某自動變速箱油泵異響問題研究

楊士先，徐誠，閆亞潘，張保良

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某自動變速箱油泵異響問題研究

楊士先，徐誠，閆亞潘，張保良

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章對某自動變速箱油泵異響現(xiàn)象進行了描述，并對油泵異響故障進行了原因分析，介紹了問題分析的過程和方法，找到了某自動變速箱油泵異響的根本原因，解決了該自動變速箱油泵異響的故障，提高了自動變速箱的NVH性能。

自動變速箱；油泵；NVH 異響

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)09-50-03

前言

變速箱是汽車動力系統(tǒng)的重要組成部分，自動變速箱與傳統(tǒng)的手動變速箱相比，具有操控便捷、行駛平穩(wěn)等優(yōu)勢，而且隨著近些年自動變速箱新技術(shù)的不斷發(fā)展，自動變速箱的油耗也在不斷降低。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，搭載自動變速箱的車型正越來受到消費者的青睞。

自動變速箱的NVH性能是評價變速箱性能的重要標準之一。NVH性能不僅影響駕乘者的主觀體驗，也對自動變速箱的效率和壽命有潛在影響。自動變速箱的NVH性能與其內(nèi)部各零部件的性能和精度密切相關(guān)，其中油泵噪音是一個重要因素。本文主要對某自動變速箱油泵異響問題進行分析，找到了導(dǎo)致油泵異響問題的關(guān)鍵因素，解決了油泵異響問題，提高了自動變速箱的NVH性能，從而提高了客戶的駕乘感受。

1、自動變速箱油泵結(jié)構(gòu)

自動變速箱油泵按主流結(jié)構(gòu)分類，可以分為內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵、內(nèi)嚙合擺線齒輪泵、外嚙合齒輪泵、葉片泵、轉(zhuǎn)子泵等。本文研究的自動變速箱油泵結(jié)構(gòu)為內(nèi)嚙合擺線齒輪泵。

圖1為某自動變速箱所用的內(nèi)嚙合擺線齒輪泵結(jié)構(gòu)圖。其主要由油泵體、油泵蓋、外齒輪、內(nèi)齒輪、驅(qū)動軸等部件組成。油泵安裝在自動變速箱內(nèi)部，驅(qū)動齒輪（10）通過驅(qū)動軸（5）帶動油泵內(nèi)齒輪（2）轉(zhuǎn)動，從而帶動外齒輪（1）一起轉(zhuǎn)動，通過內(nèi)、外齒輪齒間空隙將油液源源不斷的從進油口輸送到出油口，實現(xiàn)其輸油功能。

圖1 內(nèi)嚙合擺線齒輪泵結(jié)構(gòu)圖

2、油泵異響的故障現(xiàn)象

異響特點：該異響發(fā)生在各個檔位掛檔完成之后，通常出現(xiàn)在輸入轉(zhuǎn)速為800rpm開始進行升速時或在降速至800rpm附近時，發(fā)出1~3次金屬敲擊聲響，無明顯階次特征（無法與軸頻、齒頻及其倍頻相對應(yīng)）。頻域信號表現(xiàn)為寬頻噪聲，時域信號表現(xiàn)為異響處峰值/RMS值升高。

圖2 異響時域信號

3、油泵異響的分析方法

故障分析需要在不同的階段使用不同的方法，下面舉例介紹解決油泵異響故障過程中使用的分析方法。

3.1 故障樹分析法

采用故障樹分析法，將可能導(dǎo)致油泵異響的因素歸納如下：

3.2 對比分析法

通過將異響油泵與標桿油泵的不同點進行對比，初步判斷可能導(dǎo)致油泵異響的要因。

3.2.1對比異響油泵和標桿油泵的結(jié)構(gòu)差異，如圖3、4所示：

對比結(jié)論：異響油泵的導(dǎo)油槽均設(shè)計在泵體一側(cè)；標桿油泵的導(dǎo)油槽泵體、泵蓋對稱設(shè)計。

導(dǎo)油槽設(shè)計不對稱，可能會對內(nèi)齒輪產(chǎn)生不對稱的液壓力，這種液壓力有可能導(dǎo)致內(nèi)齒輪竄動產(chǎn)生異響。需要進一步分析確認。

圖3 異響油泵導(dǎo)油槽

圖4 標桿油泵導(dǎo)油槽

3.2.2 全尺寸測量異響油泵和標桿油泵，得出尺寸差異。例如內(nèi)齒輪同軸度差異，如圖5所示：

對比結(jié)論：內(nèi)齒輪齒根圓（D5）相對于旋轉(zhuǎn)中心（D7）的同軸度是標桿泵的3.8倍。同軸度差有可能導(dǎo)致齒輪副在轉(zhuǎn)動時發(fā)生干涉，產(chǎn)生噪音。異響油泵齒輪的同軸度差會不會導(dǎo)致在轉(zhuǎn)動時發(fā)生干涉，需要進一步分析。

圖5 內(nèi)齒輪示意圖

3.3 仿真分析法

通過仿真軟件對不同的尺寸和結(jié)構(gòu)進行分析，初步判定其對油泵噪音的影響。

3.3.1 對不同導(dǎo)油槽結(jié)構(gòu)的油泵進行CFD仿真分析，如圖6所示。

圖6 導(dǎo)油槽CFD仿真示意圖

CFD仿真分析結(jié)果如下：

→ 異響油泵對稱計算點壓力差最大約1bar;

