（光学工程专业论文）乘用车传动系统nvh研究与控制.pdf

1 1 t h er e s e a r c ha n dc o n t r o l lo fn v hp e r f o r m a n c eo fd r i v e l i n es y s t e m o fp a s s e g e rc a r b y t e n gr u i p i n b e ( h u n a nu n i v e r s i t y ) 19 9 6 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fv e h i c l ee n g i n e e r i n g l n v e h i c l ee n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rz h a n gw e i g a n g m a r c h ，2 0 1 1 c 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 名：禳晦乞帆硼7 年r 月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在一年解密后适用本授权书。 2 不保密商。 作者签名毂畸j ： 、，日期：洲1 年厂月罗日 新签锹m 畸：训年厂月p 日 耘掳 乘用车传动系统n v h 研究控制 摘要 车辆的振动噪声水平不仅是评价车辆乘坐舒适性的重要指标，而且也是反映 车辆设计水平和制造水平的重要指标之一。目前，汽车传动系统的噪声并不是汽 车主要噪声源，但随着汽车其它各总成噪声水平的降低，其所占噪声能量比例将 相对增大。而随着社会发展和科技进步，消费者对车辆的振动噪声水平的提出了 更高的要求，传动系统的振动噪声过大将影响用户对车辆的评价。 目前对传动系统振动噪声的研究主要限于在台架上进行，由于台架试验并不 能完全模拟实车工况，而实车状态的传动系统振动噪声特性将变得更加复杂，因 此，在实车状态下对传动系统的振动噪声进行研究将具有切实的意义。在本文中， 对一款乘用车在实车工况下传动系统振动噪声存在的问题进行了研究分析并提 出了改进方案。 本文重点研究了以下方面的内容：一是零部件模态分析。对于一款乘用车的 传动系统的主要部件采用a d i n a 软件进行了模态分析，得到了其各阶固有频率 和振型；二是传动系统振动噪声实车研究。对于所研究的乘用车分别进行了中低 速和高速的振动噪声实车研究。在中低速工况，针对该乘用车在特定工况下噪声 大的问题，对传动系统的振动信号相关噪声信号采用l m s 数据采集系统进行了 采集，采用l m s 数据分析软件进行了分析，得到了其振动噪声基本特性参数， 并通过对齿轮装配精度对传动系统的影响进行分析，得出了产生噪声过大的原 因，提出了解决该工况的噪声大问题的解决方案。对于高速工况，对该乘用车特 定工况下存在的振动噪声异常的问题采用l m s 数采集系统和分析系统进行了振 动噪声特性分析，并通过对传动系统进行换件、设计参数调整等方法确定了产生 振动噪声异常的原因，提出了解决方案。 关键词：传动系统振动噪声模态分析实车研究 i i 、 kl 工程硕j ：学位论文 a bs t r a c t n o i s ea n dv i b r a t i o nl e v e lo ft h ev e h i c l ei s n o to n l yi m p o r t a n ti n d e xo f c o m f o r t a b i l i t y o ft h ev e h i c l e ，b u ta l s ot h ei m p o r t a n te v a l u a t i o n i n d e x o ft h e m a n u f a c t u r ea n dd i s i g nl e v e l a tt h ep r e s e n t ，n o i s eo fd r i v e l i n ei sn o tt h ek e ys o u r c e o ft h ev e h i c l en o i s e ，b u ta st h eo t h e rn o i s es