变速箱振动与噪声分析_董晓露
对重型货车变速箱振动噪声的测试分析
而该频率信号在其他 部位未被发现。 从而可以推 断， 车外加速噪声峰值频谱 是变速箱异响产生的。 三、 车外加速噪声测试 实验采用北京东方振动与噪声技术研究所的Ｄ Ａ Ｓ Ｐ 噪声测试系统、 传 声 器及加速度传感器等 。 首先， 针对本文研究的某重型车进行车外加速噪声的 频谱测试 ， 测试结果发现６ 档车外加速噪声 出现时程峰值 ， 测试 结果可以看 出， 在６ 档车外加速工况， ２ ． ７ ２ Ｓ 时刻出现峰值， 时程 曲线上升４ ． １ ｄ Ｂ ㈧ 。噪声
汽车噪声的大小是衡量汽车总体质量 的重要指标。汽车加速行驶车外 噪声是评价各种车辆可能产生的最 高噪声级的极限，汽车车外加速噪声实 验法是测试 车辆最高噪声极限的实验方法 ，也是世 界 目前通用的检测车辆 噪声的方法 。汽车噪声可以分为两类：第一类是 与发动机转速相关的噪声 源， 包括进 、 排气噪声、 结构辐射噪声、 风扇噪声、 齿轮噪声和辅助系统噪声。 第二类是 与车速相关 的噪声源，包括传动系噪声、轮胎噪声和空气动力噪
所努力的方 向。国际上对 噪声源识别方法的研究 随着科学技术的发展不断
深入。
射。 为了不影响发动机的通风冷却， 维持发动机工作时的热平衡 ， 隔声罩前、 后端是 敞开的。 ｂ ． 在 驾驶室 后部的开 口处安装了一块玻璃纤维板 ， 玻璃 纤维板背面衬 有一块厚度 为５ ｍｍ的橡胶板 ， 二者 组合 在一起 构成一个隔声屏 ， 用来 阻隔 发动机表面噪声通过驾驶室后部开ｖＩ 向外辐射传 播。 ｃ ． 在发动机 消声器 的外部包裹一层厚１ ０ ａｍ的耐热吸声材 料， ｒ 在外面再
包裹一层ｌ ｍｍ厚的铁皮， 用来减小发动机 的排气噪声。 ｄ ． 原车空气滤清器进气 管有２ 个９ Ｏ 。的直角， 工作中产 生较大 的进气涡
汽车变速箱的振动噪声特性分析与研究
摘 要变速箱作为动力输入与输出的承载装置，无论是在传统内燃机汽车还是新兴的新能源汽车上都必不可少。
由于行星齿轮在承载能力、传动效率等方面的优势，使得它在变速箱中有着普遍的应用。
变速箱是汽车噪声源的主要产生部位之一，它对整车的噪声与振动（NVH）性能有很大的影响，因此，变速箱的辐射噪声预估与控制受到了科研人员的密切关注。
本文以某电动车搭载的行星齿轮变速箱为研究对象，综合运用理论分析、数值仿真模拟、试验测试等手段，提出考虑箱体柔性及太阳轮浮动的变速箱振动噪声预估方法，对其在高转速下的振动噪声性能进行预估与优化，为解决变速箱NVH问题提供了研究思路。
本文的主要研究工作包括：1）行星齿轮变速箱刚柔耦合动力学模型的建立。
通过探究行星齿轮传动机理，结合有限元与多体动力学方法，考虑太阳轮浮动及箱体柔性，利用ADAMS 建立刚柔耦合动力学模型，并对变速箱的齿轮啮合力以及轴承动载荷的时频特性进行分析。
2）基于模态叠加法的变速箱箱体振动响应分析。
通过建立考虑电机振动作用的系统有限元模型，分析变速箱的固有振动特性；将轴承激励力施加到有限元模型中，利用模态叠加法求解变速箱的振动响应，发现内部柔性体结构以及行星架的外端面为振动薄弱部位。
3）行星齿轮变速箱辐射噪声预估。
以箱体外表面振动速度为边界条件，采用间接边界元法建立变速箱辐射噪声预估模型，仿真得到场点辐射噪声以及声功率曲线。
同时利用声传递向量法进一步研究箱体面板声学贡献量，发现行星架及内齿圈、大齿轮等结构对噪声贡献量较大。
4）变速箱多工况分析与结构优化。
基于转速及负载变化工况对变速箱振动噪声的影响规律进行探究，结果表明转速波动会导致齿轮啮合频率的边频带成分增加，增大辐射噪声；负载变化则影响全频带幅值大小。
同时根据前文结果进行箱体优化设计仿真，分析了加筋及吸声材料对箱体辐射噪声的降噪效果。
关键词：行星齿轮变速箱，刚柔耦合，辐射噪声，结构优化IAbstractAs a load bearing device of power input and output, gearbox is indispensable in both traditional internal combustion engine vehicles and emerging new energy vehicles. Planetary gear transmission is widely used in gearbox because of its strong bearing capacity, high