汽車變速器噪聲特性的相關研究

張恩

吉利汽車 浙江寧波 315336

1 汽車變速器噪聲產生機理

1.1 汽車變速器結構組成與噪聲產生原理

常規汽車變速器是由齒輪、軸、同步器、換擋裝置、箱體、軸承等主要部件組成的傳動系統。其中齒輪副是實現變速功能的核心部件，也是汽車變速器產生噪聲的主要根源。變速器噪聲一般包括，空氣噪聲與結構噪聲兩種，其中空氣噪聲的激勵源是嚙合齒輪副高速運轉時不斷產生振動與沖擊，擠壓的箱體內部空氣，并向空氣中輻射噪聲，而結構噪聲的激勵源則為變速器箱體內部的各個振動的零部件[1]。激勵的產生一般是因傳遞誤差（TE）的存在，TE即是指齒輪嚙合實際位移相對于理論位移的差值，即在變速器在運轉過程中，齒輪系統因TE的原因，在嚙合傳動時所受到的不平穩激振力，而產生齒輪噪聲。

1.2 變速器齒輪系統噪聲源

汽車變速器齒輪傳動的準確性與平穩性受變速器設計參數、齒輪裝配精度、箱體制造精度以及變速器工作狀況等多種因素影響，主要有：

（1）齒輪本身：①齒輪的宏觀參數，如齒輪的齒數、模數、螺旋角、壓力角、有效齒寬等；②齒輪自身的加工精度；③齒輪的嚙合剛度，由于在嚙合過程中接觸線長度及齒厚的變化，導致嚙合的剛度發生變化。

（2）齒輪嚙合錯位：由箱體、軸的變形以及軸承游隙和裝配誤差等系統綜合因素產生。體現在齒輪嚙合過程中即為嚙合齒輪齒面產生偏載，使得傳動不平穩。一側接觸，另一側張開，張開的最大距離即為錯位量。若運行過程中齒輪嚙合傳動不平穩引發圓周方向振動，則會產生一定程度的噪聲[2]。

2 汽車變速器噪聲特性

在對變速器進行噪聲特性實驗研究中發現，噪聲指向特性存在遠近場有明顯的不同，遠場噪聲幅值明顯高于近場噪聲幅值；當變速器處于加速運行狀態時，其所產生的噪聲影響與變速器傳動速度密切相關，加速度較大時變速器運行產生的空氣噪聲急劇增長，一般變速器在一檔、二檔時噪聲明顯增大，處于四檔、五檔時噪聲增速明顯緩慢。根據研究發現，

變速器齒輪噪聲有以下明顯特性：（1）由工作承載齒輪副產生；（2）存在明顯的階次特征，與齒數等因素相關；（3）當箱體和齒輪軸系結構的固有模態被激勵產生共振后，噪聲表現更為嚴峻；（4）在中高頻、較寬轉速范圍內都可能出現。

變速器噪聲傳播路徑主要有：（1）結構路徑傳播噪音。主要來自換擋拉鎖支架、懸置及其它接觸件。（2）空氣路徑傳播輻射噪音。加速度噪聲由變速器殼體混響產生，通過殼壁向空氣輻射；

3 汽車變速器“空擋異響”噪聲控制

3.1 “空擋異響”噪聲的產生與噪聲源識別

某品牌轎車前驅手動變速器在空擋運行狀態下，有明顯人耳可聽見的“異響”噪聲，影響駕乘舒適性。經一番探究后發現，空擋異響的原因為：發動機結構特點產生的扭矩波動，引起傳動系扭轉振動，當扭轉振動達到一定程度時，因齒輪副TE的存在，承受輕微載荷的空轉齒輪與其驅動齒輪會發生脫齒敲擊，而產生振動噪聲。

在噪聲特性分析實驗中發現，變速器“空擋異響”噪聲特性與發動機表面振動特性及幾何形狀密切相關，發動機表面振動頻率即為空擋怠工狀態下變速器的噪聲頻率，屬于變速器結構噪聲。

3.2 “空擋異響”噪聲的控制措施

由于“空擋異響”的噪聲源為由變速器輸入端扭矩波動引起非承載齒輪嚙合沖擊產生，根據前述分析，應該盡量降低發動機輸出到變速器輸入軸的轉速波動，降低齒輪敲擊聲，目前主要手段是加強隔聲、隔振，降低傳動系扭轉振動調整離合器剛度、阻尼，工作人員通過雙質量飛輪（DMF）和優化離合器的減振特性來減小轉速波動，使車內噪聲狀況得到明顯改善。

4 汽車變速器“嘯叫”噪聲控制

4.1 “嘯叫”噪聲的產生與噪聲源識別

某品牌汽車前驅手動變速器五檔有較為嚴重的“嘯叫”噪聲，一定程度上降低了該款轎車的舒適性。工作人員在對變速器進行穩態、瞬態實驗后發現，其噪聲特性與齒輪副的轉速與荷載有直接關系，分析參與嚙合的齒輪副，五檔主從動輪齒數比為45：34，主減速齒主從動輪齒數比為17：69，齒面接觸斑點實驗發現，主減速齒輪副明顯擦痕，最終判定主減速齒輪副是“嘯叫”噪聲的聲源[3]。

4.2 “嘯叫”噪聲的控制措施

在確定噪聲源后，工作人員對主減速齒輪副的接觸斑點做了進一步的分析，發現該種接觸斑點可能是變速器支撐結構發生了一定程度的形變，或是齒輪螺旋線等參數的異常造成。由于該款變速器的輸出軸半徑較大，有良好的軸承剛性，基本上可以排除變速器結構發生形變的可能，因此，判定為齒輪本身參數原因。最終工作人員通過對主減速齒輪副修形，優化齒輪參數，變速器“嘯叫”噪聲得到了明顯改善。

齒輪修形，目的是使齒寬方向載荷分布均勻，齒廓方向中間載荷大，齒根、齒頂載荷?。ㄖ虚g承載能力最強），這樣在齒輪開始嚙合和退出嚙合時所受的沖擊力會大大減小，使齒輪傳動更平穩。當齒輪副齒寬方向偏載嚴重，就需將齒寬方向單位載荷大的一側去除一定材料（齒向修形）；齒廓方向齒根與齒頂的載荷較大，就需將齒根和齒頂去除一定的材料（齒廓修形）。修形是目前較常用的方法，也是后期優化減少傳遞誤差最有效的方法，但修形量的控制十分關鍵。

5 結語

綜上所述，噪聲源的分析在汽車變速器噪聲特性分析及控制中具有重要的作用，其中低頻段噪聲的噪聲源主要為空套齒輪抖動敲擊噪音，高頻段噪聲的噪聲源主要為齒輪嚙合噪音。在對汽車變速器噪聲進行控制時，可以通過降低傳動系扭轉振動調整離合器剛度、阻尼，減少齒面敲擊，降低汽車“空擋異響”噪聲；通過對傳動齒輪副的修形，降低汽車“嘯叫”噪聲。