车辆变速箱啸叫噪声测试诊断
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 阶次分析原理
对于转速有关的信号往往用三维谱图刻画其信号 特征和转速的依赖关系。信号的三维谱图即是信号的 幅值、频率和转速的三维谱图。图 3 为在动力总成( 发
图 4 阶次噪声对车内总体噪声的贡献
上文已经提到, 对于旋转系统而言, 测得的频谱信号
已经证明旋转部件的振动频率值与转速成正比, 并且
Order= f / n
图 6 安装在变速箱上的速度传感器
图 7 安装在变速箱上的振动传感器
另外, 为了对变速箱本体进行研究, 本测试还在 以下位置安装了振动传感器, 测量传动系统各相对应 工作点的振动情况。
( 1) 在变速箱顶端放置一个单向振动传感器
图 9 ROTEC 测量系统
3. 2 测试方法 本测试在一辆国产微型轿车上完成, 4 缸直列发
动机, 测试过程在专业测试跑道及车辆转鼓测试台架 上共同完成。在进行客观测量前, 主观评价已发现该 车有变速箱齿轮啸叫噪声。把安装好振动传感器和速 度传 感 器 的 变 速 箱 放 置 进 车 内, 车 辆 空 载, HEAD Squadriga 系统的麦克风放置在驾驶员耳边, 所有线束 连接无误, 测量系统确定工作正常。以下列测试方法 进行啸叫噪声测量:
体为主要研究对象的车辆传动系统非常不直观, 故阶 谱跟踪分析方法在该课题上被广泛采用。
本文将介绍如何使用 Head 公司的 NVH 测量和分 析工具, 在特定测试工况下结合车内噪声和变速箱本 体振动测量, 使用阶谱分析手段, 对整个传动系产生啸 叫噪声的原因进行诊断并且最终确认。
1 变速箱啸叫噪声
最常见的传动系统 NVH 问题有齿轮啸叫噪声、齿 轮敲击噪声、轰鸣声等。不同的噪声现象有不同的频 率特征、不同的激励机理和不同的解决办法。其中齿 轮啸叫噪声是较为常见的现象。啸叫噪声为单一阶次
Abstract Within the field of automobile NVH ( Noise, vibration and harshness) study, the noise and vibration of power train system is always an import aspect, and always is a difficult topic. The reason is, to f ind out the root cause of the noise and vibration has to be combined with the investigation of the power train related components design features. To eventually resolve the issue the design of related power train components have to be optimized on design. This article will introduce a method to measure and investigate the gear whine noise from a vehicle transmission based on a real case. According to the measurement result, project team flowingly put the effort on the design optimization of the transmission 2nd and 5th gear, and ultimately the transmission gear whine noise which suffers entire vehicle was resolved based on the measurement data. The order analysis and transfer path analysis will be used in this project. With the method and principle introduced in the article the gear whine noise which is a single- order noise can be ex tracted from the complicated power train noise band, and the improvement then can be made afterward.
