齒輪 噪聲 ansys的案例
齒輪—Rattle噪聲及嘯叫噪聲的來源
●
齒輪：Rattle噪聲及嘯叫噪聲的來源
●
第一篇文章我介紹了齒輪的基本概念，重點需要區分節圓、分度圓、分度圓壓力角和嚙合角的區別，今天接著上次的內容，進一步給大家帶來齒輪——噪聲方面的相關知識。
在上一篇文章的結尾處我說明了當改變齒輪中心距時，節圓和節圓壓力角也會隨之改變，但是傳動比不變。事實上在改變中心距時，還會改變另一個非常重要的參數——齒側間隙（Backlash）。齒側間隙（簡稱齒隙）表示相嚙合的兩個齒輪沿節圓周向的間隙，增大中心距齒隙也隨之增大，反之亦然。
為什么要存在齒隙？首先由于存在加工誤差，不能保證所有輪齒的尺寸都一致，并且工作溫度升高還容易引起齒輪熱膨脹變形，因此傳動過程必須保證有間隙才不會讓齒輪卡死；另外，傳動系統是需要潤滑油輔助潤滑的，因此必須要留有齒隙存放潤滑油。可以說齒隙是齒輪平滑旋轉所必需的間隙，齒輪要避免在無齒隙的狀態下使用，但另一方面，齒隙的存在，也間接使得傳動過程中產生了噪聲。
大家都知道產生噪聲的實質是空氣振動，齒輪噪聲的本質也就是齒輪振動。
展開 齒輪與齒輪箱振動噪聲機理分析及控制
3
齒輪箱的振動
齒輪的振動由軸系傳到齒輪箱，激勵箱體振動，從而輻射出噪聲。另外，齒輪在箱內振動的輻射聲激勵箱體，使箱體形成二次輻射噪聲，這類噪聲大部在中低頻范圍內。齒輪箱體本身的振動也直接產生輻射聲。
4
齒輪的振動
在嚙合過程中，輪齒先由一點接觸而擴展到線接觸，或一次實現線接觸，使得接觸力大小、方向改變，產生機械沖擊振動，從而輻射出噪聲。這類噪聲呈現高頻沖擊的形式，其典型的齒輪振動時程曲線示于圖2。
輪齒嚙合時不斷變化的嚙合力，既激發齒輪的強烈振動，即各個輪齒的響應很大，也激發了齒輪箱箱體較弱的振動。通常認為齒輪產生噪聲的主要原因是輪齒之間的相對位移。這類噪聲源產生的噪聲可以用付氏變換法把噪聲表示為穩定頻率的分量的集合。
展開 齒輪與齒輪箱振動噪聲機理分析及控制
通常認為齒輪產生噪聲的主要原因是輪齒之間的相對位移。這類噪聲源產生的噪聲可以用付氏變換法把噪聲表示為穩定頻率的分量的集合。
圖1 齒輪嚙合振動及噪聲傳播
圖2 齒輪振動時程曲線
二、齒輪振動噪聲產生的機理
1
齒輪嚙合激勵產生的噪聲
齒輪的輪齒在嚙合時因傳動誤差產生交變力，在交變力作用下產生線性及扭轉響應，使齒輪產生振動輻射出噪聲。這是一種主要的噪聲源，接觸力變化越大，則齒輪相應的振動響應越大。
另外，齒輪的周節差產生的由復雜的或調制頻率及其倍頻組成的噪聲，含有重復的基頻（軸頻），頻率很低。由于周節差產生了不規則的脈沖序列。這種脈沖序列包括了眾多的頻率成份，但還不能認為是寬帶隨機噪聲。在眾多頻率成份中，由于脫嚙后輪齒重新嚙合時的沖擊，所產生的噪聲是明顯的。在一般情況下，嚙合振動能夠產生軸頻的任何一個倍頻上的激勵，這種激勵傳遞到齒輪箱引發箱體共振時產生明顯的噪聲，尤其當箱體的固有頻率較低，而嚙合頻率很高時，很可能在某倍頻下產生箱體共振。
鍵槽或花鍵槽在嚙合力作用下，使得齒輪和花鍵之間間隙產生無規則的變化，從而產生與周節差引發的相似的噪聲。
2
滑油噴注產生的噪聲
一種齒寬較大的直齒齒輪，在嚙入端吸入過多的滑油，這些滑油滯留于齒根間隙中而無法迅速從端部排出形成“困油現象”。困油現象發生在兩個嚙合齒的接觸部位形成的一個封閉容積內。這種封閉容積在齒輪轉動時會產生容積變化。
展開 基于齒輪修形的汽車變速器齒輪嘯叫噪聲改善研究
為降低汽車變速器齒輪嘯叫噪聲,以某變速箱變速器主減速齒輪副為研究對象,借助于Masta仿真軟件對齒形和齒向修形進行了仿真研究.通過分析不同修形參數對齒輪傳動特性的影響,得到了修形參數對齒輪傳動誤差和接觸應力的影響規律.結果表明:適當的齒頂修緣能有效減小齒輪嚙合干涉;適當的齒形鼓形修整能有效改善齒根與齒頂的干涉現象;適當的齒向鼓形修整能有效改善最大接觸應力偏載現象;共同產生降低齒輪傳動誤差和最大齒面接觸應力的作用.