o u r c eo ft h ev e h i v l ed e c r e a s e ，t h e p r o p o r t i o no fd r i v e l i n en o i s ew i l lb em o r ea n dm o r e a n da st h ew o r l dd e v e l o p m e n t a n da d v a n c e m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，c u s t o m e rg i v eh i g h e rr e q u i r e m e n tt o v e h i c l en o i s ea n dv i b r a t i o nl e v e l o v e r h i g hl e v e lo fd r i v e l i n en o i s ea n dv i b r a t i o nw i l l i n f l u e n c et h ee v a l u a t i o no fc o s t o m e rt ot h ev e h i c l e a tp r e s e n t ，r e s e a r c ho fd r i v e l i n en o i s ea n dv i b r a t i o nm o s t l yi sl i m i t e do nb e n c h t e s t a sb e n c ht e s tc a n tc o m p l e t e l ys i m u l a t eaa c t u a lv e h i c l e ，a n dn o i s ea n dv i b r a t i o n c h a r a c t r i s t i c so faa c t u a lv e h i c l eb e c o m e sm o r ec o m p l i c a t e d ，s on o i s ea n dv i b r a t i o n o fd r i v e l i n er e s e a r c hi naa c t u a lv e h i c l eh a sm o r ea c t u a ls i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r w i l ld ot h er e s e a r c ha n da n a l y s i sf o rt h ep r o b l e mi nd r i v e l i n en o i s ea n dv i b r a t i o no fa p a s s e n g e rc a ri naa c t u a lv e h i c l em o d e la n dg e tt h es o l u t i o n t h em a i nr e s e a r c ho ft h i sp a p e ri sa sf o l l o w i n g ：t h ef i r s ti sm o d er e s e a r c h d o i n g t h em o d ea n a l y s i so ft h em a i np a r t so fd r i v e l i n eo fap a s s e n g e rc a ri na d i n a ，g e tt h e i n h e r e n tf r e q u e n c ya n dv i b r a t i o ns h a p ec h a r a c t e r i s t i c s ；s e c o n di sa c t u a lv e h i c l en o i s e a n dv i b r a t i o nr e s e a r c ho fd r i v e l i n e ，d o i n gt h en o i s ea n dv i b r a t i o nr e s e a r c hb o t hi n l o wm i d d l es p e e da n dh i g hs