汽车变速箱啸叫声解决方法

汽车变速箱啸叫声解决方法

韩伟 崔磊

蜂巢传动科技河北有限公司 河北省保定市 071000

摘要：随着国内乘用车市场的日渐成熟，变速箱也正向着高速、高扭矩方向迅速发展，客户需求也已经从满足基本功能提升到注重各种性能。而NVH作为变速箱的一个重要性能指标，要求也越来越严格。NVH主要涉及噪声、振动以及音质问题，常见的包括啸叫声（whine）、敲击声（rattle）、喀啷声（clunk）。本文主要针对变速箱的啸叫声（whine），从实际角度出发讨论解决变速箱啸叫声的方法。

关键词：汽车；变速箱；啸叫；措施

1、变速箱的功能工作原理及构成
  1.1功能
  ①增扭减速，将离合器传来的发动机有效功率的扭矩增大，降低转速，再传给后桥。 ②变扭变速，在发动机扭矩和转速都不改变的情况下，靠变速箱换挡改变传动比，来改变汽车的行驶速度和牵引力(扭矩)，以满足各种作业的需要。③空挡停车，是指在发动机不熄火的情况下，使汽车较长时间停车，或进行固定作业。④倒退行驶，在发动机旋转方向不变的情况下，可挂倒挡实现汽车的倒退，为汽车进出车库创造条件。
  1.2工作原理
  1.2.1变速变扭与空挡
  变速箱中有多对齿轮传动，当某一对齿轮啮合，而其余各对齿轮脱开啮合时，就只有一个传动比可以获得某一种转速和扭矩。如果变换挡位，换一对齿轮啮合时，传动比就改变了，又可以获得另一种转速和扭矩。变速箱就是通过变换挡位，改变齿轮的传动比，来实现变扭变速的。如将各对齿轮全部脱开啮合，就可切断动力而实现空挡。
  1.2.2改变行驶方向
  当一对齿轮啮合时，主、从动齿轮的转动方向相反，如果在主、从动齿轮之间加上一个中间齿轮，使第Ⅰ轴的主动齿轮与中间轴齿轮相啮合，而中间轴齿轮又和第Ⅱ轴的从动齿轮相啮合，这样，从动齿轮的转动方向就和主动齿轮的转动方向相同，而且传动比大小不变。这就改变了从动齿轮的旋转方向，因此，用这个方法可以获得倒退挡，使拖拉机能够向后倒退行驶。

1.3构成

汽车变速箱是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时还可以加装动力输出器。汽车变速箱可以分为手动变速箱和自动变速箱。

1.3.1手动

手动变速箱，也成为手动挡。即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。踩下离合时，才可拨动变速杆。如果驾驶者技术好，装手动变速器的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。手动变速器主要由壳体、传动组件（输入输出轴、齿轮、同步器等）、操纵组件（换挡拉杆、拨叉等）。

1.3.2自动

自动变速箱，利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。一般来讲，汽车上常用的自动变速器有以下几种类型：液力自动变速器、液压传动自动变速器、 电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和无级式机械自动变速器等。其中，最常见的是液力自动变速器。

