本站原创【摘 要】随着时代的进步和社会经济的发展,我国汽车行业发展迅速,汽车产业已经成为我国国民经济中非常重要的一个组成部分；人们生活质量的提高,对汽车也提出了更高的要求,汽车开始朝着舒适、安全以及节能环保的要求发展,那么就需要充分重视汽车机械变速器噪声的降低.本文简要分析了汽车机械变速器噪声的因素分析及减噪设计,希望可以提供一些有价值的参考意见.
【关 键 词】汽车,变速器,减噪设计
在对汽车性能进行评价时,变速器噪声是非常重要的一个指标,变速器噪声会对乘客乘坐的舒适性和行驶的安全性产生直接影响,需要引起人们足够的重视.随着时代的进步和发展,人们要求汽车具有更高的乘坐舒适性,那么在汽车产业的发展过程中,就需要将减噪设计给应用过来.要对变速器振动噪声产生原因进行深入的研究,并且结合具体的原因,提出有针对性的设计优化方案,促使噪声得到有效降低.
近些年来,关于变速器降噪方面的研究在国内外得到了广泛的开展,其中,主动振动噪声控制是集中方向,也就是对齿轮本身产生的敲击和啸叫进行降低,比如对重合度进行增大,齿面修形,磨齿工艺处理等,在降低变速器噪声总体水平上,主动降噪设计发挥了不小的作用.另外,因为是通过箱体来辐射变速器产生的噪声,如果对齿轮激励源进行主动控制,有着较大的难度,就可以对箱体产生的声辐射值进行降低或者衰减.要想降低变速器噪声,非常简便和快捷的方法就是在声传递过程中,对噪声进行降低和吸收,应用这种方法,不会对变速器的原有结构布局进行改变,因此说这种降噪方法也是科学有效的.本文简要分析了汽车机械变速器噪声的因素分析及减噪设计,希望可以提供一些有价值的参考意见.
1汽车机械变速器噪声产生机理
变速器作为一个重要的机械系统,比较的复杂,它包括了诸多的组成零部件,如齿轮、传动轴、轴承、同步器以及箱体等等.因为有误差存在于汽车的制造和装配过程中,再加上其他一些外部因素的影响,如负荷等,就会有振动现象产生于箱体内零部件工作过程中,同时噪声也会向空气中辐射；通常情况下,可以从两个方面来划分噪声,一种是箱体内齿轮在啮合的过程中,有噪声产生,直接向空气中辐射,导致空气声的形成；另一方面则是在激励作用下,箱体发生振动,有结构声辐射到空气中.
一是齿轮系统振动噪声的产生机理：通常情况下,人们认为变速器噪声的形成,主要是齿轮的传动过程中,诸多因素导致了啮合冲击,如轮齿的弹性、有误差出现于制造和装配过程中等,导致振动和声辐射的产生,然后通过轴和轴承向箱体内传递.主要有两个途径会传递噪声,一方面是齿轮表面产生的噪声直接向空气中四周辐射噪声,也可能是通过轴来间接传播的；另外一方面则是在冲击作用下,有强迫振动出现,激励了齿轮系统的各个部分,导致再生噪声的形成,进而出现了共鸣噪声.因此,变速器产生噪声的根本原因就在于齿轮传动系统的振动.
二是箱体振动噪声的产生机理：要想研究汽车变速器的振动并不容易,因为它作为一个随机振动过程,复杂程度较高,包括诸多的振动内容,如轴会有周期性旋转振动,还有振动和高频振动产生与齿轮啮合过程中和轴承运行过程中,这些振动都会向变速器箱体上传递,这样就会有复杂的随机振动产生于变速器上.通过上文的叙述分析我们可以得知,因为有误差存在于齿轮的制造和安装中,那么就会有振动和噪声产生于齿轮的啮合过程中.齿轮振动会引发振动产生于轴上,然后通过轴承来向变速器箱体传递振动,导致振动出现于箱体上.如果轴或者箱体的固有频率接近或者等同于齿轮的啮合频率,那么就会有共振出现于轴或箱体上,从而增大噪声.