p e e da ta c t u a lv e h i c l ec o n d i t i o n a tl o wm i d d l es p e e d c o n d i t i o n ，a st ot h ep r o b l e mo fo v e r h i g hn o i s ea ts o m es t a t e dc o n d i t i o n ，c o l l e c tt h e n o i s ea n dv i b r a t i o ns i g n a lo fd r i v e l i n eb yu s i n gl m ss i g n a lc o l l e c t i n gs y s t e m ，a n d a n a l y s e t h es i g n a lb yu s i n gl m sc o r r e l a t i v ea n a l y s i ss o f t ，g e t t h eb a s e d c h a r a c t e r i s t i c so ft h en o i s ea n dv i b r a t i o n ，a n dw i t ht h ea n a l y s i so ft h ec o n t r i b u t i o no f g e a fm a n u f a c t u r ea n da s s e m b l ep r e c i s i o n ，f i n dt h er e a s o no ft h eo v e r h i g hn o i s eo f d r i v e l i n e ，a n dg e ts o l u t i o n o fh i g h s p e e dc o n d i t i o n ，a st ot h e a b n o r m a ln o i s ea n d v i b r a t i o na ts t a t e dc o n d i t i o n ，c o l l e c tt h en o i s ea n dv i b r a t i o ns i g n a lo fd r i v e l i n eb y u s i n gl m ss i g n a lc o l l e c t i n gs y s t e m ，a n da n a l y s e t h es i g n a lb yu s i n gl m sc o r r e l a t i v e a n a l y s i ss o f t ，a n dt h r o u g ht h em e t h o d ss u c ha sc h a n g i n gp a r t sa n dc h a n g i n gd e s i g n p a r a m e t e r st oe x c l u d et h ep o s s i b l er e a s o n ，f i n dt h er e a s o no ft h ea b n o r m a ln o i s e ，a n d g e ts o l u t i o n k e yw o r d s ：d r i v e l i n e n o i s ea n dv i b r a t i o nm o d ea n a l y s i s a c t u a l v e h i c l er e s e a r c h i i i ， “ 乘用车传动系统n v h 研究控制 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目录i v 插图索引v i 附表索引i x 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 汽车传动系振动噪声研究现状2 1 3 齿轮振动噪声的研究3 1 4 变速器及驱动桥振动噪声控制的研究4 1 5 汽车n v h 试验与分析方法5 1 6 本文的研究内容6 第2 章汽车传动系统振动噪声产生机理8 2 1 声音的产生及传播8 2 2 声波的周期、频率、波长和声速的关系8 2 3 声音及其标度9 2 4 