田春雨 张继东 王巧玉 信国庆

摘 要：文章以某手动挡车型5档同步啮合变速箱作为研究对象，分析汽车变速箱产生振动噪声的原因。对变速箱整体部件进行噪声仿真分析，利用声固耦合对变速箱进行外部场域单向耦合，考虑噪声的传播途径、分布情况以及具体频率，得到变速箱的箱体外表面声压级分布情况和噪声辐射等声学特性。

关键词：变速箱;声固耦合;噪声辐射

中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）14-101-03

Abstract： In this paper， the 5-speed synchromesh gearbox of a manual transmission is taken as the research object. The reason of the noise of the automobile gearbox is analyzed. The software carries on noise simulation analysis to the whole parts of gearbox， and using the sound-solid coupling to carry on the external field one-way coupling to the gearbox， taking into account The acoustic characteristics of the gearbox， such as the distribution of sound pressure level on the external surface and noise radiation， are obtained.

Keywords： Gearbox; Sound-solid coupling; Noise radiation

CLC NO.： U467  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）14-101-03

1 引言

在發动机的动力经变速箱向车轮传递的过程中，传动系中的相对运动部件会发生摩擦、挤压等物理现象，导致零件之间发生振动，进而引发噪声，变速箱噪声占传动系噪声的40%，因此变速箱的噪声产生机理研究有重要价值[1-2]。

2 模型定义

图1为手动档车辆的5档变速箱模型，本文研究箱体中齿轮产生的振动辐射引发噪声的情况。对变速箱进行多体分析，计算变速箱内部声压场和外部辐射声压。

2.1 单向耦合

当研究对象符合耦合多体/结构和声学物理时，如果外部流体是空气等轻流体，则可以假设单向耦合。此时变速箱箱体的振动会影响周围的部分流体场域，而声波对变速箱箱体结构的反馈则会被忽略。

在一定的频率范围之内执行声学分析，变速箱的箱体外耦合一个半径0.75m球形声场，在耦合模型中加入两个探针来检测单向耦合条件下的声压级。

2.2 模型参数

选择空气作为领域的填充材料，激励频率的范围取1000 Hz～3000 Hz，步长为5Hz。

2.3 边界条件设定

球域边界设置为球面波辐射，变速箱所有边界设为硬声场边界。

3 噪声计算

变速箱箱体上的法向加速度作为噪声源被施加在空气场域的内部边界上。通过计算得到耦合空气场域内和变速箱箱体表面上的声压级[3]。变速箱箱体及球域内的声压级如图3所示。

从图3中可以看出在噪声传播的过程中不同位置的外部声压级是不同的，在齿轮的啮合基本频率左右的附近的2000Hz时，铰链支撑处所在的平面（y-z面）声压级较大，与铰链支撑面垂直的平面（x-y面）声压级较小，即齿轮的基本啮合频率对振动与噪声的产生较大的影响。

从图中可以看出变速箱箱体表面的声压级分布较为平均，结合振动与噪声的产生机理[4-5]，可以确定齿轮的基本啮合频率会使得变速箱产生振动和噪声。

为了能够清楚地辨识噪声辐射的方向性，分别创建x-y面、x-z面和y-z面的声压远场图，如图5所示。

从图5可知，x-y面为轴向水平传播，可以看出轴向传播扩散相对较小，且范围相对较小。x-z面为轴向竖直传播，因受到支撑铰链竖直方向振动影响，声压级扩散较xy面大，且范围也较大。y-z面为铰链支撑处径向传播，支撑铰链处振动最大，所以为三个面中声压级最高，且扩散范围最大。在频率为2000Hz时，距y-z面1米处声压级最大，距x-y面1米处的声压级最小，与各个平面振动大小以及声压级结果相同。

图6为两个麦克风位置处的压力大小与频率的函数关系。可以看出，振动为低频振动[6]，麦克风2处的压力大小高于麦克风1，这是因为它更加靠近噪声源。同时根据图6可以看出，两个传声器位置处的压力峰值都集中于2000Hz左右，与齿轮啮合基本频率相近。

4 结语

（1）在齿轮的啮合基本频率左右的附近，铰链支撑处所在的平面（y-z面）声压级较大，与铰链支撑面垂直的平面（x-y面）声压级较小，即齿轮的基本啮合频率对振动与噪声的产生较大的影响。

（2）噪声以齿轮啮合处为核心，向外扩散，且大小逐渐减小，变速箱箱体表面上噪声声压级较小，且数值较均匀。

参考文献

[1] 张教超，陈晓利，郝方楠.某变速箱噪声及振动异常分析[J].汽车零部件，2015，（7）.

[2] 张博强.汽车变速箱的振动与噪声测试方法探讨[J].通讯世界，2015，（6）.

[3] 刘慧.汽车变速箱的振动噪声优化研究[D].江苏：东南大学，2018.

[4] 刘明库.汽车变速箱系统的振动与噪声仿真分析[D].河南：河南科技大学，2018.

[5] 王世杰，焦卫兵.立车变速箱振动噪声产生的机理及测试[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2014，（4）.

[6] 周磊，于柱春.某型变速箱箱体振动噪声分析研究[J].山东交通学院学报，2013，21（4）.