解決后橋噪聲問題的方法研究

（江蘇省林海動力機械集團有限公司 江蘇 泰州 225300）

引言

江蘇林海動力機械集團有限公司是國內具有研制和生產小型動力及配套機械的重點企業(yè)。公司擁有國家級企業(yè)技術中心和國家級博士后科研工作站，擁有一支經驗豐富、技術水平較高的專業(yè)技術人才隊伍，有四十多條專業(yè)生產線和柔性生產線組成的國內一流的生產制造系統(tǒng)，具備較強的產品研發(fā)制造能力。林海集團研發(fā)的全地形車可任意行駛在沙灘，雪地，林場等惡劣路況，深受廣大歐美國家的喜愛。

1 林海弧齒錐齒輪后橋結構

本文所改進的弧齒錐齒輪后橋即為林海集團所研發(fā)的T-BOSS550 全地形車（如圖1 所示）所配套的后橋（如圖2 所示）。

圖1 T-BOSS550 全地形車

T-BOSS550 具有良好的動力性與操縱性，每年銷量均在5 000 輛以上，廣受國內外好評，但隨著時代的發(fā)展，客戶對噪聲的要求越來越高，已經上升為影響銷量的主要原因。T-BOSS550 經林海集團技術部門多輪測試，發(fā)現(xiàn)在減速狀態(tài)下，后橋發(fā)出巨大的噪聲，為主要噪聲源。因此針對后橋的降噪改進提上日程。

圖2 后橋外形圖

后橋是指車輛動力傳遞的后驅動總成部分。它由兩個半橋組成，可實施半橋差速運動。同時，它也是用來支撐車輪和連接后車輪的裝置。對于全地形車來說，主流的布置方案采用的是發(fā)動機后置，因此后橋作為直接動力接受源，處于比較關鍵的位置。特別是全地形車行駛的路況惡劣，顛簸震動較多，對后橋的強度要求很高。綜合上述考慮，林海采用弧齒錐齒輪結構，軸承支承采用背對背圓錐滾子軸承。這套方案比起普通直齒錐齒輪與深溝球軸承，能承受更大的載荷與更惡劣的路況。林?；↓X錐齒輪后橋具體結構如圖3 所示。

圖3 林海差速后橋結構圖

2 噪聲原因的查找與分析

采用弧齒錐齒輪后橋雖然能增加承載能力，提高使用壽命，但是某種程度上結構越復雜，需要控制的變量就越多，越容易產生噪聲[1-3]。下面我們詳細敘述后橋噪聲的查找與分析。

a）首先我們將所有產生噪聲的原因進行匯總，初步確認噪聲來自于后橋嘯叫與異響，從“人、料、機、法、環(huán)、測量”6 個方面著手，我們制作成故障魚骨圖（如圖4 所示）。

圖4 故障魚骨圖

b）對于這么多影響齒輪嘯叫的原因，顯然會存在幾個主要誘因，其他因素對后橋嘯叫異響的作用并不起主導作用，甚至會干擾主要原因的尋找。因此我們將圖4 魚骨圖中所有的原因列成了因果矩陣表（表1），通過科學的權重計算，查驗出影響嘯叫的主要因素。

表1 中特性值分為0，1，3，9 幾種分值，配合相關系數(shù)中的權重系數(shù)，即可科學地得出因果的總分值。

表1 因果矩陣表

接著我們將表1 的評分按從高到低重新排序，我們就可以找到影響后橋噪聲的7 大主因（表中★）如下：

2）錐齒輪安裝距調整不到位（齒隙調整）；

3）配對齒輪混淆使用；

7）差速器殼體關鍵尺寸一致性差；

10）齒形加工差（不均勻）；

12）后橋軸承座/箱體尺寸公差大；

14）圓錐滾子軸承游隙過大；

11）齒面精度差。

c）對于找出的主因，我們一一進行驗證，確認是否符合實際情況，得出的結論如表2 所示。

表2 其他主因驗證表

3 對產生噪聲的主因進行改進

根據(jù)表2 我們將所有的因素進行歸納分類，分為“質量控制、裝配、設計”3 大類別，針對這3 大類別，下面我們分別作出改進。

a）設計方面的對策與改進確認

通過查找文獻與科技論文，我們了解到在傳動系統(tǒng)中，軸承可視為彈簧阻尼單元連接著軸和箱體，它一方面支承軸系，對齒輪嚙合狀態(tài)產生重要影響；另一方面通過軸承力激勵箱體振動，其剛度直接影響整體動力學性能。