→ 標桿油泵對稱計算點幾乎沒有壓力差；

→ 小結(jié)：異響油泵內(nèi)齒輪在低壓腔油槽處存在約2.5N的周期性軸向力。

根據(jù)仿真結(jié)果看出：異響油泵內(nèi)齒輪在低壓腔油槽處存在約2.5N的周期性軸向力。由于內(nèi)齒輪與泵體、泵蓋之間的軸向間隙非常小，內(nèi)齒輪在轉(zhuǎn)動中受到軸向力之后可能會與泵體、泵蓋刮擦產(chǎn)生噪音。需要進一步驗證。

3.3.2 對不同精度的內(nèi)外齒輪進行運動仿真分析，如圖7、8所示：

圖8 標桿油泵運動仿真示意圖

圖7 異響油泵運動仿真示意圖

運動仿真分析結(jié)果如下：

→ 內(nèi)齒輪同軸度誤差大于某個限值后齒輪副會發(fā)生干涉；

→ 在內(nèi)齒輪齒頂?shù)菇呛螅瑫档褪过X輪副不發(fā)生干涉對應(yīng)的同軸度誤差要求；

根據(jù)仿真結(jié)果結(jié)合測量結(jié)果可以看出：標桿齒輪同軸度誤差低于限值，運動不發(fā)生干涉；異響齒輪同軸度誤差大于限值，運動發(fā)生干涉。齒輪運動中發(fā)生干涉會不會使油泵產(chǎn)生此類異響，需要進一步驗證。

3.4 試驗驗證法

對仿真分析得出的結(jié)論進行試驗驗證，作為判定要因的最終依據(jù)。

3.4.1 驗證油泵導(dǎo)油槽設(shè)計不合理導(dǎo)致的軸向力是否是油泵異響的要因。

將異響油泵的泵蓋上加工如圖9所示導(dǎo)油槽，使其運轉(zhuǎn)時內(nèi)齒輪不承受周期性軸向力。然后進行裝配、試驗。

圖9 導(dǎo)油槽加工示意圖

試驗結(jié)果表明油泵導(dǎo)油槽設(shè)計不合理不是油泵產(chǎn)生此類異響的要因。

3.4.2 驗證油泵內(nèi)、外齒輪精度差是否是油泵異響的要因。

針對齒輪全尺寸檢測結(jié)果，分選同軸度誤差低于限值的內(nèi)、外齒輪替換原齒輪進行裝配、驗證。

例如分選同軸度：

試驗結(jié)果表明內(nèi)、外齒輪精度差是油泵產(chǎn)生此類異響的要因。

3.4.3 驗證內(nèi)齒輪齒頂無倒角是否是造成油泵異響的要因。

將內(nèi)齒輪同軸度超差導(dǎo)致干涉的部位進行倒角處理，如圖10所示。然后進行裝配、試驗。

圖10 內(nèi)齒輪齒頂?shù)菇鞘疽鈭D

試驗結(jié)果表明內(nèi)齒輪齒頂無倒角是造成油泵異響的要因。

4、油泵異響的處理結(jié)論

由以上分析可以得出：某自動變速箱油泵異響的根本原因是油泵內(nèi)外齒輪運動干涉。造成油泵內(nèi)外齒輪運動干涉的具體原因有以下兩點：

①內(nèi)外齒輪精度差；

②內(nèi)齒輪齒頂無倒角。

為解決此類油泵異響問題，同時考慮到齒輪加工的工藝保證能力，我們采取兩種方法同時實施的方案。即增加內(nèi)齒輪齒頂?shù)菇堑耐瑫r控制內(nèi)外齒輪精度。通過此方案的實施，油泵此類異響問題未再次發(fā)生，問題得到解決。

5、結(jié)語

自動變速箱的設(shè)計制造是一個復(fù)雜的工程，目前國內(nèi)自動變速箱還處在發(fā)展的階段，很多功能、參數(shù)、問題都需要進一步研究。以本次油泵異響問題研究為例，過程中使用了FTA故障樹分析法、對比分析法、仿真分析法、試驗驗證法等方法。這些研究方法可以為技術(shù)質(zhì)量人員對其它問題的研究提供參考借鑒，從而不斷提高自動變速箱的自主設(shè)計制造能力。

[1] 齊曉杰.汽車液壓與氣壓傳動.機械工業(yè)出版社,2005.

[2] 李壯云.液壓氣動與液力工程手冊.電子工業(yè)出版社,2008.

[3] 劉品,張也晗.機械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003.

Study on the Abnormal sound of an Automatic transmission Oil pump

Yang Shixian, Xu Cheng, Yan Yapan, Zhang Baoliang
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In this paper, abnormal sound phenomena in an automatic transmission oil pump was described, and the reason of abnormal sound of oil pump was analyzed, the process and method of problem analysis was introduced, the root cause of abnormal sound of the automatic transmission oil pump was found, the abnormal sound of the automatic transmission oil pump was solved, the NVH performance of the automatic transmission was improved.

automatic transmission; oil pump; NVH abnormal sound

U472.4

A

1671-7988 (2017)09-50-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.09.019

楊士先，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。