影响汽车变速器噪声产生和传播的实际因素

1、影响汽车变速器噪声产生和传播的实际因素随着社会环紧高呼及公害治理对汽车低噪声化的要求日益强烈,一些国家对汽车噪声作了法规限制,我国控制汽车噪声的法规或专业标准亦正在制定和实施。变速器是汽车除发动机和排气系统之外的主要噪声源之一，因此降低变速器噪声是实现汽车低噪声化的一个重要组成部分。引起变速器噪声的原因是错综复杂的，其中齿轮啮合噪声是一个主要方面。齿轮啮合噪声形成和传播的机理及影响因素的研究，从理论上和实践上都已经有了比较成熟的阐明。普遍认为提高变速器元件特别是齿轮的加工精度是非常有效的措施。但是一味追求很高的加工精度不仅在生产中有许多困难，造成成本的增加，而且潜力已不是很大。因此对变速器噪声

2、的研究已向着综合治理领域拓展，从控制设计参数和提高制造精度等诸多途径降低变速器噪声。在变速器生产工程的前期设计阶段，对某些影响噪声的因素进行控制，对降低变速器的噪声会大有益处。本文将叙述影响变速器噪声产生和传播的设计因素(降低变速器噪声的设计方法拟于下篇文稿介绍)，供各位同仁参考。1 变速器噪声产生及传播的途径(如图1所示)图1变速器噪声产生和传播途径由图1可见，变速器噪声对人们听觉所产生的效应同时取决于声源和传播，因此，寻求影响两者的设计因素，并在结构、参数和材料等方面采取针对性措施，会更有效地降低变速器噪声。变速器总的噪声为振动发声及声波传播之和。2 影响主要噪声源的设计因素众所周知，齿轮

3、啮合过程中的不平稳引起振动并产生噪声，齿轮是变速器主要噪声源。许多研究和试验的结果表明，齿在传递动力运转过程中产生振动的原因和影响因素很多，主要有以下几点：a.轮齿所受的力发生突变；b.轮齿进入与退出啮合时的冲击；c.啮合过程中齿面间相对滑动及摩擦力的变化；d.受载条件下，轮齿刚性变化及产生弹性变形，导致载荷变化；e.轮齿存在误差造成运转不匀。与上述因素有关的齿轮设计参数有模数、齿数、压力角、螺旋角、轮面宽、迟顶宽、变位系数、重叠系数、啮合角、轮齿修形、齿面粗糙度、接触区、安装刚性及精度、所受载荷及圆周速度、轮齿副间隙等等。2.1模数和齿数对噪声的影响一旦中心距离确定，则齿数和愈大，模数愈小。

4、相同重叠系数下，较小模数的齿轮较之较大模数的齿轮噪声敏感度要低。这可理解为模数小的齿轮啮合起始点曲率半径大，远离基圆，避开了动比大和摩擦力大的根部区域；同时，模数小可使重叠系数增大，从而使载荷在轮齿上的分配更均匀，使传动更平稳。2.2压力角和齿高系数的影响轮齿刚性对齿轮运转过程中对轮齿上载荷变化有着直接的影响。轮齿具有较大的“柔性”较低的刚性，可以降低轮齿啮人和啮出起始和终了点的载荷突变，并可在一定程度弥补轮齿误差引起的载荷变动。压力角愈小则轮齿刚性愈低，这种适应性就愈强。齿高系数越大，越增加重叠系数，而且齿的高度增大在一定程度上增加了轮齿的“柔性”。2.3重叠系数的影响齿轮副的重叠系数表示啮

5、合过程中同时参加啮合的轮齿的变化情况。根据德国尼曼教授的计算公式，声压级与重叠系数的4次根成反比。直观地来理解，当重叠系数大于1(或大于2)时，存在着一对(两对)齿啮合区和两对(三对)齿啮合区，而在这两种啮合区内，轮齿受力情况不同，轮齿在一对齿啮区受力大约是两对齿啮合区的2倍。这样在轮齿相继啮合下去的时候，轮齿将承受着周期性变化的交变载荷，因而产生周期振动而发出噪声。增大重叠系数，可使同时参加啮合的齿轮对数增多，载荷的分配与啮合过程中载荷的变动便可减少。2.4变位系数的影响轮齿啮合过程中，只在节点处为纯滚动，其余部位因存在着相对滑动而产生摩擦阻力。其相对滑动速度与摩擦阻力的大小和方向在节圆上下

