变速器啸叫控制方法

公司机密注意保密长安汽车动力研究院动力总成NVH所杨金才2012年8月1变速器啸叫控制方法公司机密注意保密目录变速器噪声基础知识一变速器啸叫的评价方法变速器啸叫的评价方法二案例分析四公司机密注意保密变速器噪声基础知识一公司机密注意保密变速器噪声概述引起变速器噪声的原因是错综复杂的，其中齿轮啮合噪声是一个主要方面。齿轮啮合噪声形成和传播的机理及影响因素的研究，从理论上和实践上都已经有了比较成熟的阐明。普遍认为提高变速器元件特别是齿轮的加工精度是非常有效的措施。但是一味追求很高的加工精度不仅在生产中有许多困难，造成成本的增加，而且潜力已不是很大。因此对变速器噪声的研究已向着综合治理领域拓展，从控制设计参数和提高制造精度等诸多途径降低变速器噪声。变速器壳体振动公司机密注意保密变速器啸叫是由于齿轮系统啮合过程中齿对的传递误差而产生。理想状态：由于制造、安装误差，以及啮合齿面的刚度变化：其特点是：①由工作齿轮产生；②明显的阶次特征，与齿数、发动机转速等相关；③当箱体的固有模态被激励共振后啸叫表现得更为明显。2211RR×=×ωω()∫×−×=θωωdRRTE2211变速器啸叫产生机理：公司机密注意保密变速器噪声产生及传播的途径变速器噪声对人们听觉所产生的效应同时取决于声源和传播，因此，寻求影响两者的设计因素，并在结构、参数和材料等方面采取针对性措施，会更有效地降低变速器噪声。变速器总的噪声为振动发声及声波传播之和。公司机密注意保密影响主要噪声源的设计因素¾齿轮啮合过程中的不平稳引起振动并产生噪声，齿轮是变速器主要噪声源。齿在传递动力运转过程中产生振动的原因和影响因素很多，主要有以下几点：a.轮齿所受的力发生突变；b.轮齿进入与退出啮合时的冲击；c.啮合过程中齿面间相对滑动及摩擦力的变化；d.受载条件下，轮齿刚性变化及产生弹性变形，导致载荷变化；e.轮齿存在误差造成运转不匀。¾与上述因素有关的齿轮设计参数有模数、齿数、压力角、螺旋角、轮面宽、齿顶宽、变位系数、重叠系数、啮合角、轮齿修形、齿面粗糙度、接触区、安装刚性及精度、所受载荷及圆周速度、轮齿副间隙等等。公司机密注意保密‹模数和齿数对噪声的影响一旦中心距离确定，则齿数和愈大，模数愈小。相同重叠系数下，较小模数的齿轮较之较大模数的齿轮噪声敏感度要低。同时，模数小可使重叠系数增大，从而使载荷在轮齿上的分配更均匀，使传动更平稳。‹压力角和齿高系数的影响轮齿具有较大的“柔性”——较低的刚性，可以降低轮齿啮入和啮出起始和终了点的载荷突变，并可在一定程度弥补轮齿误差引起的载荷变动。压力角愈小则轮齿刚性愈低，这种适应性就愈强。齿高系数越大，越增加重叠系数，而且齿的高度增大在一定程度上增加了轮齿的“柔性”。‹重叠系数的影响增大重叠系数，可使同时参加啮合的齿轮对数增多，载荷的分配与啮合过程中载荷的变动便可减少，有利于降低噪声。‹螺旋角、齿面宽和接触区的影响噪声与螺旋角及齿面宽的关系可归结为与重叠系数的关系。或齿面宽增大，重叠系数就能增大，因而噪声降低。但螺旋角与齿面宽对噪声的影响是有限的，在载荷较大时，螺旋角越大，则噪声级越小。影响主要噪声源的设计因素公司机密注意保密变速器斑点试验经过对三档齿轮进行发黑处理，然后装车运行，拆卸检查，齿面啮合存在问题：对啸叫和不存在啸叫的齿轮进行发黑斑点试验，总结啸叫和不啸叫的齿轮接触斑点形状；并总结出修形控制参数齿根部啮合痕迹显示冲击明显，且齿根部存在台阶2.反齿面齿根部啮合痕迹显示冲击明显，螺旋角不匹配1.正齿面红斑接触斑点试验缺陷:红色表层容易剥落,不能真实反映齿面接触情况;尽量不采用公司机密注意保密‹齿面粗糙度对噪声的影响对变速器中速度较高的常啮合齿轮副，其齿面粗糙度一般要比低档齿轮高。现在不少汽车变速器常啮合齿轮副采用磨齿工艺，一则提高精度，二则提高齿面粗糙度。‹载荷及圆周速度对噪声的影响同一齿轮功率越大(速度、载荷)，噪声越大。声压随速度成线性关系变化，随载荷也呈现线性关系变化。