箱体内涂层对变速器噪声影响试验研究

王恩鹏 张林涛 李旭伟

摘 要：现代汽车行业对于汽车舒适性高度重视，乘坐舒适性是汽车给予我们的第一感受，目前商用车舒适性要求也越来越高，传动系统尤其是变速器降噪已成为越来越多汽车生产企业关注的方向。因此本文对于某商用车变速器箱体内部涂层对变速器噪声的影响进行了试验研究。

关键词：变速器;涂层;噪声

当今的汽车消费者关注的是汽车的乘坐的舒适度，随着科技的提高，现如今汽车领域技术也在逐步提升，比如说更多的车装配主动降噪功能，这样更能显示更加高端，也能满足消费者的认可度。变速器的噪声水平可以从客观上反映变速器的工作状态，而成为其质量检测的指标之一。变速器在工作中，内部构件，如齿轮、轴承等，不断产生振动冲击，当有故障存在时，其振动强度增大，噪声水平超标。本文对于变速器箱体内部有涂层能否起到降噪作用做出了研究。

1 汽车变速器噪声来源与种类

1.1 变速器主要噪声来源

汽车变速器是整车中极为重要的汽车零部件，主要由变速传动机构和操纵机构组成。这些机构在运动时难免会产生摩擦、碰撞和发热等状况，这也是汽车变速器总成产生噪声的源头[3]。其中齿轮啮合振动、传动轴旋转的状态等都是影响汽车变速器噪声的重要因素。但在汽车变速器中噪声的来源主要是由齿轮动态碰撞产生噪声，换挡变速时，一对齿轮分离，另一对齿轮啮合时产生的噪声，传动轴工作时发出的噪声，轴和轴承相对运转时发出的噪声，轴承内部摩擦产生的噪声等。所以，目前变速器内部齿轮都采用斜齿轮传动，这样有效的改善噪声以及传动平稳性。

齿轮啮合动态激励是齿轮系统产生振动和噪声的主要原因。

1.2 汽车变速器噪声种类

在变速器总成中，根据产生噪声以及振动状态不同的零部件，可将变速器总成的噪声分为以下几点：

1）在变速器总成内，齿轮冲击是噪声的主要来源;齿轮工作时相互挤压碰撞因而产生震动，震动导致噪声的产生。齿轮副间隙会发生敲击声，这种噪声在低载荷时尤为突出，而随着载荷增高这种敲击声会逐渐减小，但是随着齿轮的啮合，冲击声也会逐渐升高。

2）齿轮轴以及支撑轴承刚性不足会在工作时产生弯曲振动，齿轮轴加工误差，质地不均匀旋转时会伴有震动因而产生噪声。轴承表面摩擦力的局部变化、外部激励的输入等是使轴承产生噪声的主要原因。轴承精度、安装条件、使用条件是影响轴承噪声的主要原因。

3）声音在固体中传播速度最快，所以变速器箱体也是噪声的来源，变速器箱体本身并不会自我激励，箱体噪声是变速器壳体在外部激励作用下振动而产生的噪声辐射。

2 涂层降噪的应用

降噪主要是通过优化设计降低源头声压值以及在传递过程中进行隔绝两个方面实现。利用结构动力修改的理论和方法，改变结构系统的固有频率，让其远离动态激励频率，避免产生共振。

声音的传播需要介质，固体、液体、气体都能传声，都能作为介质，因为介质的不同，声音的传播速度也就不同，一般遵循的原则：固体>液体>气体，所以不难看出，声音的传播速度在固体中是最大的。所以在汽车变速器中，箱体的设计对于隔音降噪方面来说尤为重要。

涂层的降噪作用已在汽车整车NVH研究中得到验证。此次研究变速器箱体内壁和轴承接触的部分添加一定厚度的涂层，期望一方面可以改变箱体的固有频率及模态，避免共振，另一方面能够在声音的传递路径上阻断声音传播。

3 变速器噪声测试

3.1 测试设备与使用仪器

本试验测试所用试件以国产某商用车6挡变速器进行分析研究，两件分别是箱体内部带涂层和内部不带涂层;使用设备为国产传动部件可靠性试验台（三电机试验台）;所用数据采集仪可测量振动、噪声、扭振、转速等多种信号;4个电容式声压传感器（G.R.A.S.46AE），频响范围5-10kKz，最大测量声压级138dB;2个进口转速编码器;国产半消声室一台，半消声室背景噪声<45dB。

3.2 试验测试方法

将变速器按实车状态安装在半消声室内，根据设计要求加注定量润滑油，通过十字万向节传动轴与传动部件可靠性试验台连接，在输入和输出端法兰盘工装上分别安装转速编码器实现转速数据输出，在变速器输入端、输出端、箱体上方、箱体侧方300mm处布置声压传感器，设置测试通道，测试现场布置见图1。

根据提供的两台变速器档位设计参数制定了稳态工况和匀加速工况试验工况，详细见表1和表2。

按照各档位对应扭矩和转速开始试验，测试时每一步工况达到设计数值后维持一或两分钟稳定后再进行噪声测试，为了保证数据的稳定采集的数据更好，全部测试结束后通过数据分析，来对比测试结果各档位的声压值，对于箱体内部有无涂层是否能起到降噪作用。

4 变速器噪声测试结果分析

试验全部结束后经过数据分析软件分析后得出以下对比图：

A）稳态工况：

通过数据分析可看出稳态时的3档声压值趋近相等，加速时1挡声压值相等，其他档位箱体内部未有涂层比内部有涂层声压值微高，从此得出内部有涂层能起到对于变速器总成降噪作用，但是降噪能力有限;結合变速器噪声产生原因及测试结果分析对其变速器总成箱体的降噪设计提出以下几方面建议：

A.对于箱体进行加强筋的位置进行处理，来达到降噪的效果。

B.目前大多数箱体材料都是由以往的铸铁改为铝合金。铝合金材料优点质量轻但是吸振阻压性能较差，可在生产过程中加入适当添加剂来改善其性能。

D.在变速器箱体内表面上涂抹相应的吸音材料来实现降噪目的。

5 结论

本文通过对变速器噪声测试进行试验，分析了测试后两种变速器的噪声数据，并总结出如下结论：

1）加速工况下，1挡未有涂层的变速器噪声比有涂层的变速器噪声小，但差距不是很大。

2）通过数据能看出有涂层的变速器噪声比未有涂层的变速器噪声小，箱体内部有涂层能起到降噪作用，但是降噪的能力有限。

3）提出变速器降噪箱体设计建议。

参考文献：

[1]王华庆.汽车变速器噪声源识别及噪声.控制研究，2019.

[2]龙月泉，石晓辉，施全.基予阶次跟踪的变速器噪声源识别，2009.

[3]施鸿炜.汽车变速器总成的噪声源及降噪措施.

[4]基于振动噪声的汽车变速器优化设计.