随着技术的发展，汽车变速箱除了手动变速箱、自动变速箱，当前还有手动/自动一体化变速箱、CVT技术即无级变速技术、DSG变速箱、序列变速箱等。
2、变速箱啸声及产生原因
  最常见的传动系统NVH问题有齿轮啸叫噪声、齿轮敲击噪声、轰鸣声等。不一样的噪声现象有不一样的频率特征、不一样的激励机理和不一样的解决方法。其中齿轮啸叫噪声是较为常见的情况。啸叫噪声为单一阶次的高频噪声，其频率规模通常在700Hz～4kHz，通常在车辆的低负荷区产生，该高频噪声会给乘客带来不舒服的感受，大大降低车辆品质。齿轮啸叫噪声疑问的主要根源是传动系的齿轮啮合本身，齿面接触的改变激励起变速箱的周期性振动。变速器异响主要包括啸叫和齿轮敲击。变速箱齿轮啸叫噪声产生的根源为齿轮啮合传递误差，啸叫的产生为多自由度系统的受迫振动过程，主要成因为轮齿有限刚度导致的啮入、啮出干涉/不平稳；壳体、轴承、轴等的变形引起啮合偏载，导致齿轮端啮合干涉、齿轮有效重合度降低、有效重合度变动过大，传递误差加大；齿轮重合度突变导致了齿轮啮合刚度的时变特性（总接触线长度时变），导致振动和动态激振力。齿轮敲击噪声根源为轮齿主动和从动齿面交替碰撞，齿轮敲击过程为多自由度系统受阶跃激励后的响应过程。敲击噪声：低档、低转速以及怠速工况下多发。
3、解决措施
  3.1壳体结构
  从壳体的形状、壁厚、窗口的方位和总体布局等方向着手，改动固有频率，避开齿轮啮合传动导致的振荡频率，均可压制壳体的共振，然后优化噪声。本文初步介绍壳体外部结构的优化对变速箱啸叫的影响。以纵置后驱手动变速箱为例，该变速箱壳体结构为常见的三段式结构，由离合器壳体，轴承箱和后壳体三有些构成，在实际工作中，壳体的优化首要以运用CAE软件对壳体进行模态剖析，作为辅导方向，进而对壳体结构进行优化。在我们设计的全部结构中，都存在固有频率和模态振型。本质上，这些特征依赖于断定结构固有频率和模态振型的结构质量和刚度散布。作为一名设计工程师，需求了解这些频率，而且知道当传动体系有外力传递到壳体上时，它们将如何影响壳体的响应。假如这些频率相当挨近壳体的固有频率，那么将导致共振，然后发作啸叫。所以，当壳体受到刺激时，明确壳体模态振型和壳体将如何振荡有助于对设计结构进行优化。

  3.2齿轮微观修形
  齿轮修形可分为修缘和修鼓。齿轮存在制作上的基节差错。当啮合存在正基节差错时，自动轮上即将啮合齿的根部会提早进入啮合，与从动轮上对应的轮齿顶部产生碰击。当啮合存在负基节差错时，啮合齿会在齿的中部相互碰击。为了消除这种干涉，我们通常将啮合齿面上产生干涉的齿顶（或齿根）进行恰当去掉，这即是齿轮修缘。因为齿轮工作体系的变形和其制作、安装上的差错，齿轮啮合时载荷沿齿面触摸线的散布是不均匀的。假如齿轮轴不平行或别的因素形成轴两头的曲折变形不等时，则会产生齿端部分触摸情况。即便两齿触摸是在全齿宽上，轮齿也会因弹性变形形成齿面上遍地的变形量不等而出现载荷会集的情况。为防止上述部分触摸和应力会集情况，减轻啮合冲击，在齿的两端也应恰当去掉，这即是齿向修形，也叫修鼓。经修鼓的齿轮啮合触摸会先产生在接近齿宽中心的有些，然后再过渡到全齿宽上。这样有利于使齿面上的载荷呈均布状况，并能提高齿轮的疲惫寿命，下降其磨损和噪音。在实际中工作中，先用MASTA软件模拟计算，对齿顶进行修缘，即从渐开线停止点（EAP）开端到齿顶倒角以下的区域内进行线性修缘。
  3.3齿轮宏观参数设计
  对于现在手动变速箱常用的斜齿轮而言，重合系数为端面重合系数和法向重合系数之和，称为总重合系数。通常在中心距缺点的情况下，齿数、模数、齿顶高系数等微观参数对端面重合系数的影响较大，故设计参数时，在确保齿轮承载才能的基础上，尽可能的选用多齿数小模数的方式来提高端面重合系数。同时，在确保分度圆齿厚的基础上能够恰当提高齿顶高系数来添加端面重合系数。而法向重合系数在模数及螺旋角断定的情况下，随着齿宽的增加而增加，设计者需综合思考结构和制作精度，恰当增加齿宽来提高法向重合系数。

结语：变速箱啸叫主要由变速箱齿轮安装、加工误差等原因造成，啸叫噪音的特征为窄带谱，频率随转速变化而变化（阶次噪声）；一般出现在低转速区间，高转速时发动机噪声过大会将啸叫声掩盖。

参考文献：

[1]耿骏伟.一种变速器啸叫问题的解决思路[J].安徽科技,2018(2):3.

[2]杨连波,谢嵩松,靳文波,等.汽车手动变速器齿轮啸叫问题试验探究[J].汽车科技,2019(2):6.

[3]高佳.车辆变速箱啸叫噪声测试诊断[J].科技经济导刊,2018(11):1.

[4]季明微,常耀红,李强,等.汽车变速器啸叫噪声处治[J].2022(6).