‹轮齿误差和轮齿修形对噪声的影响轮齿各类误差是客观存在的。即使绝对准确的轮齿，由于安装误差及受载后的弹性变形的影响也会呈现啮合过程中的不均匀。对于某种齿轮，须经反复试验才能得到理想的修形曲线。‹润滑油质量及注油量润滑油有阻尼作用且能防止齿面直接接触，故噪声一般随油量和粘度的增加而减小，对于全部是斜齿轮的变速器，如油量过多，则搅拌损失增大油温升高，反而使噪声加大。影响主要噪声源的设计因素公司机密注意保密修形参数说明齿向倾斜量（LeadSlope）齿向鼓形量（LeadCrowning）齿形倾斜量（InvoluteSlope）齿顶修缘量（TipRelief）公司机密注意保密变速器总体噪声实际上耳闻的噪声是经固体传播和空气传播向外部发射的总噪声。大量实验结果表明，这种发射噪声的声压近似地与箱壁振动加速度成正比；发射功率与发射面积成正比；固体传播噪声的能量密度大约为噪声能量密度的95%；箱壁阻止了空气传播噪声的绝大部分。主要影响因素如下：a.箱体的形状、刚性、材料、自振频率和表面辐射面积及表面上开设窗口的位置、大小和总体布局均是噪声产生共振、声压合成及噪声发射影响的因素。b.轴及轴承的刚度和精度不仅影响自身振动，而且作为固体传播噪声的环节，也影响着噪声的发射。c.作为连体的离合器壳及后体零件自身的固有频率也极易与齿轮系振动产生共振而激发噪声并使声压合成，也是影响因素之一。公司机密注意保密壳体优化实例公司机密注意保密302605101520253035原方案优化后10270020406080100120原方案优化后16984020406080100120140160180原方案优化后1550137000200040006000800010000120001400016000原方案优化后86334050100150200250300350400原方案优化后6377697081027020040060080010001200约束模态自由模态原方案优化后1.壳体模态结果2.4000Hz以内壳体模态个数3.壳体最大应力值4.轴承孔最大变形量5.轴承孔最小动刚度6.选档摇臂一阶纵弯模态优化效果：33%优化效果：13%优化效果：31%优化效果：52%优化效果：88%优化效果：74%公司机密注意保密¾过线检测变速器啸叫的评价方法变速器啸叫的评价方法二¾台架评价9变速器单体评价9动力总成评价¾整车评价9主观评价9客观评价加速、减速公司机密注意保密过线检测台及分析软件过线检测分布台数幅值分布区间（um）G2upanddown1(13.12-49.30s).Ordervs.rpm(25.0,0.0-50.0,r=0.5,HAN,Fast)L/dB(A)[SPL]10152025303540455055n/rpm400035003000200015001000整车测试结果1#样车幅值300的89#变速器幅值230的86#变速器幅值183的51#变速器公司机密注意保密公司机密注意保密预研评审制造方案设计验证前置可靠性产品开发产品验证试生产项目结题产品策划与定义细节设计阶段设计验证阶段产品开发阶段产品验证阶段试生产阶段产品支持阶段概念布置设计阶段立项评审启动评审整整机机系系统统部部件件项目启动方案阶段设计/验证阶段PC整机性能确认CC变更冻结投产签署量产签署项目总结LSJ1FS目标细化目标确定数据发布DR整机数据发布DC投产启动阶段PLR试生产准备完成ODSCKO变速器和动力总成的开发里程碑概念设计公司机密注意保密CCLSJ1FSSCKOODDRDCPCPLR1.变速器NVH目标初步设置工作内容输入•对标变速器NVH测试分析报告•变速器NVH目标初稿输出•变速器NVH对标平台选择及对标变速器资源•整车分解变速器声品质NVH目标•对标变速器的测试评价（包括单体、动力总成、整车状态变速器NVH测试）•变速器NVH目标初步设置公司机密注意保密要灵活运用变速器啸叫控制六步法‡加强开发初期对NVH性能的控制优化，新增动力总成级变速器啸叫的CAE、试验测试分析，保证单体、总成达标后再进行整车验证等工作。