汽车变速器齿轮敲击机理及控制

摘要

车内声品质已经成为消费者的重点关注对象，提升车辆声品质逐渐成为车辆生产厂家的重要竞争手段。通过对车辆和变速器制造商走访调查发现，变速器敲击噪声已经成为售后投诉的主要问题之一，严重影响车辆的品牌形象和销售。因此，研究变速器总成敲击特性，并从设计上降低变速器敲击对传动系统扭转振动的敏感度，对提升车辆声品质具有非常重要的工程意义。 建立了一种基于冲击回弹率的渐开线斜齿圆柱齿轮敲击动力学模型。针对齿轮轮齿冲击提出实验方法，并精确测量了轮齿冲击回弹率和冲击时间；提出了包含冲击动量、冲击位置和齿轮模数的齿轮冲击回弹率以及冲击时间经验公式；考虑到轮齿冲击时间远远小于扭转振动激励周期，并基于大重合度齿轮仅有一对轮齿能够发生冲击的假设，利用轮齿冲击回弹率结合冲击判断条件和非冲击状态运动方程建立了一种渐开线斜齿圆柱齿轮敲击动力学模型。解决了齿轮敲击刚度和阻尼参数的不确定性问题，实现了齿轮敲击特性的定量分析，分析与实验结果具有较好的一致性。 创建了变速器总成敲击性能评价指标体系。根据敲击振动噪声的传递特点，选择变速器与车辆关键接附点以及特定的噪声辐射点作为变速器总成敲击性能的评价点；对变速器施加恒定的平均转速和平均扭矩，同时施加120秒时间长度的频率为输入轴转频2倍的扭矩激励，激励幅值在120秒内由0N·m线性增加到120N·m，将120秒时间长度内由扭矩激励引起的评价点振动或噪声累积能量作为变速器敲击性能的评价指标。其弥补了当前针对变速器总成敲击性能评价方法的缺失，为变速器总成敲击性能的对比评价提供了有效的手段，同时也能够为整车针对变速器敲击的传动系统低扭振匹配工作提供必要的目标输入。 提出了一种变速器敲击性能的半经验预测方法。通过对变速器轴系进行扭转振动分析以获得每个敲击齿轮副中驱动齿轮的运动响应，将其作为齿轮敲击动力学模型的输入，分析获得各齿轮副的敲击力序列；利用齿轮敲击点到各轴承座的实验传递函数计算各轴承座在敲击力作用下的振动响应；将轴承座振动响应作为输入，利用壳体有限元和边界元模型实现变速器敲击性能的预测。此方法规避了轴系传递的诸多非线性计算问题，使得变速器敲击性能的预测结果与实验符合率在80%以上。 最后，基于上述研究，对某变速器敲击性能进行分析评估，并针对其关键影响因素给出了相应的优化控制措施。通过工程化实施使得变速器敲击辐射噪声性能最大提升了大约17%，使得关键点敲击振动性能最大提升了大约25%。

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