齒輪嘯叫噪聲是汽車變速器噪聲的主要來源之一．在齒輪傳動過程中，由于存在齒輪傳動誤差、彈性變形等因素，使得齒輪副在相互嚙入、嚙出時，偏離了理論嚙合線，從而導致輪齒干涉、沖撞，進而產生激振力，引起傳動機構的振動．在振動傳動到變速箱外部結構的過程中產生共振而引發嘯叫噪聲．
展開 
混動車型平衡軸齒輪敲擊噪聲優化
本文中深入闡述了平衡軸齒輪敲擊產生和傳播機理，通過開發雙級TVD降低齒輪外部激勵和開發雙消隙平衡軸減小嚙合過程中輪齒雙側受力沖擊的兩種方法，達到優化齒輪敲擊噪聲的目的，對平衡軸齒輪設計和敲擊問題優化具有重要的工程意義。
1
混動車型平衡軸齒輪敲擊問題介紹
某款2.0T發動機為橫/縱置混動SUV車型共平臺生產，其搭載7DCT自動擋橫置變速器后NVH性能市場表現良好，而搭載縱置9HAT自動擋變速器時，車內外在中高轉速全油門及半油門工況下可明顯感知存在類似嘩啦音的金屬敲擊聲，特別是在2500-5200r/min轉速區間，表現出頻率成分為3000-5000Hz的寬頻段激發特性。同步測試整車各零部件振動發現，油底殼本體振動與油底殼近場噪聲對應性明顯，橫/縱置油底殼近場噪聲和油底殼排氣側振動對比如圖1所示。
圖1 整車油底殼近場噪聲和振動對比
油底殼在2500-5200r/min范圍存在寬頻振動，而其周圍布置旋轉零部件主要激勵源為曲軸或者平衡軸齒輪，在去除平衡軸總成進行整車測試后，敲擊振動噪聲消失，由此判斷該敲擊噪聲來自平衡軸齒輪。
2
橫/縱置平衡軸系統差異性分析
橫置發動機NVH性能市場表現良好，而縱置發動機NVH表現出敲齒振動噪聲，須分析其結構主要變化點，進而分析導致齒輪敲擊變化的影響因素，平衡軸驅動形式如圖2所示。平衡軸驅動齒圈位于曲軸第6平衡塊，平衡軸總成為底置形式，包含兩級齒輪，其中1級齒輪為消隙齒輪，結構如圖3所示。消隙齒輪工作原理是：扭轉彈簧為獨立件，通過中間彈簧產生彈力，使主副齒產生錯齒，消除嚙合側隙，避免由于齒輪側隙產生的敲齒風險。
展開 齒輪傳動噪聲形成的主要原因及對策
傳統衡量齒輪傳動性能的兩個主要因素是：負載能力和疲勞壽命，往往將傳動噪音與傳動精度忽略掉。隨著ISO14000、ISO18000兩項標準的相繼頒布，控制齒輪傳動噪音這一因素的重要性日趨明顯，工業發展與需求對高精密設備的傳動誤差的要求也越來越嚴格（齒輪傳動側隙）。目前已知的齒輪噪音形成因素，大致可從設計、制造、安裝、使用維護等幾個方面分析。
設計原因及對策
1. 齒輪精度等級
齒輪傳動系統設計時，設計者往往從經濟因素考慮，盡可能比較經濟的確定齒輪精度等級，殊不知精度等級是齒輪產生噪聲等級與側隙的標記。美國齒輪制造協會曾通過大量的齒輪研究，確定高精度等級齒輪比低精度等級齒輪產生的噪聲要小的多。因此，在條件允許的情況下，應盡可能提高齒輪的精度等級，來減小齒輪噪聲，減少傳動誤差。
2. 齒輪寬度
在齒輪傳動系統允許時，增加齒寬，可以減少恒定扭矩下的單位負荷。降低輪齒撓曲，減少噪聲激勵，從而降低傳動噪聲。德國H奧帕茲的研究表明，扭矩恒定時，小齒寬比大齒寬噪聲曲線梯度高。同時增長齒寬能加大齒輪的承載能力。
3. 齒距和壓力角
小齒距能保證有較多的輪齒同時接觸，齒輪重疊增多，減少單個齒輪撓曲，降低傳動噪聲，提高傳動精度。較小的壓力角由于齒輪接觸角和橫向重疊比都比較大，因此運轉噪聲小、精度高。
4. 運轉速度
根據德國H奧帕茲的試驗研究表明，隨著齒輪運轉速度增加，噪聲等級升高。
5. 齒輪箱結構
試驗研究表明，采用圓筒形箱體對減震有利，在其他條件相同的情況下，普通結構齒輪箱體的噪聲級比圓筒形箱體噪聲級平均高6dB。
展開 車輛齒輪油對汽車傳動系統噪聲的影響
車輛齒輪油對汽車傳動系統噪聲的影響
車輛齒輪油對汽車傳動系統噪聲的影響.pdf
【技術貼】基于CAMEO與EXCITE實現電驅系統齒輪噪聲自動優化