振动与噪声的关系1 2 2 5 传动系统振动与噪声产生的机理及影响因素1 2 2 5 1 齿轮振动和噪声1 2 2 5 2 齿轮振动产生机理一1 3 2 5 3 齿轮噪声一15 2 5 4 轴承噪声1 9 2 5 5 传动轴噪声2 0 2 5 6 传动系的弯曲共振与扭转共振2 1 2 6 本章小结21 第3 章传动系统模态分析2 3 3 1 引言2 3 3 2 模态分析的定义及其应用2 4 3 3 传统系统主要部件模态分析2 5 3 3 1 传动轴模态分析2 5 3 3 2 后驱动桥主动齿轮模态分析2 8 3 3 3 后驱动桥桥壳总成模态分析3 1 i v 工程硕士学位论文 3 3 4 后驱动桥壳带主减速器壳体总成模态分析3 5 3 3 5 后悬架横拉杆模态分析3 7 3 4 本章小结4 0 第4 章传动系统中低速n v h 实车研究与控制一4 1 4 1 所研究车辆传动系统所存在的n v h 问题一4 l 4 2 中低速工况传动系统n v h 问题研究与控制4 l 4 2 1 研究思路一4 l 4 2 2 传动系统振动噪声测试与分析4 2 4 2 3 齿轮装配精度对传动系统n v h 的影响研究5 2 4 3 结论5 5 4 4 本章小结5 5 第5 章传动系统高速n v h 问题研究与控制：5 6 5 1 传动系统振动噪声频谱测试与分析5 6 5 1 1 传动系统振动噪声信号采集5 6 5 1 2 传动系统振动噪声数据分析5 7 5 2 异响原因分析6 2 5 3 传动系统夹角分析6 3 5 3 1 车辆原始状态下传动系统夹角6 4 5 3 2 变速器支架垫高2 0 m m 后传动系统夹角6 5 5 4 传动系统夹角对异响的影响验证6 5 5 4 1 实车试验情况6 5 5 4 2 传动系统夹角分析6 6 5 5 结j 沧6 6 5 6 本章小结6 7 第6 章总结与展望6 8 参考文献7 0 致谢7 2 v i 一j 乘用车传动系统n 研究控制 插图索引 图2 1 纯音等响曲线1 0 图2 2 几种计权网络的频响曲线1 l 图2 3 不同截面形状齿轮噪声比较1 8 图3 1 传动轴数字模型2 5 图3 2 传动轴有限元模型2 5 图3 3 传动轴局部有限元模型及约束2 6 图3 4 传动轴一阶模态2 6 图3 5 传动轴二阶模态2 6 图3 6 传动轴三阶模态2 7 图3 7 传动轴四阶模态2 7 图3 8 传动轴五阶模态2 7 图3 9 传动轴六阶模态2 8 图3 1 0 传动轴七阶模态2 8 图3 1 l 后驱动桥主动齿轮数字模型2 8 图3 1 2 主动齿轮有限元单元积分点2 9 图3 1 3 主动齿轮有限元模型一2 9 图3 1 4 主动齿轮第一阶模态2 9 图3 1 5 主动齿轮第二阶模态3 0 图3 1 6 主动齿轮第三阶模态3 0 图3 1 7 主动齿轮第四阶模态一3 0 图3 1 8 主动齿轮第五阶模态3 0 图3 1 9 主动齿轮第六阶模态3 1 图3 2 0 后驱动桥桥壳总成数模3 l 图3 2 1 后驱动桥桥壳总成有限元模型全图3 2 图3 2 2 后驱动桥桥壳总成局部有限元模型划分1 3 2 图3 2 3 后驱动桥桥壳总成局部有限元模型划分2 3 2 图3 2 4 后驱动桥桥壳总成局部有限元模型划分3 3 3 图3 2 5 后驱动桥桥壳总成第一阶模态3 3 图3 2 6 后驱动桥桥壳总成第二阶模态3 3 图3 2 7 后驱动桥桥壳总成第三阶模态3 4 图3 2 8 后驱动桥桥壳总成第四阶模态3 4 图3 2 9 后驱动桥桥壳总成第五阶模态3 4 图3 3 0 后驱动桥壳带主减速器壳体总成第一阶模态，3 5 图3 3 l 后驱动桥壳带主减速器壳体总成第二阶模态3 6 -_-1-_1，j11 工程硕士学位论文 图3 3 2 后驱动桥壳带主减速器壳体总成第三阶模态一3 6 图3 3 3 后驱动桥壳带主减速器壳体总成第四阶模态3 6 图3 3 4 后驱动桥壳带主减速器壳体总成第五阶模态一3 6 图3 3 5 后驱动桥壳带主减速器壳体总成第六阶模态3 7 图3 3 6 后悬架横拉杆数字模型3 7 图3 3 7 后悬架横拉杆单元划分1 3 8 图3 3 8 后悬架横拉杆单元划分2 3 8 图3 3 9 后悬架横拉杆一阶模态3 8 图3 4 0 后悬架横拉杆二阶模态3 9 图3 4 1 