小速比客车车桥减速器降噪措施

郭可涛 孙海燕

摘 要：本研究针对某型号小速比客车车桥速器降噪问题进行探讨，分析了噪声产生原因，并提出了降噪措施，最终实现了降噪目的。

关键词：客车车桥;减速器;噪声

在原有车桥的基础上，开发了一种小速比客车车桥。在试验过程中，整个桥出现了减速机总成噪声过大的问题。

1 噪声产生原因分析

1.1 静态噪声测试结果

在半静音室中检测到三个编号为7、10和12的减速器的静态噪声。在1 600 r/min的输入速度下，测试桥达到90dB（A）以上的噪声水平，静态噪声较大，但静态噪声测试结果无法确定噪声的原因。

1.2 动态噪声测试结果

半静音室检测整个减速器的动态噪声。输入轴转速的10级和20级噪声最大，这两个等级对应于主减速器齿轮频率的1级和2级，表明齿轮副的齿轮噪声大于总噪声[1]。

1.3 主减速齿轮拆检分析

为了找出齿轮箱噪声产生的原因，对齿轮箱进行了分解和分析。

（1）报告准确性验证结果。齿轮精度等级见表1。齿轮评定等级应符合DIN3965。

测量结果表明，齿轮扭矩精度等级较低，不适合客车车轴。

（2）检查两个齿轮之间的接触区域。给出了两个齿轮之间接触面积的检查结果。齿轮箱前端面与后端面接触面积小，接触面积长度不超过齿长的40%，所有接触面积均为桥接式，齿根与齿尖接触痕迹较重。这会在检查滑行控制机器时产生很大的噪音。接触区条件不适用于客车车轴。

（3）齿面粗糙度检测。表2所示的粗糙度试验结果表明，切割头粗糙度不足，粗糙度较低，这也是切割头噪声较高的原因。

表2的检测结果表明，齿轮的精度、接触面积和表面粗糙度对保持架的声学性能有影响，需要进一步改进。

2 降噪措施制定

从以上讨论中可以明显看出，变速箱噪声是整个变速箱噪声问题的关键噪声源，因此需要采取以下降噪措施。

（1）重新设计齿轮副以优化其设计声学性能。（2）优化速度转矩的声学性能。

3 降噪措施实施过程

3.1 齿轮副的设计优化措施

以下是对齿轮扭矩优化设计的改进。

①用等速对更换齿轮副。②如果结构允许，将驱动轮齿面宽度从70 mm更改为72.5 mm。③非洲之角是43.6°到45°的滑轮螺旋，相应地是车轮螺旋。④非洲之角齿轮的副压力为42.5°。⑤将齿轮副齿高系数从3.9增加到4.1。

通过改进，齿轮对的总重叠系数从1.974增加到2.128，齿轮对设计的声学性能得到改善。然而，改变螺旋角和压力角，可以在优化一对齿轮的声学性能的同时减小一对齿轮的负载能力。为此，有必要重新计算齿轮对的阻力计算。表3显示了优化设计前后各组件中的应力比较。

表3中可以看出，在相同负载下，优化速度转矩所支持的作用力略有降低。因此，采用ONE优化设计，可同时提高变速箱的声学性能和负载能力。

3.2 齿轮副的工艺优化措施

（1）齿轮副加工调整卡优化。在调整卡的设计中考虑了齿轮对的声学性能。该调谐卡是使用American Gleason CAGE4WIN软件设计的。实验表明，接触长度系数为0.5可以减少齿轮副的噪音，其总值V最终设计为1.91 mm。这种齿轮的接触区域的长度比较长。同时，设计了30μrad齿轮对运动误差，以从技术上保证齿轮对运动的稳定性并进一步改善其声学性能。

在计算了图形拟合后，利用美国Gleason公司的T900软件进行了有限元计算。测试齿轮副在载荷作用下的承载能力和声学性能。计算结果表明，在优化设计参数和调整板形后，在相同载荷下，下主动轮的弯曲应力显著降低，而下主动轮的最大弯曲应力降低了17%左右[2]。

从以上分析可以明显看出，在最大负载下优化齿轮对的几何尺寸和加工参数可以显著改善齿轮的声学和强度性能。

（2）加工过程中的精度控制。齿轮副的齿形精度也是影响齿轮副噪声的一个重要方面，控制措施如下。

①精加工时，将主动轮的定位直径和中心孔定位端的移动分别限制在0.015 mm。在最后一次加载操作中，确定了高精度数控车床的驱动轮定位孔和定位面，以保证工艺基准的精度。②安装齿轮副切割、滚压检查和研磨装置后的精度检查和调整，径向运动设置为0.007 mm，轴向运动设置为0.005 mm。③内、外刀的径向输出精度在插齿刀杆后限制在0.002 5 mm以内。

通过这种过程控制，获得了较好的牙列精度。单个齿的轴距精度对齿轮的噪声有很大的影响，在进行齿形切削加工时应注意这一问题。

动轮后端面齿距误差FP在DIN 4级以内，量程精度为2级。前刀面齿距的FP误差略低，但也在DIN标准的5级范围内，精度为2级[3]。主动轮前后尺寸的齿距误差仅限于DIN 5级和DIN 6级。主动轮后端面齿距误差较小，主要是刀具磨损引起的粗糙度稍低。热处理后，齿轮精度降低，通过工艺控制，齿轮副的精度水平略有提高。

（3）接触区控制。齿轮副接触区的状态对齿轮副的噪音影响很大。在加工过程中，首先将可动锥齿轮的齿形调整为基本与理论齿形匹配。主动轮齿形根据接触面和热处理变形的变化进行调整，与理论计算值略有不同。齿表面的磨削过程不仅影响齿轮副的微观形态，而且影响齿轮副接触区的最终状态，并且对齿轮副的最终噪音水平有很大影响。在准备磨削过程中，在中间位置添加了大约2.5 s的延迟，以保持接触区域尽可能长。磨削后，正面的接触区域的长度约为牙齿长度的65%，背面的接触区域的长度约为70%[4]。两侧齿面的接触面积形成一定的内部对角线。在滚轴控制机上进行检查时，其噪声灵敏度明显低于优化前的速度转矩，因此更适用于汽车车轴。

最后，对轧辊控制机进行了噪声测试，并與优化后的前向转矩转速进行了比较。

4 降噪效果

在完成上述齿轮箱噪声优化工作后，对减速器进行了改造，并进行了新的台架噪声试验。降噪措施明显降低了减速器的噪声。优化后的减速机动态噪声试验表明，采取降噪措施后，齿轮箱锁定频率噪声没有明显加重，减速机整体噪声降低。

5 结束语

通过分析小速比客车车桥减速器噪声产生的原因，提出了降低减速器噪声的措施。通过这些措施的应用，降低了客车轮轴减速器的噪声。同时，这些降噪措施可为其它减速机的降噪提供参考。

参考文献：

[1]刘海祥，高立中，胡淼.我国车辆减速器技术研究现状与发展[J].铁道通信信号，2019，55（S1）：119-124.

[2]杜麒麟，徐鸿，尹镪，等.低噪声车辆减速器降噪特性试验研究[J].中国环保产业，2019（10）：215.

[3]Zhou J，Sun W，Cao L.Vibration and noise characteristics of a gear reducer under different operation conditions[J].Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control，2019.

[4]陆刚.客车减振降噪的NVH静音环保技术[J].轻型汽车技术，2018（Z2）：32-36.