304_汽车手动变速器怠速敲击噪声研究及优化_长安_马小英.pdfVIP

汽车手动变速器怠速敲击噪声研究及优化 马小英，彭国民，余波 (长安汽车工程研究总院 汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室，重庆，401120) 摘 要：本文以实际工程中出现的某款手动变速器产品敲击问题为实例，应用CAE 技 术建立数学模型来研究手动变速器怠速下齿轮敲击现象。模型基于有限元与多体动力学分析 方法，考虑了整个变速器系统的综合影响。通过分析变速器齿轮敲击振动现象，得到变速器 五档同步器不合理的安装方式增大了变速器系统敲击噪声的结论，并由此提出了为缓和轮齿 间敲击而降低变速器怠速噪声的结构措施。 关键词：变速器，扭振，敲击，表面振动 主要软件：AVL EXCITE Timing Drive，AVL EXCITE Power Unit 1. 前言 当前社会环境保护及公害治理方面对汽车低噪声化的要求日益强烈，变速器噪声作为汽 车的主要噪声源之一，已经成为越来越多汽车生产企业的重要研究方向。引起变速器噪声的 原因是多方面的，错综复杂的，但最主要的是变速器啸叫和敲击噪声，均是由变速箱的齿轮 传动引起的。 近年来，随着计算机技术的迅速发展，齿轮振动噪声的研究工作迈向了新的阶段。 过 去包括在这方面的许多研究主要是用一个综合的计算模型仿真辅助变速箱设计和实验来解 [1] [2] 决这一问题 。这种方法在理解基本的轮齿敲击现象的过程是有限的和缓慢的，这是因为 轮齿的敲击是一个系统的问题而不仅仅是一个齿轮轮齿的问题，而且变速箱系统包括像轮齿 间隙、搅油阻尼、齿轮啮合动刚度等非线性因素，这些非线性的分析特性给数学模型和仿真 带来特殊的困难。 本文考虑了变速器传动系统中各种因素对变速器敲击噪声的综合影响，应用AVL 多体动 力学软件建立变速器传动系统分析模型，组合传动系( 齿轮、轴、轴承、同步器、输入轴、 中间轴、输出轴组成) 扭转特性和卸载齿轮副的振动的相互作用，模型引入齿轮间隙、轴的 扭转刚度,、沿接触线不同位置的啮合轮齿刚度、搅油阻尼等非线性因素，分析了变速器五 档同步器布置方式对变速器怠速敲击的影响，为解决工程实际问题提供理论及数据依据。 2. 问题描述 变速器敲击噪声和由于换档齿轮副轮齿间的冲击有关，尤其变速器在空转运行和低速档 ( 一档或二档)可以听到。该敲击主要是由于汽车发动机的扭转振动引起的，扭转振动经由 曲轴飞轮端及离合器传递到变速器输入轴，变速器主动齿轮随着齿轮轴转动，由于设计和制 造误差以及磨损使轮齿间存在侧隙，所有非同步齿轮副无负荷啮合下的轮齿间产生一系列振 动冲击运动，如图1所示，齿轮间冲击振动经由轴和轴承传到变速箱箱体，振动再转变为可 [3] 听得见的敲击声 ； 2011 AVL 先进模拟技术中国用户大会论文 图1 齿轮敲击示意图 某车在冷车状态怠速空挡工况下，变速器出现两种声音，一种是“咔咔”不连续响声，另 一种是连续的变速器敲击声，两种声掺杂在一起，使人无法接受。该车变速器为五档手动变 速器。试验测试整车怠速工况不踩离合和踩离合两种状态的噪声，并进行对比。驾驶员右耳 位置频谱测试结果，离合器结合时，不连续敲击噪声频率为 500Hz 以下，连续的敲击噪声 频率为1000Hz-200Hz，如图2 ，当踩下离合（变速器输入轴不转），两种敲击声消失，如图 3 。离合器结合与断开状态车内语言清晰度从149%降低到 143%，降低了8%左右，变速器 严重影响了整车怠速声品质，如图4 示。下面从CAE 技术层面建立变速器系统动力学模型， 进行变速器怠速齿轮敲击分析。 图2 未踩离合状态下声压级频谱图 图3 踩离合状态下声压级频谱图 3. 多体动力学模型 3.1 结构布置图及激励传递路径 变速器档位结构布置示意如图5 示，此变速器为三轴式5 档结构变速器，其中 1、2 档 同步器及5 档同步器布置在中间轴上，3、4 档同步器布置在输入轴上。怠速空档工况下， 由发动机曲轴飞轮端产生的扭矩波动经由离合器传递到输入轴，与输入轴为一体的所有齿轮 副随输入轴扭矩波动而产生角度波动。由于怠速工况下没有扭矩输出，中间轴、输出轴不转 动，即图中1 档、2 档、5 档主动齿轮随输入轴一起运转，与其啮合的空套在中间轴上的空 套齿轮也随之进行运转。由于啮合的齿轮间存在间隙，在扭矩波动的作