后悬架横拉杆三阶模态一3 9 图3 4 2 后悬架横拉杆四阶模态3 9 图3 4 3 后悬架横拉杆五阶模态4 0 图3 4 4 后悬架横拉杆六阶模态4 0 图4 1 变速器尾部及支架加速度测点4 3 图4 2 桥壳主动齿轮轴承、桥壳底部加速度测点及车身底部传声计测点4 3 图4 3 桥壳后部加速度测点4 3 图4 4 左后轮半轴轴承位置加速度测点4 4 图4 5 后桥左轴管中部加速度测点4 4 图4 6 行李舱传声计测点4 4 图4 7 副驾驶员位置传声计测点4 4 图4 8 试验采集振动噪声信号c o l o r m a p 图4 6 图4 9 桥壳主动齿轮轴承位置加速度c o l o r m a p 图分析4 8 图4 1 0 行李舱位置传声计信号分析：4 8 图4 1 1 行李舱位置传声计与桥壳底部加速度1 l 阶信号比较5 0 图4 1 2 行李舱位置传声计与桥壳主动齿轮轴承位置加速度l l 阶信号比较 ! ；( ) 图4 1 3 行李舱位置传声计与桥壳尾部加速度1 1 阶信号比较5 0 图4 1 4 横拉杆x 方向加速度c o l o r m a p 图分析5 1 图4 1 5 横拉杆1 l 阶振动信号与后排座椅传声计信号比较分析5 1 图4 1 6 噪声问题车后驱动桥齿轮啮合印记检测5 3 图5 1 变速器壳体加速度传感器5 6 图5 2 分动器壳体加速度传感器5 7 图5 3 后驱动桥加速度传感器1 5 7 图5 4 后驱动桥加速度传感器2 5 7 图5 5 分动器测点x 向加速度信号5 8 图5 6 副驾驶员测点处噪声云图5 8 图5 74 2 5 3 r p m 噪声振动频谱图5 9 图5 8 正常和异响工况麦克风信号对比一6 0 v i i 乘用车传动系统n v t t 研究控制 图5 9 正常和异响工况后桥x 向振动信号对比6 1 图5 1 0 正常和异响工况后桥y 向振动信号对比6 l 图5 1 1 异响和正常工况后桥和分动器振动信号对比6 l 图5 1 2 两段式传动轴6 2 图5 1 3 变速器支架垫高2 0 m m 6 2 图5 1 4 分动器辅助悬置一6 3 图5 1 5 车辆原始状态下空载工况传动系统夹角6 4 图5 1 6 车辆原始状态下满载工况传动系统夹角6 4 图5 1 7 车辆原始状态下车轮下跳工况传动系统夹角6 4 v i i i i j j i l i 工程硕士学位论文 附表索引 表3 1 主动齿轮计算模态与试验模态比较3 l 表3 2 桥壳焊接总成计算模态与试验模态对比3 5 表3 3 橡胶材料应力应变数据3 7 表4 1 试验车主被动齿轮调整前后试验情况对比5 4 表5 1 变速器支架垫高2 0 m m 后传动系统夹角6 5 表5 2 三台验证试验车传动系统夹角分析6 6 i x i 0；tl 工程硕十学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着社会发展和科技进步，消费者对车辆的振动噪声水平的提出了更高的要 求，研究表明，消费者对车辆的关注点在初期时为外型和售价，到第二阶段则开 始关注车辆的舒适性，车辆的振动噪声水平不仅是评价车辆乘坐舒适性的重要指 标，而且也是反映车辆设计水平和制造水平的重要指标之一，因此对车辆乘坐室 的声学设计优化是车辆设计的重要内容。t o y o t a ( 丰田) 公司小客车产品开发部 经理m i k em i c h a e l s 认为：汽车厂家常常对汽车的操纵性稳定性等津津乐道，而 事实上消费者时刻关心的却是n v h ，汽车噪声振动问题不仅影响汽车的使用 寿命，而且影响着汽车乘坐舒适性，也成为各大汽车商家竞争的标尺，引起各个 汽车生产厂家的重视。因此噪声振动舒适性，即n v h ( n n o i s e ，v v i b r a t i o n ， h h a r s h n e s s ) ，也成为衡量汽车制造质量的一个综合指标。随着汽车制造水平 的提高和消费者对舒适性要求的提高，对汽车n v h 控制的研究也越来越深入。 根据1 9 9 6 年对欧洲汽车市场的调查，由于汽车的性能，质量等方面均已达到较 高的水平，因此顾客对乘坐舒适性的要求明显提高，仅次于汽车款式，对于中小 型汽车，由于市场的激烈竞争使得汽车的重量、价格等因素被严格约束，这就使 以改善汽车乘坐舒适性为目的的汽车n v h 特性的研究变得更加重要【2 1 。 