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手動(dòng)變速器三擋滑行嘯叫的改善

發(fā)布時(shí)間：

2015-01-13 10:05

汽車(chē)變速器是汽車(chē)動(dòng)力總成傳動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)主要的組成部分，其性能和壽命直接關(guān)系到整車(chē)的質(zhì)量。隨著國(guó)家法規(guī)對(duì)整車(chē)噪聲的限制日益嚴(yán)格，以及汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)者對(duì)乘坐舒適性的要求越來(lái)越高，國(guó)產(chǎn)變速器對(duì)振動(dòng)噪聲的控制已刻不容緩。而汽車(chē)變速器是一個(gè)復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)，它由齒輪、軸、軸承、箱體、撥叉、撥叉軸和同步器等零部件組成。在變速器轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，不但會(huì)產(chǎn)生與軸轉(zhuǎn)頻相關(guān)的噪聲，與齒輪嚙合頻率相關(guān)的噪聲，還會(huì)引發(fā)某些零部件的固有頻率，所以采集到的噪聲信號(hào)實(shí)際上是以上幾種噪聲的疊加。如果簡(jiǎn)單地通過(guò)功率譜對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，很難找出噪聲源。

本文根據(jù)上海汽車(chē)乘用車(chē)公司反饋的某自主品牌車(chē)型手動(dòng)變速器（SC30M5C）三擋滑行嘯叫問(wèn)題（轉(zhuǎn)速1400～2400r/min），列出可能因素并一一進(jìn)行振動(dòng)噪聲試驗(yàn)，識(shí)別出主要的噪聲源。在通過(guò)對(duì)齒輪箱系統(tǒng)振動(dòng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理的初探后，對(duì)變速器相關(guān)零件進(jìn)行了優(yōu)化配合，使嘯叫得到良好改善。

現(xiàn)狀

我廠項(xiàng)目組人員對(duì)用戶(hù)反映的SC30M5C變速器配套的某自主品牌車(chē)型三擋帶擋滑行NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）的13階、20階次振動(dòng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)。振動(dòng)噪聲測(cè)量?jī)x傳感器布置如圖1所示。

手動(dòng)變速器三擋滑行嘯叫的改善

圖1   振動(dòng)噪聲測(cè)量?jī)x傳感器布置

F80#試驗(yàn)樣車(chē)出現(xiàn)“嗚嗚”嘯叫的噪聲，其數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果如下：

1）1、2、3、4擋加速和倒拖滑行正常。

2）3擋勻加速、全油門(mén)加速?zèng)]問(wèn)題；加速到3000r/min后倒拖時(shí)有噪聲，轉(zhuǎn)速為2400r/min時(shí)先出現(xiàn)13階嚙合噪聲，后出現(xiàn)20階疊加噪聲，直到轉(zhuǎn)速1400r/min時(shí)噪聲消失，其中轉(zhuǎn)速2000r/min時(shí)噪聲最大。

3）反拖頻譜圖（見(jiàn)圖2）中三擋滑行13階次與20階次各有一條光亮帶，主觀評(píng)價(jià)有明顯嘯叫。

手動(dòng)變速器三擋滑行嘯叫的改善
圖2  主觀評(píng)價(jià)有明顯嘯叫的頻譜圖

針對(duì)嘯叫問(wèn)題，對(duì)未出廠的變速器進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)附表，具體情況如下。

1.狀態(tài)良好

對(duì)現(xiàn)有庫(kù)存五臺(tái)套變速器齒輪抽樣進(jìn)行檢測(cè)（一軸+3擋，中間軸齒輪），結(jié)果符合技術(shù)要求；拆檢檢測(cè)F23#變速器，對(duì)28#變速器一軸+3擋進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果符合技術(shù)要求，狀態(tài)良好。

