機械工程碩士論文范文:機械變速器嘯叫聲挺因素探微及降噪研究

來源: www.126151.tw 作者:lgg 發布時間:2013-09-25 17:07 論文字數:37200字
論文編號: sb201309251432408499 論文地區:中國 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文 論文價格: 150
變速器敲擊主要是由于變速器輸入端扭矩波動引起非承載齒輪嚙合沖擊產生;變速器嘯叫是由齒輪系統嚙合過程中齒輪副的傳遞誤差產生,與齒數等相關,當箱體受激勵產生共振后嘯叫表現得更

第一章 緒論


1.1 NVH 的重要性
中國汽車工業已取得了巨大的成功,2010 年汽車產銷量均突破了 1800 萬輛,刷新了世界記錄。但隨著城市中汽車保有量的增加,交通噪聲對人們生活的影響越來越大。據統計,機動車輻射的噪聲,約占整個環境噪聲的 75%,是目前環境中主要的噪聲源。隨著中國汽車市場的成熟度提高,客戶對一些主觀感知要求也越來越高。汽車的 NVH 特性是汽車行業與相關汽車零部件行業關注的綜合性問題之一。有統計資料顯示,汽車整車的故障中,約有 1/3 的故障問題是和汽車的 NVH(Noise,Vibration, Harshness)問題有關,世界各大汽車公司有近 20%的研發費用投入在解決汽車的 NVH 問題上。由此可見,汽車 NVH 性能在今天已經顯得尤為重要。


1.2 變速器的常見 NVH 問題
汽車 NVH 問題涉及汽車的多個子系統以及各子系統之間的匹配關系,是一個涉及到多學科的系統性及綜合性的問題。也是迄今為止沒有一個成熟而通用的產品可以解決汽車中遇到的各種振動與噪聲問題的原因之一。近年來,隨著對汽車 NVH 性能要求的不斷提高,變速器作為汽車動力傳動系統的重要組成部分和汽車振動、噪聲的主要來源之一,其 NVH 性能也日益受到關注。在變速器齒輪系統中,根據不同的振動狀態,噪聲主要可分為敲擊(Rattle)和嘯叫(Whine)噪聲兩類。變速器敲擊主要是由于變速器輸入端扭矩波動引起非承載齒輪嚙合沖擊產生;變速器嘯叫是由齒輪系統嚙合過程中齒輪副的傳遞誤差產生,與齒數等相關,當箱體受激勵產生共振后嘯叫表現得更為突出。