6、是变化的。对于主动齿轮，节圆以下部位(称啮入段，又称进弧区)齿面相对滑动方向朝齿顶，摩擦阻力pf朝齿根；而在节圆以上部位(称啮出段，又称退弧区)齿面相对滑动速度方向及摩擦阻力方向刚好相反，由于齿面摩擦阻力存在，使得齿面法向力在啮合段和啮出段不同。如图2所示，设pn为法向力，为摩擦系数，则啮入段pn为：注意从动轮的法向力在节点上下两部位的变化与主动轮相反。 图2 摩擦力和法向力示意图由此可见，如主动轮啮入段减小，啮出段增大，则将对降低噪声有利。2.5螺旋角、齿面宽和接触区的影响噪声与螺旋角及齿面宽的关系可归结为与重叠系数的关系。在尼曼教授的计算公式中，噪声级与(1tan/2)成正比，螺

7、旋角越大(不超过41°)，或齿面宽增大，重叠系数都能增大，因而噪声降低。但螺旋角与齿面宽对噪声的影响是有限的，这种影响同时与载荷有关，在载荷较大时，螺旋角越大，则噪声级越小。2.6齿轮副侧隙对噪声的影响齿轮副侧隙及其变动量对噪声的影响特别表现在轻负荷、扭矩变化大时(例如发动机怠速时)、高速工况、加速和减速时，齿轮正反工作面交替变化，齿轮副侧隙偏大将会引起敲击。侧隙的变动量是齿轮精度的综合反映，直接影响齿轮运转的不均性。2.7齿面粗糙度对噪声的影响齿面粗糙度直接影响齿面间相对滑动的摩擦，特别在润滑不良或润滑油质量不好时，齿面越粗糙，摩擦系数就越大。根据公式(1)和(2)，它直接影响齿面

8、法向力的变化。在高速运转时发出非常难听的尖叫声。齿面粗糙度对噪声的影响与齿轮运转速度和载荷亦有关系。据Berthoud对不同方法加工的齿轮所作的试验，当转速为550r/min、载荷为030Nm时齿面粗糙度对噪声的影响不太大，但当转速大于80(k/min、载荷大于200Nm时，就可以明显地看出齿面粗糙度对噪声的影响，而且其值随速度和载荷的增加而增大。所以对变速器中速度较高的常啮合齿轮副，其齿面粗糙度一般要比低档齿轮高。现在不少汽车变速器常啮合齿轮副采用磨齿工艺，一则提高精度，二则提高齿面粗糙度。2.8载荷及圆周速度对噪声的影响据尼曼教授所做的试验介绍，同一齿轮功率越大(速度、载荷)，噪声越大。声

9、压随速度成线性关系变化，随载荷也呈现线性关系变化。但在该直线中间有个转折点，在载荷小的范围内比较来说声压有所增加，速度增加越多该转折点移向载荷减小的方向。一般来说，齿面载荷增加一倍，噪声增大3dB左右，同样载荷下，转速提高一倍，噪声增大6dB左右。我厂实测结果也与此趋向相同。在转速1500r/min和3500r/min以及空载荷加载60Nm时，噪声分贝数相差很大。相同载荷(60Nm)、3500r/min的噪声较1500r/min高出57dB；相同转速，加载荷60Nm比空载高出26dB。每一种变速器都依据一定使用要求设计，所传递的载荷和速度均在特定范围内，且不能任意改变。2.9轮齿误差和轮齿修形

10、对噪声的影响无论如何，轮齿各类误差是客观存在的。即使绝对准确的轮齿，由于安装误差及受载后的弹性变形的影响也会呈现啮合过程中的不均匀。因此，多年来不少研究人员对轮齿特性、修形的原理和方法，进行了大量的分析研究和实验，寻求具有一定轮齿几何特性的齿轮在特定载荷体和特定使用条件下的最佳修形。对于某种齿轮，须经反复试验才能得到理想的修形曲线。3 影响噪声传播的设3t因素实际上耳闻的噪声是经固体传播和空气传播向外部发射的总噪声。大量实验结果表明，这种发射噪声的声压近似地与箱壁振动加速度成正比；发射功率与发射面积成正比；固体传播噪声的能量密度大约为噪声能量密度的95%；箱壁阻止了空气传播噪声的绝大部分。a.箱体的形状、刚性、材料、自振频率和表面辐射面积及表面上开设窗口的位置、大小和总体布局均是噪声产生共振、声压合成及噪声发射影响的因素。b.轴及轴承的刚度和精度不仅影响自身振动，而且作为固体