transmission efficiency and large transmission ratio. Gearbox noise is one of the main noise sources of antomobile, which has a great influence on the performance of noise and vibration(NVH). Therefore, the estimation and control of its radiated noise are paid close attention to by researchers. In this paper, the planetary gearbox carried by an electric vehicle is taken as the research object, By means of theoretical anslysis, numerical simulation, test and other means, a vibration and noise estimation method for the gearbox considering the flexibility of the box and the floating of the sun gear is proposed to estimate and optimize its vibration and noise performance at high speed. It provides a research idea to solve the NVH problem of gearbox.The mean research work of this paper includes:1)Dynamics analysis of rigid-flexible coupling of planetary gearbox. By exploring the meachanism of planetary gearbox, combining the finite element and multi-body dynamics method, considering the floating characteristics of the solar wheel and the flexibility of the box body, the rigid-flexible coupling dynamics model was established by using ADAMS to analyze the time-frequency characteristics of gear meshing force and bearing dynamic load.2)Vibration response analysis of gearbox based on mode superposition method. By establishing the finite element model of the system considering the action of the motor, the inherent vibration characteristics of the gearbox are analyzed. By applying the bearing excitation force to the finite element model and using the modal superposition method to obtain the vibration data of it, it is found that the internal flexible structure and the outer end face of the planetary frame are the weak parts of vibration.3)Estimation of radiated noise from planetary gearboxes. Taking the vibration velocity of the outer suface as the input condition, an