2.輕微嘯叫

1）與用戶(hù)共同對(duì)B90#樣車(chē)進(jìn)行駕評(píng)，確認(rèn)該變速器有輕微嘯叫，狀態(tài)較好。

2）將F23#變速器（拖曳轉(zhuǎn)矩1.0N·m）更換到B90#車(chē)上進(jìn)行駕評(píng)，確認(rèn)2、3擋減速到2000～1500r/min時(shí)，變速器出現(xiàn)嘯叫。將F23#變速器拖曳轉(zhuǎn)矩重新調(diào)整為1.9N·m，裝車(chē)駕評(píng)，嘯叫有改善（很輕微），可接受。

3）抽取合格的兩套齒輪，39#、40#變速器殼體裝箱，裝車(chē)駕評(píng)，嘯叫輕微，狀態(tài)較好。

4）28#變速器與39#變速器的一軸、3擋齒輪對(duì)換后，28#變速器嘯叫很輕微，狀態(tài)較好，39#變速器嘯叫也有改善（輕微），可接受。

5）裝配三臺(tái)齒印嚙合好的41#變速器、0925#變速器及42#變速器，裝車(chē)駕評(píng)，嘯叫有改善（很輕微），可接受。

 手動(dòng)變速器三擋滑行嘯叫的改善

3.明顯嘯叫

隨機(jī)抽取庫(kù)存28#變速器，拖曳轉(zhuǎn)矩為1.5N·m，裝車(chē)駕評(píng)，2、3擋減速到2000～1500r/min時(shí)變速器有明顯嘯叫，不可接受；將拖曳轉(zhuǎn)矩重新調(diào)整為1.9N·m，嘯叫無(wú)改善。

對(duì)有嘯叫和很輕微嘯叫故障的變速器在校驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法辨別。用儀器進(jìn)行NVH測(cè)量，結(jié)果都是13階有亮點(diǎn)，與整車(chē)狀態(tài)的20階振動(dòng)不同，可能是試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)引起的。因此，目前在校驗(yàn)臺(tái)上無(wú)法辨別該嘯叫故障。通過(guò)整車(chē)NVH測(cè)量，確定嘯叫是20階次。

嘯叫原因分析

1.嘯叫診斷分析處理的一般原則

首先不要輕易將汽車(chē)變速器拆離整車(chē)，再去查找噪聲異常、聲響故障原因。因?yàn)槠?chē)變速器的噪聲異常聲響故障與發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸及變速器內(nèi)部的機(jī)械部分都有關(guān)系，出現(xiàn)噪聲異常、聲響故障的可能原因和部位很多，常常采用排除法查找比較對(duì)標(biāo)。因此要把變速器裝在整車(chē)上，布置好NVH測(cè)試儀與傳感器進(jìn)行測(cè)試,確定產(chǎn)生故障大致部位和原因。

2.階次跟蹤和階次譜分析法

盡管尚不具備相應(yīng)的軟件條件，但依據(jù)客戶(hù)反饋的信息以及整車(chē)試驗(yàn)的結(jié)果，初步針對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜圖分析，得出13、17.5和20三個(gè)特征階次，其中以20階次的噪聲貢獻(xiàn)量最大。

3.變速器結(jié)構(gòu)分析

SC30M5B變速器的齒輪、軸和軸承的零件結(jié)構(gòu)如圖3所示，整個(gè)傳動(dòng)系中，參與傳動(dòng)由零件和其余五個(gè)軸承（變速器共有兩個(gè)短圓柱滾子軸承和五個(gè)圓錐滾子軸承）組成。其中，1、3、5、6四個(gè)齒輪的齒數(shù)分別為20、27、29、33。一軸外徑圓錐滾子軸承和一軸內(nèi)孔小圓錐滾子軸承滾動(dòng)體數(shù)分別為14和13，中間軸前端和中部圓錐滾子軸承滾動(dòng)體數(shù)都為17，中間軸后端短圓柱滾子軸承滾動(dòng)體數(shù)為12，二軸中部圓錐滾子軸承和二軸后部深溝球軸承的滾動(dòng)體數(shù)分別為14和12。

