基于階次分析的某輕卡行駛異音調查

于友明 林文干 朱琪 劉鋒

關鍵詞：階次分析 異音調查 齒輪噪聲

1前言

車輛在正常的行駛過程中多少都會發出一定的噪聲，這種噪聲如果超出了一定的范圍就會感受到不舒適。汽車整車異響涉及的因素是多方面的.對于整車底盤異響原因分析較為復雜，是批量生產制造整車中客戶對于NVH體驗及質量控制的重點之一。

行駛過程底盤的異響設計有輪胎異響、傳動系統異響、懸架系統異響、車身系統異響。本文研究對象是某輕型卡車在加速、帶擋減速時出現異音，屬于傳動系統異響。經主觀評價、頻譜分析、濾波回訪、階次分析，確定是主減速器噪聲.經換裝確認并解決問題。

2主觀評價分析

某款改進車型騾子車行駛時異音較明顯.會引起一定抱怨，經統計有2臺騾子車有該問題，其中2車從50km/h開始出現異常噪聲.1車輕微異音但不明顯（非專業人士難以分辨）.基礎車型沒有異音。2車60km/h及100km/h行駛時噪聲較明顯。

主觀評價分析該異音是1000Hz左右的齒輪噪聲，且與車速相關。車輛行駛時有齒輪嚙合的部件主要是發動機、變速箱、傳動軸、主減速器.其中傳動軸轉速、主減速器齒輪嚙合頻率只與車速相關，因此可以通過換擋評價排除是否跟發動機、變速箱是否相關。五檔60km/h時有異音，換到四檔并保持車速不變，異音無變化，換到三檔異音也無變化。基本排除發動機、變速箱的問題.以下重點考察主減速器。

齒輪嚙合過程中產生沖擊振動是不可避免的，其主要是受節線沖擊和嚙合沖擊所致。齒輪嚙合時，在節點外的其它嚙合點的速度方向不一致。齒面間相對滑動引起摩擦，由于摩擦力在節點處突然改變方向，形成節線沖擊。此外，每當一對輪齒進入和脫開嚙合時，輪齒上的載荷和剛度突然增加和減少，產生一個瞬間的切向加速度即嚙合沖擊，二者共同作用產生振動。

總之.嚙合頻率產生的噪聲主要與齒輪的轉速、齒輪總的誤差（包括安裝誤差和制造誤差）以及齒輪加載后的變形有關。

3現狀分析

在車內布置麥克風傳感器進一步查找問題頻率.見圖1。經過多輪評價討論.確定了兩個典型工況：五檔30km/h緩加速至120km/h，五檔定速100km/h行駛。

如圖2.30km/h緩加速至120km/h主駕右耳噪聲瀑布圖，圖中有三條明顯的軌跡線，階次最低的是發動機二階噪聲，其它兩高階噪聲疑似異音。

如圖3，定速100km/h主駕右耳噪聲頻譜圖，在416Hz時有較明顯的峰值。添加400-430的帶阻濾波器將416Hz峰值濾掉，回放噪聲、異音明顯減少;再添加815-845的帶阻濾波器將832 Hz峰值濾掉，回放噪聲、異音基本消除。

定速100km/h行駛異音頻率為416 Hz，100km/h行駛時發動機轉速表讀數2800r/min，對應二階噪聲為93 Hz，如圖3發動機二階噪聲為94Hz，二者相吻合。

定速行駛時出現兩個異常頻率，30～120km/h勻加速行駛出現兩條異常軌跡線.疑是發動機轉速相關的階次問題.以下進行階次分析。

4原因分析

在旋轉和往復運動機械中，載荷的變動和運動部件的缺陷會引起振動.并相應地輻射噪聲。對于常規的振動（線振動）而言，通常用頻率來描述一秒鐘內振動往復的次數，這就是所謂的振動頻率。對于扭轉振動而言.通常用階次這個名詞來描述.階次表示的是旋轉部件每旋轉一圈（360°）事件發生的次數。

一對齒輪在嚙合傳動時，由于存在齒輪嚙合間隙，因而產生嚙合振動。當變速箱一軸常嚙合齒輪的轉速一定時.變速箱內的每一個齒輪的嚙合頻率是不變的。該齒輪的嚙合頻率如下：

式中，變速箱一軸常嚙合齒輪的轉速是n1，單位為r/min;齒數為z1。

同理.其它任何一個齒輪的嚙合頻率如下：

式中，n;為該齒輪的轉速，單位為r/min;z;為齒輪的齒數。

此可見，齒輪嚙合頻率只與齒輪的轉速和齒輪的齒數有關。而且同一嚙合副的兩個齒輪的嚙合頻率相同。

該變速箱的常嚙合副齒數比是31：43，五檔嚙合齒的齒數比是51：29.五檔轉速比是1：0.789。因此2800r/min五檔行駛時，變速箱的振動頻率有1446 Hz、1715Hz，這與問題頻率不符。

主減速器主動端齒數是7，五檔2800r/min行駛時，主減速器的齒輪嚙合頻率為：f=2 800+60+0.789x7=414Hz.可以確定定速100km/h行駛時異音來自主減速器。

在主減速器主動端安裝齒輪盤及轉速傳感器，測傳動軸轉速;在減速器殼體粘貼加速度計，測減速器振動;同時記錄主駕右耳的噪聲，如圖4所示。

以上分析得知異音來自主減速器.以傳動軸轉速為基準，提取轉減速器7階、14階振動，同時因為5檔轉速比是1：0.789，則以傳動軸為基準的1.5階是發動機的二階。如圖5，五檔緩加速行駛主駕右耳噪聲階次分析可知，7階、14階噪聲占了較大成分，且在1300r/min，2000r/min，3500r/min出現較大的波峰。基本可斷定異常噪聲來自減速器。以下再分析主減速器的振動情況。

如圖6，五檔緩加速行駛主減速器z向振動階次分析圖可知，主減速器的主要振動是14階，14階振動較大推測主減速器主動端7個齒輪有2個嚙合不正常。

5拆解分析

拆解樣車主減速器，如圖7拆解主減速器示意圖，圖中紅圈出現燒齒情況。出現燒齒主要有兩個原因：潤滑油不達標或加注不達標：裝配間隙、嚙合位置不達設備要求也會出現燒齒。

經工藝復查，潤滑油加注規格、容量都正確，試驗車是騾子樣車，裝配不良可能性較大。

6方案驗證及結語

換裝狀態良好的主減速器，主觀評價異音消除，圖8是換裝后主駕內耳噪聲的階次分析圖，此時噪聲以發動機二階噪聲為主.問題得以解決。后續需把控零部件品質、工廠作業裝配工藝。