1.3 業內關于機械式變速器嘯叫聲研究
機械式變速器嘯叫噪聲問題由來已久,各汽車公司和一些學者分別對其進行了研究。Romax 科技公司和通用大宇技術公司通過齒輪修形以減小齒輪傳遞誤差,從而降低齒輪嘯叫,并對傳遞誤差的仿真結果與測量結果進行對比,驗證了兩者的關聯性[1];福特汽車公司通過 CAE 仿真和實驗分析齒輪高頻嘯叫問題,提出在驅動軸上增加慣性質量降低嘯叫噪聲[2];馬自達汽車公司對薄齒輪和寬齒輪不同結構和振動特性下嘯叫的傳遞途徑進行了分析,提出薄齒輪可通過改善嚙合力以降低嘯叫,而寬齒輪需通過改善圓錐滾柱軸承傳遞性以降低嘯叫[3]。國內,同濟大學曾對基于階次分析進行客車變速器噪聲試驗研究[4];重慶理工大學的施全通過變速器振動噪聲臺架實驗識別主要噪聲源,提出通過減小齒輪側隙、增大重合度以降低變速器嘯叫;江蘇大學的葛如海采用 Romax Designer 軟件對齒輪嚙合情況進行分析,通過齒面微觀修形,將齒輪發出的階次嘯叫噪聲降低了約 10dB(A)[5];浙江大學的郝志勇通過變速箱總成的多體動力學建模仿真,得出承載嚙合對產生的動態嚙合力表現為齒輪嘯叫[6]。
綜上,目前對變速器嘯叫問題的研究,雖然能在一定程度上降低嘯叫噪聲,但沒有從機理上、本質上認清變速器嘯叫噪聲的產生原因,因而不能從根源上抑制直至消除嘯叫。隨著人們環境意識的不斷提高,車輛噪聲問題已經引起了全社會的高度重視,汽車噪聲的大小已經成為衡量汽車質量水平的重要指標,對于汽車噪聲的防治是當前世界汽車工業的一個重要課題。動力總成噪聲作為汽車的主要振動和噪聲源,變速器噪聲在其中占很大比重。我國國產變速器的早期開發主要是從可靠性的角度出發的,并沒有把振動噪聲作為控制目標。隨著國家法規對整車噪聲的日益嚴格,以及汽車購買者對乘坐舒適性的要求越來越高,對國產變速器的振動噪聲的控制已刻不容緩。變速器的噪聲是一個普遍存在的問題,目前,國內以研究變速器敲擊為主,對于變速器的嘯叫問題研究有限。本文針對某款手動變速器的嘯叫噪聲,通過理論嚙合模擬計算、臺架接觸斑點試驗以及不同工況下的整車道路實驗,確定嘯叫噪聲產生的源頭、設計優化方法,以有效降低變速器嘯叫噪聲,提高汽車的乘坐舒適性,在技術上拉近與國際領先水平之間的距離,并可形成一套可用于變速器減振降噪的方法和流程,為解決工程實際問題奠定基礎。


第二章 變速器噪聲相關理論


2.1 振動與噪聲
2.1.1 定義
聲音(包括噪聲)是由物體振動產生的,而振動在彈性介質中的傳播形式就是聲波,處于一定頻率范圍內(20~20000Hz)的聲波作用于人耳就產生了聲音的感覺。物體振動是產生聲音的根源,但并不是物體產生震動后一定會使人們得到聲音的感覺。因為人耳能感覺到的聲音頻率范圍只是在 20~20000Hz 之間,這個頻率范圍的聲音稱可聽聲,頻率低于 20Hz 的聲音稱為次聲(infrasound),頻率高于 20000Hz 的聲音稱為超聲(ultrasound)。次聲和超聲對于人耳來說都是感覺不到的。噪聲(noise)通常定義為“不需要的聲音”(unwanted sound),是一種環境現象。人一生都暴露在有噪聲的環境,噪聲也是一種由人類各種活動產生的環境污染物。但是噪聲有不同于其它污染物象空氣污染物、水污染物的特點如下:(1)把噪聲定義為“不需要的聲音”是很主觀的,被某人認為是噪聲的聲音,卻可能被另外的人喜愛;(2)噪聲衰退的時間短,不像空氣污染物、水污染物等那樣長期存在于環境中,因此當人們設法去降低、控制或抱怨環境噪聲時,該噪聲可能已不再存在;(3)噪聲對人們生理和心理的影響很難評價,其影響經常是錯綜復雜的、隱伏的,其影響結果的出現是漸近的,以至于很難將原因和結果聯系在一起。實際上,一些聽覺可能已經受到噪聲損害的人,卻并不認為自己有什么問題。描述聲音高低的物理量是頻率,描述聲音強弱的物理量有:聲壓、聲強、聲功率以及各自相應的級,描述聲音大小的主觀評價量是響度、響度級。


