某5擋變速箱內振動仿真分析

田春雨 張繼東 王健輝 王巧玉

摘 要：文章以某手動擋車型5檔同步嚙合變速箱作為研究對象。首先分析汽車變速箱產生振動與噪聲的原因，闡述與其相關的聲學理論知識;后用COMSOL Multiphysics軟件對變速箱整體部件進行進一系列的振動與噪聲仿真分析，包括變速箱工作時的振動頻率與以及定點處的法向加速度，振動的應力大小以及應力分布，得到變速箱箱體的振動加速度分布情況以及數值。

關鍵詞：變速箱;模態(tài);振動響應

中圖分類號：U463.1? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）15-140-03

Abstract： In this paper， the 5-speed synchromesh gearbox of a manual transmission is taken as the research object. Firstly， the reason of the vibration and noise of the automobile gearbox is analyzed， and the related acoustic theory knowledge is expounded. The multiphysics software carries on a series of vibration and noise simulation analysis to the whole parts of gearbox， including the vibration frequency and the normal acceleration at the fixed point， the vibration stress size and the stress distribution， and obtains the distribution and value of the vibration acceleration of gearbox.

Keywords： Gearbox; Modes; Vibration response

CLC NO.： U463.1? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-140-03

1 引言

車用變速箱是車輛傳動系統(tǒng)的重要組成，正常運行時，箱體中的齒輪在嚙合過程中處于單雙齒交替嚙合，嚙合剛度和載荷會產生突變，各輪齒的變形量與同時嚙合的輪齒個數均呈現周期性變化，嚙合剛度也發(fā)生周期性變化，產生剛度激勵。剛度激勵的力學效應會使齒輪系統(tǒng)產生振動[1-2]。

2 模型定義

對變速箱進行多體分析，計算齒輪動力學和殼體振動，得到固有頻率、法向加速度和振動頻率[3]。

2.1 變速箱中的零件

2.1.1 齒輪

假定齒輪均為剛性，齒輪嚙合為彈性，齒輪特性如表1所示。

2.1.2 軸

研究所需要的工作條件包括發(fā)動機的轉速、承載扭矩以及嚙合齒輪對數，如表2所示。

2.2 變速箱固有頻率計算

以五檔轉速為研究對象進行計算，得到五檔嚙合時變速箱固有頻率，如表3所示。

隨著頻率的增大振動的振幅將增大，所以第五階固有頻率時振幅最大，最具有研究價值[4]，因此選擇2132.3Hz作為主要固有頻率進行分析。

3 變速箱振動計算

3.1 應力

主傳動軸旋轉一周為1個周期T，T等于0.075398s，在0-T范圍內，對變速箱主傳動軸進行時域多體動力學分析。以五檔轉速為研究對象，計算可得時箱體中Von Mises應力云圖，如圖2所示。

由圖2可以看出，鉸鏈支撐處（y-z面）的應力最大，為2.03×107N/m?，以支撐鉸鏈為中心點向外逐減小。說明Von Mises應力以支撐鉸鏈為中心點向外擴散，變速箱運轉時，相對運動部件之間，在綜合力作用下開始產生摩擦振動[5]。

3.2 法向加速度

添加法向加速度研究，并選取變速箱箱體為研究參考點，以變速箱五檔工作時為標準，計算法向加速度，如圖3為箱體的法向加速度云圖。

由圖4可以看出，主副齒輪傳動軸的支撐鉸鏈處法向加速度較大，主副齒輪傳動軸的法向加速度方向相反，與旋轉方向一致，主傳動軸的法向加速度對于變速箱箱體的影響相對較大。

選擇變速箱殼上的任意一個點位置，研究變速箱箱體上某一點法向加速度隨主傳動軸轉動周期的變化情況。齒輪箱頂部某一點的法向加速度的時間歷程如圖4所示。從圖可知，變速箱箱體振動占主導地位的頻率范圍為1000 Hz-3000 Hz。

通過連續(xù)傅里葉變換解得到法向加速度頻譜圖，如圖5所示。

由圖5可知，變速箱頂部參考點處振動加速度在齒輪的嚙合基本頻率點附近出現了峰值，由此說明輪齒嚙合頻率對箱體振動產生了較大的影響，同時根據噪聲與振動理論預測，將可能在峰值頻率處出現噪聲峰值[6]。

4 結語

（1）通過對變速箱整體進行頻域分析，可發(fā)現應力基本集中在支撐鉸鏈處，且振動通過支撐鉸鏈與箱體的連接部分傳遞至箱體表面。

（2）箱體表面的Von Mises應力分布較為平均，同時箱體的法向加速度也相對集中，主要分布在主副傳動軸的鉸鏈支撐處以及車架對箱體的支撐處，主傳動軸教練支撐處與副傳動軸的鉸鏈支撐處以及車架對箱體的支撐處的法向加速度方向相反。

參考文獻

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[2] 韓珈琪.汽車變速箱振動噪聲控制研究[J].城市建設理論研究（電子版），2016，（12）：944-944.

[3] 李建偉，朱鵬偉.變速箱振動對汽車噪聲的影響分析[J].現代制造技術與裝備，2016，（2）：63-63，65.

[4] 謝富科，張振華.變速箱振動對汽車噪聲的影響初探[J].建筑工程技術與設計，2017，（17）：417-417.

[5] 劉慧，胡建中，湯永旸.淺談汽車變速箱的振動與噪聲測試[J].山東工業(yè)技術，2017，（9）：266.

[6] 馬維金，吳文軒，王俊元，等.汽車變速箱振動噪聲時頻域分析[J].機械傳動，2017，41（1）：96-99.