推力鋼帶式和鏈?zhǔn)綗o級變速器NVH性能研究

潘國揚，林　健

(奇瑞汽車股份有限公司,安徽 蕪湖　241000)

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推力鋼帶式和鏈?zhǔn)綗o級變速器NVH性能研究

潘國揚，林健

(奇瑞汽車股份有限公司,安徽 蕪湖241000)

摘要：研究了推力鋼帶式和鏈條式無級變速器的振動噪音特性。對其中的鏈?zhǔn)綗o級變速器設(shè)計了降噪方案，并進(jìn)行了噪聲優(yōu)化研究。結(jié)果表明：在對鋼帶和鏈條無任何降噪措施的前提下，推力鋼帶式無級變速器噪聲水平明顯優(yōu)于鏈?zhǔn)綗o級變速器，但在鏈?zhǔn)綗o級變速器鏈條上安裝降噪導(dǎo)板后，鏈?zhǔn)綗o級變速器整體噪聲得到大幅下降，與推力鋼帶式無級變速器噪聲水平接近。

關(guān)鍵詞：無級變速器；噪聲、振動與聲振粗糙度；推力鋼帶；鏈條

近些年，無級變速器(continuously variable transmission，CVT)在乘用車上得到了極大的發(fā)展應(yīng)用，尤其是在北美和中國市場，CVT在整車上的匹配比例逐年大幅提升[1-5]。目前市場上批量應(yīng)用的CVT主要有博世公司的推力鋼帶式CVT和舍弗勒公司的鏈?zhǔn)紺VT，其中推力鋼帶式CVT性能較好，應(yīng)用最為廣泛[1]。而鏈?zhǔn)紺VT由于扭矩容量較大，目前主要應(yīng)用在大排量車型上，比如奧迪公司、斯巴魯公司、還有Jatco公司的大扭矩CVT就是鏈?zhǔn)紺VT的代表。

對于上述兩種主要的CVT技術(shù)，其總體的結(jié)構(gòu)和原理都非常類似，主要區(qū)別在于傳動帶形式的不同。由于博世公司CVT推力鋼帶和舍弗勒公司CVT鏈條在結(jié)構(gòu)及工作原理上存在很大不同，導(dǎo)致兩種CVT技術(shù)在性能上有較大差異，主要表現(xiàn)在傳動效率及NVH(噪聲、振動與聲振粗糙度)性能方面，而這兩項性能正是目前變速器公司開發(fā)CVT中重點關(guān)注的技術(shù)要點。本文將對兩種CVT的NVH性能進(jìn)行研究分析，通過專項試驗對比研究，并設(shè)計專門的優(yōu)化方案，為變速器公司在CVT開發(fā)中提供技術(shù)依據(jù)。

1研究對象

為了對推力鋼帶式CVT和鏈?zhǔn)紺VT振動噪聲性能有一個客觀的對比研究，主要針對鏈條和推力鋼帶對CVT整機NVH性能的表現(xiàn)進(jìn)行分析，需要將鏈條和推力鋼帶放在同一型CVT上進(jìn)行研究。選取在QR019型CVT上安裝推力鋼帶和鏈條進(jìn)行研究。

1.1QR019型CVT

QR019型CVT變速器主體結(jié)構(gòu)為目前CVT常用的結(jié)構(gòu)形式。如圖1所示，該CVT變速器采用液力變矩器作為起步系統(tǒng)，采用行星齒輪機構(gòu)作為前進(jìn)擋和倒擋系統(tǒng)，并且布置在輸入軸側(cè)，使用博世推力鋼帶配合帶輪系統(tǒng)作為變速機構(gòu)，采用電液控制實現(xiàn)各執(zhí)行器動作。具體技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1　QR019型CVT變速器

扭矩容量/(N·m)190起步機構(gòu)液力變矩器變矩器最大增扭系數(shù)1.9速比帶輪速比2.39～0.44主減速比4.7825.141鋼帶類型Bosch24phase7帶輪中心距/mm169變速器油品SP-Ⅲ變速器油量/L8.0控制形式電液式

1.2QR019型CVT推力鋼帶

QR019型CVT使用的是博世公司第七代鋼帶，如圖2所示，其主要參數(shù)如表2所示。

圖2　QR019型CVT鋼帶

許用扭矩/(N·m)190鋼帶長度/mm710鋼帶寬度/mm24鋼環(huán)層數(shù)9側(cè)面輪廓11°直面

1.3適用QR019型的CVT鏈條

針對QR019型CVT選擇了適用的舍弗勒CVT鏈條，如圖3所示，其主要參數(shù)如表3所示。

圖3　適用QR019型的CVT鏈條

許用扭矩/(N·m)190鏈條長度/mm699.3鏈條寬度/mm24側(cè)面輪廓11°直面

2NVH試驗

為了確保噪聲測試分析客觀合理，盡可能降低變速器系統(tǒng)其余部件狀態(tài)的差異對研究結(jié)果的影響，特選擇下線合格的新變速器，在同一臺試驗變速器上通過鋼帶和鏈條的更換來進(jìn)行對比分析。