n v h 指n o i s e ( 噪声) 、v i b r a t i o n ( 振动) 和h a r s h n e s s ( 声振粗糙度) ，由于 它们在车辆等机械中是同时出现且密不可分的，因此常把它们放在一起来研究， 其中的h a r s h n e s s 突出的是人对振动噪声的感觉，声振粗糙度是指噪声和振动的 品质，是描述人体对振动和噪声的主观感觉的，不能直接用客观测量方法来度量。 由于声振粗糙度描述的是振动和噪声使人不舒适的感觉，因此有人称h a r s h n e s s 为不平顺性。又因为声振粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人极不舒适的瞬 态响应，又称h a r s h n e s s 为冲击特性。因为当汽车通过接缝或凸起时将产生瞬态 振动( h a r s h n e s s ) ，它包括冲击和缓冲两种感觉。系统刚度越大，车身瞬态振动的 幅值越大，冲击越严重，同时固有频率增加使振动衰减变快，缓冲的效果变好。 总的说来，声振粗糙度描述的是振动和噪声共同产生的使人感到极度疲劳的感觉 口j 。从n v h 的观点来看，汽车是一个由激励源( 发动机、变速器等) 、振动传递 器( 由悬挂系统和边接件组成) 和噪声发射器( 车身) 组成的系统【3 1 。汽车n v h 特性 乘用乍传动系统n v h 研究控制 的研究应该是以整车作为研究对象的，但由于汽车系统极为复杂，因此经常将它 分解成多个子系统进行研究，如底盘子系统( 主要包括前、后悬架系统) 、车身子 系统等，也可以研究某一个激励源产生的或某一种工况下的n v h 特性【4 j 。总之， 乘员在汽车中的一切触觉和听觉感受都属于n v h 研究的范畴，此外还包括汽车 零部件由于振动引起的强度和寿命等问题【5 】【6 1 。 传统的汽车n v h 研究是通过对汽车各个噪声振动源进行分析研究，并采取 相应措施来降低汽车的振动和噪声，同时避免结构性的共振，从而使汽车达到设 计的n v h 要求，提升汽车的乘坐舒适性，并满足相关法规的要求。而汽车除了 会产生正常的振动噪声以外，在设计不合理或零部件存在质量问题时，汽车还会 产生非正常的振动噪声，非正常噪声产生的原因很复杂，其既有零部件质量问题 的原因，也有设计方面的原因，有的非正常噪声只在特定的工况产生，有的非正 常噪声在汽车行驶的大部分工况都会产生，非正常噪声往往会很刺耳，让人感到 很不舒适，从而很容易引起用户的抱怨，甚至要求退车，而大部分的非正常噪声 往往伴随着零部件的质量问题、装配问题以及设计匹配问题，因此与非正常噪声 一起发生的往往是部件的寿命降低，甚至会影响到行车安全，因此，汽车的n v h 控制除了按照传统方法进行正常的振动噪声研究和优化以外，还应对汽车的非正 常噪声进行研究分析，避免汽车行驶过程中产生非正常噪声，并通过分析发现所 存在的质量问题和设计问题，这对于提升汽车品质，减少用户抱怨都将有非常重 要和现实的意义。 1 2 汽车传动系振动噪声研究现状 通常说的汽车传动系，一般包括变速器、传动轴和驱动桥，其功用是将来自 动力系统( p o w e r t r a i n ) 的牵引力传递至车轮。在目前的情况下，传动系的噪声 不是汽车主要噪声源，但随着汽车其它各总成噪声水平的降低，其所占噪声能量 比例将相对增大。传动系噪声的噪声源主要有传动轴噪声、齿轮噪声、轴承噪声、 传动系的弯曲共振与扭转共振等，在它们所产生的噪声中，有机构本身齿轮和轴 承产生的噪声，也有由于本身和其它机构振动传递而辐射的噪声。对于驱动桥来 说，它除了产生齿轮噪声、轴承噪声外，还激发壳体的表面振动而辐射噪声，同 时由于驱动桥支持在悬架上，受簧上振动质量和扭转的作用以及路面不平的影 响，会产生强烈的弯曲振动和扭转振动，特别是在共振的情况下，会产生强烈的 噪声。不但影响汽车车辆动力传动系的工作可靠性，产生令人不适的噪声，同时 还可能引起车身垂向和纵向振动，影响乘座的舒适性，特别是汽车后部的乘坐舒 2 工程硕十学位论文 适性。从查阅的国内资料来看，汽车驱动桥噪声主要是由于后桥壳体内主锥齿轮 的动态激励与冲击而引起的桥体结构声辐射。