李　健，李　毅

（1.广西柳工机械股份有限公司 传动件研究所，广西 柳州545000；2.东风柳州汽车有限公司 商用车技术中心，广西 柳州545000）

变速箱噪声分析及控制

李健1，李毅2

（1.广西柳工机械股份有限公司 传动件研究所，广西 柳州545000；2.东风柳州汽车有限公司 商用车技术中心，广西 柳州545000）

变速箱是工程机械的重要动力传递部件，其工作噪声也会导致设备噪声严重超标。通过系统分析变速箱噪声来源及识别方法，并对主要噪声来源进行噪声形成机理分析，提出了相应控制措施，从而有效指导变速箱设计及改进，降低产品噪声。

变速箱；噪声；振动

变速箱是工程机械重要的动力传递部件，其工作状态直接影响整台设备的工作性能。随着客户对舒适性要求的逐步提高以及国家法律法规的要求日趋严格，减振降噪成为工程机械发展的重要研究课题。工程机械的工作噪声主要来源于发动机及动力传动系统，一般情况下发动机是最主要的噪声源，但传动系统中的变速箱的工作噪声有时也会导致设备的噪声严重超标［1］。因此，研究变速箱噪声来源及控制方式，对降低工程机械噪声十分重要。

1　噪声来源

工程机械变速箱通常为液力机械传动，机械传动的齿轮、轴承在高速运行过程中，由于自身的固有特性、制造精度、工作过程的冲击、摩擦、磨损等因素，会产生不同程度的振动和噪声，变速箱液压系统中的变速泵、操纵阀等液压元件也是变速箱噪声的主要来源，另外变速箱工作过程中内部齿轮传动系的啮合频率与箱壳体铸件固有频率接近时还会产生共振噪声，这些都是造成变速箱噪声的主要来源。

2　噪声识别方法

当变速箱存在异常噪声时，必须准确地识别噪声源，这样才能有针对性的控制。对于机械噪声，可采取以下几种方法：

（1）分步开动法：在设备运转时，分别关掉或脱开某一传动部件，测量相应步骤的噪声，识别各部件对总噪声的贡献。如在工程机械使用中，挂不同工作档位，对比整机总体噪声，识别变速箱不同档位噪声是否异常。

（2）时域分析法：根据声源或声源各部分时间特性的差别来识别，如对噪声信号的自相关分析，可以发现和提取混杂在噪声中的周期信号；对噪声信号作互相关分析，可以确定噪声的传递通道；利用对噪声信号的多次平均技术亦有助于检测出其中的周期信号，这些都有助于识别出主要噪声源。

（3）频域分析法：采用窄带滤波的方法，从得到的噪声频谱中，可了解到噪声所含有的频率及对噪声贡献较大的主要频域成分；进一步通过振动测量，或具体机械某些特征频率的计算，从而识别出主要噪声源。通过对噪声功率谱密度的分析，同样可以了解到噪声的频率结构及主要频率成分；通过相干分析，从相干函数的图形上可以判断所测量的噪声总能量中，各个声源的贡献大小，从而识别声源。

（4）近场声强法：在机器部件表面附近的许多点处测量声强并求积分，可以求得该部件的声功率。

（5）表面振动速度测量法：通过测量声源作为机械振动的表面的振动速度来识别声源。

3　噪声的形成及控制

根据噪声产生和传播的机理，可按三种方式控制噪声：一是控制噪声源，二是控制噪声传播途径，三是保护噪声接受者。其中控制噪声源是最根本、最直接的措施。噪声的形成及控制分析如下：

3.1齿轮系

齿轮系的啮合噪声包括轮齿啮合冲击产生的噪声和齿面摩擦产生的高频尖啸噪声，从频谱结构分析，啮合冲击噪声主要包括齿轮低阶固有振动和受迫振动所辐射的噪声，其与齿轮自身的固有特性及制造精度等因素有关；尖啸摩擦噪声由齿轮高阶固有振动所产生，另外，只有足够强度的摩擦激励才能引发尖啸摩擦噪声，宏观上这需要满足某些摩擦学条件，例如摩擦面的动摩擦系数和静摩擦系数相差较大，以及摩擦系数要超过一定的阈值［2］。对于齿轮系的噪声，主要可以从以下几方面进行控制，采取控制措施后齿轮噪声可能降噪量参见表1［3］：

（1）优化设计参数：齿轮系啮合噪声虽然是在运行过程中产生，但在设计时通过优化齿轮参数亦可从源头控制噪声［4］，主要控制措施为：提高重合系数；尽量减小模数；增加齿数；或者减小齿形角；合理选择齿侧间隙；减小冲击及啮合排气速度；减小齿轮线速度；减小齿轮重量等。

