淺談雙離合自動(dòng)變速器嘯叫噪聲解決方法

李本軍，崔東偉，曹維

（海馬汽車有限公司，河南 鄭州 450005）

前言

隨著汽車的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)汽車的舒適性要求也越來越高，噪聲作為消費(fèi)者直接感官之一，越來越受各大車企重視。雙離合自動(dòng)變速器（DCT）作為近年來新出現(xiàn)的一種自動(dòng)變速器形式，由于扭矩大、無動(dòng)力中斷、經(jīng)濟(jì)型等特點(diǎn)，受到廣大用戶的青睞，應(yīng)用越來越廣泛。

雙離合自動(dòng)變速器最常見的噪聲有齒輪嘯叫噪聲、齒輪敲擊噪聲。其中齒輪嘯叫噪聲是較為常見且較難解決的問題之一，頻率范圍通常在700Hz~4000Hz，主要由齒輪系統(tǒng)嚙合過程中齒輪副的傳動(dòng)誤差（Transmission Error）而引起[1][2]。因此，解決齒輪嘯叫噪聲問題可通過降低齒輪傳動(dòng)誤差來實(shí)現(xiàn)。

本文以某雙離合自動(dòng)變速器二擋預(yù)掛一擋嘯叫為研究對(duì)象，借助Romax 軟件，通過齒輪微觀修形及接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)，有效解決了嘯叫問題，為齒輪嘯叫的解決提供思路。

1 傳動(dòng)誤差的概念

在齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，理想的嚙合齒面是完成共軛的，其傳動(dòng)比為恒定值，但實(shí)際上由于齒輪加工機(jī)理、制造誤差、受力變形等因素影響，會(huì)使得實(shí)際傳動(dòng)比在理論值附近上下波動(dòng)。在主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度θ1后，從動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)交與理論轉(zhuǎn)角之間的偏差Δθ2即為傳動(dòng)誤差(圖1)。

傳動(dòng)誤差的計(jì)算一般用嚙合線方向的線位移誤差表示。具體為[3]：

圖1 傳動(dòng)誤差示意圖

式中：TE為傳動(dòng)誤差；θ'2為從動(dòng)齒輪實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角；rb2為從動(dòng)齒輪基圓半徑；θ1為主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)角；rb1主動(dòng)齒輪基圓半徑。

2 傳動(dòng)誤差的影響因素

產(chǎn)生傳動(dòng)誤差的因素主要由兩方面：一方面是齒輪本身，如齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角、壓力角、有效齒寬、剛度等；另一方面是相關(guān)件如齒輪的箱體、軸承、軸的變形及軸承游隙等系統(tǒng)因素產(chǎn)生的嚙合錯(cuò)位。

3 傳動(dòng)誤差的優(yōu)化方法

齒輪修形是指在理論齒輪齒廓的基礎(chǔ)上有目的性和針對(duì)性地去除齒面的部分材料，以減小由于系統(tǒng)和輪齒變形而引起的齒輪錯(cuò)位，改善齒輪剛度波動(dòng)，減小了傳動(dòng)誤差，從而降低了變速器嘯叫噪聲[4-5]。

根據(jù)修形方向的不同，齒輪修形分為齒廓修形、齒向修形和三維綜合修形。

（1）齒廓修形-指沿著漸開線齒廓方向的修整，包括齒頂?shù)菇恰X頂修緣、齒根修形（挖根）、齒廓斜度修形等。

（2）齒向修形-指沿齒寬方向的修整，包括鼓形修整、齒端修薄和齒向斜度修形等。

（3）三維綜合修形-指齒廓修形和齒向修形的適當(dāng)組合。

結(jié)合本文選取的雙離合自動(dòng)變速器，將選擇齒廓與齒向修形相結(jié)合的修形方法，齒廓修形指的是在輸入和輸出齒輪當(dāng)中同時(shí)進(jìn)行鼓形量和修緣量進(jìn)行修形，齒向修形主要是對(duì)鼓形及齒向斜度進(jìn)行修形。選擇的齒面微觀修形曲線如圖2、圖3 所示：

圖2 齒廓修形

圖3 齒向修形

4 實(shí)例分析

經(jīng)搭載7DCT 某車型開發(fā)階段評(píng)審過程中，在2 擋預(yù)掛1 擋工況，反拖整個(gè)轉(zhuǎn)速段存在明顯嘯叫，而且嘯叫較無預(yù)掛工況明顯，經(jīng)階次切片為30.24 階。

圖4 嘯叫產(chǎn)生時(shí)間段階次切片

4.1 問題確認(rèn)

