減速器軸承預(yù)緊對噪聲的影響分析和驗證

雷根成

（衡陽風順車橋有限公司）

隨著中國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的用戶除注重汽車的駕駛性能和駕乘舒適度外，也越發(fā)地重視整車的噪聲控制。相關(guān)研究表明，車內(nèi)噪聲除受地面狀況、輪胎、軸承及車架結(jié)構(gòu)等影響外，其主要影響來自于驅(qū)動橋減速器[1]。減速器出現(xiàn)噪聲的原因有很多，文章從軸承預(yù)緊方面分析減速器出現(xiàn)噪聲的原因，并給出解決方案，同時依托后橋疲勞耐久測試臺架，運用NVH 分析軟件對該型減速器進行噪聲測試分析，獲得了噪聲和振動峰值頻率，驗證了通過調(diào)整后橋減速器軸承預(yù)緊力來降低后橋行駛噪聲的有效性和可行性。

1 軸承預(yù)緊對減速器噪聲影響的機理分析

長期的汽車路試經(jīng)驗和大量的驅(qū)動橋臺架試驗表明，驅(qū)動橋主減速器總成（如圖1 所示）螺旋錐齒輪副的安裝是否有足夠的剛性支承，是減速器是否產(chǎn)生噪聲的要因之一，也是該齒輪副能否平穩(wěn)嚙合，并決定其使用壽命的重要因素之一。在選擇齒輪的支承形式時，必須考慮支承剛性的要求。

在實踐中，對支承齒輪軸的軸承采取預(yù)緊措施也可以增強支承剛性；同時，軸承預(yù)緊還可以消除裝配的原始間隙，縮短磨合期甚至在正常使用初期減緩軸承間隙的出現(xiàn)及增大。減速器總成的軸承預(yù)緊力包括主動齒輪預(yù)緊力和差速器軸承預(yù)緊力。差速器軸承的預(yù)緊力可以根據(jù)主從動齒輪間隙和嚙合印跡，通過左/右差速器軸承調(diào)整螺母來進行調(diào)整，而主動齒輪支承軸承預(yù)緊力只能通過調(diào)整主動齒輪螺母的擰緊力矩來確定。因此主動齒輪螺母擰緊力矩的大小對減速器整體噪聲有相當大的影響。主動齒輪軸承預(yù)緊力如果過大，會造成軸承超負荷工作，磨損加劇，溫度急劇升高，軸承壽命縮短，使機構(gòu)出現(xiàn)噪聲等異常情況；預(yù)緊力如果偏小，會造成受載短期磨合后軸承配合間隙加大，從而嚴重影響主從動齒輪副之間應(yīng)有的間隙，造成齒輪副運轉(zhuǎn)產(chǎn)生沖擊，磨損加劇，齒輪組不能正常工作，由此產(chǎn)生嚴重的噪聲以及異響[2]。

2 軸承預(yù)緊力的確定

全新開發(fā)的減速器總成通常都是以類似產(chǎn)品的工藝參數(shù)為參考，對軸承進行預(yù)緊。以某型驅(qū)動橋減速器為例，依據(jù)主動齒輪前后軸承型號并結(jié)合類似產(chǎn)品，選定190～250 N·m 范圍內(nèi)的扭矩對主動齒輪螺母進行擰緊，通過主動齒輪螺母的擰緊力矩對軸承進行預(yù)緊，這樣確定擰緊力矩的減速器總成在后期試驗過程中出現(xiàn)了噪聲偏大的現(xiàn)象。

為解決這一問題，在確保從動齒輪與主動齒輪的嚙合間隙和嚙合印跡合理的前提下，比對在不同的主動齒輪螺母擰緊力矩下減速器總成的噪聲表現(xiàn)。為了更加精確地選定擰緊力矩范圍，選用6 組不同的擰緊力矩（如表1 所示）達到不同的軸承預(yù)緊力，對同一減速器總成的主動齒輪前后軸承進行預(yù)緊，再進行臺架試驗以測試不同預(yù)緊力下減速器總成的噪聲數(shù)據(jù)。從表1 可以看出，擰緊力矩越大，旋轉(zhuǎn)力矩越大，但都在合理范圍（1.2～2.0 N·m）內(nèi)。

