汽车变速器噪声特性的相关研究

张恩

吉利汽车 浙江宁波 315336

1 汽车变速器噪声产生机理

1.1 汽车变速器结构组成与噪声产生原理

常规汽车变速器是由齿轮、轴、同步器、换挡装置、箱体、轴承等主要部件组成的传动系统。其中齿轮副是实现变速功能的核心部件，也是汽车变速器产生噪声的主要根源。变速器噪声一般包括，空气噪声与结构噪声两种，其中空气噪声的激励源是啮合齿轮副高速运转时不断产生振动与冲击，挤压的箱体内部空气，并向空气中辐射噪声，而结构噪声的激励源则为变速器箱体内部的各个振动的零部件[1]。激励的产生一般是因传递误差（TE）的存在，TE即是指齿轮啮合实际位移相对于理论位移的差值，即在变速器在运转过程中，齿轮系统因TE的原因，在啮合传动时所受到的不平稳激振力，而产生齿轮噪声。

1.2 变速器齿轮系统噪声源

汽车变速器齿轮传动的准确性与平稳性受变速器设计参数、齿轮装配精度、箱体制造精度以及变速器工作状况等多种因素影响，主要有：

（1）齿轮本身：①齿轮的宏观参数，如齿轮的齿数、模数、螺旋角、压力角、有效齿宽等；②齿轮自身的加工精度；③齿轮的啮合刚度，由于在啮合过程中接触线长度及齿厚的变化，导致啮合的刚度发生变化。

（2）齿轮啮合错位：由箱体、轴的变形以及轴承游隙和装配误差等系统综合因素产生。体现在齿轮啮合过程中即为啮合齿轮齿面产生偏载，使得传动不平稳。一侧接触，另一侧张开，张开的最大距离即为错位量。若运行过程中齿轮啮合传动不平稳引发圆周方向振动，则会产生一定程度的噪声[2]。

2 汽车变速器噪声特性

在对变速器进行噪声特性实验研究中发现，噪声指向特性存在远近场有明显的不同，远场噪声幅值明显高于近场噪声幅值；当变速器处于加速运行状态时，其所产生的噪声影响与变速器传动速度密切相关，加速度较大时变速器运行产生的空气噪声急剧增长，一般变速器在一档、二档时噪声明显增大，处于四档、五档时噪声增速明显缓慢。根据研究发现，

变速器齿轮噪声有以下明显特性：（1）由工作承载齿轮副产生；（2）存在明显的阶次特征，与齿数等因素相关；（3）当箱体和齿轮轴系结构的固有模态被激励产生共振后，噪声表现更为严峻；（4）在中高频、较宽转速范围内都可能出现。

变速器噪声传播路径主要有：（1）结构路径传播噪音。主要来自换挡拉锁支架、悬置及其它接触件。（2）空气路径传播辐射噪音。加速度噪声由变速器壳体混响产生，通过壳壁向空气辐射；

3 汽车变速器“空挡异响”噪声控制

3.1 “空挡异响”噪声的产生与噪声源识别

某品牌轿车前驱手动变速器在空挡运行状态下，有明显人耳可听见的“异响”噪声，影响驾乘舒适性。经一番探究后发现，空挡异响的原因为：发动机结构特点产生的扭矩波动，引起传动系扭转振动，当扭转振动达到一定程度时，因齿轮副TE的存在，承受轻微载荷的空转齿轮与其驱动齿轮会发生脱齿敲击，而产生振动噪声。

在噪声特性分析实验中发现，变速器“空挡异响”噪声特性与发动机表面振动特性及几何形状密切相关，发动机表面振动频率即为空挡怠工状态下变速器的噪声频率，属于变速器结构噪声。

3.2 “空挡异响”噪声的控制措施

由于“空挡异响”的噪声源为由变速器输入端扭矩波动引起非承载齿轮啮合冲击产生，根据前述分析，应该尽量降低发动机输出到变速器输入轴的转速波动，降低齿轮敲击声，目前主要手段是加强隔声、隔振，降低传动系扭转振动调整离合器刚度、阻尼，工作人员通过双质量飞轮（DMF）和优化离合器的减振特性来减小转速波动，使车内噪声状况得到明显改善。

4 汽车变速器“啸叫”噪声控制

4.1 “啸叫”噪声的产生与噪声源识别

某品牌汽车前驱手动变速器五档有较为严重的“啸叫”噪声，一定程度上降低了该款轿车的舒适性。工作人员在对变速器进行稳态、瞬态实验后发现，其噪声特性与齿轮副的转速与荷载有直接关系，分析参与啮合的齿轮副，五档主从动轮齿数比为45：34，主减速齿主从动轮齿数比为17：69，齿面接触斑点实验发现，主减速齿轮副明显擦痕，最终判定主减速齿轮副是“啸叫”噪声的声源[3]。

4.2 “啸叫”噪声的控制措施

在确定噪声源后，工作人员对主减速齿轮副的接触斑点做了进一步的分析，发现该种接触斑点可能是变速器支撑结构发生了一定程度的形变，或是齿轮螺旋线等参数的异常造成。由于该款变速器的输出轴半径较大，有良好的轴承刚性，基本上可以排除变速器结构发生形变的可能，因此，判定为齿轮本身参数原因。最终工作人员通过对主减速齿轮副修形，优化齿轮参数，变速器“啸叫”噪声得到了明显改善。

齿轮修形，目的是使齿宽方向载荷分布均匀，齿廓方向中间载荷大，齿根、齿顶载荷小（中间承载能力最强），这样在齿轮开始啮合和退出啮合时所受的冲击力会大大减小，使齿轮传动更平稳。当齿轮副齿宽方向偏载严重，就需将齿宽方向单位载荷大的一侧去除一定材料（齿向修形）；齿廓方向齿根与齿顶的载荷较大，就需将齿根和齿顶去除一定的材料（齿廓修形）。修形是目前较常用的方法，也是后期优化减少传递误差最有效的方法，但修形量的控制十分关键。

5 结语

综上所述，噪声源的分析在汽车变速器噪声特性分析及控制中具有重要的作用，其中低频段噪声的噪声源主要为空套齿轮抖动敲击噪音，高频段噪声的噪声源主要为齿轮啮合噪音。在对汽车变速器噪声进行控制时，可以通过降低传动系扭转振动调整离合器刚度、阻尼，减少齿面敲击，降低汽车“空挡异响”噪声；通过对传动齿轮副的修形，降低汽车“啸叫”噪声。