关键词 齿轮啸叫噪声 NVH 阶次分析 汽车
Vehicle Transmission Gear Whine Measurement and Investigation
Chen Yuan
( Department of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiaot ong University, Shanghai 200240, China)
图 1 啸叫噪声
齿轮啸叫噪声是由变速箱传递误差的幅值直接决 定的, 而变速箱的传递误差主要由啮合齿轮的重合度 来定义, 所以齿轮的设计( 包括宏观参数和微观修型参 数的设计) 以及加工制造因素都有可能对最终噪声产 生贡献。并且在某些极端的情况下, 噪声的出现意味 着齿轮的设计存在较大问题, 该变速箱的寿命和可靠 性存在极大隐患, 需要引起工程人员的高度重视。
对于以齿轮传递为主的变速箱而言, 在一定转速
Biblioteka Baidu
下所能测得的每一个齿轮转动的频率信号为 f = ( 主 动齿轮) 齿数 转速, 结合上式( 1) , 可知( 主动齿轮) 齿
数= 噪声( 振动) 阶次。当然对于传动 系其余的旋转
件, 如轴承、飞轮等产生的噪声振动阶次, 需要根据部 件的具体设计具体讨论, 本文不一一陈述。
16
机械传动
2011 年
的高频噪声, 其频率范围一般在 700Hz~ 4kHz, 一般在 车辆的低负荷区产生, 该高频噪声会给乘客带来不舒 适的感觉, 大大降低车辆品质。齿轮啸叫噪声问题的 主要根源是传动系的齿轮啮合本身。齿面接触的变化 激励起变速箱的周期性振动。
动机+ 变速箱) 悬置处测得的由于齿轮工作而造成的 振动信号的三维谱图。由此清晰可见, 振动信号的主 要频谱成分的频率值与转速成正比。
由齿轮激发的啸叫噪声, 通过各传递路径极可能 引起共振, 最终以结构噪声和空气噪声两种方式传递 至车厢内。图 2 为传递路径示意图。
图 3 悬置处测得的振动瀑布图
信号的三维谱图将系统的信号幅值频谱作为转速 的函数提供了一个全面的图谱, 但仅适用于线形坐标。 而一个更为有用的图谱是阶谱跟踪, 它具有更大的动 态范围, 可跟踪信号的各阶啮合简谐图谱并将其作为 转速的函数。图 4 显示了车内噪声和相关工作齿轮产 生噪声的声压值( dB( A) ) , 不同的曲线对应不同的工 作齿轮噪声贡献, 而这些 不同阶次( 对 应不同工作齿 轮) 噪声即是利用阶次噪声得到的测量数据。
第 35 卷 第 01 期
车辆变速箱啸叫噪声测试诊断
17
需要特别指出的是, 根据以上公式计算的阶次为 观察对象的一阶阶次, 具体分析时, 如 1/ 2 阶、2 阶、3 阶等谐波阶次也应关注。
3 测量方法及结果
3. 1 测试仪器及设备 本测试采用 Head 公司的 Squadriga 系统对车内噪
声进行测量, 该测试设备有两个麦克风对各工况下的 室内噪声进行测量及分析, 其采样频率为 16kHz。测 试过程中麦克风放置在司机双耳周围, 这样可以模拟 乘客人耳听到的室内噪声。为了得到对应与不同输入 转速下车辆的室内噪声, 使用两个速度传感器来测量 变速箱输入和输出的速度变化, 一个速度传感器安装 在输入轴上方, 另一个安装在主减齿轮上方用以测量 输出转速。
第 35 卷 第 01 期
车辆变速箱啸叫噪声测试诊断
15
文章编号: 1004- 2539( 2011) 01- 0015- 05
车辆变速箱啸叫噪声测试诊断
陈原
( 上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240)
摘要 在汽车 NVH 研究范围内, 动力总成相关的噪声振动一直是研究的一个重要方面, 同时也一 直是研究的一个困难课题。其原因为该噪声振动往往必须通过正向的动力总成相关部件研究及设计修 改来确诊原因并且最终解决问题。通过一个实际案例介绍如何使用阶次分析原理和传递路径分析方法 对车辆变速箱的齿轮啸叫噪声进行测量及诊断, 根据文中的测试诊断结果, 后续项目对 2、5 挡齿轮进行 了有针对性的设计修改, 最终解决了困扰整车的变速箱齿轮啸叫噪声。通过文中介绍的测量方法及分 析原理可以把单阶次的传动系啸叫噪声问题从错综复杂的动力总成噪声问题中分离出来, 进行有针对 性的研究改进。
