某車型變速器怠速異響分析

黃從奎，張奇奇

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某車型變速器怠速異響分析

黃從奎，張奇奇

（安徽江淮汽車股份有限公司輕型商用車營(yíng)銷公司，安徽 合肥 230601）

通過對(duì)變速器怠速異響的原理分析，確定關(guān)鍵性因素，對(duì)離合器隔振原理進(jìn)行理論分析，得到預(yù)減震剛度、阻尼和角度與隔振效果的關(guān)系，并依此優(yōu)化離合器預(yù)減震機(jī)構(gòu)，選取合適的剛度、阻尼和角度，并通過實(shí)車驗(yàn)證，有效緩解怠速異響問題。

變速器；怠速異響；預(yù)減震；剛度；阻尼；角度

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹碓阶非筌囕v的舒適性，對(duì)整車噪音的要求也越來越高。對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)是噪音的要因之一，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)不能被有效隔離，就會(huì)傳遞至傳動(dòng)系統(tǒng)，造成傳動(dòng)系統(tǒng)甚至整車出現(xiàn)噪音。本文通過某車型存在的變速器怠速異響的機(jī)理進(jìn)行分析，制定對(duì)策提升離合器隔振能力，有效緩解怠速異響問題。

1 故障現(xiàn)象及原理分析

某車型存在的變速器怠速異響主要表現(xiàn)為：車輛在正常怠速狀態(tài)下，松開離合踏板，變速器存在明顯的“噠噠噠”異響，踩下踏板，異響消除。

（1）怠速異響原理

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)受各種因素的影響，其輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速并不均勻，存在一定的波動(dòng)。怠速狀態(tài)下，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，而離合器減震能力有限，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)就會(huì)傳遞至變速器，變速器常嚙合的齒輪副因側(cè)隙(如圖1)的存在而出現(xiàn)反復(fù)分離和接觸現(xiàn)象，從而產(chǎn)生齒輪敲擊，該敲擊經(jīng)軸、軸承傳遞至殼體，導(dǎo)致殼體振動(dòng)并輻射噪聲即怠速異響。

圖1 齒輪側(cè)隙

2）齒輪敲擊存在的條件

對(duì)于一對(duì)嚙合齒輪，從動(dòng)輪受力情況如下：

（T從動(dòng)輪受到的驅(qū)動(dòng)力矩，T從動(dòng)輪慣性力矩，T從動(dòng)輪拖曳力矩。）

為說明敲擊條件,將慣性力矩、驅(qū)動(dòng)力矩簡(jiǎn)化為正弦波動(dòng)，拖曳力矩為固定值，繪制圖2力矩曲線圖。

圖2 力矩傳遞曲線（左側(cè)有敲擊、右側(cè)無敲擊）

有敲擊：慣性力矩幅值大于拖曳力矩，驅(qū)動(dòng)力矩存在方向變動(dòng)（負(fù)值），齒輪嚙合面因側(cè)隙的存在而反復(fù)接觸和分離，進(jìn)而產(chǎn)生敲擊；

無敲擊：慣性力矩幅值小于拖曳力矩，驅(qū)動(dòng)力矩始終為同一方向（正值），齒輪嚙合面始終保持接觸，不會(huì)出現(xiàn)敲擊。

經(jīng)以上分析，以慣性力矩幅值等于拖曳力矩，即驅(qū)動(dòng)力矩最小值為零時(shí)為臨界點(diǎn)來計(jì)算敲擊的臨界條件：

因此得到敲擊條件為：

由此可見，一對(duì)嚙合齒輪是否發(fā)生敲擊取決于角加速度?的大小，?越大越易發(fā)生敲擊，越小越不易發(fā)生敲擊。

?體現(xiàn)的是主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，傳遞路徑為發(fā)動(dòng)機(jī)-離合器-變速器輸入軸齒輪（主動(dòng)輪），其大小取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大小和離合器的隔振能力。

2 關(guān)鍵因素分析

依據(jù)變速器怠速異響的原理及傳遞路徑，確定怠速異響的關(guān)鍵因素為：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)、離合器衰減能力。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)

統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有車型匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)及怠速異響情況，如表1所示。

表1 現(xiàn)有車型轉(zhuǎn)速波動(dòng)及異響情況

通過對(duì)比，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)越大，越容易發(fā)生怠速異響。

2）離合器衰減能力

一般帶預(yù)減震結(jié)構(gòu)的離合器，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速波動(dòng)進(jìn)行衰減，為說明衰減原理，將離合器的傳遞動(dòng)力過程進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化的隔振模型如圖3所示，K為預(yù)減震剛度、c為阻尼，飛輪的運(yùn)動(dòng)波動(dòng)作為激勵(lì)，設(shè)為θ0=Aωt，對(duì)盤轂及一軸而言可簡(jiǎn)化為單自由度強(qiáng)迫振動(dòng)，列出微分方程為：