‡六步法可大大降低啸叫在整车上反复发生的风险，实现研发初期对啸叫的优化控制，避免后期整改带来的巨大浪费。单体Romax分析动力总成CAE壳体附件分析单体NVH台架试验动力总成NVH台架试验整车NVH评估公司机密注意保密案例分析四公司机密注意保密在早期开发中，某变速器A工装样车车上出现变速器异响。随后整车测试分析后确认为变速器档位啸叫，主观评价为4分左右，远离目标。32阶64阶41阶82阶有“口哨声”一、背景及问题描述公司机密注意保密二、原因分解及措施变速器啸叫问题分解变速器啸叫问题变速器本体设计问题制造问题齿轮加工装配齿轮加工精度齿形误差、齿向误差端面跳动周节误差热处理变形装配工艺花键压入歪斜轴承装配误差齿轮啮合(激励源)齿轮啮合错位箱体变形轴承游隙、变形轴变形齿轮变形齿面修形传递误差齿轮宏观参数啮合刚度变化齿面载荷分布重合度齿轮、轴系结构布置变速器箱体箱体模态箱体动刚度齿轮轴、轴承发动机悬置支架刚度(共振)变速器与发动机连接刚度整车悬置隔振整车声学包装换挡拉索、传动轴等传递路径公司机密注意保密A变速器啸叫潜在原因分析变速器啸叫变速器箱体动刚度传函结构模态轴承齿轮啮合结构布置空气传递其它结构传递制造精度滚针轴承保持架模态轴承游隙齿轮啮合错位量重合度齿轮传递误差齿面修形齿宽齿面载荷分布螺旋角轴承支撑形式轴布置形式整车声学包装齿形误差基节误差接触精度工作转速润滑安装精度拉索支架安装方式拉索隔振悬置刚度悬置隔振档位齿轮布置齿数、模数悬置安装点位置压力角壳体形状壳体各窗口布置连接的离合器壳体悬置模态加工工艺整车气密性公司机密注意保密啸叫逻辑树分解图二、原因分解及措施在整车上进行整体包裹。包裹后变速器近场啸叫有明显改善，但车内噪声无变化。从源和路径入手优化▼公司机密注意保密原因分析一序号末端子问题原因分析研究论证是否真因确认方法确认标准确认情况3.1.1变速器壳体壳体刚度不够，辐射啸叫噪声CAE计算分析壳体强度、轴承孔变形量、壳体模态及轴承动刚度均达到设定目标值达到设定目标否产生共振，加剧啸叫阶次噪声非要因公司机密注意保密原因分析二序号末端子问题原因分析研究论证是否真因确认方法确认标准确认情况3.2.1结构布置轴系布置不合理，造成齿轮所在轴变形量大，增大齿轮错位量，产生啸叫利用CAE对轴系布置进行受力分析，并计算各齿轮啮合错位量各轴受力均匀，各档位齿轮啮合错位量三、四档档位齿轮啮合错位量分别达到32.2um、30.82um，啮合错位量偏大是是要因轴系受力分析齿轮啮合错位量分析▲公司机密注意保密序号末端子问题原因分析研究论证是否真因确认方法确认标准确认情况3.3.2齿轮宏观参数不合理，重合度小分析计算齿轮啮合重合度齿轮重合度四档齿轮重合度2.5，低于要求标准是原因分析四是要因序号末端子问题原因分析研究论证是否真因确认方法确认标准确认情况3.4.1换挡拉索换挡拉索支架隔振不足，拉索传递啸叫阶次，车内产生啸叫脱拉索进行对比分析测试脱拉索前后阶次噪声声压差值拉索对3、4档啸叫贡献较大是原因分析五是要因▲公司机密注意保密序号末端子问题原因分析研究论证是否真因确认方法确认标准确认情况3.5.1前悬置悬置传递啸叫阶次脱前悬置脱前后啸叫阶次声压差值脱前后无明显变化否3.5.2后悬置悬置传递啸叫阶次脱后悬置脱前后啸叫阶次声压差值脱前后无明显变化否3.5.3左悬置悬置传递啸叫阶次悬置振动与车内噪声对比悬置振动特征与车内啸叫特征一致性分析悬置传递啸叫阶次是末端子问题原因分析八是要因非要因▲公司机密注意保密真实原因解决方案决策标准决策注变速器本体激励大及整车结构路径对啸叫衰减不足箱体优化设计、中间1轴、中间2轴加粗2mm、2至6档磨齿、四档主动齿轮调整参数、换挡拉索支架加隔振软垫（软垫厚度5mm)；3档齿轮微观修形—压力角方向修形为8um（原状态0um）；螺旋角方向修形为14um(原状态18um）;同时整车左悬置被动侧采用大悬置结构效果√----控制方