( 1) 1 挡, 2 挡, 3 挡 1000r/ min~ 5000r/ min 小油门加速( LOT) 1000r/ min~ 5000r/ min 正常油门加速( L- WOT) 1000r/ min~ 5000r/ min 大油门加速( WOT ) 5000r/ min~ 1000r/ min 倒拖减速 ( 2) 4 挡 1000r/ min~ 4200r/ min 小油门加速( LOT) 1000r/ min~ 4200r/ min 大油门加速( WOT ) 4200r/ min~ 1000r/ min 倒拖减速 ( 3) 5 挡
18
机械传动
2011 年
1000r/ min~ 3250r/ min 小油门加速( LOT) 1000r/ min~ 3250r/ min 大油门加速( WOT ) 3250r/ min~ 1000r/ min 倒拖减速 3. 3 测试结果分析 在加速和减速的过程中每一挡齿轮都检测到一些 啸叫噪声。这些啸叫声并不都是来自变速箱, 有一些 是来自 发 动 机。2 挡 齿 轮 滑行 减 速 至 2500r/ min ~ 2000r/ min, 以及 5 挡 齿轮大 油门加 速到 2000r/ min~ 2500r/ min 时变速箱发出的啸叫声是不可接受的( 主观 评价及客观数据分析) 。 作为分析的基础, 以下信息必须预先知道: 2 挡主 动齿轮齿数为 19, 5 挡主动齿轮齿数为 33。即 2 挡齿激 发的一阶振动噪声为 19 阶, 5 挡齿激发的一阶振动噪声 为 33 阶。主减齿轮 5 挡时激发的噪声振动是 27. 72 阶 ( 基频) 。 本文只是介绍与课题相关的内容, 即产生啸叫噪声 的啮合挡位齿, 其余挡位数据的分析不在此一一陈述。 ( 1) 2 挡齿轮 不可接受 的是 在 滑行/ 减 速至 2500r/ min ~ 2000 r/ min时齿轮啸叫声( 19 阶 2 挡齿轮) , 该噪声相对应于 大约 700Hz 的频率范围。图 10 显示的是标示出车内
图 2 啸叫噪声传递路径
整个车辆传动系包括多个旋转部件, 从离合器开 始, 包括各挡齿轮、主减、传动轴、后桥、差速等, 各个部 件互相影响, 传递振动。当车辆发生啸叫噪声时, 乘客 在车厢内仅依靠车内噪声将无法判断问题原因, 从而 找出根源部件。下文将通过一个实例介绍如何通过阶 次分析和振动路径传递手段在一辆有啸叫噪声问题的 车辆上最终确定问题齿轮副。
( 1)
式中, Order 为阶次; f 为旋转部件旋转、振动频率; n 为
输入转速。
从文字上来理解, 阶次即为在旋转体转动一周时, 系统内各旋转件发生动作的次数, 如齿轮啮合的次数。
当变速箱输入转速为 6000r/ min 时, 在变 速箱壳体测
得一 2 阶振动, 由式( 1) 可知该振动频率为 200Hz。
( 2) 在变速箱悬置变速箱端放置一个 3 向振动传 感器
( 3) 在变速箱悬置底盘端放置一个 3 向振动传感 器
图 8 安装在悬置上的振动传感器
振动传感器用 ROTEC 系统进行数据采集和分析, 其采样频率为 12kHz, 并且需要使 用一个 TTL 转换器 来把采集到的模拟信号转化为方波信号。
图 5 Head Squadriga 示意图
Key words Gear whine noise NVH Order analysis Vehicle
0 引言
传动系相关噪声问题在汽车 NVH( Noise, vibrat ion and harshness) 研究领域中一直是非常重要、并且非常 困难的课题。一些噪声( 如本文要讨论的变速箱齿轮 啸叫噪声问题) 并不仅仅影响到车辆的乘坐舒适性, 在 有些情况下也反映了变速箱的重大设计缺陷, 车辆的 使用寿命会受较大影响。由传动系造成的噪声振动, 在传递至车内的过程中, 传递路径复杂, 共振激励源众 多, 仅凭借车内空气噪声( airborne noise) 的测量, 往往 无法进行有效的分析。另外, 使用传统的时间 幅值/ 转速或者频率 幅值/ 转速等分析手段, 对于以旋转物
对于转速有关的信号往往用三维谱图刻画其信号 特征和转速的依赖关系。信号的三维谱图即是信号的 幅值、频率和转速的三维谱图。图 3 为在动力总成( 发
图 4 阶次噪声对车内总体噪声的贡献