由于驱动桥自身结构的特殊性，结 构声所涉及的结构波声、结构动态特性和结构设计、加工工艺等多方面的问题， 使得驱动桥噪声控制相当复杂及有较大的技术难度7 儿8 】【9 1 。总之，传动系噪声非 常复杂，各声源分布在很广的范围内，并且各噪声源相互交错作用，尽管每个声 源的噪声水平都不高，但作为整体来看却不能忽视。 目前对传动系统振动噪声的研究主要限于在台架上进行，由于台架试验并不 能完全模拟实车工况，而且实车状态的传动系统振动噪声由于传动系统与悬架系 统、动力系统等相连接，其振动噪声相互影响，并且其振动噪声的传递除了通过 壳体辐射外，还将通过与其相连接的其它系统部件进行传递，振动噪声特性将变 得更加复杂，因此，在实车状态下对传动系统的振动噪声进行研究将具有更切实 的意义。 1 3 齿轮振动噪声的研究 齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到3 0 0 m s ，传 递功率可达1 0 5 k w , 齿轮直径可从不到l m m 到1 5 0 m 以上，具有传递功率大、传 动比准确、使用范围广、安全可靠等特点，一度被视作工业化的象征，是现代机 械中应用最广的一种机械传动。 在汽车中，齿轮被广泛应用于各种动力传递的场合，其中以传动系统最多， 齿轮传动是汽车传动系统使用最广泛的传动机构，齿轮振动噪声是传动系统噪声 的主要的噪声源。齿轮在工作中受各种激振力作用，使其产生振动并辐射噪声， 作用于齿轮上的激振力有本身工作带来的冲击力和摩擦力，也有外界负荷波动分 量和振动；有周期性作用的，也有随机作用的，因此，齿轮噪声的形成是一个复 杂的过程，而噪声的组成则是由多个不同形成机理的成分合成的结果【2 引。齿轮 振动噪声作为研究课题大致始于一个多世纪以前，m o r i e y ( 18 6 3 年) 发表了关于在 齿轮轮体和轮缘之间插入橡皮圈以防止振动和噪声的论文。第二次世界大战以 后，以美国为代表的工业发达国家制定了研究齿轮振动噪声的庞大计划，由此真 正开始了对齿轮振动噪声的全面研究。n i e 和u n i e 阮r g e r ( 1 9 5 9 年) 两人的研究 成果，首次以庞大的实验为基础，在大范围内取得了实验性数据。特别是在六十 年代以后，由于对齿轮传动装置有了新的认识并提出了更高的要求，许多工业发 达国家加强了对齿轮振动噪声的研究工作。如中田，中村，会田，寺内，梅泽， 清野，n i e m a n n ，u n t e t h e r g e r ，o p i t z ，t i l n m e r s 等人在这一时期对齿轮振动噪声 3 乘用车传动系统n v h 研究控制 进行了卓有成效的研究。近二十年来，齿轮振动噪声的研究更为活跃，特别是计 算机技术的迅速发展，以往难以解决的齿轮振动噪声问题，借助于计算机用数值 解法得到了能满足工程需要的近似解，它使齿轮振动噪声的研究工作迈向了新的 阶段。此外，在每隔l 至2 年召开一次的国际齿轮会议上，关于齿轮振动和噪声 的文章占了绝大多数，这也表明齿轮振动和噪声问题仍是当今的研究热点【l o 】。 1 4 变速器及驱动桥振动噪声控制的研究 汽车变速器、驱动桥及其中的齿轮传动，是汽车传动系统主要的动力扭振系 统，它除了产生齿轮噪声、轴承噪声外，还激发壳体的表面振动而辐射噪声。当 齿轮的啮合频率及其轴承的振动频率与箱体的固有频率重合或接近时，将产生共 振，使振动噪声急剧增大，辐射出较强的噪声。 变速器箱体、驱动桥壳体为壳形零件，与空气接触面积大，是机械噪声的重 要辐射体。齿轮工作时受到激振力产生振动产生第一次空气噪声，其中一部分通 过空气从箱体、壳体的缝隙及孔传播到壳体及箱体外，而另一部分以固体形式通 过轴、轴承、壳体传递，产生二次空气噪声。从声学系统角度分析，由于结构噪 声来源于结构的振动，控制结构噪声的根本在于控制结构的振动，迄今大部分工 作都是围绕这个问题展开的，其具体研究工作近年来一直是从两个方面进行 1 1 1 1 2 】，一是从传播途径上进行控制，即通过改变结构自身的材料、形状尺寸、 参数等来减小振动，即无源控制技术；另一种是从噪声源上进行控制，即有源控 制技术1 3 】【1 1 1 f 14 1 。尽管有源消声研究目前已取得了一些成功，但对于像后桥这类 中高宽频噪声的控制，许多问题仍未解决。