IBEM was used to establish the prediction model of the radiation noise of the box. At the same time, acoustic transfervector method was used to further study the acoustic contribution of the cabinert panel, it is found that the structure of planetary frame, inner ring and large gear contribute much to noise.4)Multi-working condition analysis and structure optimization of gearbox. Based on the study of the influence of rotating speed and load changing conditions on the vibration noise of the gearbox, it is shown that the fluctuation of rotating speed will lead to the increase of the side band component of the gear meshing frequency and increase the radiation noise. The amplitude of full frequency band is affected by load variation. At the same time, according to the above results, the optimized design of the box was carried out, and the noise reduction effect of the stiffened and sound-absorbing materials on the box was analyzed.Key words: Planetary Gearbox, Rigid-flexible Coupling, Radiated Noise, Structure Optimization目 录摘 要 (I)Abstract ...................................................................................................... I I 目 录 .. (IV)第1章引言 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 行星齿轮动力学研究现状 (2)1.2.2 变速箱振动噪声试验研究现状 (4)1.2.3 变速箱振动噪声预估方法研究现状 (5)1.2.4 变速箱振动噪声控制研究现状 (7)1.3 研究内容及方法 (9)1.3.1 研究内容 (9)1.3.2 研究方法 (10)1.3.3 技术路线 (10)第2章变速箱刚柔耦合动力学建模 (12)2.1 行星齿轮变速箱结构建模 (12)2.1.1 行星齿轮变速箱结构及工作原理 (12)2.1.2 行星齿轮变速箱三维建模 (13)2.2 齿轮系统动态激励产生机理 (15)2.3 行星齿轮变速箱参数计算 (16)2.3.1 行星齿轮传动比 (16)2.3.2 行星齿轮啮合频率 (18)2.3.3 行星齿轮啮合力 (18)2.3.4 行星齿轮接触力 (19)2.4 行星齿轮变速箱刚柔耦合模型建立及分析 (22)2.4.1 箱体柔性化 (23)2.4.2 浮动太阳轮刚柔耦合动力学建模 (24)2.4.3 仿真结果分析 (25)2.5 本章小结 (30)第3章变速箱模态及振动响应分析 (31)3.1 模态分析理论概述 (31)3.2 变速箱模态分析 (33)3.2.1 有限元模型的建立 (33)3.2.2 箱体模态仿真与试验 (34)3.2.3 振动模态分析 (37)3.3 变速箱振动响应分析 (40)3.4 本章小结 (44)第4章变速箱辐射噪声预估 (45)4.1 辐射噪声理论概述 (45)4.1.1 声学波动方程 (45)4.1.2 声学边界元法 (46)4.2 辐射噪声分析预估 (48)4.2.1 边界元网格建立 (48)4.2.2 场点网格建立 (49)4.2.3 边界条件定义 (50)4.2.4 辐射噪声结果 (51)4.3 板块声学贡献量分析 (54)4.3.1 板块区域划分 (54)4.3.2 板块贡献量结果分析 (54)4.4 本章小结 (57)第5章变速箱多工况分析与结构优化 (58)5.1 工况对变速箱振动噪声的影响 (58)5.1.1 转速波动对变速箱振动噪声的影响 (58)5.1.2 负载对变速箱振动噪声的影响 (60)5.2 结构优化分析 (61)5.2.1 加强筋对变速箱辐射噪声的影响 (61)5.2.2 吸声材料对变速箱辐射噪声的影响 (63)5.3 本章小结 (64)第6章结论 (66)6.1 全文总结 (66)6.2 研究展望 (67)致谢 (68)参考文献 (69)攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果 (73)第1章引言1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景汽车从最初的代步工具发展为现在的智能终端，它与人们的日常生活联系地越来越紧密。
关于汽车变速箱振动故障分析与诊断
0引言一般情况下，汽车变速箱在出现故障时，需要对出现故障的变速箱的前进挡及倒挡的升速变化做测试。
同时，还包括稳态运行及降速的过程也要做好振动测试。
汽车变速箱所使用的都是弹性振动系统[1]，在自由度方面较为复杂。
从一定程度上说，变速箱容易受到激振力的作用，从而产生更加复杂的振动，尤其是在高速运转的情况下。
如若长期如此，很容易出现各种故障。
弹性振动系统是汽车变速箱的整体结构，它的构造复杂繁琐，细节性强。
变速箱的功能易受外界环境因素影响，特别是外界振力对它影响较大，外界复杂的振动会造成变速箱的使用寿命缩短，汽车使用寿命也随之缩短。
为解决相应问题，各个厂商和消费者都在不断追求汽车变速箱新效能的研发可投放市场，从而追求更舒适的汽车安全环境，进一步推动汽车产业的更新进步。
在满足市场需求的同时，提供汽车市场更好地销售环境。
1针对汽车变速箱的含义、功能及故障诊断的重要性探究变速箱是汽车的灵魂，变速箱对汽车正常运行牵涉面宽广，当然，其他的很多产业也牵涉到变速箱，例如：工业领域、科研领域、人工智能等领域对其皆有涉及。
一般情况下，它在汽车行业之中被称之为变速箱，在工业领域则被称之为变速机，其应用原理一样。
变速机是对指的机械动力进行转换的一种机器设备，它通过物理化学作用，将能量进行转化和转移。
变速箱影响着整个汽车运行系统，是汽车行业的引导系统。
汽车的速度变化皆依赖于变速箱的正常运行，对于汽车爬坡或是下坡过程中汽车的速度变化，都需要它来进行调节。
发动机的调节机制中为保证机器的正常工作，添加变速器放于系统中成了必须要素之一。
1.1对变速器的具体功能探讨汽车变速器的具体功能也是影响汽车正常高效运行的一大要素。
为了解变速器的具体功能，那了解影响汽车传动比的因素变得必不可少。
一般而言，驱动轮转转速的扩大是改变汽车传动比的主要影响因素，当然，在汽车倒退过程中也会对其造成影响。
发动机的正常工作也可以确保汽车变速器正常工作，防止汽车运行产生的高温对汽车变速器造成损伤。
变速箱噪音解决方案
变速箱噪音解决方案第1篇变速箱噪音解决方案一、背景分析随着汽车行业的快速发展，变速箱作为汽车核心部件之一，其性能的优劣直接影响到车辆的驾驶体验和安全性。
然而，在实际使用过程中，变速箱噪音问题一直困扰着广大车主和汽车制造商。
本方案旨在针对变速箱噪音问题，提出一套合法合规的解决方案，以提高车辆行驶品质，降低噪音污染。
二、问题诊断1. 变速箱内部齿轮啮合不良：齿轮啮合不良会导致齿轮之间的撞击和摩擦，从而产生噪音。
2. 变速箱油液性能不佳：油液性能不佳会导致润滑效果下降，加剧齿轮磨损，产生噪音。
3. 变速箱壳体结构设计不合理：壳体结构设计不合理会导致共振，放大噪音。
4. 变速箱零部件松动或损坏：零部件松动或损坏会导致变速箱内部异响，产生噪音。
三、解决方案1. 针对齿轮啮合不良问题：（1）优化齿轮加工工艺，提高齿轮啮合精度。
（2）采用先进的齿轮修形技术，改善齿轮啮合性能。
（3）定期检查和维护变速箱齿轮，确保齿轮啮合良好。
2. 针对变速箱油液性能不佳问题：（1）选用高品质的变速箱油，提高油液的润滑性能。
（2）定期更换变速箱油，确保油液性能始终处于良好状态。
