一種變速器嘯叫問(wèn)題的解決思路

◎文/耿駿偉(安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司)

隨著汽車進(jìn)入家庭，人們對(duì)汽車的舒適性要求越來(lái)越高。汽車變速器的嘯叫噪聲是人們對(duì)變速器乃至汽車的性能最初步也最為直觀的評(píng)價(jià)之一。嘯叫噪聲是變速器內(nèi)部齒輪嚙合產(chǎn)生的，是一種固有特性，只能通過(guò)相關(guān)措施去降低，不能徹底消除。目前解決嘯叫噪聲的傳統(tǒng)方法是齒輪修形，但對(duì)于一款成型的變速器來(lái)說(shuō)，修形也不能徹底解決嘯叫問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)某款六檔手動(dòng)橫置雙輸出軸變速器嘯叫的解決，揭示影響嘯叫噪聲的主要因素，并提出了變速器嘯叫噪聲的標(biāo)準(zhǔn)，包括檔位齒輪的噪聲值標(biāo)準(zhǔn)和主減副齒輪的噪聲值標(biāo)準(zhǔn)，并且提供了一種橫置變速器嘯叫問(wèn)題解決的思路，主要是通過(guò)改善重合度的方法，且同步改善了傳遞誤差、接觸斑點(diǎn)等。

一、變速器結(jié)構(gòu)及其測(cè)試結(jié)果

圖1是某款變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，由低檔輸出軸、高檔輸出軸、輸入軸、倒檔軸、主減副齒輪組成。1—4檔布置在低檔輸出軸上，5、6、R檔布置在高檔輸出軸上，其中輸入4檔和輸入6檔共用一個(gè)輸入齒輪，輸入1檔和輸入R檔共用一個(gè)輸入齒輪，兩根輸出軸分別與主減齒輪嚙合。此類布置結(jié)構(gòu)緊湊，軸向長(zhǎng)度短，但同時(shí)也增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，增加了變速器嘯叫問(wèn)題的解決難度。

圖1 變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

應(yīng)用NVH測(cè)試設(shè)備，對(duì)該款變速器在整車上進(jìn)行NVH測(cè)試。布置兩個(gè)振動(dòng)傳感器，分別安裝在變速器的差速器位置和輸出軸位置的殼體上。布置兩個(gè)麥克風(fēng)，分別安裝在距離變速器30cm的近場(chǎng)和主駕駛員右耳的位置。測(cè)試完成后對(duì)檔位齒輪副嚙合噪聲和主減速齒輪副嚙合噪聲做數(shù)據(jù)分析。從分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，主減齒輪副嚙合噪聲值最高達(dá)52.5dB（A），檔位齒輪副嚙合噪聲值最高達(dá)45dB（A）。并且，NVH測(cè)試專家和整車評(píng)價(jià)專家主觀評(píng)價(jià)均認(rèn)為變速器嘯叫噪聲比較明顯，不可接受。

二、變速器NVH改善過(guò)程

針對(duì)這種測(cè)試結(jié)果，項(xiàng)目組認(rèn)為每個(gè)檔位齒輪副和主減齒輪副，甚至包括倒檔齒輪副均是影響變速器噪聲原因，每個(gè)嚙合齒輪副的修形都需要重新優(yōu)化。按照這個(gè)思路進(jìn)行優(yōu)化工作，將每一對(duì)齒輪副均做了重新修形設(shè)計(jì)，相對(duì)上一次的結(jié)果，重點(diǎn)改善接觸斑點(diǎn)和傳遞誤差，重新修形后的傳遞誤差平均減小了20%，接觸斑點(diǎn)得到了改善，接觸更加均勻，接觸位置集中在齒面中部，并且避免了邊緣接觸。

按照新的修形設(shè)計(jì)，重新試制零件進(jìn)行驗(yàn)證。每對(duì)檔位齒輪副、主減齒輪副都重新制作樣件，然后裝配好變速器總成，再將總成裝在整車上進(jìn)行NVH測(cè)試，試驗(yàn)驗(yàn)證周期很長(zhǎng)。而且為了滿足設(shè)計(jì)要求，零件制作過(guò)程中要反復(fù)調(diào)試，效率很低。新設(shè)計(jì)方案NVH測(cè)試完成后，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，變速器每個(gè)檔位齒輪副的嚙合噪聲得到改善，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，檔位齒輪副的嚙合噪聲值在40dB（A），但主減齒輪副的嚙合噪聲值依然較高，達(dá)到52dB（A）。在對(duì)整車主觀評(píng)價(jià)認(rèn)為，變速器在整車上的噪聲水平依然較差，尤其是車輛在常用檔位3檔、4檔、5檔行駛時(shí)，嘯叫噪聲比較明顯，會(huì)影響整車上市的表現(xiàn)，問(wèn)題還沒(méi)有完全解決。

