某变速器壳体模态与异常振动分析

吕孟理，卢剑伟，季明微，康海波

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

随着客户对车辆的品质要求越来越高，变速器的 NVH性能在开发过程中也越来越多被关注。变速器的齿轮敲击（Gear rattle）噪音、啸叫（Whine）是影响整车NVH性能的重要因素之一。变速器的振动、噪音通过变速器壳体进行振动传递和辐射，变速器壳体的模态对变速器噪音、振动有很大影响。在变速器设计开发过程中，一般先对变速器壳体模态分析优化再进行模具件的开发，模具件开发到位后需要进行模态测试，最后结合整车 NVH测试情况确认变速器壳体模态是否需要进一步优化。

1 变速器模态分析

变速器壳体模态分析目的是考察壳体的振动频率，分析壳体振动频域与发动机基频及齿轮啮合频率的关系，找到找出壳体的震动剧烈区域，为后期的整车 NVH分析、试验提供数据支持及参考。在对变速器壳体模态进行分析时，一般会先使用 CATIA建立该变速器壳体 3D数据，再利用Hypermesh和Nastran软件对变速器壳体进行模态分析，提取变速器壳体模态和振型。

图1 某款变速器壳体网格数据

某款变速器壳材料为AlSi9Cu3，弹性模量为70000MPa，泊松比为 0.33，密度为 2.73×10-9t/mm3，其模态分析结果如下表1所示：

表1

该变速器匹配的发动机为4冲程，发动机的基频根据公式计算(n为发动机的转速，Z为发动机的缸数，τ是发动机的冲程数)，由此可得出发动机基频共振区域约为20～200Hz，壳体的 1阶频率计算值为 628Hz，避开了发动机的基频共振区域。

2 变速器壳体模态分析

采用锤击法模态测试方法对变速箱壳体进行模态测试分析，通过测量数据提取分析壳体的各阶频率、阻尼和模态振型。

图2 变速器壳体模态测试图

某款变速器壳体的模态测试结果与仿真误差率：

表2

3 变速器异常振动分析

针对该变速器在整车各挡加速下噪音测试表明，该车在各挡加速到2700rpm左右时，在1070Hz左右有明显噪音，进一步对对变速器的壳体振动测试，在1070Hz左右变速器壳体也存在明显的共振。

图3 右耳colormap图

图4 变速器壳体振动图

通过对该变速器的结构分析，发现该变速器的常结合齿轮为24齿，该齿轮在各挡下加速工况下都存在24阶啮合频率，该齿轮副的在2700rpm的啮合频率f=z*n/60=24*2700/60=1080Hz（z为齿数，n为发动机转速），即在2700rpm存在1080Hz的齿轮副啮合频率，此频率与变速器壳体1073Hz（4阶）非常接近，故可以判断变速壳体异常振动与其4阶模态以及常啮合齿轮频率相关。

4 结论

文章分析某变速器壳体模态，针对整车 NVH测试发现的壳体异常振动进行了分析，确认了变速器壳体异常振动与模态关系，对变速器开发与整车 NHV测试问题分析有一定指导意义。

参考文献

[1] 马怀琳.变速器的异常噪声与控制[J].汽车技术. 1995, 26(3): 25-31,35.

[2] 朱敏如.变速器振动仿真分析与实验研究[D]. 广州:华南理工大学, 2010.

[3] 顾健华.机械变速器啸叫声成因分析及降噪研究[D].上海:上海交通大学,2012.

[4] 张靖.不同因素激励下齿轮传动动力学仿真及实验研究[D].重庆:重庆大学,2012.

[5] 田雄,李宏成,吕先锋. 基于传递路径试验分析的变速器敲击噪声优化[J].振动工程学报, 2010,23(6),642-647.

[6] 庞剑,何华等.汽车噪声与振动理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社, 2007.