减速器轴承预紧对噪声的影响分析和验证

雷根成

（衡阳风顺车桥有限公司）

随着中国汽车工业的不断发展，越来越多的用户除注重汽车的驾驶性能和驾乘舒适度外，也越发地重视整车的噪声控制。相关研究表明，车内噪声除受地面状况、轮胎、轴承及车架结构等影响外，其主要影响来自于驱动桥减速器[1]。减速器出现噪声的原因有很多，文章从轴承预紧方面分析减速器出现噪声的原因，并给出解决方案，同时依托后桥疲劳耐久测试台架，运用NVH 分析软件对该型减速器进行噪声测试分析，获得了噪声和振动峰值频率，验证了通过调整后桥减速器轴承预紧力来降低后桥行驶噪声的有效性和可行性。

1 轴承预紧对减速器噪声影响的机理分析

长期的汽车路试经验和大量的驱动桥台架试验表明，驱动桥主减速器总成（如图1 所示）螺旋锥齿轮副的安装是否有足够的刚性支承，是减速器是否产生噪声的要因之一，也是该齿轮副能否平稳啮合，并决定其使用寿命的重要因素之一。在选择齿轮的支承形式时，必须考虑支承刚性的要求。

在实践中，对支承齿轮轴的轴承采取预紧措施也可以增强支承刚性；同时，轴承预紧还可以消除装配的原始间隙，缩短磨合期甚至在正常使用初期减缓轴承间隙的出现及增大。减速器总成的轴承预紧力包括主动齿轮预紧力和差速器轴承预紧力。差速器轴承的预紧力可以根据主从动齿轮间隙和啮合印迹，通过左/右差速器轴承调整螺母来进行调整，而主动齿轮支承轴承预紧力只能通过调整主动齿轮螺母的拧紧力矩来确定。因此主动齿轮螺母拧紧力矩的大小对减速器整体噪声有相当大的影响。主动齿轮轴承预紧力如果过大，会造成轴承超负荷工作，磨损加剧，温度急剧升高，轴承寿命缩短，使机构出现噪声等异常情况；预紧力如果偏小，会造成受载短期磨合后轴承配合间隙加大，从而严重影响主从动齿轮副之间应有的间隙，造成齿轮副运转产生冲击，磨损加剧，齿轮组不能正常工作，由此产生严重的噪声以及异响[2]。

2 轴承预紧力的确定

全新开发的减速器总成通常都是以类似产品的工艺参数为参考，对轴承进行预紧。以某型驱动桥减速器为例，依据主动齿轮前后轴承型号并结合类似产品，选定190～250 N·m 范围内的扭矩对主动齿轮螺母进行拧紧，通过主动齿轮螺母的拧紧力矩对轴承进行预紧，这样确定拧紧力矩的减速器总成在后期试验过程中出现了噪声偏大的现象。

为解决这一问题，在确保从动齿轮与主动齿轮的啮合间隙和啮合印迹合理的前提下，比对在不同的主动齿轮螺母拧紧力矩下减速器总成的噪声表现。为了更加精确地选定拧紧力矩范围，选用6 组不同的拧紧力矩（如表1 所示）达到不同的轴承预紧力，对同一减速器总成的主动齿轮前后轴承进行预紧，再进行台架试验以测试不同预紧力下减速器总成的噪声数据。从表1 可以看出，拧紧力矩越大，旋转力矩越大，但都在合理范围（1.2～2.0 N·m）内。

表1 6种不同预紧力的减速器总成相关数据对照表

3 试验准备和方法

3.1 试验条件及硬件需求

对某SUV 进行后桥噪声测试，需提前准备好单级减速器6 台，调试好后桥台架试验机，同时提前安装好麦克风、振动传感器，连接电源线、数据线和笔记本。试验条件如下：

1）为消除环境噪声对NVH 试验的影响，在试验台周边搭建隔声墙，确保试验环境噪声小于50 dB；

2）要求测试平台能够准确显示不同挡位主动齿轮的转速，并能在一定转速下维持一段时间，方便测试系统进行数据采集和计算。

3.2 后桥台架噪声测试方案

以QC/T 533—1999 为试验标准进行噪声对比。后桥减速器行驶噪声的测试主要是利用后桥疲劳耐久试验机，通过调节输入转速，在距离减速器上方300 mm的4 个位置布置麦克风，采集噪声数据[3]，同时在主动齿轮前后2 个轴承挡位置布置振动传感器测量振动，具体布置位置，如图2 所示。

图2 汽车后桥减速器噪声测试平台安装图

在不同的输入转速条件下，运用噪声分析软件分别检测6 个不同预紧力的减速器的噪声和振动数据。

4 后桥噪声测试结果

对6 台不同预紧力的减速器装配同样的后桥壳以及半轴总成，进行台架NVH 测试后，对噪声声压值进行比对，部分采集数据图，如图3 所示。从图3 可以看出，在不同转速下轴承位置的振动区别并不大，但最大噪声还是有一定的区别。

图3 各种转速下后桥减速器噪声曲线图

通过软件对输入数据进行分析，再对测试噪声进行声压级对比，如表2 所示。从表2 中可以看出：3 号和4 号后桥减速器总成的噪声测试数据较为理想；1 号和2 号后桥减速器总成的主动齿轮轴承预紧力偏小，在转速较小的工况时噪声较为理想，但在常规转速时噪声已经超出预期，而且到高速工况时噪声上升明显；5 号和6 号后桥减速器总成的主动齿轮轴承预紧力偏大，导致轴承的预紧负游隙偏大，在转速较小的工况时噪声还比较理想，但在常规转速和高速工况时噪声偏大。通过试验对比，使用210～230 N·m 范围内的拧紧力矩对主动齿轮螺母进行拧紧，可以让减速器总成达到最优的噪声控制效果。

表2 不同后桥减速器噪声声压级对比表dB

5 结论

文章通过调整不同的轴承预紧力，并利用NVH 噪声测试软件收集后桥在台架试验中的噪声数据，对比不同状态下的轴承预紧度，选择合适的主动齿轮螺母拧紧力矩，来取得合适的驱动桥减速器轴承预紧度，从而使得减速器总成噪声和振动水平取得最佳值。同时文章研究的驱动桥减速器轴承预紧对噪声测试的影响也适用于越野车和乘用车驱动桥，对类似的驱动桥减速器降噪提供了一定的研究途径和方向。