由階次跟蹤定理，輸入軸（一軸）的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為1階，由圖3各齒輪的齒數(shù)和各軸承的參數(shù)計(jì)算可得相關(guān)的特征階次。其中三擋齒輪副的嚙合頻率為20階次，一軸軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為14和13階次，二軸軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為9.1和7.8階次，中間軸軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為10.3和7.3階次，綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和結(jié)構(gòu)分析可知：變速器嘯叫的主要噪聲源是一軸、二軸的錐軸承的裝配配合和三擋齒輪副的嚙合精度不夠。

手動(dòng)變速器三擋滑行嘯叫的改善

具體原因分析如下：

1）根據(jù)整車(chē)NVH測(cè)量確定嘯叫是20和17.5階次（主要是20階次引起嘯叫），分別對(duì)應(yīng)變速器為一軸齒輪20階次及17.5階次。目前一軸測(cè)量結(jié)果符合規(guī)范要求。

2）提高一軸齒輪的精度，嘯叫會(huì)有所改善。但由于受結(jié)構(gòu)限制，一軸齒輪只能采用剃齒工藝，無(wú)法珩磨。

3）齒輪的嚙合斑點(diǎn)，對(duì)嘯叫有影響。

4）拖曳轉(zhuǎn)矩對(duì)部分變速器嘯叫有影響，但由于錐軸承的調(diào)整要求，拖曳轉(zhuǎn)矩不能太大。

改進(jìn)措施

中間軸的三擋齒輪采用珩磨工藝，提高齒面光潔度，與目前常嚙合齒工藝一樣，可以進(jìn)行珩磨試驗(yàn)。繼續(xù)對(duì)涉及的重點(diǎn)零部件（一軸總成、三擋齒輪總成、中間軸）進(jìn)行裝車(chē)駕評(píng)排查（NVH測(cè)試），以進(jìn)一步確定造成嘯叫的可能原因。兩臺(tái)變速器總成（一臺(tái)嘯叫，一臺(tái)無(wú)嘯叫）做各擋齒輪齒面的嚙合斑點(diǎn)試驗(yàn)。對(duì)目前總成裝配的預(yù)緊扭矩進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)跟蹤，再對(duì)跟蹤的變速器進(jìn)行裝車(chē)評(píng)估（NVH測(cè)試）。
嘯叫改善后（輕微嘯叫）反拖頻譜圖中只有微弱的亮點(diǎn)，主觀評(píng)價(jià)沒(méi)有問(wèn)題（見(jiàn)圖4）。

手動(dòng)變速器三擋滑行嘯叫的改善
圖4  主觀評(píng)價(jià)輕微嘯叫的頻譜圖

具體措施如下：

1）對(duì)中間軸齒輪進(jìn)行齒印嚙合，挑選110套齒印好的中間軸裝配。中間軸齒輪進(jìn)行齒印嚙合，挑選20套齒印好的中間軸，嚴(yán)格按照裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)要求，裝配20套變速器。并對(duì)其中10套變速器裝配記錄數(shù)據(jù)，與變速器一一對(duì)應(yīng)，以便后續(xù)跟蹤。

2）適當(dāng)減小一軸、二軸錐軸承與一軸、二軸的裝配過(guò)盈量。

3）中間軸三擋齒輪采用珩磨工藝，提高齒面光潔度。

通過(guò)采取以上措施后裝配的變速器產(chǎn)品得到了用戶(hù)較滿意的反饋。

結(jié)語(yǔ)

嘯叫已成為車(chē)型研發(fā)中常見(jiàn)的NVH類(lèi)型，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，需要在整車(chē)上專(zhuān)門(mén)搭載振動(dòng)噪聲測(cè)試分析儀器作監(jiān)測(cè)，伴以人工監(jiān)聽(tīng)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)識(shí)別出的嘯叫作分析改善。變速器批產(chǎn)后，我公司通過(guò)在變速器總成校驗(yàn)臺(tái)上加裝具有辨別嘯叫功能的新版Discom—Noise Analysis Systems測(cè)試分析儀，基本能夠?qū)[叫的產(chǎn)品加以識(shí)別，實(shí)現(xiàn)良好的在線檢測(cè)與過(guò)程控制。