手動變速器三擋滑行嘯叫的改善
發布時間：
2015-01-13 10:05
汽車變速器是汽車動力總成傳動系統一個主要的組成部分，其性能和壽命直接關系到整車的質量。隨著國家法規對整車噪聲的限制日益嚴格，以及汽車購買者對乘坐舒適性的要求越來越高，國產變速器對振動噪聲的控制已刻不容緩。而汽車變速器是一個復雜的傳動系統，它由齒輪、軸、軸承、箱體、撥叉、撥叉軸和同步器等零部件組成。在變速器轉動過程中，不但會產生與軸轉頻相關的噪聲，與齒輪嚙合頻率相關的噪聲，還會引發某些零部件的固有頻率，所以采集到的噪聲信號實際上是以上幾種噪聲的疊加。如果簡單地通過功率譜對信號進行分析，很難找出噪聲源。
本文根據上海汽車乘用車公司反饋的某自主品牌車型手動變速器（SC30M5C）三擋滑行嘯叫問題（轉速1400～2400r/min），列出可能因素并一一進行振動噪聲試驗，識別出主要的噪聲源。在通過對齒輪箱系統振動噪聲產生機理的初探后，對變速器相關零件進行了優化配合，使嘯叫得到良好改善。
現狀
我廠項目組人員對用戶反映的SC30M5C變速器配套的某自主品牌車型三擋帶擋滑行NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）的13階、20階次振動噪聲問題進行檢測。振動噪聲測量儀傳感器布置如圖1所示。
圖1 振動噪聲測量儀傳感器布置
F80#試驗樣車出現“嗚嗚”嘯叫的噪聲，其數據測量結果如下：
1）1、2、3、4擋加速和倒拖滑行正常。
2）3擋勻加速、全油門加速沒問題；加速到3000r/min后倒拖時有噪聲，轉速為2400r/min時先出現13階嚙合噪聲，后出現20階疊加噪聲，直到轉速1400r/min時噪聲消失，其中轉速2000r/min時噪聲最大。
3）反拖頻譜圖（見圖2）中三擋滑行13階次與20階次各有一條光亮帶，主觀評價有明顯嘯叫。
圖2 主觀評價有明顯嘯叫的頻譜圖
針對嘯叫問題，對未出廠的變速器進行檢測，結果見附表，具體情況如下。
1.狀態良好
對現有庫存五臺套變速器齒輪抽樣進行檢測（一軸+3擋，中間軸齒輪），結果符合技術要求；拆檢檢測F23#變速器，對28#變速器一軸+3擋進行檢測，結果符合技術要求，狀態良好。
2.輕微嘯叫
1）與用戶共同對B90#樣車進行駕評，確認該變速器有輕微嘯叫，狀態較好。
2）將F23#變速器（拖曳轉矩1.0N·m）更換到B90#車上進行駕評，確認2、3擋減速到2000～1500r/min時，變速器出現嘯叫。將F23#變速器拖曳轉矩重新調整為1.9N·m，裝車駕評，嘯叫有改善（很輕微），可接受。
3）抽取合格的兩套齒輪，39#、40#變速器殼體裝箱，裝車駕評，嘯叫輕微，狀態較好。
4）28#變速器與39#變速器的一軸、3擋齒輪對換后，28#變速器嘯叫很輕微，狀態較好，39#變速器嘯叫也有改善（輕微），可接受。
5）裝配三臺齒印嚙合好的41#變速器、0925#變速器及42#變速器，裝車駕評，嘯叫有改善（很輕微），可接受。
3.明顯嘯叫
隨機抽取庫存28#變速器，拖曳轉矩為1.5N·m，裝車駕評，2、3擋減速到2000～1500r/min時變速器有明顯嘯叫，不可接受；將拖曳轉矩重新調整為1.9N·m，嘯叫無改善。
對有嘯叫和很輕微嘯叫故障的變速器在校驗臺架上進行檢測，無法辨別。用儀器進行NVH測量，結果都是13階有亮點，與整車狀態的20階振動不同，可能是試驗臺的振動引起的。因此，目前在校驗臺上無法辨別該嘯叫故障。通過整車NVH測量，確定嘯叫是20階次。
嘯叫原因分析
1.嘯叫診斷分析處理的一般原則