（3）加强对变速箱油液性能的监测，及时发现并解决问题。
3. 针对变速箱壳体结构设计不合理问题：（1）优化壳体结构设计，降低壳体共振。
（2）采用隔音材料对壳体进行包裹，减小噪音传播。
（3）加强对壳体结构强度和刚度的检测，确保结构安全可靠。
4. 针对零部件松动或损坏问题：（1）定期检查变速箱零部件，发现松动或损坏立即更换或维修。
（2）提高零部件的加工精度，减小装配误差。
（3）加强对零部件供应商的质量管理，确保零部件质量。
四、实施与监控1. 制定详细的实施方案，明确责任人和实施时间。
2. 对实施过程进行全程监控，确保方案落实到位。
3. 定期对实施效果进行评估，及时调整优化方案。
4. 建立健全变速箱噪音防治长效机制，持续提高车辆行驶品质。
五、预期效果1. 显著降低变速箱噪音，提高车辆驾驶舒适性。
汽车变速箱振动噪声时频域分析
汽车变速箱振动噪声时频域分析摘要：汽车变速箱是一个由齿轮、轴承、传动轴等零部件组成的复杂机械传动设备，也是一个多自由度弹性机械振动系统。
汽车变速箱的性能好坏会直接影响整车性能，变速箱需要在装配后进行适当的性能测试。
变速箱的噪声水平可以从客观上反映变速箱的自身性能与工作状态，是变速箱质量检测的重要指标之一。
变速箱在设计时就对噪声有着严格的要求，变速箱内部包括了齿轮、轴承等构件，这些部件在正常工作时就会不断产生振动冲击，而当这些部件运行出现故障时，就会导致噪声超标。
关键词：汽车变速箱；噪声；控制变速箱的变速、储能、增加扭矩等作用，使它成为动力机械中应用十分广泛的通用部件之一。
它的工作是否正常涉及到整台机械或机组的工作性能。
变速箱的噪声水平可以从客观上反映变速箱的工作状态，而成为其质量检测的指标之一。
在设计变速箱时，就规定了其噪声标准。
变速箱在工作中，内部构件，如齿轮、轴承等，不断产生振动冲击，当有故障存在时，其振动强度增大，噪声水平超标。
本文根据所测变速箱的振动噪声谱，及其相关函数分析，找出了该变速箱产生冲击噪声的原因，采取了相应的降噪措施，使该机的振动和噪声都达到满意的效果。
一、变速箱噪声的分类变速箱噪音根据其形成的方式可以分成三类：一是由于变速箱震动时与空气相互作用而辐射的噪声，这类噪声称为空气动力性噪声，由于是空气震动产生的噪声，所以这类噪声一般声音大，影响的范围广，是变速箱噪声中常见的存在。
第二类是变速箱内齿轮等构件相互挤压碰撞摩擦引起震动，从而造成的噪声，这类噪声称为机械性噪声，这类噪声一般影响比较小，当机械正常工作时，这类噪声往往比较小，属于可控范围内的噪声。
第三类是由于电机和发动机里的电流形成的磁场，这个交变磁场对结构内的转子产生作用力造成震动从而产生的噪声。
这类噪声也是属于机械性噪声的一种。
二、变速箱的噪声的影响因素目前，汽车在行驶过程中产生的噪声的多少已经成为车辆的重要评价指标之一。
变速箱后壳体开裂分析及优化设计
在实际工作 中，后壳前面与中间壳体通过螺栓孔
收稿 日期 ：２ １ —７ １ ０ ｌＯ —８；修 回 日期 ：２ １ －７２ ０ １０ — ８
作者 简介 ：董晓露 （９ ９ ） 女 ， １７ ． ， 山西浑源人 ， 工程师 ， 硕士 ， 主要从事变速箱设计。
中图 分 类 号 ：Ｕ ６ ． １ ４３２２ 文 献标 识 码 ：Ｂ
０ 引 言
连接 ，后壳与后盖也通过 螺栓孔连接 ，副箱 中齿轮将受
变 速箱 是 汽车传 动 系统 的主要 组成 之一 。变 速箱 主要 由齿 轮 、轴 、箱 体 、轴承 等零 部件 组成 ，通 过不 同齿 轮之 间 的组合来 实现 变速 和变 矩 。
第 ５期 （ 总第 １８期 ） ６
２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＡＬ Ｅ Ｃ ＮＧＩ ＥＥ ＮＧ ＆ ＡＵＴ Ｎ ＲＩ ＯＭＡ ｎ０Ｎ ，
Ｎｏ ．５ ０ｃ． ｔ
文章编号 ：６２ ６ １ （０ １ １ — １０ ０ １７ ．４ ３ ２ １ ） ００ ８ —３
后 盖 在连 接孑 处发生 了开裂现 象 ，可能 是 由于连 接孔 Ｌ 处产 生 了应力 集 中 ，受 力后 开裂 。
２ 变速 箱后 壳体 和后盖 有 限元分 析 ２ １ 建 立三 维数 学模 型 ．
根据 变速 箱后 壳 及 后 盖 的实 际 尺 寸 及 时 间工 况 ， 应用 Ｐｏ Ｅ软件对 操 纵机 构建 立三维 数 学模 型 ，如 图 ｒ／
变速 箱 后 壳体 开 裂 分 析 及 优 化 设 计
董 晓露
