陈金柱，许国界

（陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西 西安 710119）

低噪声变速器的开发

陈金柱，许国界

（陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西 西安 710119）

开发变速器时，降低噪声是一个重要的目标。在法定的加速阶段车外噪声级方面，除了发动机（包括进排气系统）和轮胎外，仅在商用车中，变速器是一个重要的噪声源。本文从变速器噪声及起因出发，分析噪声是怎么达到耳朵的，探讨噪声评价标准及如何降低变速器噪声。

变速器；低噪声；评价；对策

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.010

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)11-25-03

前言

开发变速器时，降低噪声是一个重要的目标。汽车噪声不仅会损害驾驶人和乘客的舒适和健康，而且还会使周围环境承受交通噪声之苦。在法定的加速阶段车外噪声级方面，除了发动机（包括进排气系统）和轮胎外，仅在商用车中，变速器是一个重要的噪声源。有关其他车内噪声源的降噪措施已经证明获得了成功，因此降低变速器噪声的压力越来越大。一般由于变速器噪声的特定品质，使它与车内其他噪声源区分开来，这种压力不是变速器的绝对噪声级的大小。因为有些变速器噪声只有在某些工作条件下才可以听到，所以某些变速器噪声现象本身不会构成一个太强大的噪声污染源。但是，这些噪声常常会导致客户抱怨，因为用户会（错误地）认为汽车发生故障。在寻求降低变速器噪声的时候，仅仅改进变速器本身是不够的，正如所有的汽车噪声问题一样，对涉及传递和辐射噪声的车身和其他零部件都必须加以考虑。

1、变速器噪声及起因

1.1呜呜声

在载荷作用（传递功率）的情况下，齿轮对的滚动接触噪声被称为呜呜声（啸叫、振鸣声或嗡嗡声）。这种运行噪音有若干起因：

1）啮合冲击。啮合冲击是齿距误差或像轴与齿轮之间的同心度这样的几何误差以及在载荷作用下由于齿轮、轴或外壳的变形而引起的偏离齿轮定律的偏差共同作用的结果。然而，为避免这些啮合冲击而所进行的齿廓较正仅仅对某一载荷范围才会有效。

2）参数激发振动。参数激发振动的起因是轮齿刚性随啮合位置而变化。这种振动的大小取决于传动机构的几何形状和转速。如果激励频率（转速乘以齿数和谐波）接近于齿轮对的自振频率，共振便会产生特别大的振幅，因而也会产生特别大的噪声。即使在齿轮轮齿非常精准的情况下，也会出现这样的振动。

3）滚动接触噪声。表面质量不高会产生“搓衣板效应”，从而导致滚动接触噪声。即使在满足公差要求的情况下，如果生产过程中形成的某些齿侧表面结构引起了振动，就会出现噪声。

1.2咔啦声/咯噔咯噔声

无载荷时，齿轮和换挡元件在容许的功能限值和生产限值内的振动会产生咔啦声和咯噔咯噔声，这些响声是由变速器轴的扭转振动引起的。如果扭转振动的振幅超过一定值后，目前尚未啮合的空套齿轮轮齿将会离开轮齿驱动侧，并在齿隙范围内来回振动。这种振动的振幅取决于该空套齿轮的转动惯量、阻力距和引起激励的扭转振动加速度的大小。受到激励作用后，同步器锁环和滑动接合套也会在它们的间隙范围内出现扭转振动。松动的零件在遇到间隙极限的情况时出现撞击时这种噪声的真正起因。

1.3哐当声

除了作为对载荷突变的一种反应的低频纵向冲击声（约2～8Hz）外，还会出现叫做“哐当声”的高频金属响声。在工作的零件的侧面相互敲击就会出现这种声响。进行噪声分析时，必须从飞轮到轮边减速器的整个传动系进行考虑。

1.4换挡噪声

如果同步器不能正常起作用，换挡时就会出现明显的啮合噪声。这种噪声可能起因包括：同轴度偏差、齿距误差、齿廓异常和驾驶人的换挡风格等。

1.5轴承噪声

轴承噪声通常很难察觉。这种噪声仅仅在滚动轴承装配过紧或损坏时才会出现，但随着损坏程度的增加，噪声迅速增加。

2、噪声是怎样到达耳朵的

齿轮齿面是主要的噪声源。这种噪声的声级和特点以多种不同的方式受到传递至人耳所经过的路径的影响。

在正常密封的变速器内所产生的高声级空气传播的噪声不会在变速器外面形成高声级噪声，这是因为它没有足够的能量来激励变速器外壳产生剧烈振动。齿轮体的振动作为结构传播的噪声被传递给变速器轴——在固定齿轮的情况下为直接传递，而在空套齿轮的情况下，经过各自的轴承传递。输入轴和输出轴将振动传到变速器之外。当然，这种振动大部经过变速器轴的轴承传给变速器外壳。特别是轴的弯曲振动会对外壳产生激励作用。

