汽车变速箱噪声源识别及噪声控制

文章编号:1006-1355

(2006)03-0067-03

汽车变速箱噪声源识别及噪声控制

梁　杰1,王登峰1,姜永顺2,李冬妮2

(1.吉林大学测试科学实验中心,长春市130025;2.一汽集团公司技术中心,长春市130011)

摘　要:应用振动、噪声谱分析和相干函数分析技术,从理论上说明变速箱噪声源识别的依据。对一台重型卡

车的16档变速箱进行了振动噪声测试分析,找出该台变速箱产生强烈冲击噪声的主要原因在于其一轴弯曲,经过采取相应的降噪措施,最终整机噪声降低3dB (A )。

关键词:声学;变速箱;噪声源;噪声控制中图分类号:U46;TB535 文献标识码:A

TheNoiseSourceIdentificationandNoiseControlofAutomobileGearbox

LIANG Jie ,WANG Den g 2fen g ,JIANG

Yon g 2sun ,LI Don g 2ni

(1.JilinUniversit yTestCenter,Chan gchun130025,China;

2.FAWR&DCenter,Chan gchun130011,China )

Abstract:Thetheor yofcoherencefunctionands pectrumofvibrationandnoisesi gnalsisa pplied

in gearboxnoiseanal ysisinthe paper.Thebasisofnoisesourceidentificationof gearboxistheoretical 2lyintroduced.Vibrationandnoiseanal ysisforaheav ydut ytruckwitha162speed gearbox.Afterfind 2ingthecauseofstron gstrikenoiseofthe gearboxisthebendof1stshaft,noisesu ppressionmeasure 2mentisado pted,Sound pressurelevelofthemachineisreducedb y3dB (A ).

Ke ywords:acoustics;gearbox;noisesource;noisecontrol 收稿日期:2005207215

作者简介:梁杰(1965-),男,山东省肥城县人,博士,副教授,主要从事车辆振动与噪声的研究工作。

变速箱的变速、储能、增加扭矩等作用,使它成为动力机械中应用十分广泛的通用部件之一。它的工作是否正常涉及到整台机械或机组的工作性能。变速箱的噪声水平可以从客观上反映变速箱的工作状态,而成为其质量检测的指标之一。在设计变速箱时,就规定了其噪声标准。变速箱在工作中,内部构件,如齿轮、轴承等,不断产生振动冲击,当有故障存在时,其振动强度增大,噪声水平超标。本文根据所测变速箱的振动噪声谱,及其相关函数分析,找出了该变速箱产生冲击噪声的原因,采取了相应的降噪措施,使该机的振动和噪声都达到满意的效果。

1　振动、噪声测试及数据分析

1.1　试验装置与测量仪器

本试验是针对16挡变速器进行噪声测试和分

析,将16挡变速箱安装在半消声室内的弹性基础上,试验时,加速度传感器的安装参照国标GB8543-87《验收试验中齿轮装置机械振动的测定》中的相关规定,本文将传感器安装在Ⅱ轴轴承座孔处,以获得在径向水平、径向垂直和轴间三个方向的振动信号。噪声测点布置和测量工况参照国标GB6404《齿轮装置噪声声功率级测定方法》中相关规定。试验装置及噪声测点布置如图1所示

。

图1　试验装置及测点布置框图

振动噪声测试分析仪器用丹麦B&K 公司生产的B&K3560C 多功能振动噪声分析系统,它可以将振动、噪声信号同时记录下来,然后进行数据处理。所检测变速箱有16个变速档,模拟实际工况,我们测量其在各档下的振动、噪声信号。1.2　变速箱特征频率分析 特征频率也就是轴频、齿轮的啮合频率以及轴承的内外圈和滚动体的频率。它们和谐频、边频相结合,成为对故障判定的依据,表1列出轴和齿轮啮合的特征频率,其中在这里只对输入轴的最高转速2300r/min,最大扭矩工况的各档进行分析评定。1.3　振动、噪声谱及相干函数分析 分析对象为某型16挡(低速8挡、高速8挡)变速箱,设计噪声指标各档不超过92dB (A )。本文所