2.1.2 噪聲評價標準
前述以聲壓、聲強、聲功率及其相應的級來表示聲音的強弱,只是對聲音的客觀評價量,而不能準確地反映人對噪聲的主觀感覺。實驗證明,雖然兩個聲源的聲壓相同,當其頻率不同時,人耳的主觀感覺卻是高頻聲比低頻聲響得多。亦即人耳對聲音大小的感覺不但與聲壓有關,還與頻率有直接關系。如何使噪聲的客觀物理量與人耳感覺的主觀量統一起來,這就是噪聲評價的重要問題。幾十年來,人們對人耳聽覺與聲壓級及頻率的相互關系進行了大量的試驗研究。為此,我們把人耳對聲音的主觀感覺,即聲音“響”的程度,稱為響度(loudness),單位是宋(sone),用 N 表示;把以分貝表示的聲壓級對測試聲頻率作圖得到一曲線,該曲線稱為等響曲線或 Fletcher-Munson 曲線,如圖 1 所示。它是根據大量聽者認為響亮程度相同的純音的聲壓級與頻率關系而得出來的。等響曲線以 1000Hz 純音作為基準聲學信號,仿照聲壓級的概念提出一個“響度級”參數,其單位稱為“方”(phon),表示為 LN。[7]一個聲學信號聽起來與 1000Hz純音一樣響,則其響度級“方”值就等于 1000Hz 純音聲壓級的分貝值。例如,某聲音聽起來與頻率為 1000Hz、聲壓級為 90dB(A)的純音一樣響,則此聲音的響度級為 90 方。響度級既考慮了聲音的物理效應,又考慮了人耳的聽覺生理效應,它是人耳對聲音的主觀評價[8]。


第三章 變速器嘯叫聲實驗.......13
3.1 實驗目的............13
3.2 實驗內容............13
3.3 各工況道路實驗數據分析....17
3.4 whine 噪聲源頭辨識及輻射分析 .............31
3.5 小結..........58
第四章 齒輪修形.............59
4.1 MASTA 分析功能介紹 ..........59
4.1.1 軟件概述...........59
4.2 殼體分析............61 
4.3 變速器齒輪接觸斑點試驗.....66 
4.4 變速器裝車整車嘯叫測試報告......68
4.5 二檔齒輪 MASTA 分析 ........74 
4.6 齒形微觀修形方案制定........82
4.7 新方案測試結果...........85
第五章 總結...........89
5.1 主要工作總結.....89
5.2 研究展望............89


結論


本課題涉及的在整車上的嘯叫噪音,通過在整車上布置多通道噪音和振動傳感器測試,通過階次噪音分析方法,找到了與駕駛室主觀聽到的噪音在相一致的客觀噪音來源-嚙合齒輪,階次噪音的表現在檔位、轉速區間甚至噪音高低與主觀感受都有著很好的一致性。通過多通道測試數據的階次跟蹤噪音以及對這些不同部位測試得到的階次噪音進行相干性分析,我們認為嘯叫噪音主要通過汽車駕駛室的結構傳遞噪音,為將來針對該問題的隔音減振提供了明確的工作方向。通過整車 NVH 測試分析、變速器臺架測試分析、變速器 Masta 分析以及制造優化等完整的 NVH 改進、測試過程,對于整車的測試分析、變速器臺架測試分析這方面的測試分析工作,我有了很大的提高。同時作為重點的變速器設計開發中關于 NVH 問題的優化設計理論分析及設計實踐經驗,能夠幫助我今后的工作中在設計初期更加重視 NVH 問題,有針對性的完成設計審核,盡可能減少已知的變速器 NVH 問題在不同項目上的重復發生。
本文最終通過對嘯叫噪音的多工況及多點的測試分析工作,確認了整車上可疑的加速及滑行噪音的來源與變速器直接相關,并且這些噪音的傳遞主要通過車身結構件進行傳遞,因此迫切需要改善變速器的 NVH 表現。通過后期的變速器齒形改進優化等工作,解決了變速器先期開發中齒輪微觀修形對 NVH 的預測,通過降低齒輪傳遞誤差,改善接觸區(目的是改善接觸應力),實現優化變速器工作中的加速及滑行噪音。本項目針對齒輪微觀修形進行 Masta 分析中一些結論性的指標,對今后解決類似問題,提供了可借鑒的客觀參考指標。


參考文獻
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