齿轮参数设计对变速器NVH性能影响的研究

一、噪声的来源
啸叫噪声为单一阶次的高频率噪声，频率范围集中在700～4000Hz之间。齿形齿向的误差产生的影响最大，因齿形齿向的误差直接影响传递误差的幅值，因此齿形齿向的微观参数、传递误差与齿轮啮合冲击造成的噪声有着非常重要的相关性。
二、影响因素
齿形齿向的微观参数通过对齿轮微观修形的方法，包括齿轮参数的定义、评价方法等来提高齿轮啮合性能，改善齿面应力接触均匀性，降低传递误差，进而降低变速器振动噪声。本文从测试的硬件、软件、噪声信号分析处理方面，结合齿轮参数、修形对齿轮噪声影响的因素，通过整车对比验证，变速器二挡噪声明显下降，优化成果显著。
根据各类不同型号变速器NVH问题调查的经验和总结，在进行齿轮设计时，应考虑以下因素对噪声的影响：
2.1齿数和模数对齿轮噪声的影响
a）如果一旦中心距确定，那么齿轮副的齿数之和愈大，该齿轮副的模数就愈小；
b）在确定齿轮重合度后，尽可能选择相对较小模数的齿轮，减少齿轮啮合的多边形效应，这样齿轮运行更平衡，瞬时传动比也更准确；
齿轮参数设计对变速器NVH性能影响的研究
摘要：变速器是汽车动力传动系统的重要组成部分，同时也是传动系统振动噪声的主要源头之一，对整车的NVH性能有比较重要的影响，因此变速器NVH测试分析和改善的重要性和必要性不言而喻。本文旨在通过探究齿轮几何参数对齿轮传动中齿轮啮合冲击的影响，进而减小振动的影响规律，总结出齿轮的相关参数与噪声源之间的关联性和降低噪声的路径，从而为低噪声的高性能变速器设计提供理论支持。
关键词：变速器；NVH；齿轮修形；优化方法
随着乘用车性能越来越高，驾驶者和乘客对汽车乘坐舒适性也有越来越高的要求，变速器NVH问题成为当前动力总成传动系统急待解决的问题之一。
齿轮系统的振动状态表现出的噪音中变速器啸叫是由齿轮啮合和滚动接触噪声造成的，而优化齿轮参数是改善变速器啸叫噪声的一个重要途径，通过微观的修形，以达到减小传递误差、均匀载荷、缓和啮合冲击等作用，最终优化后的齿型参数使齿轮之间啮合运转平稳，啮合冲击较小，并结合数值仿真和试验验证等手段来达到降低变速器啸叫噪声。
c）减小压力角对于齿轮副的总重合度会有提高，因此，减小压力角来控制齿轮噪声的方法，主要适用于噪声比较大、受载荷较小的高速档齿轮；
d）齿顶高系数越大，不但会造成齿轮重合度越大，而且轮齿也会越长，在一定程度上提升轮齿的柔性，保证齿轮精度的情况下，齿轮运转的平稳性得以提高，进而降低齿轮的振动和噪声。
2.3重合度对齿轮噪声的影响
a）齿轮副的重合度表示啮合过程中同时参加啮合的轮齿的变化情况；
b）变速器斜齿轮重合度一般设计多大于2，表明同时参与啮合的齿轮副大于2对；
c）圆柱斜齿轮的重合度是端面和轴面重合度之和，一般数值大于2或3；
d）重合度的提高，减少单对齿轮啮合时的载荷冲击，进而减少齿轮的动态激励，因此也就减小了齿轮啮合的噪声；
e）增加齿数和，减小模数；加大齿顶高系数；采用小压力角；增大螺旋角和齿面宽等均可增大重合度，但需要综合考虑加工的可行性等因素，最终制定最佳的参数。
2.4螺旋角、齿面宽度对齿轮噪声的影响
a）在斜齿轮中，增大齿轮的螺旋角或齿面宽度都可以增加齿轮的重合度；
b）由于增大重合度，可以减小齿轮的啮合噪声，因此，增加螺旋角或增加齿面宽度也能降低齿轮啮合噪声；
2.6齿轮修形对齿轮噪声的影响
a）齿轮啮合时，啮合综合刚性的动态性变化以及齿轮传动误差和安装误差引起啮合齿廓偏移理想位置，齿轮啮入和啮出产生的冲击力都会产生啮合激励噪声；
b）采用对齿轮进行修形的方法能有效减小齿轮传动中的激励源，减小齿轮传动过程中撞击，降低噪声；
c）所以，在实际设计中，常常采用对齿轮进行修形（齿轮齿形修形、齿轮齿向修形、齿形齿向同时修形、齿顶修缘）的方法进行齿轮参数设计调整，以求减小齿轮噪声。
3.1变速器NVH分析的通常流程：
c）通过系统综合分析，找出主要影响的啮合齿轮副，提高该齿轮精度可以减小齿轮传动误差，降低齿轮啮合激励影响，从而达到降低齿轮噪声的目的
三、分析方法：
频谱分析法在动力总成变速器NVH方面的研究有着独到优势，主要将主观评估的感受以客观量化的形式表现出来，首先应找出变速器噪声的传路径，以便对变速器的噪声振动进行分析，寻找噪声声源提供了方便有效的方法。
c）齿轮模数对传动精度的影响减小，主要是降低由于齿面摩檫力导致的扭矩波动率，因此降低模数或者增大齿轮副的齿数之和可以降低齿轮噪声；
2.2齿轮压力角和齿顶高系数的选择对齿轮噪声的影响
a）齿轮轮齿的刚性对齿轮运转过程中齿轮齿面上载荷的变化有着直接的影响；
b）当设计的齿轮副的弯曲，接触强度和抗胶合性能满足设计要求后，压力角控制在25°以下，尽可能减小压力角可以降低齿轮轮齿的刚性，降低啮合冲击激励；
c）因为螺旋角与齿面宽度对齿轮啮合噪声的影响与齿轮所受载荷应力有关，在载荷较大时，螺旋角越大，噪声级越小。
2.5齿轮副侧隙对齿轮噪声的影响
a）齿轮副的侧隙过大或过小对齿轮运转时产生的噪音贡献，都有十分显著的影响，对于不同转速和传动结构应选择不同侧隙，变速器普遍采用较小侧隙来降低噪声的影响。
b）侧隙的变化量直接影响齿轮运转的不平稳性。
④尽量避免在节点附近的“中凹”齿形误差，会增加传动噪声最大至18分布；
⑤齿距误差可增加传动噪声7分贝。
2.7齿轮精度对齿轮噪声的影响
a）齿轮精度直接影响啮合齿面间相对滑动的齿面摩擦系数，不同齿轮工艺手段和润滑油的使用对齿面粗糙度的影响都很不一样，只有系统性与其他配合零件来综合考虑精度等级。
b）经试验证明，当转速大于800RPM，载荷大于200Nm，可以明显地看出齿轮精度对噪声的贡献，而且其差别随着转速和载荷的上升而变得更明显；
d）首先通过齿廓修缘来减小齿面冲击，进而降低噪声；也可同时对齿向进行修形，齿轮宽曲面修整来改善轮齿接触更均匀分布；
e）通过接触斑点等实验验证调整，合理的齿面修形也可以有效改善齿轮传动噪声；
f）以下试验证明：
①齿向修缘可降低传动噪声2～8分贝；
②齿廓修缘可降低传动噪声4-5分贝；
③研齿工艺的实施，对改善齿面粗糙度，降低传动噪声4-7分贝