某SUV起步噪聲機理及改進措施

汪江，馬成，呂孟理，董恒，司志明

摘 要：針對某SUV所實際發生的起步或倒車過程中發出的金屬噪聲，這種金屬噪聲在過去并不普遍，一般可以通過在等速驅動軸與輪轂軸承配合端面涂抹減摩涂層解決。但某SUV為了改善制動抖動問題，在輪轂軸承上增加了冷成型的鉚壓翻邊結構，這種鉚壓翻邊結構可以為輪轂軸承提供夾緊力，但改變了輪轂軸承與等速驅動軸配合端面的配合關系。這實際上使系統對激勵更加敏感。文章解釋了激勵背后的物理機制，并定義了影響激勵的參數，通過優化這些參數成功解決了起步噪聲問題，為同類問題的解決提供參考。

關鍵詞：起步倒車;金屬噪聲;等速驅動軸;輪轂軸承;鉚壓翻邊

中圖分類號：U463 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）23-109-02

Starting noise mechanism and improvement measures of an SUV

Wang Jiang， Ma Cheng， Lv Mengli， Dong Heng， Si Zhiming

（Anhui jianghuai automobile group co. LTD.， Anhui Hefei 230601）

Abstract： The metal noise emitted by an SUV during the actual starting or reversing process， this metal noise was not common in the past and generally can be solved by applying anti-friction coating on the drive shaft and hub bearing matching face. However， in order to improve the braking jitter problem， riveting pressure flanging structure was added on the hub bearing， the riveting flanging structure can provide clamping force for hub bearing， but it changes the relationship between hub bearing and drive shaft mating surface. This actually makes the system more responsive to incentives. This paper explains the physical mechanism behind the excitation and defines the parameters that affect the excitation， by optimizing these parameters， the problem of starting noise solved successfully.

Keywords： Start astern; Metal noise; Constant speed drive shaft; Wheel hub bearing; Riveting pressure flanging

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-109-02

引言

隨著汽車工業的快速發展，汽車 NVH 性能越來越受到人們的關注，且已成為衡量汽車性能的重要指標之一。起步工況作為常用工況，其舒適性是一項至關重要的評價指標[1]。

1 介紹

等速驅動軸的末端通常連接齒輪或車輪等部件，當這些部件通過簡單的螺栓或螺母安裝在驅動軸上時，產生的負載高度依賴于緊固件扭矩和一些設計參數，除了必須在驅動軸產品生命周期中保持扭矩承載能力和完整性外，NVH性能通常是設計優化和開發的重點。

令人反感的噪聲是在等速驅動軸扭矩上升過程中產生的短時瞬態噪聲。該驅動轉矩在上述接口中誘導旋轉運動。本文將詳細介紹噪聲產生的機理和導致或增強噪音的物理參數并提供改進措施。

在討論某SUV起步噪聲的物理特性之前，了解所涉及部件及其相互作用是至關重要的。

所涉及的三個部件分別為輪轂軸承、驅動軸接口及鎖緊螺母，如圖1所示。在這三個部件中，輪轂軸承的設計在過去的10到15年里變化最大，而鎖緊螺母和驅動軸接口的設計保持不變。某SUV為了改善制動抖動問題，采用最新的輪轂軸承結構，此輪轂軸承內圈延伸并采用冷成型工藝鉚壓在軸承上，為輪轂軸承提供夾緊力，相比傳統輪轂軸承的硬質貼合面，冷成型的表面對起步噪音更敏感。

圖1 ?驅動軸與輪轂軸承配合接口

圖2 ?輪轂軸承結構

2 噪聲產生機理

車輛從靜止狀態快速加速時，驅動軸轉矩超過鎖緊螺母轉矩時，因驅動軸與輪轂軸承配合花鍵存在側向間隙，如果驅動軸轉矩在主軸上的變化率足夠快，驅動軸與輪轂軸承將產生相對滑動，輪轂軸承與驅動軸交界面將由靜摩擦轉向滑動摩擦。對于干燥的金屬交界面，其摩擦系數如表1所示[2]。

表1 ?金屬表面的摩擦系數

對于兩個干燥的硬鋼表面，由靜摩擦變為滑動摩擦將導致摩擦系數下降約46%，從而導致夾緊力瞬間等效上升46%。導致產生更大的軸向力，在此過程中應變能得到釋放產生軸向沖擊，這種沖擊力刺激周圍的結構產生噪聲，同時應注意存儲的應變能釋放時間越短，沖擊力越大。這也解釋了為什么扭矩輸出較大的車輛噪聲傾向較高。

對比表1中干燥表面與油膩表面的靜態及滑動摩擦系數，發現油膩表面的靜、滑動摩擦系數變化較小，變化率只有7%，這就解釋了在交界面涂抹減摩涂層能顯著降低起步噪音的原因。

3 優化系統設計參數

通過對噪聲產生機理的分析突出了幾個起主要作用的設計參數。例如，如果可以將輪轂軸承與驅動軸交界面的摩擦系數控制為無窮大或接近于零，則不會有激勵。如果摩擦系數無窮大，兩交界面之間就不會有滑動，該設計特點是通過在輪轂軸承和驅動軸交界面采用端面齒來傳遞轉矩，但這需要對輪轂軸承和驅動軸接口采用新的設計及制造工藝，并增加成本。

而對于大多數如某SUV一樣采用軸向花鍵傳遞轉矩的車輛，驅動軸接口將在輪轂軸承上滑動。因此應盡可能降低兩交界面的靜、滑動摩擦系數的變化率，這可通過正確定義兩接口的表面完成;并降低兩接口的夾緊壓力，某SUV輪轂軸承的鉚壓翻邊結構可為軸承提供足夠的夾緊力，因此可適當降低鎖緊螺母的扭矩，同時夾緊壓力還可以通過增大交界面的接觸面積來降低，另外減小兩接口配合花健的側隙，提升花健接觸區域的扭轉剛度來盡量減小驅動軸在滑轉過程的扭轉角也是十分必要的。

4 優化方案驗證

通過上述分析，對某SUV車輛進行了如下優化：

（1）輪轂軸承與驅動軸交界面增加減摩涂層;

（2）驅動軸鎖緊螺母扭矩由260Nm降低至200Nm;

（3）輪轂軸承鉚壓翻邊接觸面粗糙度由Ra1.0減低至Ra0.6;

（4）輪轂軸承鉚壓翻邊接觸面面積增大20%;

（5）驅動軸與輪轂軸承配合花鍵增加螺旋角10'±3'，側隙由0.0489mm～0.1355mm變為-0.1402mm～0.0337mm;

（6）輪轂軸承內花鍵及鉚壓翻邊面增加熱處理，提升剛度（受工藝限制此措施未實施）。

通過實車驗證，所有措施或幾種措施的結合就足以改善起步噪聲。

5 結論

介紹了傳動系統在等速驅動軸傳遞轉矩時驅動軸與輪轂軸承交界面噪聲產生的機理。對于這種情況，結果表明高動力的傳動系統輸出的轉矩容易克服摩擦力使驅動軸與輪轂軸承交界面產生相對滑動，并產生足夠的軸向沖擊力，導致噪聲的產生。

通過對相關參數的分析，并在某SUV上進行了實車驗證，確認了一些有效和經濟的措施，對輪轂軸承與驅動軸采用花鍵配合的結構均有效，為其它車型解決此類問題提供有效的參考。

參考文獻

[1] 李新鵬，連俊義，郭世輝，王臣.某SUV車型起步異響原因分析及優化[J].汽車實用技術，2019.01.019.

[2] 機械手冊第十八版，肯普斯工程師年鑒1980.