驅(qū)動(dòng)橋異響原因分析

姜致強(qiáng)，徐勇，饒劍文

江西江鈴底盤(pán)股份有限公司 江西撫州 344000

隨著汽車行業(yè)由高速發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展，乘客對(duì)駕駛體驗(yàn)的要求越來(lái)越苛刻，整車NVH技術(shù)飛速發(fā)展，底盤(pán)NVH問(wèn)題日益凸顯。驅(qū)動(dòng)后橋作為動(dòng)力傳動(dòng)的重要組成部分，不僅承受著發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的激勵(lì)，本身也是激勵(lì)源之一，其NVH性能直接影響整車的舒適性。

后橋噪聲主要有齒輪的嚙合噪聲、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲及齒輪嚙合動(dòng)態(tài)激勵(lì)與沖擊經(jīng)過(guò)軸承的傳遞而引起的橋體結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生的輻射噪聲，這些都會(huì)破壞車內(nèi)乘客的駕駛體驗(yàn)。本文也將重點(diǎn)分析以上激勵(lì)源，分析“嘶嘶”聲異響原因，制定優(yōu)化方案。

故障現(xiàn)象

某新車型屬性簽發(fā)中，共駕評(píng)5臺(tái)，發(fā)現(xiàn)有一臺(tái)N310MCA汽油車20～120km/h帶擋加減速和空擋滑行一直存在“嘶嘶”聲問(wèn)題，其余4臺(tái)也均存在該聲音，但是可接受。

主機(jī)廠對(duì)故障車及合格車的后橋總成進(jìn)行ABA互換分析，發(fā)現(xiàn)“嘶嘶”聲故障隨后橋走，因此可判斷故障由后橋引起。

對(duì)故障后橋及合格后橋使用西門(mén)子LMS振動(dòng)噪聲檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行客觀數(shù)據(jù)采集，分析“嘶嘶”聲的階次及頻率（見(jiàn)圖1）。

圖1 “嘶嘶”聲階次及頻譜

通過(guò)圖1可判斷：該“嘶嘶”聲無(wú)明顯階次，通過(guò)頻率過(guò)濾模式進(jìn)行判斷，初步勉強(qiáng)判斷該頻率約為1000～3000Hz段整體噪聲。

確定激勵(lì)源

1）為準(zhǔn)確定位后橋內(nèi)部故障，對(duì)后橋內(nèi)部子零件進(jìn)行ABA互換，如圖2所示。

圖2 主減總成ABA互換

結(jié)果：“嘶嘶”聲大部分跟著主減走，因此判斷后橋主減為“嘶嘶”聲的主要原因。

2）該聲音在加減速工況均存在，而且踩放節(jié)氣門(mén)無(wú)任何變化，并且如果存在齒面故障，會(huì)出現(xiàn)明顯階次噪聲，故可排除齒輪齒面問(wèn)題。

3）將故障件主減退回在臺(tái)架上進(jìn)行近場(chǎng)噪聲測(cè)試發(fā)現(xiàn)，主要是在2400Hz附近的固有頻率噪聲，如圖3所示。對(duì)該頻率段的噪聲進(jìn)行分析，符合軸承滾道聲的特征（聲音頻率成分不變，高于1000Hz）。

圖3 故障件主減噪聲測(cè)試頻譜

4）依次對(duì)調(diào)主減內(nèi)4個(gè)軸承，包括主齒內(nèi)、外軸承和2個(gè)差速器軸承（見(jiàn)圖4）。

圖4 主減內(nèi)軸承互換

結(jié)果：

1）軸承本體為“嘶嘶”聲的主要貢獻(xiàn)因子，但不一定是全部原因。

2）懷疑軸承裝配可能對(duì)該聲音存在一定的影響。

軸承振動(dòng)噪聲機(jī)理及驗(yàn)證分析

根據(jù)相關(guān)資料將軸承噪聲包括：軸承固有噪聲、因設(shè)計(jì)和工藝加工誤差而形成的噪聲以及傷痕和夾雜物引起的噪聲。

1.軸承固有噪聲

這種噪聲是由于軸承旋轉(zhuǎn)而發(fā)生的一種平穩(wěn)、連續(xù)的噪聲，它是一個(gè)基本噪聲。該噪聲由彈性套圈彎曲的固有振動(dòng)引起，這種振動(dòng)在徑向和軸向方向上都存在。在數(shù)學(xué)上可以用卷積分來(lái)描述：設(shè)彈性交變力為F（t），系統(tǒng)的阻尼為c，系統(tǒng)質(zhì)量為m，系統(tǒng)彈簧剛度為k，則系統(tǒng)數(shù)學(xué)方程為