另一方面，后桥噪声控制是对其辐射 噪声的控制而不是声空间噪声控制，因此，有源消声不尽合适，即使通过后桥壳 体的有源消振来达到减振降噪目的，在经济性( 成本) 及使用环境、寿命及稳定 性等方面也是不可取的1 1 5 1 16 1 。 无源噪声控制是种传统的、有效的、最常用的技术，包括消声、吸声、隔 声、隔振、阻尼减振等。其中，在驱动桥减振降噪方面应用比较多的是阻尼减振 技术【1 7 】【1 8 】【19 1 。阻尼减振主要是利用阻尼材料高损耗因子使物体振动能量转化为 热能而散发掉，从而达到降低结构噪声辐射的目的，阻尼减振的原理通常可以归 结为两点，一是增加材料本身的内耗，将机械振动的能量转化为分子无规则运动 的热能，以减少噪声辐射；二是如果只依靠材料本身内耗，其阻尼效果非常有限 时，则采取外加阻尼层的办法【2 引。阻尼技术在我国起步较晚，和国外差距较大， 但近年来发展较快，并在驱动桥壳阻尼减振降噪方面也取得了一定的成绩，他们 4 工程硕十学位论文 利用薄膜阻尼结构，即通过增加一定的阻尼板料和阻尼材料等环节后，使驱动桥 壳等直接影响噪声辐射的结构因薄膜阻尼而大大增加振动能量的损耗，使后桥本 体降噪量达到4 d b t ”l 。 汽车变速器的故障监测方法有振动监测技术、温度监测技术、噪声监测技术、 光纤传感器技术、电涡流传感器技术、声发射技术、磨损残余分析技术。故障诊 断方法有振动水平诊断法、峰值因素法、概率密度函数p ( x ) 法、峭度系数法、冲 击脉冲法( s p 峋、尖峰能量法( s e 峋。精密诊断是指能判断故障的起因，如齿轮 和轴承情况发生异常，会引起各种频率的振动，通过各种异常表现出的特有的振 频，就能判断故障原因。汽车变速器精密诊断方法有频谱分析法、相干函数诊断 法、频谱细化、到频谱分析法、精化特征信息模型法。比较成熟的诊断方法有： 瑞典的s p m 冲击脉冲法，已研制了多种s p m 系列轴承检测仪；加拿大i r d 公 司的s e m 尖峰能量法，也同样有效，产生了几种尖峰能量监测仪：英国钢铁公司 采用峭度系数法也取得了较好的效果，并设计了一种测量峭度系数的仪器：丹麦 b k 公司采用峰值因素法比较简单，包络分析和倒谱分析方法也是该公司提出的： 美国b e n t l y 公司采用电涡流传感器诊断轴承故障。就齿轮和轴承故障检测及诊 断技术发展来看，初级简易诊断及相应仪器比较成熟，而精密诊断还处于开发性 阶段，许多国家也在研究汽车变速器齿轮和轴承的精密诊断技术，发展方向将是 汽车变速器故障诊断专家系统【2 们。 1 5 汽车n v h 试验与分析方法 汽车是一个复杂的噪声源，汽车所辐射的噪声是其各个噪声源共同作用 的结果，不同噪声源不管从频率特性还是声级来说差别都非常大。不同噪声源对 汽车总体噪声水平的影响是不一样的，对于人体的感受的影响也有很大的差别。 从满足法规的要求来说，要对汽车总体噪声水平进行控制，而从人体感受来说， 有的声源声级并不高，但却很刺耳，让人感到不舒适，有的声源声级较高，如发 动机的轰鸣声，但却是激情和动力的象征，让人热血沸腾。因此，掌握有效的的 振动和噪声试验和分析方法，对于进行汽车的振动和噪声的控制是非常重要的， 如果不能有效的找准振动噪声源，在对汽车的振动噪声控制就不会有什么效果。 汽车n v h 试验研究也是随着汽车工业的发展和人们对汽车舒适性要求的提 高逐步发展完善起来的。汽车n v h 试验研究对于新车型开发和现有车型的性能 改善都起着重要作用。其研究的内容主要包括整车及其零部件噪声振动目标值的 标定、车辆噪声振动源识别、车辆噪声振动传递路径分析、车辆噪声振动源的贡 5 乘用车传动系统n v h 研究控制 献度分析、模态试验和声品质评价等。目前，试验仍是汽车n v h 解决方案的主 要手段。国际上汽车n v h 试验技术的研究已经展开了数十年，国外各大汽车生 产家，例如通用、福特、大众、宝马、奔驰、丰田等均有自己的n v h 试验室， 同时许多国外零部件公司也有自己的n v h 试验室，从事零部件的噪声振动研究。 他们一方面用于满足于自己国家或地区的噪声法规要求( 例如汽车加速行驶车外 噪声限值及测量方法) 和汽车车内噪声振动性能的改善，另一方面用于整车、发 动机等汽车产品的n v h 试验开发。他们也都己经形成自己一套试验流程，试验 规范、标准e 2 1 1 。 随着计算机技术的