)致傳動系異響。

（3）方案三是通過在后橋橋殼與鋼板彈簧之間增加一塊帶角度（1.5°）的墊鐵，從而改變后橋仰角，達到使后橋仰角更合理的目的。

通過上述三個方案，可以確認傳動系的設(shè)計是完全合理的。下一步，將目標(biāo)鎖定在零部件上。因為，如果是聲響是在變速器或者后橋內(nèi)部產(chǎn)生，且聲響較小，但因為傳動軸內(nèi)部是一個空腔，可以將聲響進行放大，所以聽起來是從傳動軸處傳出的異響。

4.3.3 零部件分析

傳動系的主要三大部件是變速器，傳動軸和后橋。所以，在下一步方案驗證階段也主要以此為基礎(chǔ)，通過對比分析的手段，盡量將三大組成部件的相互影響降低到最低。進行試驗驗證時，也會采用一些驗證手法進行驗證猜想，運用對比分析及排除的方法，最終找到聲響的根源。現(xiàn)對于上述3個方案進行簡要的說明：

方案一：因此車型是在原有車型基礎(chǔ)上將手制動形式變更，為了驗證是否是因為變換手制動形式的問題而引起的傳動軸轉(zhuǎn)動慣量的變化。所以，在傳動軸與變速箱的連接處增加一個直徑為φ300，厚度為10mm的圓盤。通過加裝此配重，傳動系異響噪音的時速下降（5檔大約在40km/h左右）。

方案二：原有車型裝配的是一級減震離合器，為了驗證是否由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化而使變速器在車輛運動過程中齒輪因為轉(zhuǎn)矩的變化過快而引起的異響，此方案在解決怠速異響有一定作用。試驗結(jié)果表明，此方案對于解決此問題與增加配重的方案（方案一）效果一致，也是僅降低了異響時速。

方案三：在變速箱吊掛兩側(cè)各增加一個卡環(huán)。此車型發(fā)動機支承采用三點懸置形式。為了減小變速器的振動，特意在變速箱吊掛處增加2個薄卡環(huán)，從而限制變速器的左右振動范圍，降低傳動軸的振動范圍。試驗表明此方案對于異響未有影響，所以此方案評分為3分，即與原狀態(tài)一致，沒有改變。

4.4 小結(jié)

通過上述一系列的試驗表明，通過增加傳動系轉(zhuǎn)動慣量或者衰減甚至切斷傳動系聲響傳遞，都可以有效降低噪音，從而變相達到降低變速箱內(nèi)部聲響的目的，但無法從根本上使其消失。而方案五降低異響的效果和生產(chǎn)服務(wù)的可行性較好，可以予以采納。

4.5 異響根本原因分析

從上述一系列的試驗可以得到，聲響來自變速箱。現(xiàn)根據(jù)上述結(jié)果，推測異響原因，具體如下圖1。

4.6 變速箱異響頻率測定

為了進一步查找變速箱內(nèi)部響聲來源，制作了如下方案，對理論上齒輪嚙合頻率和實際的聲響進行了對比驗證。

4.6.1 變速箱齒輪嚙合頻率理論計算（見表5）

4.6.2 實測頻率

測試儀器軟件：振動噪聲儀及TEST.LAB

測試內(nèi)容：保持檔位在5檔，汽車勻加速行駛。

傳感器位置：在變速箱體貼振動傳感器，在車架上固定聲音采樣設(shè)備。

通過變速箱頻譜分析可以看出：在880～970Hz頻率段內(nèi)，即圖中的紅色區(qū)域內(nèi)聲響較為突出。此聲音頻率有以下幾個特點：

（1）聲音頻率段處于1000Hz左右，而此頻率聲音會讓人感覺很不舒服；

（2）聲音頻率處于880～970之間，呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)；

（3）聲音不隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化而變化，很可能是一種由共振引起的聲響。

（4）上述聲音是在變速箱殼體上測得，理論上應(yīng)該是包括發(fā)動機聲音在內(nèi)的整車所有噪音合在一起的效果。

4.7 總結(jié)

經(jīng)過上述一系列的試驗，可以將聲源確定在變速箱內(nèi)部。下一步的工作就是分析上述頻譜測試結(jié)果，進一步查找問題根源。通過在傳動軸內(nèi)部增加消音材料的方案可以解決此現(xiàn)象，而且具備簡單、實用、易于操作等特點，提高了客戶滿意度，所以已經(jīng)在市場上予以執(zhí)行。

5 結(jié)語

本文針對國內(nèi)某輕型卡車的傳動系異響，提出了一套理論與實際相結(jié)合的試驗驗證方法。采用該方法，可以將傳動系的各個組成部分相對獨立起來，消除相互之間對于響聲的影響，有助于判斷異響的根源。而且也從整體上對整車異響的來源進行了分析判定。最后根據(jù)此方法采取的措施來看，取得了很好的效果，同時也證明了這種方法也是有效的。

參考文獻

[1]龐劍，何華.汽車振動與噪聲：理論與應(yīng)用[M].北京：理工大學(xué)出版社，2006.

[2][日]武田信之.載貨汽車設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，1997.

[3]張明.汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通音像電子出版社，2006.