經(jīng)過(guò)第一次修形后，每個(gè)檔位齒輪副的嚙合噪聲值平均下降11%，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，基本滿足要求。保持每個(gè)檔位齒輪副的修形不變，針對(duì)主減齒輪副重新制作改進(jìn)方案，共持續(xù)改進(jìn)三次，每次均試制樣件并裝車測(cè)試，但主減齒輪副的嚙合噪聲值一致高于52dB（A）。專家主觀評(píng)價(jià)認(rèn)為三次改進(jìn)均無(wú)效果，不能滿足整車上市要求。三次方案的計(jì)算表明，接觸斑點(diǎn)和傳遞誤差每一次都比上一次有提升，但主減齒輪副嚙合噪聲值并未明顯改善。花費(fèi)了大量時(shí)間和精力并未收到預(yù)期的效果，問(wèn)題未能完全解決。

三、新方法改善NVH

經(jīng)過(guò)重新組織專家對(duì)車輛進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，再加上前幾次修形測(cè)試評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)車速在40～60km/h時(shí)，不論在哪一個(gè)檔位，變速器的嘯叫噪聲均比較明顯，嘯叫噪聲與車速的相關(guān)性非常高，與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相關(guān)性弱，與檔位的相關(guān)性也弱。針對(duì)主減齒輪副重新校核發(fā)現(xiàn)，前三次的修形，主減齒輪副的重合度并未發(fā)生變化，只是通過(guò)微觀修形的方法改變傳遞誤差和接觸斑點(diǎn)。但傳遞誤差和接觸斑點(diǎn)的改善，對(duì)主減齒輪副嘯叫噪聲的降低效果并不理想。因此得出結(jié)論，現(xiàn)有的宏觀參數(shù)決定了主減齒輪副的重合度，但在現(xiàn)有重合度的基礎(chǔ)上是無(wú)法改變主減齒輪副嚙合噪聲的?？紤]將主減齒輪副的宏觀參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高現(xiàn)有的主減齒輪副的重合度，表1是主減齒輪副重合度的提升效果。

按照新方法給出的方案進(jìn)行樣件試制，裝車測(cè)試后結(jié)果如圖2所示。圖中，紅色虛線代表主減齒輪副新宏觀參數(shù)的嚙合分貝值，紅色實(shí)線代表主減齒輪副老狀態(tài)宏觀參數(shù)的測(cè)試結(jié)果。

表1 主減齒輪副重合度的提升效果

圖2 測(cè)試效果圖

從測(cè)試結(jié)果看，主減齒輪副新宏觀參數(shù)的測(cè)試數(shù)據(jù)明顯好于老狀態(tài)，在1500～2000r/min常用轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，主減齒輪副嚙合噪聲值平均為45dB（A），檔位齒輪嚙合噪聲值小于40dB（A）。經(jīng)過(guò)專家的主觀評(píng)價(jià)，變速器的噪聲得到了很大改善，完全滿足上市要求。

四、總結(jié)

團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)某款橫置六檔雙輸出軸手動(dòng)變速器噪聲的改善，得出以下結(jié)論：對(duì)于橫置雙輸出軸變速器，主減齒輪副的嚙合噪聲是嘯叫噪聲主要貢獻(xiàn)者，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，改善接觸斑點(diǎn)和傳遞誤差就能解決問(wèn)題，但前提必須建立在主減齒輪副具有較高重合度的基礎(chǔ)上，否則很難成功；車輛在主觀評(píng)價(jià)時(shí)，要確認(rèn)是恒定轉(zhuǎn)速還是恒定車速時(shí)變速器嘯叫噪聲明顯，分清工況，對(duì)找到主要矛盾很有幫助；試驗(yàn)數(shù)據(jù)和主觀評(píng)價(jià)表明，在發(fā)動(dòng)機(jī)常用轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，檔位齒輪副的嚙合噪聲控制在40dB（A）以下，主減齒輪副嚙合噪聲控制在45dB（A）以下，變速器在整車上的表現(xiàn)能達(dá)到較高水平。