實際應用中，我們的后橋采用的是背對背安裝方式的圓錐滾子軸承，這種情況下軸承游隙的存在不可避免。過大的軸承游隙使嚙合產生的軸向力，軸承支承剛度不足會引起軸竄動產生噪聲；而過小的軸承游隙會造成軸承異常磨損，降低使用壽命。因此我們需要對表2 問題中的“后橋軸承座/箱體尺寸公差大”，“圓錐滾子軸承游隙過大”進行合理控制。

圖5 即為影響這2 個問題所牽涉零部件的組件圖。由組件圖可知，圓錐滾子軸承游隙受軸承座尺寸A（圖6）與隔套尺寸B（圖7）控制，它們相互之前形成了一串尺寸鏈。

圖5 后橋軸承座組件結構圖

圖6 軸承座尺寸A

圖7 軸承隔套尺寸B

首先我們通過提高A 尺寸的加工精度，減小此處的公差帶來解決“后橋軸承座/箱體尺寸公差大”的問題，然后我們通過適當改變B 的尺寸，來與A 尺寸配合，解決“圓錐滾子軸承游隙過大”這個問題。

b）零部件質量控制的對策和改進確認

對照表2 質量控制方面共有3 個比較大的問題，分別是：

差速器殼體關鍵尺寸一致性差；

齒形加工差（不均勻）；

齒面精度差。

對于差速器殼體，我們全檢所有重要尺寸并記錄，如圖8，圖9 所示。

圖8 差速器殼體重要尺寸

圖9 各尺寸合格率柱狀圖

根據(jù)測量結果，向配套廠家反饋，要求配套廠將零件的合格率提高，從而解決這個問題。

“齒形加工差（不均勻）”，“齒面精度差”這2 個問題都涉及錐齒輪的加工成型工藝，正確的錐齒輪嚙合痕跡如圖10 所示。

圖10 弧齒輪正確嚙合圖

我們把林海噪聲比較大的后橋拆開，用紅色的油泥進行錐齒輪嚙合檢查，得到了下面的圖片。如圖11 所示嚙合區(qū)整體偏小，導致的后果就是錐齒輪嚙合時振動過大，極易產生噪聲。圖12 為我們改進錐齒輪加工工藝后的嚙合區(qū)，從圖片上看已經與標準嚙合區(qū)基本一致。

圖11 改進前弧齒輪嚙合圖

圖12 改進后弧齒輪嚙合圖

c）后橋裝配的對策和改進確認

由后橋裝配造成噪聲的主因有2 個，即“配對齒輪混淆使用”與“錐齒輪安裝距調整不到位（齒隙調整）”。

后橋裝配中，主動錐齒輪與從動錐齒輪是配對加工，同樣也是配對裝配的。車間裝配時，由于操作工人粗心大意，會造成配對齒輪混淆使用的情況，加強員工培訓與車間管理，這個問題很快就可以得到解決。

“錐齒輪安裝距調整不到位”就是我們通常說的錐齒輪齒隙調整，由于零部件加工累計公差的存在，錐齒輪安裝必然出現(xiàn)偏離標準安裝距的現(xiàn)象。齒隙過大則會發(fā)生減速嘯叫；齒隙過小則會發(fā)生加速嘯叫；甚至某些極端情況會發(fā)生齒輪卡死的狀況，根據(jù)林海錐齒輪后橋的實際情況，我們在下面3 處地方增加了墊片A、B、C 調整，如圖13，圖14，圖15所示。

圖13 調整墊片A 示意圖

圖14 調整墊片B 示意圖

圖15 調整墊片C 示意圖

為了提高設計質量，縮短試驗周期，我們運用排列組合法進行試驗方案設計，尋求最佳配置。

根據(jù)技術人員分析和研究，決定在本試驗中采用的因子水平見表3。

表3 因果水平分配 mm

共計輸出9 種試驗組合，見表4。

表4 墊片組合

對9 種試驗方案，分別進行試驗，綜合田口試驗結果分析，技術確定最佳組合是A1B2C2，如圖16 所示。

圖16 后橋首次下線噪聲合格率

4 結論

經過歷時兩個月左右的跟蹤與研究，我們從設計、質量控制、裝配3 大方面系統(tǒng)地改進了后橋噪聲問題。改善措施和優(yōu)化設計實施后，對6 月份至8/月份生產的機器進行統(tǒng)計，首次下線合格率都在98%以上，基本上解決了后橋噪聲問題。

本文從實際產品出發(fā)，為廣大工程技術人員提供了一種解決噪聲問題的思路，目前我們改進的產品已暢銷海內外市場，獲得消費者的廣泛好評。