B/A稱為放大系數(shù)：該值＜1時(shí)，起衰減作用，＞1時(shí)，起放大作用，繪制出不同剛度及不同阻尼狀態(tài)下的放大系數(shù)，如圖3所示：

圖3 隔振模型

圖4 放大系數(shù)曲線

由圖4可知，剛度、阻尼越小，隔振效果越好，一般預(yù)減震選取較小的剛度和阻尼。

預(yù)減震作用是衰減怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，怠速時(shí)離合器必須工作在預(yù)減震階段才能起到隔振作用，如果預(yù)減震角度較小，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大時(shí)，離合器就會(huì)越過預(yù)減震而達(dá)到主減震階段，因主減震剛度和阻尼較大，無法衰減怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，故為了保證離合器工作在預(yù)減震階段，應(yīng)選取較大的預(yù)減震角度。

3 方案制定

因影響發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的因素較多且復(fù)雜，要減小其轉(zhuǎn)速波動(dòng)相對(duì)比較困難，故只從提升離合器減振能力方向制定方案。

某車型變速器怠速異響是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，離合器預(yù)減震角度小造成的，故需通過優(yōu)化剛度、阻尼，加大預(yù)減震角度來消除怠速異響。表2為原狀態(tài)離合器扭轉(zhuǎn)特性參數(shù)。

表2 原離合器扭轉(zhuǎn)特性參數(shù)

表3為優(yōu)化后離合器扭轉(zhuǎn)特性參數(shù)，與優(yōu)化前相比，預(yù)減震角度由7°增加至14°；預(yù)減震剛度由一段剛度0.49調(diào)整為兩段剛度0.45和1.2；預(yù)減震阻尼由2.85~4.2減小至0.5~2。

表3 優(yōu)化后離合器扭轉(zhuǎn)特性參數(shù)

4 實(shí)施驗(yàn)證

依據(jù)制定的方案，制作樣件裝車進(jìn)行NVH測(cè)試，分別采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器一軸轉(zhuǎn)速、變速器殼體振動(dòng)加速度等信號(hào)，以振動(dòng)加速度大小值代表怠速敲擊聲大小，對(duì)優(yōu)化前和優(yōu)化后的離合器進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如圖5所示。

圖5

從圖中可以看出，優(yōu)化前，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)為85r/min，變速器一軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)為34r/min，衰減率為60%，變速器殼體振動(dòng)加速度幅值為60m/s2；優(yōu)化后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)為85r/min，變速器一軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)為28r/min，衰減率為67%，變速器殼體振動(dòng)加速度幅值為25m/s2。優(yōu)化后衰減率提升，振動(dòng)加速度幅值明顯降低，有效減輕怠速異響。

主觀評(píng)價(jià)方面，優(yōu)化前存在明顯的敲擊音，優(yōu)化后怠速異響基本消除，踩下離合踏板與松開離合踏板聲音無明顯變化，說明優(yōu)化有效。

5 結(jié)論

通過對(duì)變速器怠速異響原理的理論分析和實(shí)際優(yōu)化驗(yàn)證相結(jié)合的方式，得到以下結(jié)論：1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大是變速器怠速異響的根本原因；

2）離合器可以對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)進(jìn)行衰減，通過優(yōu)化離合器預(yù)減震結(jié)構(gòu)可以提升離合器怠速隔振效果，有效減輕怠速異響，優(yōu)化后的預(yù)減震應(yīng)滿足以下條件：足夠小的剛度和阻尼，能夠隔離發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)；足夠大的預(yù)減震角度，保證怠速時(shí)離合器工作在預(yù)減震階段。

[1] 楊允輝,燕逸飛等.某輕型車變速器怠速異響分析優(yōu)化[J].汽車實(shí)用技術(shù),2016(08):255-258.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[3] 徐石安,江發(fā)潮.離合器設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

Analysis of Transmission Idling Noise on a Certain Auto

Huang Congkui, Zhang Qiqi

( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd.. Light Commercial Vehicle Marketing Company, Anhui Hefei 230601 )

Through principle analysis of idling noise, the key factors were identified. Through principle analysis of vibration isolation of clutch, the relationship between vibration isolation and predamper stiffness, damping, angle. According to analysis, the stiffness, damping and angle were optimized. It is validated that the problem of idling noise is relieved effectively.

transmission; idling noise; predamper; stiffness; damping; angle

B

1671-7988(2018)24-70-03

U463.2

B

1671-7988(2018)24-70-03

U463.2

黃從奎，就職于安徽江淮汽車股份有限公司輕型商用車營(yíng)銷公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.024