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汽车变速箱噪声源识别及噪声控制

检测的变速箱噪声明显超标,各档总噪声级都超过95dB (A ),特别是高速倒档R2时,噪声达到100dB (A ),该机工作不正常。故需对在各挡下测得的振

动和噪声信号进行谱分析以及相干函数分析,寻找故障原因。

表1　轴频与齿轮的啮合频率(Hz)

档

　位12345678R 速比

低速

13.2989.366 6.396 4.423 3.006 2.117 1.446113.024高速11.122

7.834

5.35

3.699

2.514

1.771

1.209

0.836

10.893

1档2档3档4档5档6档7档8档9档10档11档12档13档14档15档16档R1

R2

轴转动

频率(Hz )轴138.338.338.338.338.338.338.338.338.338.338.338.338.338.338.338.338.338.3轴2

2833.928

33.9

28

33.9

28

33.9

28

33.928

33.9

28

33.9

28

33.9

28

33.9

啮合频率(Hz )

fz 1130314561303145613031456130314561303145613031456130314561303145613031456

fz 2510610

652778.9821.798213031456510

610

652778.9821.798213031456481.7575.7

fz 3

331

396470.6560

689823.7997

997

图2　变速箱1档振动噪声频谱图

本文以1挡的振动、噪声谱和相干函数分析为例,将实验测得的变速箱振动、噪声信号在B&K3560C 上进行数据处理,得到测试点振动频谱图(本文以径向垂直振动谱说明)图2b 、噪声信号的频谱图(本文以变速箱左侧点3数据说明)图2a 和相干函数图图2c 。图2b 中,纵坐标为加速度线性坐标,单位为m/s 2,为了使谱图看得比较清楚,各图横坐标都采用1/3倍频程坐标。由于理论上的电机转速与实际值总有差别,以及其它不可避免的测试和计算误差,使得谱图上的特征频率与相应的理论值并不能精确吻合。在图2b 所示的振动频谱图上,轴频及Z46/34啮合频率分别为34Hz (理论值为38.3Hz )和1.312KHz (理论值为1.303KHz )。从图2a 所示噪声谱图中看到,中高频噪声能量较强,尤以1.286KHz 及其边频处的幅值最为突出,声压级达87dB (A ),在频谱成分中声级最高。说明其齿轮啮合基频1.286KHz 频率分量在总噪声中贡献较大,为主要噪声源,其原因需结合声源(变速箱)具体结构特点进行分析。

由图2c 所示振动噪声之间所做的相干函数表明,在1.286KHz 处相干系数为0.594,噪声中的这个主要成分是由Z46/34这对齿轮的啮合引起的,而这对啮合齿轮引发强烈噪声的原因,可以通过对振动频谱图的分析得到。实际上从1档到16档的噪声、振动、相干谱图上可以看出,各挡频谱变化趋势基本一样,声压级在97dB (A )左右,而且基频都与Ⅰ轴的啮合齿轮有关,表明主要噪声源与该轴有关,也就是Ⅰ轴上齿轮副的啮合频率噪声为主要噪声源,只要将与Ⅰ轴有关的主要频率噪声降下来,变速箱噪声就得以改善。可断言Ⅰ轴的不对中或第1副齿轮出现损伤可引起上述故障。

谱图上轴承的特征频率并不突出,说明轴承的振动对噪声贡献不大,亦即故障并不来自轴承。本

文检测后经有关人员对测试对象开箱检验,发现Ⅰ轴弯曲,导致齿轮装配公差严重超差,至此产生很大的冲击噪声。需采取相应降噪措施才能改善变速箱噪声水平。

2　振动噪声的控制措施

2.1　提高加工、装配精度

齿轮的齿形、齿面精确加工精心装配,减小齿面缺陷可以大大减小齿轮啮合时的振动冲击。本文对Ⅰ轴进行重新精确加工,对各齿轮副精心加工精心

2006年6月 噪　声　与　振　动　控　制 第3期