表1 6種不同預(yù)緊力的減速器總成相關(guān)數(shù)據(jù)對照表

3 試驗準備和方法

3.1 試驗條件及硬件需求

對某SUV 進行后橋噪聲測試，需提前準備好單級減速器6 臺，調(diào)試好后橋臺架試驗機，同時提前安裝好麥克風、振動傳感器，連接電源線、數(shù)據(jù)線和筆記本。試驗條件如下：

1）為消除環(huán)境噪聲對NVH 試驗的影響，在試驗臺周邊搭建隔聲墻，確保試驗環(huán)境噪聲小于50 dB；

2）要求測試平臺能夠準確顯示不同擋位主動齒輪的轉(zhuǎn)速，并能在一定轉(zhuǎn)速下維持一段時間，方便測試系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集和計算。

3.2 后橋臺架噪聲測試方案

以QC/T 533—1999 為試驗標準進行噪聲對比。后橋減速器行駛噪聲的測試主要是利用后橋疲勞耐久試驗機，通過調(diào)節(jié)輸入轉(zhuǎn)速，在距離減速器上方300 mm的4 個位置布置麥克風，采集噪聲數(shù)據(jù)[3]，同時在主動齒輪前后2 個軸承擋位置布置振動傳感器測量振動，具體布置位置，如圖2 所示。

圖2 汽車后橋減速器噪聲測試平臺安裝圖

在不同的輸入轉(zhuǎn)速條件下，運用噪聲分析軟件分別檢測6 個不同預(yù)緊力的減速器的噪聲和振動數(shù)據(jù)。

4 后橋噪聲測試結(jié)果

對6 臺不同預(yù)緊力的減速器裝配同樣的后橋殼以及半軸總成，進行臺架NVH 測試后，對噪聲聲壓值進行比對，部分采集數(shù)據(jù)圖，如圖3 所示。從圖3 可以看出，在不同轉(zhuǎn)速下軸承位置的振動區(qū)別并不大，但最大噪聲還是有一定的區(qū)別。

圖3 各種轉(zhuǎn)速下后橋減速器噪聲曲線圖

通過軟件對輸入數(shù)據(jù)進行分析，再對測試噪聲進行聲壓級對比，如表2 所示。從表2 中可以看出：3 號和4 號后橋減速器總成的噪聲測試數(shù)據(jù)較為理想；1 號和2 號后橋減速器總成的主動齒輪軸承預(yù)緊力偏小，在轉(zhuǎn)速較小的工況時噪聲較為理想，但在常規(guī)轉(zhuǎn)速時噪聲已經(jīng)超出預(yù)期，而且到高速工況時噪聲上升明顯；5 號和6 號后橋減速器總成的主動齒輪軸承預(yù)緊力偏大，導(dǎo)致軸承的預(yù)緊負游隙偏大，在轉(zhuǎn)速較小的工況時噪聲還比較理想，但在常規(guī)轉(zhuǎn)速和高速工況時噪聲偏大。通過試驗對比，使用210～230 N·m 范圍內(nèi)的擰緊力矩對主動齒輪螺母進行擰緊，可以讓減速器總成達到最優(yōu)的噪聲控制效果。

表2 不同后橋減速器噪聲聲壓級對比表dB

5 結(jié)論

文章通過調(diào)整不同的軸承預(yù)緊力，并利用NVH 噪聲測試軟件收集后橋在臺架試驗中的噪聲數(shù)據(jù)，對比不同狀態(tài)下的軸承預(yù)緊度，選擇合適的主動齒輪螺母擰緊力矩，來取得合適的驅(qū)動橋減速器軸承預(yù)緊度，從而使得減速器總成噪聲和振動水平取得最佳值。同時文章研究的驅(qū)動橋減速器軸承預(yù)緊對噪聲測試的影響也適用于越野車和乘用車驅(qū)動橋，對類似的驅(qū)動橋減速器降噪提供了一定的研究途徑和方向。