一種變速器嘯叫問題的解決思路

◎文/耿駿偉(安徽星瑞齒輪傳動有限公司)

隨著汽車進入家庭，人們對汽車的舒適性要求越來越高。汽車變速器的嘯叫噪聲是人們對變速器乃至汽車的性能最初步也最為直觀的評價之一。嘯叫噪聲是變速器內部齒輪嚙合產生的，是一種固有特性，只能通過相關措施去降低，不能徹底消除。目前解決嘯叫噪聲的傳統方法是齒輪修形，但對于一款成型的變速器來說，修形也不能徹底解決嘯叫問題，本文通過對某款六檔手動橫置雙輸出軸變速器嘯叫的解決，揭示影響嘯叫噪聲的主要因素，并提出了變速器嘯叫噪聲的標準，包括檔位齒輪的噪聲值標準和主減副齒輪的噪聲值標準，并且提供了一種橫置變速器嘯叫問題解決的思路，主要是通過改善重合度的方法，且同步改善了傳遞誤差、接觸斑點等。

一、變速器結構及其測試結果

圖1是某款變速器結構簡圖，由低檔輸出軸、高檔輸出軸、輸入軸、倒檔軸、主減副齒輪組成。1—4檔布置在低檔輸出軸上，5、6、R檔布置在高檔輸出軸上，其中輸入4檔和輸入6檔共用一個輸入齒輪，輸入1檔和輸入R檔共用一個輸入齒輪，兩根輸出軸分別與主減齒輪嚙合。此類布置結構緊湊，軸向長度短，但同時也增加了結構復雜性，增加了變速器嘯叫問題的解決難度。

圖1 變速器結構簡圖

應用NVH測試設備，對該款變速器在整車上進行NVH測試。布置兩個振動傳感器，分別安裝在變速器的差速器位置和輸出軸位置的殼體上。布置兩個麥克風，分別安裝在距離變速器30cm的近場和主駕駛員右耳的位置。測試完成后對檔位齒輪副嚙合噪聲和主減速齒輪副嚙合噪聲做數據分析。從分析結果可以發現，主減齒輪副嚙合噪聲值最高達52.5dB（A），檔位齒輪副嚙合噪聲值最高達45dB（A）。并且，NVH測試專家和整車評價專家主觀評價均認為變速器嘯叫噪聲比較明顯，不可接受。

二、變速器NVH改善過程

針對這種測試結果，項目組認為每個檔位齒輪副和主減齒輪副，甚至包括倒檔齒輪副均是影響變速器噪聲原因，每個嚙合齒輪副的修形都需要重新優化。按照這個思路進行優化工作，將每一對齒輪副均做了重新修形設計，相對上一次的結果，重點改善接觸斑點和傳遞誤差，重新修形后的傳遞誤差平均減小了20%，接觸斑點得到了改善，接觸更加均勻，接觸位置集中在齒面中部，并且避免了邊緣接觸。

按照新的修形設計，重新試制零件進行驗證。每對檔位齒輪副、主減齒輪副都重新制作樣件，然后裝配好變速器總成，再將總成裝在整車上進行NVH測試，試驗驗證周期很長。而且為了滿足設計要求，零件制作過程中要反復調試，效率很低。新設計方案NVH測試完成后，對測試數據進行分析，變速器每個檔位齒輪副的嚙合噪聲得到改善，測試數據顯示，檔位齒輪副的嚙合噪聲值在40dB（A），但主減齒輪副的嚙合噪聲值依然較高，達到52dB（A）。在對整車主觀評價認為，變速器在整車上的噪聲水平依然較差，尤其是車輛在常用檔位3檔、4檔、5檔行駛時，嘯叫噪聲比較明顯，會影響整車上市的表現，問題還沒有完全解決。

經過第一次修形后，每個檔位齒輪副的嚙合噪聲值平均下降11%，根據經驗判斷，基本滿足要求。保持每個檔位齒輪副的修形不變，針對主減齒輪副重新制作改進方案，共持續改進三次，每次均試制樣件并裝車測試，但主減齒輪副的嚙合噪聲值一致高于52dB（A）。專家主觀評價認為三次改進均無效果，不能滿足整車上市要求。三次方案的計算表明，接觸斑點和傳遞誤差每一次都比上一次有提升，但主減齒輪副嚙合噪聲值并未明顯改善。花費了大量時間和精力并未收到預期的效果，問題未能完全解決。

三、新方法改善NVH

經過重新組織專家對車輛進行主觀評價，再加上前幾次修形測試評價的經驗，發現車速在40～60km/h時，不論在哪一個檔位，變速器的嘯叫噪聲均比較明顯，嘯叫噪聲與車速的相關性非常高，與發動機的轉速相關性弱，與檔位的相關性也弱。針對主減齒輪副重新校核發現，前三次的修形，主減齒輪副的重合度并未發生變化，只是通過微觀修形的方法改變傳遞誤差和接觸斑點。但傳遞誤差和接觸斑點的改善，對主減齒輪副嘯叫噪聲的降低效果并不理想。因此得出結論，現有的宏觀參數決定了主減齒輪副的重合度，但在現有重合度的基礎上是無法改變主減齒輪副嚙合噪聲的。考慮將主減齒輪副的宏觀參數進行優化，提高現有的主減齒輪副的重合度，表1是主減齒輪副重合度的提升效果。

按照新方法給出的方案進行樣件試制，裝車測試后結果如圖2所示。圖中，紅色虛線代表主減齒輪副新宏觀參數的嚙合分貝值，紅色實線代表主減齒輪副老狀態宏觀參數的測試結果。

表1 主減齒輪副重合度的提升效果

圖2 測試效果圖

從測試結果看，主減齒輪副新宏觀參數的測試數據明顯好于老狀態，在1500～2000r/min常用轉速區間內，主減齒輪副嚙合噪聲值平均為45dB（A），檔位齒輪嚙合噪聲值小于40dB（A）。經過專家的主觀評價，變速器的噪聲得到了很大改善，完全滿足上市要求。

四、總結

團隊通過對某款橫置六檔雙輸出軸手動變速器噪聲的改善，得出以下結論：對于橫置雙輸出軸變速器，主減齒輪副的嚙合噪聲是嘯叫噪聲主要貢獻者，傳統觀念認為，改善接觸斑點和傳遞誤差就能解決問題，但前提必須建立在主減齒輪副具有較高重合度的基礎上，否則很難成功；車輛在主觀評價時，要確認是恒定轉速還是恒定車速時變速器嘯叫噪聲明顯，分清工況，對找到主要矛盾很有幫助；試驗數據和主觀評價表明，在發動機常用轉速區間內，檔位齒輪副的嚙合噪聲控制在40dB（A）以下，主減齒輪副嚙合噪聲控制在45dB（A）以下，變速器在整車上的表現能達到較高水平。