上文已经提到, 对于旋转系统而言, 测得的频谱信号
已经证明旋转部件的振动频率值与转速成正比, 并且
Order= f / n
图 6 安装在变速箱上的速度传感器
图 7 安装在变速箱上的振动传感器
另外, 为了对变速箱本体进行研究, 本测试还在 以下位置安装了振动传感器, 测量传动系统各相对应 工作点的振动情况。
( 1) 在变速箱顶端放置一个单向振动传感器
图 9 ROTEC 测量系统
3. 2 测试方法 本测试在一辆国产微型轿车上完成, 4 缸直列发
动机, 测试过程在专业测试跑道及车辆转鼓测试台架 上共同完成。在进行客观测量前, 主观评价已发现该 车有变速箱齿轮啸叫噪声。把安装好振动传感器和速 度传 感 器 的 变 速 箱 放 置 进 车 内, 车 辆 空 载, HEAD Squadriga 系统的麦克风放置在驾驶员耳边, 所有线束 连接无误, 测量系统确定工作正常。以下列测试方法 进行啸叫噪声测量:
体为主要研究对象的车辆传动系统非常不直观, 故阶 谱跟踪分析方法在该课题上被广泛采用。
本文将介绍如何使用 Head 公司的 NVH 测量和分 析工具, 在特定测试工况下结合车内噪声和变速箱本 体振动测量, 使用阶谱分析手段, 对整个传动系产生啸 叫噪声的原因进行诊断并且最终确认。
1 变速箱啸叫噪声
最常见的传动系统 NVH 问题有齿轮啸叫噪声、齿 轮敲击噪声、轰鸣声等。不同的噪声现象有不同的频 率特征、不同的激励机理和不同的解决办法。其中齿 轮啸叫噪声是较为常见的现象。啸叫噪声为单一阶次
Abstract Within the field of automobile NVH ( Noise, vibration and harshness) study, the noise and vibration of power train system is always an import aspect, and always is a difficult topic. The reason is, to f ind out the root cause of the noise and vibration has to be combined with the investigation of the power train related components design features. To eventually resolve the issue the design of related power train components have to be optimized on design. This article will introduce a method to measure and investigate the gear whine noise from a vehicle transmission based on a real case. According to the measurement result, project team flowingly put the effort on the design optimization of the transmission 2nd and 5th gear, and ultimately the transmission gear whine noise which suffers entire vehicle was resolved based on the measurement data. The order analysis and transfer path analysis will be used in this project. With the method and principle introduced in the article the gear whine noise which is a single- order noise can be ex tracted from the complicated power train noise band, and the improvement then can be made afterward.