（ 中国重汽集 团大 同齿轮公 司 技术 中心 ，山西 大 同 ０７ ０ ） ３ ０ ６
摘要 ：以变速箱为研 究对象 ，通过对 变速 箱后 壳体 、后 盖试验 时开裂 位置 、后壳体及 后盖结构的分析 ，给 出
变速箱噪声的频谱分析与故障诊断
变速箱噪声的频谱分析与故障诊断
0引言变速箱的变速、储能、增加扭矩等作用，使它成为动力机械中应用十分广泛的通用部件之一。
它的工作是否正常涉及到整台机器或机
组的工作性能。
变速箱的工作形式和结构复杂性，又使得它容易引发故障。
因此，变速箱的质量检测在动力机械工程中占有重要的地位。
本文运用故障诊断技术分析变速箱出现故障的原因。
实施故障诊断技术
的首要步骤是获得反应检测对象运行状态的诊断信息。
在动力机械工程中，获
得诊断信息的常用方法有直接观察法、振动噪声检测法、磨损残留物检测法和
运行性能监测法等［1］。
对变速箱而言，振动和噪声信号是故障诊断的重要信息。
变速箱的噪声水平可以从客观上反映变速箱的工作状态，而成为其质量
检测的指标之一。
在设计变速箱时，就规定了其噪声标准。
声与振动紧密地联
系在一起，是源与流的关系。
因振动而发声的物体即是声源，当振动以波的形
式在弹性媒质中传播时，便形成声波。
噪声是人类不希望听到的声音，是一种
环境污染，会对人造成生理和心理的危害。
因而，对噪声的监测、诊断和控制
是多门学科尤其是机械工程研究的重要课题。
变速箱在工作中，内部构件，如齿轮、轴承等，不断产生振动冲击。
当
有故障存在时，其振动强度增大，噪声水平超标。
本文根据振动和噪声谱，利
用相干函数分析，结合实验手段，分析了一台BJ212 型变速箱噪声超标的原因。
1变速箱振动系统响应及相干函数
1.1振动系统响应分析
变速箱是由箱体、轴、轴承和齿轮等组成的，因此箱内存在多种激励。
变速箱振动与噪声故障的自动诊断方法讨论
变速箱振动与噪声故障的自动诊断方法讨论作者：闫明来源：《市场周刊·市场版》2017年第20期摘要：本文只从变速箱振动噪音超出标准分贝，出现故障，采用自动诊断方法进行智能分析与研判，得到解决方案。
关键词：变速箱；振动与噪音；自动诊断变速箱故障振动自动诊断方法——基于建档的时、频域得分法诊断变速箱故障的原理和方法：由于变速箱的典型故障振动特征的提取和分析的复杂性，变速箱故障的自动诊断和智能诊断是一项困难和艰巨的工作，本文提出的这种方法是在变速箱故障机理分析、典型故障特征提取和大量实践经验的基础上建立的基于建档的时、频域分析方法，可以比较有效地应用于自动诊断变速箱的典型故障，采用这种方法进行自动诊断的原理和实现方法如下所述：一、建立档案变速箱因其振动的频率成分很多，为了便于分析，首先要建立档案，在建立档案的基础上来判断是否存在故障，并进行相应的诊断。
下面以GADS变速箱故障自动诊断系统为例介绍建档的步骤。
机器特征和参数特征。
这一部分主要是建立各轴的转频、齿轮啮合频率、滚动轴承运动学和动力学特征频率，设置分析参数和路径，设置振动速度和加速度的报警系数，为建档和诊断建立相关的参数表。
机器特征参数输入：每轴输入一对啮合齿轮的齿数和最多四个滚动轴承型号。
显示特征频率值：由输入轴和输出轴转速和轴承库中的轴承参数计算轴、齿轮和滚动轴承的特征频率。
轴与齿轮工作频率：显示各轴的转速、转频和齿轮啮合频率。
轴承参数查询和修改：可输入、修改和查询滚动轴承的结构参数，计算内、外环固有频率。
显示和整理轴承库：按轴承型号整理和显示滚动轴承的结构参数。
分析参数设置：输入各测点的通道号、方向和采样频率，建档和诊断过程中的时域分析点数，频域和解调分析段数以及标尺，并设置加速度和速度的报警参数。
改变和创立测试机器有关的目录和文件：根据机器名称、档位和轴数建立分析数据目录、原始和结果数据目录。
在线或离线建档。
GADS系统在诊断前必须建立被诊断变速箱各测点的振动速度的时域信号和包络时域信号特征值的档案值，振动加速度的中高频频域档案（进行频谱分析，以确定变速箱正常工作时的各轴啮合频率及其四次以内的高次谐波的幅值，滚动轴承的内、外环的前四阶固有频率的幅值）、振动速度的低频档案（进行20倍细化频谱分析，以确定变速箱正常工作时的各轴转频及其四次以内的高次谐波的幅值，滚动轴承的内、外环、滚动体和保持架的前四阶通过频率的幅值），并建立相应的频谱界限档案，这些值和界限档案是故障诊断的基础。
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i
.
