马洪涛，唐正义，杨清（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）



客车驱动桥振动与噪声研究

马洪涛，唐正义，杨清
（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

摘要：驱动桥是客车动力传动系统的重要环节，其振动、噪声水平对整车NVH性能的影响至关重要。文章通过驱动桥振动噪声机理研究，并结合噪声故障测试分析，得出了导致驱动桥噪声问题的根本原因。最后，根据研究结果提出相应的处理方案并有效地解决了噪声故障。

关键词：驱动桥；准双曲面齿轮；啮合冲击；传递路径；共振

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

CLC NO.: U472.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-57-02

前言

驱动桥噪声是影响客车NVH性能的重要因素。在整车噪声中，发动机噪声因声压高占主要地位，但频带低、谐音重，对人耳刺激较轻。驱动桥噪声频谱具有明显的“梳形”特征，人耳可清晰地将其分辨出来，并在“人耳”这一主观性较强的“滤波器”作用下，其噪声被“刻意”放大。据统计，驱动桥噪声常见的音色为低沉的“嗯嗯声”。但在个别工况（如滑行、换挡）会表现为尖锐的啸叫声，音色为“嗷嗷声”，从而严重降低整车NVH性能。据售后噪声故障统计，啸叫声占驱动桥噪声故障的80％以上。

1、驱动桥振动噪声激励源分析

1.1准双曲面齿轮

客车驱动桥齿轮普遍采用准双曲面齿轮，具有重合度高、传递力矩大、平稳性好等优点。但该齿轮曲面方程复杂，加工工艺难度大，对装配精度要求较高。在装配误差与轮齿受载变形的影响下，易出现齿面边缘接触应力集中现象，严重影响齿轮副疲劳寿命。因此，实际加工时均采取齿面修形（图1），使接触区向齿面内部转移。受限于加工设备及工艺条件，目前国内基本采用抛物线修形。

图1

齿面修形有效地解决了齿面边缘应力集中问题，提高了齿轮副的疲劳寿命。但造成齿轮副失配量大、传动误差增加，导致驱动桥齿轮在传动过程中产生啮入冲击，最终引起振动、噪声问题。

1.2齿轮啮入冲击

目前，国内驱动桥齿轮均采用抛物线修形工艺，这将导致齿轮啮合时存在传动误差。研究指出，齿轮修形将导致线外啮合，即主、被动齿轮在进入啮合的瞬间存在法向速度差，进而产生啮入冲击。这种问题不仅发生在轻载工况，即使加载后，啮入点扩展到齿廓边缘，冲击问题依然存在。

图2　驱动桥噪声频谱示例

在测试中发现，驱动桥噪声信号中含有大量齿轮啮合频率的高阶谐频成分（图2）。根据振动理论可知，只有冲击性的周期信号才能产生高阶谐频分量。因此，噪声频谱可间接证明齿轮啮合时存在较强的冲击信号。

2、驱动桥振动噪声传递路径分析

齿轮噪声是驱动桥噪声的内在形式，根据其传递路径的特点可分为结构噪声和空气噪声。对驱动桥而言，结构噪声占主导地位，其传递路径为：齿轮（轴）→轴承→壳体。从振动学角度来看，传递路径可等效为一个“滤波器”。因此，驱动桥噪声是内部齿轮噪声经过驱动桥机械结构过滤后的噪声。换而言之，驱动桥噪声的频谱特性是由齿轮啮合冲击与传递路径共同决定的。因此，驱动桥机械机构的频响特性对驱动桥噪声的影响不容忽视。

3、驱动桥售后噪声案例测试与分析

下面以某型号客车驱动桥的售后噪声测试记录为例，通过不同工况下噪声的频域对比，分析了驱动桥齿轮及驱动桥频响特性对噪声的影响。

3.1驱动桥频响特性对噪声的影响

首先，通过敲击模态测试，得到驱动桥的频响曲线（图3）。

图3　故障驱动桥频响特性曲线

随后，对样车进行典型工况下的噪声测试，声级计放置在驱动桥上方乘客区，噪声频谱采用A级权。在图4可以看到，车速40km/h（双点划线）与90km/h（虚线）时，在声音频谱中驱动桥齿轮啮合频率及其谐频的幅值并不凸出，噪声能量在整个频带范围分布均匀。此时，人耳感觉噪声柔和（嗯嗯声），属于可接受范畴。

但是，车速50km/h（细实线）时驱动桥齿轮的一阶频率分量，即图4中孤立、高耸的音频分量，明显高于其他音频分量。此时可听到刺耳的“嗷嗷声”，并伴随地板的剧烈抖动。另外，对声音信号进行低通滤波处理，确定“嗷嗷声”正是由该频率分量引起。

研究指出，随着车速的增加，齿轮激励能量随之增加。但在桥壳频响特性的影响下，车速50km/h时噪音反而明显高于车速90km/h。综合桥壳频响曲线与噪音频谱特征可知，车速50km/h时存在明显的单模态共振。

综合以上分析可知，造成驱动桥严重噪声问题的原因在于驱动桥齿轮激励频率（含谐频）与驱动桥固有频率重叠，在齿轮副啮入冲击的激励下，引发强烈的单模态共振或多模态共振所致。

图4　不同工况下，车内噪声频谱分析

3.2齿轮啮合冲击对噪声的影响

根据分析结果，对噪声故障的驱动桥进行主减速器齿轮副参数改进与优化，对啮合冲击与传动误差进行了精确控制。

图5　更换前后50km/h时车内噪声对比

最后，对更换主减齿轮副的驱动桥重新进行噪声测试。通过，更换前、后的噪声测试结果对比可知（图5），更换齿轮副后（点划线）的驱动桥噪声柔和，分贝值明显比更换前低（细实线）。

4、结束语

（1）驱动桥噪声的优劣主要在于频谱特性，即音色。进一步讲，噪音频谱特性是由主减速器齿轮副啮合冲击与驱动桥频响特性共同决定；

（2）驱动桥尖锐的啸叫声是由主减速器齿轮副啮合冲击激励引发驱动桥产生结构共振所致；

（3）优化主减速器齿轮副的齿面参数，降低啮合冲击与传动误差，可有效地降低驱动桥噪声。

参考文献

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Study on the Vibration and Noise of Passenger Car Drive Axle

Ma Hongtao, Tang Zhengyi, Yang Qing
( Shaanxi HanDe Axle Co. Ltd, Shaanxi Xi’an 710201 )

Abstract:Drive axle is the important participation of the drive train for passenger car, its vibration & noise level affect the entirety NVH performance.This paper findout the primary reason of drive axle noise by vibration & noise theory research and test of drive axle. Finally, solve the noise fault based on the research conclusion.

Keywords:drive axle; hypoid gear; mesh impact; transfer path; resonance

中图分类号：U472.4

文献标识码：A

文章编号：1671-7988（2016）05-57-02

作者简介：马洪涛，硕士研究生，就职于陕西汉德车桥有限公司，主要从事客车驱动桥振动噪声分析工作。