变速箱振动与噪声分析

动和噪声有很大影响，测得的某些峰值应是由于齿轮 的啮合频率与壳体的频率非常相近时，引起了共振，特 别是常啮合齿轮的啮合频率 695 Hz 的 3 倍频率 2 085 Hz 和箱体的模态频率 2 083 Hz 非常相近，因而引起了 很大的振动和噪声。
参考文献 [1] 李联玉，马孝江，蔡庆喜“. 以振代噪”在汽车变速箱性检测
0引言
变速箱主要经齿轮啮合达到变速、增加扭矩的作
用，齿轮系经轴承安置在壳体上。实验证明，齿轮、轴
承、壳体是变速箱振动和噪声的主要来源 。 [1] 分析变
速箱的振动和噪声的产生机理，应该首先着重分析齿
轮、轴承、箱体的振动。
1 变速箱振动和噪声现象及初步分析
讨论的变速箱是我公司设计的一款大扭矩多挡位
变速箱，它由主箱、副箱两段式结构组成、性能优越，但
i
.
（1）
式中：Z 为齿轮齿数；i 为频率的谐波，i=1，2，3…。

对于有固定齿圈的行星轮系，其啮合频率为：
fZ =
Z
r
(nr ± 60
n
c)
i
.
(2 )
式中: Zr 为任一参考齿轮的齿数；nr 为参考齿轮的转
速(r/min)；n c 为转臂的回转速度(r/min)，方向相反时，
取正号；i 为频率的谐波，i =1，2，3…。
2）齿轮编号表：本实验变速箱中各档齿轮编号见
图 1。
3）齿轮啮合频率计算：根据式（1）及（2），按图 1
齿轮编号算得齿轮的啮合频率，见表 1。由于 6 档、7
档、8 档、9 档、10 档时，各齿轮的啮合频率除 14、15、16 号齿轮的为 0 外，其余均与 1 档、2 档、3 档、4 档、5 档对 应相同。
中的应用研究[J]. 机床与液压，2004（7）：156-157. [2] 李联玉.汽车变速箱在线性能检测及声振控制的应用研究
[D]. 大连：大连理工大学硕士学位论文，2004：24-29.
Study on Analysis and Testing of Vibration and Noise of Vehicle Gearbox
在试验时发现了异常的振动和噪声；对其原因进行分
析，发现有些齿轮啮合频率的倍频与壳体约束模态频
率相近时，在测试振动和噪声信号功率谱中相同频率
处出现峰值，引起变速箱的异常振动和噪声。
2 振动和噪声现象的发生原因详细分析
2.1 变速箱中齿轮啮合频率计算
1）定轴系中，齿轮的啮合频率为[2]:
fZ =
nZ 60
4 结束语 本文从某变速箱试验时发现的振动与噪声问题
图 3 十二个挡的功率谱均值图
2.4 对计算及试验结果的比较 根据试验测得的数据与计算有限元分析的结果，
齿轮的啮合频率和壳体的固有频率，都对变速箱的振
出发，对变速箱中齿轮的啮合频率及其壳体的约束模 态频率进行了分析，找到发生问题的原因，并提出改进 措施，解决了实际生产中的问题。
·54·
为压铸铝材料，改进后壳体的前 8 阶模态频率,见表 3。新壳体与铸铁壳体的模态完全不同，其模态频率与 本变速箱齿轮的啮合频率基本也重合，改进后的壳体 在试验时没发生异常的噪声和振动，效果良好。
表 3 改进变速箱箱体的前 8 阶约束模态频率
模态序号
123456 7
8
约束模态频率（Hz） 482 563 645 750 865 996 1 025 1 134
图 1 齿轮编号图 表 1 齿轮啮合频率计算结果
挡位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 115 115 115 2 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 285 285 285 3 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 208 208 208 4 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 331 331 331 5 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 373 373 373 R 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 116 116 116
2.2 变速箱壳体的有限元分析
图 2 变速箱箱体有限元模型
1）建立数学模型：对变速箱壳体，建立三维数学
收稿日期：2011-08-04；修回日期：2011-10-06 作者简介：董晓露（1979-），女，山西浑源人，工程师，硕士，主要从事变速箱设计工作。E-mail: Dongdong197966@.
DONG Xiao-lu
(China National Heavy Duty Truck Group Datong Gear Co.,Ltd, Technology Center,Datong 037305,China) Abstract：Make the gearbox as the research object, after it produced abnormal vibration and noise in the test, the reason is analyzed. The vi⁃ bration and noise signal of its stable process of all speed were tested, testing signal power spectrum distribution were analyzed. Use Pro/Engi⁃ neer to establish a physical model of gearbox housing, than use software OptiStruct to get its restrict mode of plusing zero displacement on the former surface of the housing. Also the frequency of each gear seshing gears is calculated, the influence of the frequency with the measured vi⁃ bration and noise signal power spectrum is analyzed. Finally, based on the analysis，get the improved advice of the housing，to reach the pur⁃ pose of reducing vibration and noise of the gearbox. Key words：gearbox; vibration and noise；gear meshing frequency；mode of housing
第 1 期（总第 125 期） No.1（SUM No.125）
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
2012 年 2 月 Feb.2012
变速箱振动与噪声分析
董晓露
（中国重汽集团大同齿轮公司 技术中心，山西 大同 037305）
摘 要：分析了某变速箱试验时的异常振动和噪声原因。先对一台样机测试其各挡稳定过程的振动和噪声信号， 再对测得的信号进行功率谱密度分析。之后，运用 Pro/Engineer 建立了变速箱壳体的实体模型，并用 OptiStruct 软 件 进 行 了 壳 体 前端面加零位移约束的模态分析;计算了各挡齿轮的啮合频率，分析了壳体的模态频率与齿轮啮合 频率对振动和噪声信号功率谱中峰值的影响。最后根据分析结果，提出对壳体的改进建议，以达到变速箱减振降 噪的目的。 关键词：变速箱；振动和噪声；齿轮啮合频率；壳体模态 中图分类号：TB533+.2 文献标识码：A 文章编号：1003-773X（2012）01-0053-02
由式（1）与式（2）可知，齿轮副中的两个齿轮的啮
合频率是相同的。当齿轮的转速变化时，啮合频率也
随之而变，并且随着转速的升高，齿轮噪声增大。这是
判断齿轮啮合频率的两个基本原则。再者，齿轮的啮
合频率往往呈二次、三次等高次谐波出现在频谱中。
齿轮噪声随转速增加而增加，但不是线性关系；转速越
高，噪声随转速升高而上升的越缓慢。
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第 1 期（总第 125 期）
机械管理开发
2012 年 2 月
模型，并划分网格，见图 2。 2）变速箱壳体的模态分析：应用租用的 OptiStruct
软件，在箱体离合器壳止口面附加零位移约束，计算其 模拟试验状态的箱体约束模态，它的前 8 阶模态频率 见表 2。
表 2 变速箱箱体的前 8 阶约束模态频率
模态序号
12345678
模态频率/Hz 1 582 1 823 1 986 2 083 2 356 2 396 2 576 2 596
2.3 试验测得的振动与噪声信号频谱分析 在变速箱上布置 4 个测点，对 12 个挡的 4 个加速度
信号，分别计算功率谱的均值，共得 12 个均值图，见图 3。
3 改进建议 根据分析，对壳体材料建议把原来的铸铁材料改