當(dāng)二擋在擋并預(yù)掛1 擋時(shí)，離合器2 結(jié)合，輸入軸2 輸入動(dòng)力，紅色實(shí)線為動(dòng)力傳遞路徑；同時(shí)，變速器已經(jīng)預(yù)掛一擋，但離合器1 未貼合，輸入軸1 隨動(dòng)并不輸入動(dòng)力，紅色虛線為動(dòng)力傳遞路徑（圖5）。

圖5 二擋預(yù)掛一擋動(dòng)力傳遞路線

二擋動(dòng)力傳遞：二擋擋位齒輪→二擋中間軸齒輪→中間2 軸主減齒輪→主減速齒輪；此時(shí)二擋擋位階次為19 階。

預(yù)掛一擋動(dòng)力傳遞：二擋擋位齒輪→二擋中間軸齒輪→中間軸2 主減齒輪→主減速齒輪→中間軸1 主減齒輪→一擋中間軸齒輪→一擋擋位齒輪；此時(shí)一擋擋位階次為30.24 階。

結(jié)合階次切片（圖4）30.24 階，與一擋擋位階次相同，工況為二擋預(yù)掛一擋工況，因此可判斷嘯叫為一擋齒輪產(chǎn)生。

4.2 模型建立

根據(jù)此變速器的已知尺寸，利用Romax 軟件分別建立齒輪、軸承、同步器、軸等的模型并裝配在一起，得到齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)模型，附圖6 為2 擋預(yù)掛1 擋受力情況。從Romax 受力面可判斷，二擋預(yù)掛一擋時(shí)一擋受力面為圖紙定義的從動(dòng)側(cè)。

圖6 Romax 數(shù)模-二擋預(yù)掛一擋工況

圖7 圖紙定義

4.3 載荷工況設(shè)定

要改善齒輪嚙合嘯叫噪聲就需要控制齒輪嚙合的傳動(dòng)誤差，要控制傳動(dòng)誤差就要對(duì)齒輪的宏觀參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，微觀進(jìn)行修形設(shè)計(jì)。對(duì)齒輪的宏觀參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，周期長，因此對(duì)齒輪的嘯叫只采用微觀修形優(yōu)化。

經(jīng)跟蹤測(cè)試，油門開度40%-50%，輸入軸轉(zhuǎn)速1800 rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩120.4Nm~156.2Nm 均值為138.3Nm。齒輪修形設(shè)計(jì)中設(shè)定的工況為輸入扭矩的50%，變速箱匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為280Nm，按50%選取為140Nm，而對(duì)于二擋預(yù)掛一擋工況，一擋至輸入軸2 存在油阻力，經(jīng)多組數(shù)據(jù)測(cè)試均值在8Nm，因此變速器齒輪修形工況載荷選取為輸入軸1 扭矩140Nm，輸入軸2 扭矩-8Nm。

4.4 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

4.4.1 優(yōu)化前基本參數(shù)及微觀參數(shù)

表1 1 擋主從動(dòng)優(yōu)化前基本參數(shù)及微觀參數(shù)

4.4.2 優(yōu)化前后微觀參數(shù)

利用Romax 微觀修形優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用齒形齒向綜合的方法，多方案設(shè)計(jì)，最終優(yōu)化前后微觀參數(shù)（表2）及接觸情況、傳動(dòng)誤差（表3）如下：

表3 優(yōu)化前后傳動(dòng)誤差及接觸情況

4.4.3 優(yōu)化前后接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)

按優(yōu)化后微觀參數(shù)做樣件，做接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)，結(jié)果如下（表4）：

表4 優(yōu)化前后接觸斑點(diǎn)

從表4 可知，試驗(yàn)結(jié)果與Romax 仿真結(jié)果基本一致。

4.5 測(cè)試結(jié)果

經(jīng)裝車測(cè)試，二擋預(yù)掛一擋嘯叫改善明顯，階次切片顯示下降了約15dB，主觀可接受。

圖8 二擋預(yù)掛一擋改善前后測(cè)試對(duì)比

5 結(jié)論

（1）齒輪傳動(dòng)中，傳動(dòng)誤差必然存在，嘯叫問題可以轉(zhuǎn)換為傳動(dòng)誤差問題。

（2）通過Romax 分析得到的最佳修形參數(shù)有效減小了齒輪的傳動(dòng)誤差。

（3）Romax 仿真分析的接觸應(yīng)力與試驗(yàn)結(jié)果基本相符。

（4）試驗(yàn)結(jié)果表明，修形后嘯叫噪聲減小了約15db，完全達(dá)到可接受程度。