某變速器殼體模態與異常振動分析

呂孟理，盧劍偉，季明微，康海波

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

隨著客戶對車輛的品質要求越來越高，變速器的 NVH性能在開發過程中也越來越多被關注。變速器的齒輪敲擊（Gear rattle）噪音、嘯叫（Whine）是影響整車NVH性能的重要因素之一。變速器的振動、噪音通過變速器殼體進行振動傳遞和輻射，變速器殼體的模態對變速器噪音、振動有很大影響。在變速器設計開發過程中，一般先對變速器殼體模態分析優化再進行模具件的開發，模具件開發到位后需要進行模態測試，最后結合整車 NVH測試情況確認變速器殼體模態是否需要進一步優化。

1 變速器模態分析

變速器殼體模態分析目的是考察殼體的振動頻率，分析殼體振動頻域與發動機基頻及齒輪嚙合頻率的關系，找到找出殼體的震動劇烈區域，為后期的整車 NVH分析、試驗提供數據支持及參考。在對變速器殼體模態進行分析時，一般會先使用 CATIA建立該變速器殼體 3D數據，再利用Hypermesh和Nastran軟件對變速器殼體進行模態分析，提取變速器殼體模態和振型。

圖1 某款變速器殼體網格數據

某款變速器殼材料為AlSi9Cu3，彈性模量為70000MPa，泊松比為 0.33，密度為 2.73×10-9t/mm3，其模態分析結果如下表1所示：

表1

該變速器匹配的發動機為4沖程，發動機的基頻根據公式計算(n為發動機的轉速，Z為發動機的缸數，τ是發動機的沖程數)，由此可得出發動機基頻共振區域約為20～200Hz，殼體的 1階頻率計算值為 628Hz，避開了發動機的基頻共振區域。

2 變速器殼體模態分析

采用錘擊法模態測試方法對變速箱殼體進行模態測試分析，通過測量數據提取分析殼體的各階頻率、阻尼和模態振型。

圖2 變速器殼體模態測試圖

某款變速器殼體的模態測試結果與仿真誤差率：

表2

3 變速器異常振動分析

針對該變速器在整車各擋加速下噪音測試表明，該車在各擋加速到2700rpm左右時，在1070Hz左右有明顯噪音，進一步對對變速器的殼體振動測試，在1070Hz左右變速器殼體也存在明顯的共振。

圖3 右耳colormap圖

圖4 變速器殼體振動圖

通過對該變速器的結構分析，發現該變速器的常結合齒輪為24齒，該齒輪在各擋下加速工況下都存在24階嚙合頻率，該齒輪副的在2700rpm的嚙合頻率f=z*n/60=24*2700/60=1080Hz（z為齒數，n為發動機轉速），即在2700rpm存在1080Hz的齒輪副嚙合頻率，此頻率與變速器殼體1073Hz（4階）非常接近，故可以判斷變速殼體異常振動與其4階模態以及常嚙合齒輪頻率相關。

4 結論

文章分析某變速器殼體模態，針對整車 NVH測試發現的殼體異常振動進行了分析，確認了變速器殼體異常振動與模態關系，對變速器開發與整車 NHV測試問題分析有一定指導意義。

參考文獻

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