（2）制造工艺：采用磨齿、研齿及剃齿以提高齿轮精度；齿轮修形；控制热处理变形；控制啮合齿轮中心轴线不平行度；提高动平衡精度等。

（3）改进结构：采取重合度更大的斜齿传动。

（4）换挡控制：采用电比例阀控制，提高换挡时齿轮啮合平顺性。

（5）润滑降噪：选择适当的润滑油，并加入改变其摩擦特性的添加剂，使其形成具有减振降噪性能的降噪润滑油。降噪润滑油至少应具备两个方面的性质：静摩擦系数和动摩擦系数之差足够小，能够形成稳定的润滑油膜。如表1所示。

表1　齿轮噪声的可能降噪量

3.2轴承

轴承噪声与轴承本身的设计、精度、类型、安装及使用条件等因素有关，轴承噪声是不可忽视的噪声源。滚动轴承的噪声是由于各个零件（内圈、外圈、滚动体和保持架）的振动相互碰撞及磨损所产生的，滑动轴承在缺乏润滑时会因摩擦产生噪声。轴承振动噪声分为两类：空气激励产生的噪声及结构激励产生的噪声［5］。

一般空气噪声较小，且无法避免，可以通过加盖或密封的方法减小噪声。但轴承噪声受到多种因素影响，如轴承间隙、保持架间隙、润滑条件、运转环境温度、转速、负荷、轴承刚度及结构等，情况复杂。轴承噪声的控制措施主要为：正确选择轴承型号及使用条件，在成本允许的前提下提高轴承精度，合理设定轴承游隙，良好的润滑并提高润滑油清洁度，提高轴承安装支座刚度等。

3.3液压系统

变速箱液压系统元件可分为主动和被动两种，主动元件是泵（将机械能转化为液压能）、阀（将液压能转化为液体动能与热能），噪声主要来源于主动元件变速泵、操纵阀，其中变速泵是主要噪声源，其噪声量约占整个系统噪声的75%左右。齿轮变速泵运转时的压力、流量的周期性变化会形成压力脉冲及结构振动，诱发空气噪声。同时液压管路及阀将压力反射，在回路中形成波动，使泵共振而发出噪声。另外，操纵阀节流口处，由于节流作用产生喷流，使节流口下游通道中油液中空气分离产生大量气泡，气泡在下游阀体及管路中因压力回升而消失，会产生200 Hz以上的噪声。

压力脉冲是泵噪声的主要因素，其起因是流量脉动，因此需控制齿轮泵齿形、结构参数，从而控制泵自身运转噪声。另外，还可通过其他措施控制液压系统噪声：采用电液控制式阀防止液流冲击；控制压力类阀的自激振动；提高管路刚度及平顺性防止管路振动等。

3.4箱壳体铸件

齿轮系啮合固有频率与箱壳体固有频率接近时会引起共振，从而产生噪声。除了通过改变齿轮啮合频率之外，还可以通过改变箱壳体结构提高其固有频率，与齿轮啮合频率错开，从而降低箱壳体的辐射噪声。为了提高箱体的固有频率，可在箱体振动响应较明显的地方添加加强筋或设计为多曲面结构，并进行模态试验，然后根据固有频率情况再进行改进。

4　结束语

变速箱作为工程机械的重要动力传递部件，其工作噪声不可忽视，控制变速箱工作噪声对工程机械降噪十分重要。变速箱噪声与多种因素有关，其诱发机理十分复杂。本文系统分析变速箱噪声来源及识别方法，并对主要噪声来源进行了噪声形成机理分析，提出了相应控制措施。设计变速箱产品时，需特别关注齿轮、轴承、变速泵、操纵阀、箱壳体等零件的设计参数，从源头控制噪声，并尽量提高零件精度，减小运行噪声。

［1］蒋真平，朱喜林.ZL50G型轮式装载机噪声测试与频谱分析［J］.工程机械，2007，38（12）：15-20.

［2］梁志达，罗玉军，司徒德蓉.装载机变速器高频噪声产生机理与对策［J］.广西工学院学报，2011，22（3）：67-70.

［3］机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.3版.北京：机械工业出版社，2004.

［4］梁杰，王登峰，姜永顺，等.汽车变速箱噪声源识别及噪声控制［J］.噪声与振动控制，2006，26（3）：67-69.

［5］岳峥.基于阶比跟踪技术的叉车变速箱噪声源识别分析与应用［D］.合肥：合肥工业大学，2010.

Transmission Noise Analysis and Control

LI Jian1，LI Yi2
（1.Driveline R&D，Guangxi Liugong Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545000，China；2.CV R&D，Dongfeng Liuzhou Motor Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545000，China）

Transmission is an important power part for construction machinery，its work sometimes lead to equipment noise exceeds bid badly.Through the systematic analysis of transmission noise source and identification methods，analysis of the formation mechanism of the main noise sources，puts forward the corresponding control measures，so as to effectively guide the transmission design and improvement，reduce products noise.

transmission；noise；vibration

TH132.46

A

1672-545X（2016）07-0104-02

2016-04-23

李健（1984-），男，湖北武汉人，工程师，硕士，主要从事传动产品设计及研究。