关键词 齿轮啸叫噪声 NVH 阶次分析 汽车
Vehicle Transmission Gear Whine Measurement and Investigation
Chen Yuan
( Department of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiaot ong University, Shanghai 200240, China)
图 1 啸叫噪声
齿轮啸叫噪声是由变速箱传递误差的幅值直接决 定的, 而变速箱的传递误差主要由啮合齿轮的重合度 来定义, 所以齿轮的设计( 包括宏观参数和微观修型参 数的设计) 以及加工制造因素都有可能对最终噪声产 生贡献。并且在某些极端的情况下, 噪声的出现意味 着齿轮的设计存在较大问题, 该变速箱的寿命和可靠 性存在极大隐患, 需要引起工程人员的高度重视。
对于以齿轮传递为主的变速箱而言, 在一定转速
Biblioteka Baidu
下所能测得的每一个齿轮转动的频率信号为 f = ( 主 动齿轮) 齿数 转速, 结合上式( 1) , 可知( 主动齿轮) 齿
数= 噪声( 振动) 阶次。当然对于传动 系其余的旋转
件, 如轴承、飞轮等产生的噪声振动阶次, 需要根据部 件的具体设计具体讨论, 本文不一一陈述。
16
机械传动
2011 年
的高频噪声, 其频率范围一般在 700Hz~ 4kHz, 一般在 车辆的低负荷区产生, 该高频噪声会给乘客带来不舒 适的感觉, 大大降低车辆品质。齿轮啸叫噪声问题的 主要根源是传动系的齿轮啮合本身。齿面接触的变化 激励起变速箱的周期性振动。
动机+ 变速箱) 悬置处测得的由于齿轮工作而造成的 振动信号的三维谱图。由此清晰可见, 振动信号的主 要频谱成分的频率值与转速成正比。
由齿轮激发的啸叫噪声, 通过各传递路径极可能 引起共振, 最终以结构噪声和空气噪声两种方式传递 至车厢内。图 2 为传递路径示意图。
图 3 悬置处测得的振动瀑布图
信号的三维谱图将系统的信号幅值频谱作为转速 的函数提供了一个全面的图谱, 但仅适用于线形坐标。 而一个更为有用的图谱是阶谱跟踪, 它具有更大的动 态范围, 可跟踪信号的各阶啮合简谐图谱并将其作为 转速的函数。图 4 显示了车内噪声和相关工作齿轮产 生噪声的声压值( dB( A) ) , 不同的曲线对应不同的工 作齿轮噪声贡献, 而这些 不同阶次( 对 应不同工作齿 轮) 噪声即是利用阶次噪声得到的测量数据。
第 35 卷 第 01 期
车辆变速箱啸叫噪声测试诊断
17
需要特别指出的是, 根据以上公式计算的阶次为 观察对象的一阶阶次, 具体分析时, 如 1/ 2 阶、2 阶、3 阶等谐波阶次也应关注。
3 测量方法及结果
3. 1 测试仪器及设备 本测试采用 Head 公司的 Squadriga 系统对车内噪
声进行测量, 该测试设备有两个麦克风对各工况下的 室内噪声进行测量及分析, 其采样频率为 16kHz。测 试过程中麦克风放置在司机双耳周围, 这样可以模拟 乘客人耳听到的室内噪声。为了得到对应与不同输入 转速下车辆的室内噪声, 使用两个速度传感器来测量 变速箱输入和输出的速度变化, 一个速度传感器安装 在输入轴上方, 另一个安装在主减齿轮上方用以测量 输出转速。
第 35 卷 第 01 期
车辆变速箱啸叫噪声测试诊断
15
文章编号: 1004- 2539( 2011) 01- 0015- 05
车辆变速箱啸叫噪声测试诊断
陈原
( 上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240)
摘要 在汽车 NVH 研究范围内, 动力总成相关的噪声振动一直是研究的一个重要方面, 同时也一 直是研究的一个困难课题。其原因为该噪声振动往往必须通过正向的动力总成相关部件研究及设计修 改来确诊原因并且最终解决问题。通过一个实际案例介绍如何使用阶次分析原理和传递路径分析方法 对车辆变速箱的齿轮啸叫噪声进行测量及诊断, 根据文中的测试诊断结果, 后续项目对 2、5 挡齿轮进行 了有针对性的设计修改, 最终解决了困扰整车的变速箱齿轮啸叫噪声。通过文中介绍的测量方法及分 析原理可以把单阶次的传动系啸叫噪声问题从错综复杂的动力总成噪声问题中分离出来, 进行有针对 性的研究改进。