2汽车机械变速器的主动降噪设计方法
一是齿轮的结构优化设计：首先是控制齿轮副侧隙,齿轮副产生噪声会直接受到侧隙的影响；如果载荷较低,在发动机扭矩波动的影像学,就会有拍击现象出现于啮合的齿轮副之间,导致敲击声的产生；如果载荷较高时,虽然拍击现象不会出现,但是却在较短时间内较大程度上升高啮合面之间的啮合冲击,啸叫现象很容易出现；另外,还不能设计过小的侧隙,因为如果是过小的侧隙,那么就很容易有误差出现于齿轮的加工和装配过程中,并且很容易有热变形产生于工作过程中,在这些因素的综合作用下,过小的侧隙就很容易被吃掉,这样就会有干涉问题出现于齿轮副之间,导致相互挤压出现于齿面之间,从而在较大程度上增大噪声.
其次是齿轮设计参数的优化,要想对齿轮传动的噪声进行减小,就可以对重合度进行适当增大.因为重复度的增大,可以促使单对轮齿的负载得到有效减小,这样啮入和啮出的负载冲击就可以得到减小,进而实现齿轮噪声降低的目的.另外,增加接触齿对,也可以均化单对轮齿的传递误差,这样轮齿的动态激励就可以得到有效减小.
最后是齿轮轮齿的微观修形,通过实践研究表明,将上述两种方法应用过来,对齿轮副的侧隙进行控制,对齿轮参数进行改变,以促使重合度得到增大,可以促使啮合冲击得到一定程度的减小,实现噪声降低的目的.但是因为有误差很容易出现齿轮系统的安装制造过程中,再加上在荷载作用下,有变形问题产生于齿轮、轴系以及箱体上,虽然轮齿与理论齿形非常的接近,但是在高速大功率传动过程中,与相关的规定要求却不能够符合.那么就可以将齿顶和齿根修缘、齿向修形方法给应用过来,促使轮齿的啮合性能得到有效改善,实现齿轮噪声降低的目的.
另外,因为变速器中大多齿轮都是一体结构,在加工方面主要采用了钢材或者坯料,将刚性连接应用到齿轮和传动轴之间,那么往往只有较小的齿轮系统阻尼,在传动的过程中,有振动产生于齿轮上,这时候依靠自身就无法消耗掉振动能量,有较大的冲击和振动产生于加速或者减速的过程中.对承载能力充分考虑,可以在变速器中应用吸振降噪的柔性齿轮,,将橡胶层安装于齿轮本体两侧,同时将扭转减震弹簧安装于周向,橡胶和扭转减振弹簧就可以对齿轮工作过程中的各种振动和冲击作用进行有效的阻隔和衰减,那么就可以有效降低变速器运行过程中产生的噪声.二是变速箱体降噪优化设计：虽然通过上文的叙述分析我们可以得知,变速器箱体并不是异响产生的根本原因,并且通过优化齿轮结构,也可以在很大程度上改善变速器的噪声,但是我们需要注意的是,整个变速器辐射出来的噪声还会在较大程度上受到箱体结构的影响.特别是如果能够将结构优化软件应用到变速器开发阶段,在减振降噪目标的指引下,优化设计箱体,那么就会有较好的效果产生.通常情况下,可以按照这些方法来对变速器箱体进行优化：
首先是不对箱体结构的几何形状进行改变,在设计时,将箱体厚度、材料以及弹性属性作为主要变量.在相关的文献中指出,在摩托车变速器端盖的低噪声设计中,通过对壁厚进行增加,就可以提高整个频率范围内的固有频率,将某些固有频率从危险频率范围中移出来,并且对抗弯截面系数进行增加,促使局部结构的刚度得到提高,进而实现局部区域的响应得到 ;有效降低.但是,因为汽车变速器是需要批量生产的,那么要想对箱体厚度进行增加,就需要花费更多的成本,因此,这种优化方案一般不会被变速器厂家所选取.