（1）
式中：Z 为齿轮齿数；i 为频率的谐波，i=1，2，3…。
对于有固定齿圈的行星轮系，其啮合频率为：
fZ =
Z
r
(nr ± 60
n
c)
i
.
(2 )
式中: Zr 为任一参考齿轮的齿数；nr 为参考齿轮的转
速(r/min)；n c 为转臂的回转速度(r/min)，方向相反时，
取正号；i 为频率的谐波，i =1，2，3…。
2.2 变速箱壳体的有限元分析
图 2 变速箱箱体有限元模型
1）建立数学模型：对变速箱壳体，建立三维数学
收稿日期：2011-08-04；修回日期：2011-10-06 作者简介：董晓露（1979-），女，山西浑源人，工程师，硕士，主要从事变速箱设计工作。E-mail: Dongdong197966@.
·53·
第 1 期（总第 125 期）
机械管理开发
2012 年 2 月
模型，并划分网格，见图 2。 2）变速箱壳体的模态分析：应用租用的 OptiStruct
软件，在箱体离合器壳止口面附加零位移约束，计算其 模拟试验状态的箱体约束模态，它的前 8 阶模态频率 见表 2。
表 2 变速箱箱体的前 8 阶约束模态频率
在试验时发现了异常的振动和噪声；对其原因进行分
析，发现有些齿轮啮合频率的倍频与壳体约束模态频
率相近时，在测试振动和噪声信号功率谱中相同频率
处出现峰值，引起变速箱的异常振动和噪声。
2 振动和噪声现象的发生原因详细分析
2.1 变速箱中齿轮啮合频率计算
1）定轴系中，齿轮的啮合频率为[2]:
fZ =
nZ 60
动和噪声有很大影响，测得的某些峰值应是由于齿轮 的啮合频率与壳体的频率非常相近时，引起了共振，特 别是常啮合齿轮的啮合频率 695 Hz 的 3 倍频率 2 085 Hz 和箱体的模态频率 2 083 Hz 非常相近，因而引起了 很大的振动和噪声。
参考文献 [1] 李联玉，马孝江，蔡庆喜“. 以振代噪”在汽车变速箱性检测
第 1 期（总第 125 期） No.1（SUM No.125）
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
2012 年 2 月 Feb.2012
变速箱振动与噪声分析
董晓露
（中国重汽集团大同齿轮公司 技术中心，山西 大同 037305）
摘 要：分析了某变速箱试验时的异常振动和噪声原因。先对一台样机测试其各挡稳定过程的振动和噪声信号， 再对测得的信号进行功率谱密度分析。之后，运用 Pro/Engineer 建立了变速箱壳体的实体模型，并用 OptiStruct 软 件 进 行 了 壳 体 前端面加零位移约束的模态分析;计算了各挡齿轮的啮合频率，分析了壳体的模态频率与齿轮啮合 频率对振动和噪声信号功率谱中峰值的影响。最后根据分析结果，提出对壳体的改进建议，以达到变速箱减振降 噪的目的。 关键词：变速箱；振动和噪声；齿轮啮合频率；壳体模态 中图分类号：TB533+.2 文献标识码：A 文章编号：1003-773X（2012）01-0053-02
模态序号
12345678
模态频率/Hz 1 582 1 823 1 986 2 083 2 356 2 396 2 576 2 596
2.3 试验测得的振动与噪声信号频谱分析 在变速箱上布置 4 个测点，对 12 个挡的 4 个加速度
信号，分别计算功率谱的均值，共得 12 个均值图，见图 3。
3 改进建议 根据分析，对壳体材料建议把原来的铸铁材料改
0引言
变速箱主要经齿轮啮合达到变速、增加扭矩的作
用，齿轮系经轴承安置在壳体上。实验证明，齿轮、轴
承、壳体是变速箱振动和噪声的主要来源 。 [1] 分析变
速箱的振动和噪声的产生机理，应该首先着重分析齿
轮、轴承、箱体的振动。
1 变速箱振动和噪声现象及初步分析
讨论的变速箱是我公司设计的一款大扭矩多挡位
变速箱，它由主箱、副箱两段式结构组成、性能优越，但
中的应用研究[J]. 机床与液压，2004（7）：156-157. [2] 李联玉.汽车变速箱在线性能检测及声振控制的应用研究
[D]. 大连：大连理工大学硕士学位论文，2004：24-29.