首先不要輕易將汽車變速器拆離整車，再去查找噪聲異常、聲響故障原因。因為汽車變速器的噪聲異常聲響故障與發動機、傳動軸及變速器內部的機械部分都有關系，出現噪聲異常、聲響故障的可能原因和部位很多，常常采用排除法查找比較對標。因此要把變速器裝在整車上，布置好NVH測試儀與傳感器進行測試,確定產生故障大致部位和原因。
2.階次跟蹤和階次譜分析法
盡管尚不具備相應的軟件條件，但依據客戶反饋的信息以及整車試驗的結果，初步針對采集的數據進行頻譜圖分析，得出13、17.5和20三個特征階次，其中以20階次的噪聲貢獻量最大。
3.變速器結構分析
SC30M5B變速器的齒輪、軸和軸承的零件結構如圖3所示，整個傳動系中，參與傳動由零件和其余五個軸承（變速器共有兩個短圓柱滾子軸承和五個圓錐滾子軸承）組成。其中，1、3、5、6四個齒輪的齒數分別為20、27、29、33。一軸外徑圓錐滾子軸承和一軸內孔小圓錐滾子軸承滾動體數分別為14和13，中間軸前端和中部圓錐滾子軸承滾動體數都為17，中間軸后端短圓柱滾子軸承滾動體數為12，二軸中部圓錐滾子軸承和二軸后部深溝球軸承的滾動體數分別為14和12。
由階次跟蹤定理，輸入軸（一軸）的轉動頻率為1階，由圖3各齒輪的齒數和各軸承的參數計算可得相關的特征階次。其中三擋齒輪副的嚙合頻率為20階次，一軸軸承的轉動頻率為14和13階次，二軸軸承的轉動頻率為9.1和7.8階次，中間軸軸承的轉動頻率為10.3和7.3階次，綜合試驗數據分析和結構分析可知：變速器嘯叫的主要噪聲源是一軸、二軸的錐軸承的裝配配合和三擋齒輪副的嚙合精度不夠。
具體原因分析如下：
1）根據整車NVH測量確定嘯叫是20和17.5階次（主要是20階次引起嘯叫），分別對應變速器為一軸齒輪20階次及17.5階次。目前一軸測量結果符合規范要求。
2）提高一軸齒輪的精度，嘯叫會有所改善。但由于受結構限制，一軸齒輪只能采用剃齒工藝，無法珩磨。
3）齒輪的嚙合斑點，對嘯叫有影響。
4）拖曳轉矩對部分變速器嘯叫有影響，但由于錐軸承的調整要求，拖曳轉矩不能太大。
改進措施
中間軸的三擋齒輪采用珩磨工藝，提高齒面光潔度，與目前常嚙合齒工藝一樣，可以進行珩磨試驗。繼續對涉及的重點零部件（一軸總成、三擋齒輪總成、中間軸）進行裝車駕評排查（NVH測試），以進一步確定造成嘯叫的可能原因。兩臺變速器總成（一臺嘯叫，一臺無嘯叫）做各擋齒輪齒面的嚙合斑點試驗。對目前總成裝配的預緊扭矩進行調試試驗跟蹤，再對跟蹤的變速器進行裝車評估（NVH測試）。
嘯叫改善后（輕微嘯叫）反拖頻譜圖中只有微弱的亮點，主觀評價沒有問題（見圖4）。
圖4 主觀評價輕微嘯叫的頻譜圖
具體措施如下：
1）對中間軸齒輪進行齒印嚙合，挑選110套齒印好的中間軸裝配。中間軸齒輪進行齒印嚙合，挑選20套齒印好的中間軸，嚴格按照裝配作業指導書要求，裝配20套變速器。并對其中10套變速器裝配記錄數據，與變速器一一對應，以便后續跟蹤。
2）適當減小一軸、二軸錐軸承與一軸、二軸的裝配過盈量。
3）中間軸三擋齒輪采用珩磨工藝，提高齒面光潔度。
通過采取以上措施后裝配的變速器產品得到了用戶較滿意的反饋。
結語
嘯叫已成為車型研發中常見的NVH類型，在產品開發階段，需要在整車上專門搭載振動噪聲測試分析儀器作監測，伴以人工監聽進行識別，對識別出的嘯叫作分析改善。變速器批產后，我公司通過在變速器總成校驗臺上加裝具有辨別嘯叫功能的新版Discom—Noise Analysis Systems測試分析儀，基本能夠對嘯叫的產品加以識別，實現良好的在線檢測與過程控制。
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