對于傳統動力總成而言，發動機噪聲在動力總成總輻射噪聲中占主導，噪聲頻率段覆蓋較廣。而電驅動總成失去了發動機噪聲的掩蓋，齒輪箱的噪聲變得更加突出。齒輪箱主要由齒輪嚙合產生的激勵源經由軸承傳遞至殼體，引起殼體表面振動，繼而經由空氣傳播至人耳。齒輪箱噪聲主要分為敲擊噪聲與嘯叫噪聲，在我們前期《基于AVL仿真分析平臺的電驅動系統NVH分析》技術貼中，詳細介紹了齒輪這兩種噪聲類型以及產生的機理。對于電驅動系統而言，常見的減速器架構主要分為如圖1所示的兩級減速帶副軸形式、兩組行星齒輪組形式以及單組行星齒輪組帶副軸形式三種類型。這三種架構中無論哪種形式，所有齒輪對在電驅動系統工作過程中均會承載，這也是電驅動總成齒輪主要噪聲形式為嘯叫噪聲的根本原因。而嘯叫作為一種窄帶噪聲，具有明顯的惱人特性。因此，如何降低電驅動總成相應的嘯叫噪聲是開發者關注的重點。
圖1 電驅動總成架構
在《基于AVL仿真分析平臺的電驅動系統NVH分析》技術貼中，介紹電驅動總成主要噪聲來源可以分為兩個部分：一是電機噪聲，二是齒輪噪聲。現階段，常見新能源汽車電驅動系統中電機冷卻形式主要為冷卻液冷卻，主要噪聲是由電機氣隙中各諧波磁場引起的交變電磁力導致鐵芯及其相關聯的機械構件產生的振動電磁噪聲，該類型噪聲也呈現諧次特性。結合AVLeSUITE軟件平臺可對該部分噪聲進行詳細的分析以及優化，這部分內容會在后期技術貼以及相關培訓中會詳細說明。本期技術貼主要介紹如何借助AVLCAMEO優化工具以及EXCITE軟件平臺對齒輪嘯叫噪聲進行相應的優化。
CAMEO開發伊始是一款定位于用于車輛系統優化和發動機臺架標定的高度自動化的優化和標定工具。當前，基于模擬優化需求，AVL開發了CAMEO for simulation，基于該軟件，可以方便的與AVL先進模擬技術軟件進行聯合仿真，用于結構及系統優化設計。
展開 virtual.lab中發動機和齒輪噪聲分析技術方案
分享一些virtual.lab的發動機和齒輪噪聲分析技術方案，希望對別人會有幫助
發動機動力總成CAE方案.doc
齒輪噪聲分析
Gear noise simulation.part1.rar
Gear noise simulation.part2.rar
Gear noise simulation.part3.rar
基于DSP和FPGA的錐齒輪傳動噪聲測試分析系統設計
了彌補“聽力法”過于依賴工人經驗且無法精確判斷錐齒輪傳動質量的缺陷，提出了一種基于ＤＳＰ和ＦＰＧＡ的錐齒輪傳動噪聲測試分析系統設計方案。利用ＤＳＰ作為系統控制和數據處理的核心，采集噪聲信號，經過濾波、模數轉換、頻譜分析綜合事Ｉ斷錐齒輪傳動質量；利用現場可編程門陣歹ｌｊ（ＦＰＧＡ）的邏輯控制協調ＤＳＰ實現整個系統功能；利用鍵盤和ＬＣＤ的硬件設計實現人機接１＝／；此外，系統還可通過串口模塊與ＰＣ機通信實現信號數據存儲。該系統功能集成、結構簡單，為控制錐齒輪傳動質量提供了一種有效的分析和測試工具。
基于DSP和FPGA的錐齒輪傳動噪聲測試分析系統設計.pdf
展開 ANSYS Workbench模擬齒輪箱變速器齒輪嚙合 ￥19.89
</p><p><br></p><p>1.2 Ansys有限元分析軟件</p><p>1.2.1 Ansys軟件特點</p><p>在ANSYS 7.0版本問世之前，ANSYS公司致力于研發其核心產品ANSYS。這一版本通過其仿真效果的卓越和效率的顯著，贏得了工程界的廣泛贊譽。然而，盡管取得了如此成就，該版本在仿真模擬操作方面存在明顯的不足，即用戶必須通過編寫復雜的程序才能進行仿真，這限制了其在工程領域的普及應用。</p><p>隨著ANSYS公司成功推出ANSYS Workbench這一新型號，局面發生了轉變。ANSYS Workbench以其創新的用戶界面和工作流程，簡化了仿真過程，極大地提升了用戶體驗，因此迅速被廣泛應用，其普及程度甚至超越了傳統的ANSYS經典版本。目前，ANSYS Workbench已經發展到24.0版本，繼續引領著行業的進步。</p><p>ANSYS Workbench作為一個先進的仿真平臺，具備分析和模擬復雜機械系統的能力。它涵蓋了結構靜力學、結構動力學、剛體動力學、流體動力學、結構熱力學、電磁場分析以及多物理場耦合分析等多個領域。這些功能使得工程師能夠對機械系統進行全面的性能評估，從而優化設計，提高產品的可靠性和性能。</p><p>在結構靜力學方面，ANSYS Workbench能夠模擬材料在靜態載荷下的響應，包括應力、應變和位移等參數。在結構動力學分析中，該平臺可以模擬結構在動態載荷下的行為，如振動和疲勞。剛體動力學分析允許工程師研究物體在受到力和扭矩作用時的運動情況。</p><p>流體動力學模塊使工程師能夠模擬液體或氣體在各種條件下的流動行為，這對于設計高效的流體傳輸系統至關重要。結構熱力學分析則關注材料在熱載荷下的行為，包括熱膨脹和熱應力。