其次是进行修改函数的构建工作,对修改域进行定义,在设计变量方面,选择几何模型或有限元模型的坐标,通过优化,来对变速器箱体进行直接修改,避免有局部凸起或者凹陷问题的出现,这样就可以最大程度的降低辐射声能量.这种设计方案需要全新开发变速器,那么就需要较高的成本.
然后是优化变速器箱体上的点质量或加强筋,在设计变量方面,选取了点质量的质量大小、点质量或加强筋的位置,在具体的变速器箱体优化设计中,主要对箱体侧面原有加强筋进行加宽和延长.
之后是在优化的目标函数方面,选择了变速器箱体的重量,在设计变量方面,选择了箱体的厚度,在优化的过程中,将约束条件定义为设计域点某一频率或某些频域声能量,这种方法是综合考虑了减振降噪以及成本控制,将最优的结果给选取了出来,目前已经被国内的很多变速器厂商所应用,取得了不错的效果.
最后是在优化目标上,选择了设计域点的声压,选择的修改手段是结构拓扑.一般可以从两种方面来分析它的目标函数,一种是在某一频率时,所有研究域点拥有最小的声压或者声能量；另外一种则是在某一频段结构,设计域点拥有最小的辐射声能量均值.
3变速器降噪的被动设计方法
一是阻尼材料的选择：在设计变速器的过程中,将其发声部位的高噪声材料替换为低噪声材料,比如高阻尼材料就是不错的选择,因为它有着较大的内摩擦阻力,那么就可以用热能来转换材料中机械振动能量,这样噪声的产生和传播就可以得到有效的减少.通常情况下,材料阻尼的大小用材料的损耗因数来表示,比如,普通钢材损耗因数可以达到10-4到10-5之间,而其他金属、母材以及软橡胶则分别为10-4、10-2、10-2,但是高阻尼合金材料却可以达到10-2到10-3之间.通过调查研究发现,如今在国外的各类内燃机的气阀罩壳、齿轮箱体等方面,已经开始广泛的应用高阻尼合金材料,经过实践研究表明,可以在较大程度上对设备的噪声进行降低,特别是对那些中高频噪声有着明显的降低作用.
二是吸声材料的选择：通过研究发现,耐高温是变速器阻尼吸声材料需要达到的基本要求,一般在140摄氏度以上；除了在变速器箱体主要发声部位布置吸声材料之外,还需要对变速器的散热性能充分考虑.目前,有着很多种类的吸声材料,其中多孔吸声材料才可以对高频噪声进行最大程度的吸收,但是却无法有效的吸收低频噪声.在中低频噪声的吸收方面,主要采用的是共振吸声结构,比如薄板共振吸声结构、穿孔板吸声结构等,其中,微穿孔板可以将那些频带较宽的噪声给吸收掉.一般利用吸声系数来表示吸声材料的吸声能力,也就是被材料吸收的声能与入射到材料的总声能之比.入射声波会直接影响到吸声系数的大小,因此,材料的吸声系数,就需要结合入射声的频带来进行确定.
三是变速器被动降噪的主要思路：结合变速器振动噪声产生激励的原理,就可以从这些方面来进行被动降噪设计；在对变速器箱体进行制作时,将合适的新型高阻尼吸声材料给应用过来；将阻尼吸声材料布置于变速器内壁上；将阻尼吸振材料布置于变速器传动路线上,这样齿轮传动激励传递到箱体的振动就可以得到有效的隔绝和降低.最后是对箱体和齿轮本身的声辐射效率进行降低.
4结语
通过上文的叙述分析我们可以得知,随着时代的发展和社会经济的进步,汽车行业获得了较快的发展和进步；人们生活质量的提高,对汽车行驶性能也提出了更高的要求.特别是近些年来,不断提高变速器载荷和速度,在较大程度上改善了发动机振动噪声特性,那么就更加需要重视变速器的振动噪声问题.本文简要分析了汽车机械变速器噪声的产生因素,然后从多个方面进行了分析和阐述,如何更好的减小降噪设计,希望可以提供一些有价值的参考意见.