試驗前首先將推力鋼帶裝入1臺預(yù)選的QR019型CVT變速器，如圖4所示。裝配完成后將CVT變速器在如圖5所示的變速器半消聲室內(nèi)進(jìn)行試驗。完成試驗后，將該CVT變速器拆解更換上述CVT鏈條，不增加任何降噪部件，再次進(jìn)行試驗，如圖6所示。

圖4　QR019型CVT裝配鋼帶

圖5　變速器半消聲室

圖6　QR019型CVT裝配鏈條

2.1試驗方法

在變速器半消聲室進(jìn)行變速器噪聲測試[6-8]。采用4個麥克風(fēng)測點，距離變速器500 mm，布置情況如圖7所示。

圖7　CVT變速器NVH測點布置

為了使得試驗條件盡可能滿足CVT在整車下的工作狀態(tài)要求，并考慮到實際整車狀態(tài)下對變速器噪聲的主要關(guān)注工況，試驗條件設(shè)定如下：CVT變速器處于D擋；液力變矩器處于鎖止?fàn)顟B(tài)；變速器油溫控制在(80±5)℃；速比、輸入轉(zhuǎn)速、輸入扭矩設(shè)定如表4所示。試驗中先設(shè)定速比、輸入扭矩，然后按照200 r/s的速度將輸入轉(zhuǎn)速從最小值加速上升到最大值。

表4　NVH試驗工況

在兩次對比試驗中，所用CVT油品都為原QR019型CVT指定專用油，變速器在試驗臺上的安裝位置及加油量均相同。

2.2試驗結(jié)果

為了便于比較分析，在數(shù)據(jù)處理中將4個測點的噪聲值取平均。推力鋼帶式CVT和鏈?zhǔn)紺VT在各工況下噪聲測試結(jié)果如圖8～10所示，其中：橫軸為輸入轉(zhuǎn)速；縱軸為噪聲等級(partial over all sound pressure level)。

圖8　在LOW速比下鋼帶式和鏈?zhǔn)紺VT噪聲對比結(jié)果

圖9　在MID速比下鋼帶式和鏈?zhǔn)紺VT 噪聲對比結(jié)果

圖10　在OD速比下鋼帶式和鏈?zhǔn)紺VT 噪聲對比結(jié)果

在LOW速比下的噪聲試驗結(jié)果如圖8所示，可以看出:整體噪聲值鏈?zhǔn)紺VT要大于帶式CVT；在低轉(zhuǎn)速下，兩者噪聲表現(xiàn)相當(dāng)；隨著轉(zhuǎn)速的上升，鏈?zhǔn)紺VT噪聲惡化越來越嚴(yán)重；當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速達(dá)到5 500 r/min時，鏈?zhǔn)紺VT噪聲值比帶式CVT噪聲值大6 dB。

在MID速比下的噪聲試驗結(jié)果如圖9所示，可以看出：整體噪聲值鏈?zhǔn)紺VT要大于帶式CVT；在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速下，兩者噪聲表現(xiàn)相當(dāng)；在中間轉(zhuǎn)速內(nèi)鏈?zhǔn)紺VT噪聲明顯大于帶式CVT噪聲，兩者最大噪聲值相差4 dB。

在OD速比下的噪聲試驗結(jié)果如圖10所示，可以看出：整體噪聲值鏈?zhǔn)紺VT要遠(yuǎn)大于帶式CVT；在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)鏈?zhǔn)紺VT噪聲和帶式CVT噪聲基本維持固定的差值，兩者噪聲值相差7 dB左右。

3鏈?zhǔn)紺VT 的NVH優(yōu)化

如圖2所示，鋼帶與錐盤的嚙合過程和傳統(tǒng)皮帶比較類似，鋼帶和錐盤是持續(xù)接觸嚙合的；而如圖3所示，鏈條是通過銷子和錐盤嚙合的，由于相鄰銷子間有一定節(jié)距，銷子在進(jìn)入或退出錐面時始終會產(chǎn)生敲擊嚙合噪聲。經(jīng)過舍弗勒公司內(nèi)部的大量研究發(fā)現(xiàn)：CVT鏈條噪聲很大的原因是由于鏈條在進(jìn)入或退出錐面時徑向振動所引起的，特別是在受拉側(cè)[9]。

圖11為鏈?zhǔn)紺VT的傳動鏈條和帶輪錐面嚙合原理。可見由于鏈條和錐盤接觸存在多邊形效應(yīng)，導(dǎo)致各銷子在進(jìn)入錐面時會產(chǎn)生徑向移動(d)，從而使得銷子持續(xù)地敲擊錐面。舍弗勒公司從源頭對鏈條節(jié)距p作了大量的優(yōu)化設(shè)計，使得鏈條噪聲得到大幅下降。不過通過增加外部裝置降低鏈條銷子敲擊錐面沖擊強度的方式也將有效降低CVT鏈條傳動的噪聲。