Study on Analysis and Testing of Vibration and Noise of Vehicle Gearbox
DONG Xiao-lu
(China National Heavy Duty Truck Group Datong Gear Co.,Ltd, Technology Center,Datong 037305,China) Abstract：Make the gearbox as the research object, after it produced abnormal vibration and noise in the test, the reason is analyzed. The vi⁃ bration and noise signal of its stable process of all speed were tested, testing signal power spectrum distribution were analyzed. Use Pro/Engi⁃ neer to establish a physical model of gearbox housing, than use software OptiStruct to get its restrict mode of plusing zero displacement on the former surface of the housing. Also the frequency of each gear seshing gears is calculated, the influence of the frequency with the measured vi⁃ bration and noise signal power spectrum is analyzed. Finally, based on the analysis，get the improved advice of the housing，to reach the pur⁃ pose of reducing vibration and noise of the gearbox. Key words：gearbox; vibration and noise；gear meshing frequency；mode of housing
图 1 齿轮编号图 表 1 齿轮啮合频率计算结果
挡位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 115 115 115 2 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 285 285 285 3 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 208 208 208 4 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 331 331 331 5 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 373 373 373 R 695 695 542 542 472 472 351 351 297 297 282 282 282 116 116 116
2）齿轮编号表：本实验变速箱中各档齿轮编号见
图 1。
3）齿轮啮合频率计算：根据式（1）及（2），按图 1
齿轮编号算得齿轮的啮合频率，见表 1。由于 6 档、7
档、8 档、9 档、10 档时，各齿轮的啮合频率除 14、15、16 号齿轮的为 0 外，其余均与 1 档、2 档、3 档、4 档、5 档对 应相同。
由式（1）与式（2）可知，齿轮副中的两个齿轮的啮
合频率是相同的。当齿轮的转速变化时，啮合频率也
随之而变，并且随着转速的升高，齿轮噪声增大。这是
判断齿轮啮合频率的两个基本原则。再者，齿轮的啮
合频率往往呈二次、三次等高次谐波出现在频谱中。
齿轮噪声随转速增加而增加，但不是线性关系；转速越
高，噪声随转速升高而上升的越缓慢。
为压铸铝材料，改进后壳体的前 8 阶模态频率,见表 3。新壳体与铸铁壳体的模态完全不同，其模态频率与 本变速箱齿轮的啮合频率基本也重合，改进后的壳体 在试验时没发生异常的噪声和振动，效果良好。
表 3 改进变速箱箱体的前 8 阶约束模态频率
模态序号
123456 7
8
约束模态频率（Hz） 482 563 645 750 865 996 1 025 1 134
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4 结束语 本文从某变速箱试验时发现的振动与噪声问题
图 3 十二个挡的功率根据试验测得的数据与计算有限元分析的结果，
齿轮的啮合频率和壳体的固有频率，都对变速箱的振
出发，对变速箱中齿轮的啮合频率及其壳体的约束模 态频率进行了分析，找到发生问题的原因，并提出改进 措施，解决了实际生产中的问题。