其微分方程為

式中ωn——無(wú)阻尼系統(tǒng)的固有頻率；

ωd——無(wú)阻尼系統(tǒng)的固有頻率；

ξ——黏性阻尼比。

固有振動(dòng)引起的噪聲的顯著特點(diǎn)是：即使回轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化，但噪聲的主頻率幾乎不變，即主頻率與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，但聲壓級(jí)隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加?？梢酝ㄟ^(guò)提高套圈端面的平面度、增加套圈厚度等方法使固有噪聲得到改善。

驗(yàn)證分析：該“嘶嘶”聲故障有OK件及NG件，且該噪聲聲壓級(jí)隨著轉(zhuǎn)速的提高而未增加，排除軸承固有噪聲。

2.因設(shè)計(jì)和工藝加工誤差而形成的噪聲

這種噪聲是由軸承設(shè)計(jì)或工藝制造誤差造成的，它主要包含5種噪聲。

（二）病理變化 剖檢見(jiàn)腹腔有少量黃色或淡紅色腹水，漿膜表面有出血斑點(diǎn)。剖檢變化主要發(fā)生在肝臟，肝臟色黃腫大，質(zhì)脆，嚴(yán)重的有灰黃色壞死灶，小葉中心出血和間質(zhì)明顯增生，質(zhì)地變硬，膽囊萎縮，膽汁少而濃。大腿前和肩下區(qū)的皮下肌肉內(nèi)發(fā)生出血，其他部位也常見(jiàn)肌肉出血，胃底彌漫性出血，有的出現(xiàn)潰瘍，腸道有出血性炎癥，胃腸道中有血凝塊，腎臟腫脹，蒼白或淡黃色，全身淋巴結(jié)腫脹，充血。脾臟通常無(wú)變化 ，心外膜和心內(nèi)膜有明顯出血，脂肪黃染，有時(shí)結(jié)腸漿膜呈膠樣浸潤(rùn)，通過(guò)對(duì)臨床癥狀和剖檢病理變化的分析，初步懷疑是霉玉米引起的黃曲霉素中毒。再做實(shí)驗(yàn)室診斷。

（1）滾道噪聲 驗(yàn)證分析：分別測(cè)試了總成綜合預(yù)緊力在1.5N·m、2.2N·m、3.2N·m、5.3N·m、6.5N·m和7N·m下的橋總成噪聲，即改變軸承徑向游隙及軸承座剛性，“嘶嘶”聲的聲壓級(jí)與軸承預(yù)緊力關(guān)系不大，可排除其影響（見(jiàn)圖5）。

圖5 不同預(yù)緊力情況下的總成噪聲

（2）滾動(dòng)體噪聲 驗(yàn)證分析：主減軸承采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，LMS振動(dòng)噪聲檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行客觀數(shù)據(jù)采集，分析“嘶嘶”聲無(wú)明顯階次，排除軸承滾動(dòng)體噪聲，如圖6所示。

圖6 主減軸承噪聲測(cè)試結(jié)果

（3）保持架噪聲 保持架噪聲是軸承在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中保持架的自由振動(dòng)以及保持架與滾動(dòng)體或套圈相撞擊而發(fā)出的，一般情況下這種噪聲是由于滾動(dòng)體和保持架、保持架與引導(dǎo)面之間的滑動(dòng)摩擦而引起。保持架和滾動(dòng)體發(fā)生相互撞擊而發(fā)出的聲音具有周期性。

驗(yàn)證分析：對(duì)NG軸承保持架檢查，無(wú)撞擊痕跡，排除保持架噪聲。

（4）軸承圈噪聲 滾動(dòng)軸承噪聲基本是由軸承圈的振動(dòng)引起。其中軸承圈的結(jié)構(gòu)、剛度、制造精度、安裝條件及使用情況等因數(shù)對(duì)其振動(dòng)影響較大。

驗(yàn)證分析：

1）隨機(jī)抽取庫(kù)存軸承樣品進(jìn)行檢測(cè)，軸承內(nèi)外滾道及滾子的表面粗糙度和徑向波紋度均符合要求。

2）故障件、合格件、5.4萬(wàn)耐久件的殼體三坐標(biāo)檢測(cè)結(jié)果均OK。

綜合以上三點(diǎn)，可以排除軸承圈噪聲。

（5）尖鳴噪聲 軸承徑向游隙大時(shí)易產(chǎn)生。

驗(yàn)證分析：主減軸承采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，故障NG主減無(wú)徑向位移，排除尖鳴噪聲。