( 1) 1 挡, 2 挡, 3 挡 1000r/ min~ 5000r/ min 小油门加速( LOT) 1000r/ min~ 5000r/ min 正常油门加速( L- WOT) 1000r/ min~ 5000r/ min 大油门加速( WOT ) 5000r/ min~ 1000r/ min 倒拖减速 ( 2) 4 挡 1000r/ min~ 4200r/ min 小油门加速( LOT) 1000r/ min~ 4200r/ min 大油门加速( WOT ) 4200r/ min~ 1000r/ min 倒拖减速 ( 3) 5 挡
18
机械传动
2011 年
1000r/ min~ 3250r/ min 小油门加速( LOT) 1000r/ min~ 3250r/ min 大油门加速( WOT ) 3250r/ min~ 1000r/ min 倒拖减速 3. 3 测试结果分析 在加速和减速的过程中每一挡齿轮都检测到一些 啸叫噪声。这些啸叫声并不都是来自变速箱, 有一些 是来自 发 动 机。2 挡 齿 轮 滑行 减 速 至 2500r/ min ~ 2000r/ min, 以及 5 挡 齿轮大 油门加 速到 2000r/ min~ 2500r/ min 时变速箱发出的啸叫声是不可接受的( 主观 评价及客观数据分析) 。 作为分析的基础, 以下信息必须预先知道: 2 挡主 动齿轮齿数为 19, 5 挡主动齿轮齿数为 33。即 2 挡齿激 发的一阶振动噪声为 19 阶, 5 挡齿激发的一阶振动噪声 为 33 阶。主减齿轮 5 挡时激发的噪声振动是 27. 72 阶 ( 基频) 。 本文只是介绍与课题相关的内容, 即产生啸叫噪声 的啮合挡位齿, 其余挡位数据的分析不在此一一陈述。 ( 1) 2 挡齿轮 不可接受 的是 在 滑行/ 减 速至 2500r/ min ~ 2000 r/ min时齿轮啸叫声( 19 阶 2 挡齿轮) , 该噪声相对应于 大约 700Hz 的频率范围。图 10 显示的是标示出车内
图 2 啸叫噪声传递路径
整个车辆传动系包括多个旋转部件, 从离合器开 始, 包括各挡齿轮、主减、传动轴、后桥、差速等, 各个部 件互相影响, 传递振动。当车辆发生啸叫噪声时, 乘客 在车厢内仅依靠车内噪声将无法判断问题原因, 从而 找出根源部件。下文将通过一个实例介绍如何通过阶 次分析和振动路径传递手段在一辆有啸叫噪声问题的 车辆上最终确定问题齿轮副。
( 1)
式中, Order 为阶次; f 为旋转部件旋转、振动频率; n 为
输入转速。
从文字上来理解, 阶次即为在旋转体转动一周时, 系统内各旋转件发生动作的次数, 如齿轮啮合的次数。
当变速箱输入转速为 6000r/ min 时, 在变 速箱壳体测
得一 2 阶振动, 由式( 1) 可知该振动频率为 200Hz。
( 2) 在变速箱悬置变速箱端放置一个 3 向振动传 感器
( 3) 在变速箱悬置底盘端放置一个 3 向振动传感 器
图 8 安装在悬置上的振动传感器
振动传感器用 ROTEC 系统进行数据采集和分析, 其采样频率为 12kHz, 并且需要使 用一个 TTL 转换器 来把采集到的模拟信号转化为方波信号。
图 5 Head Squadriga 示意图
Key words Gear whine noise NVH Order analysis Vehicle
0 引言
传动系相关噪声问题在汽车 NVH( Noise, vibrat ion and harshness) 研究领域中一直是非常重要、并且非常 困难的课题。一些噪声( 如本文要讨论的变速箱齿轮 啸叫噪声问题) 并不仅仅影响到车辆的乘坐舒适性, 在 有些情况下也反映了变速箱的重大设计缺陷, 车辆的 使用寿命会受较大影响。由传动系造成的噪声振动, 在传递至车内的过程中, 传递路径复杂, 共振激励源众 多, 仅凭借车内空气噪声( airborne noise) 的测量, 往往 无法进行有效的分析。另外, 使用传统的时间 幅值/ 转速或者频率 幅值/ 转速等分析手段, 对于以旋转物