汽车驱动桥振动噪声源分析与控制.docVIP

汽车驱动桥振动噪声源分析与控制 郭年程 中国重型汽车集团有限公司技术发展中心 摘要 利用LMS声振测试分析系统对某驱动桥进行传动系台架试验测试并分析振动噪声异常的原因，通过逆向方法建立桥壳的三维数字化模型并做有限元模态分析。针对双曲面齿轮对冲击过大、桥壳整体弯曲共振和桥壳后盖局部共振等问题提出改进措施，并通过台架试验加以验证。试验结果表明，振动噪声降低明显，改进措施切实有效。 关键词 驱动桥；振动噪声；试验测试；模态分析 中图分类号 U463.2 引 言 驱动桥是汽车传动系统的重要组成部件，也是汽车振动噪声的主要来源之一，对于评价汽车的舒适性起着至关重要的作用[1]。汽车驱动桥主减速器大多选用准双曲面齿轮传动，其设计制造难度大[2]，精度不好控制，而其振动和噪声的根源便是主减速齿轮对的啮合冲击，并且在总成装配的过程中存在很多人为因素，导致装配精度不够高，使其振动噪声大[3]。因此，控制驱动桥的振动噪声水平就成为整车减振降噪的重点和难点。 从声学系统角度分析，由于结构噪声来源于结构的振动，故控制噪声的根本在于控制结构的振动，迄今国内外大部分工作也都是围绕这个问题展开的[4]。在驱动桥减振降噪方面，最积极最有效的控制办法是通过改善驱动桥本身的结构、材料和参数等等来设法降低噪声源的本体噪声。 本文在整车噪声测试的过程中，发现驱动桥噪声异常突出，故把驱动桥单独分析。通过此驱动桥的传动系台架试验，测定多种工况的振动噪声水平，继而分析振动噪声试验数据，结合有限元方法，寻找振动噪声异常的原因，提出改进措施，并通过试验加以验证。本文的分析及改进方法可为其它驱动桥的振动噪声控制提供参考。 1 台架试验 驱动桥的台架试验在汽车电控动力传动系试验台上进行，并对其周围环境进行隔音，保证本底噪声比驱动桥检测噪声低10dB以上。试验所用测量仪器为LMS公司声振测试系统Test.Lab数据采集分析软件。测量声压所用的传声器根据标准QC/T 533-1999规定，放置在驱动桥主减速器上方300mm图2 匀加速工况加速度传感器阶次跟踪分析 从图中可以看出，11阶振动异常突出，此驱动桥主减速器主动齿轮为11齿，说明主、被动齿轮啮合冲击过大。 2.2 改进措施 此驱动桥的主、被动齿轮的表面硬度技术要求都是61±2HRC，表面硬度较高，且两齿轮硬度相同。齿轮有硬齿面和软齿面之分，同样材料和精度的硬齿面齿轮的振动噪声要比软齿面齿轮的高很多[6]，但齿面硬度又是影响齿轮使用寿命的主要因素[7]，故表面硬度不能太低。此驱动桥主、被动齿轮的硬度相同，但被动齿轮齿数多，在使用过程中比主动齿轮磨损的要轻，故最合理的取值应是被动齿轮的硬度比主动齿轮稍低，这样齿轮对振动和冲击的衰减吸收能力将会提高，并且也保证了主、被动齿轮的磨损程度基本一致，不会影响主减速器的使用寿命。 在主动齿轮表面硬度不变的前提下，把被动齿轮的表面硬度适当降低，使之稍低于主动齿轮的硬度，由61±2HRC改为59±2HRC，能降低驱动桥的振动和噪声水平。 2.3 齿轮寿命分析 降低被动大齿轮的表面硬度到底会不会降低齿轮的寿命？对于闭式传动的齿轮副来说，其主要的失效形式为齿面接触疲劳点蚀，齿轮的接触疲劳许用应力为： σHP=σHlimZN （1） 式中：σHP为接触疲劳许用应力； σHlim为试验齿轮的接触疲劳极限，是指某种材料的齿轮经长期持续的重复载荷作用（对大多数材料其应力循环数为5×107）后，齿面不出现进展性点蚀时的极限应力； ZN为接触强度计算寿命系数。 对于驱动桥齿轮按车辆里程至少十万公里计算应力循环次数NL选取范围5×107＜NL≤1010时，对于渗碳淬火钢不允许点蚀，则 ZN= （2） 由GB/T 8539-2000《齿轮材料及热处理质量检验的一般规定》查取齿轮疲劳极限图如图3所示。 图3 渗碳淬火齿轮的疲劳极限图 图中齿轮的疲劳极限值对渗碳齿轮适用于有效硬化层深度δ≥0.15 mn[8]，式中试验驱动桥主减速器齿轮的法向模数mn=5.217，故δ须大于0.78。而实际齿轮渗碳淬火有效硬化层深度为0.8～1.2，满足条件。 根据GB/T 8539-2000中材料质量等级ML、MQ、ME的区别，选取MQ线为试验驱动桥主减速齿轮的取值线。则： σHlim=1500N/mm2 （3） 综合分析式（1）（2）（3）和图3可知，研究对象齿轮的接触疲劳许用应力在齿面硬度57HRC-63HRC的范围内不受齿面硬度的影响，因此把试验对象驱动桥的主减速器被动大齿轮的齿面硬度由61±2HRC改为59±2HRC不会降低其寿命。 3 桥壳弯曲共振问题 3.1 问题发现 图4为模拟挂挡反拖工况传声器