通過(guò)以上驗(yàn)證分析，可以排除以上5種由軸承設(shè)計(jì)或工藝制造誤差造成的噪聲。

3.由傷痕及夾雜物引起的噪聲

該類噪聲主要是由不規(guī)范生產(chǎn)導(dǎo)致的碰傷、卡傷或由于發(fā)生疲勞剝落、銹蝕斑痕以及夾雜物進(jìn)入軸承工作面引起的。

（1）傷痕噪聲 當(dāng)滾動(dòng)表面有裂紋、碰傷、壓坑和銹斑時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生周期性的振動(dòng)和噪聲。

驗(yàn)證分析：對(duì)故障件軸承進(jìn)行檢測(cè)，滾道及滾珠表面無(wú)裂紋、碰傷、壓坑和銹斑，而且“嘶嘶”聲為非周期性噪聲，因此排除傷痕噪聲。

（2）摩擦噪聲 摩擦噪聲是指滾珠軸承上的異常噪聲，通常出現(xiàn)在較大型的軸承上，特別是采用脂潤(rùn)滑的軸承，當(dāng)潤(rùn)滑性能不好時(shí)更容易發(fā)生。此外軸承在只承受徑向載荷而徑向間隙又比較大時(shí)也容易產(chǎn)生摩擦聲。

驗(yàn)證分析：主減軸承屬于小型軸承，采用齒輪油潤(rùn)滑，嘶嘶聲的發(fā)生從20～120km/h不間斷發(fā)生，因此排除摩擦噪聲。

（3）夾雜物噪聲 夾雜物噪聲是指在軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中由于各種灰塵、鐵屑等雜質(zhì)侵入軸承工作面而造成的非周期性的振動(dòng)和噪聲，具有隨機(jī)性。

驗(yàn)證分析：對(duì)比故障件NG軸承及合格件OK軸承（見(jiàn)圖7），軸承外圈滾道有明顯異物劃傷痕跡，合格件滾道正常，無(wú)劃傷，初步判定是由于鐵屑等雜質(zhì)侵入軸承工作面而造成的非周期性的振動(dòng)和噪聲。

圖7 故障件和合格件軸承外圈劃傷

改進(jìn)方案及驗(yàn)證

1.改進(jìn)方案選擇

根據(jù)后橋總成結(jié)構(gòu)及各零部件加工工藝及裝配工藝，提高后橋總成清潔度要求，后橋總成雜質(zhì)由原來(lái)的＜470mg提升至＜200 mg。

主要措施如下：

1）橋殼總成增加敲擊工序，清理焊接縫隙的鐵屑，橋殼總成清潔度要求控制到雜質(zhì)50mg。

2）主減總成裝配工序在現(xiàn)場(chǎng)增加3個(gè)工位吸塵清理殘余鐵屑。

3）增加每周2次后橋清潔度檢測(cè)要求。

2.臺(tái)架驗(yàn)證

1）清潔度整改前后的后橋總成，在試車臺(tái)架進(jìn)行12h的跑合測(cè)試，對(duì)其進(jìn)行噪聲測(cè)試。從表1客觀測(cè)試數(shù)據(jù)可看出：整改前的后橋，原狀態(tài)及12h跑合后的“嘶嘶”聲均比整改后的后橋明顯。

表1 后橋總成清潔度整改前后噪聲測(cè)試結(jié)果

2）對(duì)整改后的后橋特意加入少量的鐵屑后，經(jīng)12h跑合后，出現(xiàn)“嘶嘶”聲（見(jiàn)表2）。

表2 整改后的后橋加入少量鐵屑后的噪聲測(cè)試結(jié)果

結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)對(duì)某車型在駕評(píng)時(shí)出現(xiàn)的嘶嘶聲進(jìn)行詳細(xì)的分析，分析該異響聲源，從整車到后橋，再到主減總成，最后確定為主減軸承發(fā)出，詳細(xì)分析軸承異響的發(fā)生機(jī)理，并逐一排除后，確定“嘶嘶”聲為鐵屑等雜質(zhì)侵入軸承工作面而造成的非周期性的振動(dòng)和噪聲。

針對(duì)該原因制定了改進(jìn)方案，結(jié)果表明，軸承作為機(jī)械傳動(dòng)的主要運(yùn)轉(zhuǎn)件，除軸承設(shè)計(jì)或工藝制造誤差造成的軸承噪聲，軸承的使用環(huán)境也能直接影響軸承使用時(shí)噪聲及使用壽命。本文針對(duì)后橋總成提出的改進(jìn)方案可有效提升后橋清潔度，保證后橋軸承的使用環(huán)境。