基于階次的變速器噪聲分析方法

摘要：隨著我國經濟的發展和社會的進步，汽車性能的提高已成為汽車領域研究的主旋律，其中NVH是近幾年的主要研究方向。通過對一種典型的噪聲、振動問題分析案例，闡述了一種快速有效的變速器嘯叫問題分析方法，并通過客戶反饋形成量化的出廠標準，為變速器的設計和產品噪聲標準制定提供參考。

關鍵詞：變速器；異響；振動；噪聲；NVH性能

隨著生活質量的提高，人們對于汽車乘坐的舒適性的要求，也變得越來越高。汽車市場競爭十分激烈，如何改善汽車質量、降低成本價格、提高NVH（Noise，Vibration，Harshness）性能，已成為汽車制造商的重點研究方向，而且NVH性能好壞直接影響汽車的整體性能，需要從根本上改善目前汽車領域的狀態。

解決汽車乘坐舒適性的問題，首先需要關注的問題就是振動和噪聲，其中NVH就是評價汽車性能的重要指標之一。

本文通過某車型變速器嘯叫問題的分析案例，闡述一種基于階次的變速器噪聲分析方法并通過該方法制定出廠標準。

某款匹配1.3T動力車型的變速器總成，客戶反饋車輛在掛四擋行駛，輸入軸轉速＞2500r/min工況下，整車出現嘯叫問題。傳統的主觀診斷方法很難快速鎖定噪聲的準確來源，將客戶反饋的噪聲轉化為變速器廠家出廠標準就更難實現。

本方法采用Head Record NVH采集設備和discom變速器下線檢測設備，可以快速鎖定原因，并針對客戶反饋設定用于生產的噪聲標準。具體分析方法如圖1所示。

變速結構傳動路線

該變速器四擋動力傳遞路線是由發動機運轉將動力傳遞到變速器輸入軸，輸入軸通過四擋主動齒輪將動力傳遞到輸出軸，然后通過輸出軸上的主減速主動齒輪將動力傳遞到差速器齒輪，最終由差速器將動力傳遞到車輛半軸和車輪上，如圖2所示。可見如果鎖定是變速器導致的噪聲，聲音大概率是來自一對四擋齒或者一對主減速齒輪。

變速器各擋位階次

階次分析本質上是基于參考軸轉速的頻率分析。階次C、頻率f與參考轉速n1之間的關系為

C=f/n1" " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

齒輪嚙合頻率的計算公式為

f=zn2" " " " " " " " " " " " " " " " " "（2）

式中 z——齒數；

n2——齒輪轉速。

由式（1）、（2）可得

C=zn2/n1" " " " " " " " " " " nbsp; " " " "（3）

根據式（3）計算該變速器各擋位階次見表1。

整車NVH測試

采用Head Record NVH采集設備對整車做噪聲采集，NVH檢測結果如圖3a所示，可根據頻率計算公式（1）計算得到階次為33階次，恰好是表１中變速器四擋齒輪對應的嚙合階次，可以確定整車嘯叫聲來自于變速器四擋齒。

提取瀑布圖中33階次在時域上的能量分布，對應33階次切片圖，如圖3b所示。

由于車內的噪聲主要是發動機的噪聲，其次是變速器的噪聲，在整車上解決這一問題的主要方法是隔聲、消聲、隔振等，通過選取合適的材料，達到降低噪聲的目的。比如在變速器懸置架上安裝一定程度的減振設備，使機械能以熱能的形式消耗；采用合適的材料對車身上的所有骨架采取封閉措施，以減小車內噪聲等。

在前期開發階段中，客戶一般會根據經驗提出一個大概標準范圍，比如要求變速器噪聲要低于整車噪聲的15dB，以此作為整車的噪聲標準（圖3b紅線）。但事實表明，并非低于這個標準的任何階次噪聲都能夠接受，譬如圖2變速器總成的噪聲雖然符合了整車的標準要求，但是卻被駕駛人主觀識別并抱怨，針對這類噪聲的標準需要專門定制，制定方案也是本文討論的課題之一。

discom階次能量確認及門限值并優化

變速器生產現場普遍采用的是discom加載檢測方法。問題批次的變速器總在生產廠家都會有追溯記錄，雖然受校驗條件的限制，加載載荷、采樣頻率等都會有所差別，但仍可以使用基于階次分析噪聲的計算方法。

通過客戶反饋的變速器流水號信息調取discom數據信息，如圖4所示，由于變速器本身的質量差異性，圖4中故障總成階次曲線都會有一定的離散性。

為了確定噪聲標準，可以通過客戶對該批次的多輛車進行評價，篩選多輛故障車的噪聲，收集勉強可接受的邊界總成編號。分別調取discom階次曲線，通過分類對比決定采用圖4中綠色曲線作為33階噪聲的可接受邊界。同時在discom設備中直接修訂紅色直線段作為33階的校驗標準，解決了敏感階次噪聲的特殊門限設置問題，即在符合整車噪聲下降15dB的標準前提下，增加紅色曲線作為變速器總成出廠校驗的邊界條件。

齒輪精度檢測

根據總成測試結果，鎖定四擋齒輪副做為檢查對象，分別觀察和檢測四擋主動齒輪和從齒輪，發現四擋齒輪的齒面表面有明顯的剃齒刀痕，如圖5所示。同時，主動齒輪的齒頂部位有明顯凸起，這都會影響齒輪的正常嚙合。

為了進一步驗證引起嘯叫的參數，減少驗證過程其他因素的影響，直接在一臺故障總成的四擋主動齒輪上進行局部調整。采用珩輪對齒面進行返工，降低齒表面粗糙度值，同時對齒頂進行修磨，整改齒頂凸起問題，重新復原到總成進行加載驗證。如圖6所示，故障變速器的33階次曲線能量明顯降低，變速器嘯叫問題得到改善。

結語

通過上述分析方法，可快速有效地鎖定噪聲聲源，確定故障齒輪，同時還可以給噪聲門限標準的制定提供可靠依據。通過基于階次的噪聲分析方法解決不同類型的噪聲問題，不斷循環總結階次曲線特征和齒輪失效模式的關系，最終就會形成噪聲分析的數據庫，為今后的故障分析、出廠校驗準則的制定以及變速器齒輪設計提供可靠的依據。

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