如果激励频率接近外壳的自然振动频率，振动会得到进一步放大，因而产生高的噪声级。变速器壳辐射噪声中的一部分为空气传播的噪声，其余作为结构传播的噪声，通过变速器支座传给车身。在从变速器经过传动轴到车身的结构传播噪声的传递中，传动轴起到了重要的作用。正因为此，在任何噪声传播路径分析中，不应该将它们忽略不计。

3、噪音评价标准

在评价变速器噪声过程中，驾驶人、乘客和车外人对这种噪声的主观感觉极为重要。

在一辆汽车正处在开发中时，常常通过训练有素的测试驾驶人对特定的噪声现象进行主观评价，对改进措施进行评价。常用的一种评价标准是“ATZ评价”。评价小组必须对他们的评级进行反复比较，以确保进行始终如一的合理评价。

表1　ATZ 变速器噪声评价表

然而，仅靠客观评判对详细分析噪声的起因是不够的。为了对变速器的开发措施进行评价和精确的比较，需要有主观数据。通常使用噪声和振动数据，而这些数据既可以在工作条件下测得，也可以使用合成激励的方法测得。依据激励和探测，可以用模态分析，工作振动或传播路径分析等方式，对数据作进一步处理，这样便可提供有价值的信息。

4、对策

显然，有效地降低现有变速器的噪声排放比较困难且比较昂贵，所以，在新型变速器的开发过程中，必须从规划和设计阶段对“低噪声变速器”这一开发目标进行全面考虑。对于限制噪声产生的主动降噪措施和限制噪声传播的被动降噪措施要加以区别。

主动降噪措施有时只能影响某一特定类型的振动。降低传递功率的齿轮对的振动的主动降噪措施会对传动齿轮的几何形状和生产质量产生影响。大的横向接触比和重叠比（高接触齿轮和斜齿轮）会减小因此而导致的轮齿刚性不一致性，并减小啮合冲击。

为了减轻由于载荷和因此而产生的变形所导致的啮合干涉，首先要进行齿廓矫正（修缘、横向中间增厚），其次是尽可能地提高齿轮体、轴、轴承和壳体的刚度，并使他们的自振频率分散开，以防出现过大的动态变形。轮齿加工质量是导致滚动接触噪声的一个主要因素。变速器的运行转速对于有载荷作用的齿轮所辐射的噪音具有很大的影响，而载荷本身没有过大的影响。但是这些参数通常都不可以改变。

松动零件的振动程度受变速器本身的三个参数的影响。齿隙和转动惯量应尽可能小，而作用于各个松动零件上的阻力距应尽可能的大。由于存在许多功能上的抱怨，像低环境温度下的变速器功能、高效率等等，因此，很少有降噪的潜力。如果相应降低变速器轴的扭转振动的振幅，可大幅度降低卡啦声和咯噔咯噔声。如果发动机转速的波动被解耦，将可为降低噪声创造极大的空间。

降低变速器噪声的被动措施，尤其与齿轮轮齿经过轴传给外壳的结构传播噪声的传递相关。对于高频振动而言，在载荷作用下，如果不存在任何不可接受的变形的情况下，应该将一个尽可能软的隔离元件（橡胶块）用作低通滤波器。变速器壳的结构特别重要。必须避免变速器壁面上出现的噪声强烈型振动。采用提高刚度的措施时应仔细考虑这样的事实：采用外部加强筋虽然制造成本低，但是却增加了噪声辐射表面。变速器壳体的材料对于噪声辐射也会产生重大影响。今天经常使用的轻合金的吸振特性比铸铁差得多。

[1]李润方，王建军．齿轮系统动力学[M]．北京：科学出版社，1997．

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[5]郭栋．汽车变速器噪声特性研究[D]．重庆：重庆理工大学，2010．

Developing low-noise transmission

Chen Jinzhu, Xu Guojie
( Shaanxi Fast Auto Drive Engineering Institute, Xi’an 710064 Shaanxi China)

Noise reduction is an important objective when developing vehicles. With respect to statutory exterior noise levels for accelerated passage, the transmission is, besides the engine (including intake and exhaust systems) and tyres, a significant source of noise only in the case of commercial vehicles. In this paper, starting from transmission noise and its causes, analysis how noise reaches the ear, discuss the assessment criteria of transmission noise and how to reduce transmission noise.

transmission; low noise; assessment; countermeasure

U463.2

A

1671-7988(2016)11-25-03

陈金柱（1985.2），男，工学硕士，工程师，就职于陕西法士特汽车传动工程研究院，主要从事机械式变速器的设计工作。