3.1優(yōu)化方案

對于QR019型鏈?zhǔn)紺VT，采用如圖12所示的方案進(jìn)行降噪處理：在CVT鏈條受拉側(cè)安裝樹脂導(dǎo)板(如圖13所示)，鏈條穿過導(dǎo)板，導(dǎo)板可以繞固定在殼體上的銷子旋轉(zhuǎn)，鏈條受拉側(cè)被導(dǎo)板內(nèi)槽導(dǎo)向并徑向約束，使得其在進(jìn)入或退出錐面時引起的振動沖擊得到有效抑制，降低鏈?zhǔn)紺VT的整體噪聲。

圖11　CVT傳動鏈條嚙合原理

圖12　QR019型CVT裝配鏈條導(dǎo)板

圖13　樹脂導(dǎo)板

3.2優(yōu)化效果

采取上述的優(yōu)化措施后，鏈?zhǔn)紺VT的整體噪聲得到有效改善。例如，其在LOW速比和MID速比下整體噪聲表現(xiàn)和鋼帶式CVT相當(dāng)，不過在OD速比下鏈?zhǔn)紺VT的噪聲仍然要明顯大于鋼帶式CVT噪聲。

在LOW速比下的噪聲試驗結(jié)果如圖14所示，可以看出：在中低轉(zhuǎn)速下，兩者噪聲表現(xiàn)相當(dāng)；不過在輸入轉(zhuǎn)速達(dá)到5 500 r/min左右時，優(yōu)化后的鏈?zhǔn)紺VT噪聲值仍比帶式CVT噪聲值大3 dB左右。

圖14　在LOW速比下優(yōu)化后的鏈?zhǔn)紺VT

在MID速比下的噪聲試驗結(jié)果如圖15所示，可以看出：優(yōu)化后的鏈?zhǔn)紺VT整體噪聲得到有效改善，和帶式CVT基本相當(dāng)；不過在中間轉(zhuǎn)速內(nèi)優(yōu)化后的鏈?zhǔn)紺VT噪聲值依然比帶式CVT噪聲值大2 dB左右。

圖15　在MID速比下優(yōu)化后的鏈?zhǔn)紺VT

在OD速比下的噪聲試驗結(jié)果如圖16所示，可以看出：雖然優(yōu)化后的鏈?zhǔn)紺VT噪聲得到有效改善，但是相比帶式CVT，其整體噪聲值要大 4 dB 左右。

圖16　在OD速比下優(yōu)化后的鏈?zhǔn)紺VT

4結(jié)束語

通過以上研究表明：目前市場上的CVT所使用的推力鋼帶和鏈條的NVH表現(xiàn)客觀上存在一定差異，整體上鏈?zhǔn)紺VT噪聲表現(xiàn)要比帶式CVT略差，尤其是在OD速比條件下。

鏈?zhǔn)紺VT通過對鏈條增加導(dǎo)板的方式可以有效降低噪聲值，在整車常用的LOW速比、MID速比工況下整體噪聲表現(xiàn)可以接近帶式CVT。

雖然鏈?zhǔn)紺VT在OD速比工況下噪聲值相對帶式CVT要差，不過通過增加導(dǎo)板的方式，其整體噪聲值之差控制在4 dB左右。本文研究的基礎(chǔ)型變速器QR019型CVT是基于鋼帶開發(fā)的，沒有針對鏈條噪音的特性做結(jié)構(gòu)上的設(shè)計優(yōu)化處理。如對鏈?zhǔn)紺VT在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化(如殼體模態(tài)優(yōu)化等)，鏈?zhǔn)紺VT的噪聲將會進(jìn)一步得到降低。

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(責(zé)任編輯劉舸)

Investigation into NVH Performance of Push Belt CVT and Chain CVT

PAN Guo-yang, LIN Jian

(Chery Automobile Co., Ltd., Wuhu 241000, China)

Abstract:This thesis investigated the NVH performance of the push belt CVT and chain CVT. Based on the study of the two types CVT technology, we designed the NVH optimizing solutions, especially for the chain CVT technology. As a result: without any special solutions for the NVH performance of chain CVT, the push belt CVT’s NVH performance is much better than chain CVT’s. But after applying a special guider on the chain CVT, the NVH performance of the chain CVT is largely improved and is comparable to the push belt CVT.

Key words:continuously variable trasmission; NVH; push belt; chain

中圖分類號：U467.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 1674-8425(2016)03-0028-06

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.03.005

作者簡介：潘國揚(1985—)，男，浙江紹興人，碩士，工程師，主要從事車輛工程研究。

收稿日期：2015-12-21

引用格式：潘國揚，林健.推力鋼帶式和鏈?zhǔn)綗o級變速器NVH性能研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué))，2016(3):28-33.

Citation format：PAN Guo-yang, LIN Jian.Investigation into NVH Performance of Push Belt CVT and Chain CVT[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(3):28-33.