展開 
ansys workbench模擬齒輪嚙合
齒輪嚙合 ￥29.9
</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/2f499e2a984aebe7760bc7c6d688cd60.png"></p><p>（7）計算結果</p><p>最大變形云圖如下圖所示，可以看到主動輪最大變形為21.648mm，位于主動輪的齒輪面處，從動輪的最大變形為21.648mm，位于從動輪的齒輪面處，而設置回轉的齒輪內環處的變形幾乎為0，最大變形從齒輪面向內齒輪逐漸遞減。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/9796ba176812e6a110f1d79d1ecb5fe5.png"></p><p>最大應力云圖如下圖所示，可以看到主動輪最大應力為277.22Mpa，位于齒輪面的嚙合處，而未嚙合處齒輪應力為0。</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/929ba16b84023f837611020c6e73990b.png"></p>
展開 電機振動噪聲建模分析：ANSYS電機振動噪聲分析
噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）(在~20Hz-20kHz之間)的常見術語。引起這些振動的力可以來自許多來源。對于電機來說，這些力可能是驅動轉子軸的磁力，也可能是更大的驅動系統的一部分，比如軸承和/或齒輪。
圖1 汽車NVH示意圖
噪聲是電機的一個熱門話題，而諸如重量和成本降低等競爭性需求會帶來工程挑戰，如果不加以解決，可能會影響客戶滿意度和產品接受度，使用ANSYS工具將為如何全面解決電機噪聲提供工程指導。
1. 問題分析
本例以永磁同步電機模型為例。在Maxwell 2D中，利用該電機的1/8模型，計算定子內表面徑向和切向磁拉力；然后在ANSYS Mechanical中進行該電機三維定子的諧響應分析；最后在ANSYS Harmonic Acoustic中進行三維聲場分析。在Workbench中，Maxwell中計算的定子內表面徑向和切向磁拉時域力密度分布，作為激勵源，耦合到Mechanical 中進行頻域的諧響應分析；諧響應分析的結果，作為激勵耦合到ANSYS Harmonic Acoustic 中，作為噪聲分析的激勵。
幾何模型
圖2 模型示意圖
材料參數
，仿真過程中使用的材料為默認的結構鋼
2. 電磁力計算
圖3 1/8電機模型
分析模型為 Prius 電機的二維分析模型，建立Maxwell 2D分析流程。
打開【Workbench】->【Toolbox】->【Analysis Systems】，添加一個Maxwell 2D分析系統。
展開 電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個電機模型，電機的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對數為4，定子齒數為24個，轉子的轉速為1500rpm，求電磁振動產生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機類型；
Maxwell模塊：2D瞬態電磁場計算；
Structural 模塊：3D諧響應分析計算；
Acoustics ACT模塊：噪聲計算
注：Acoustics ACT模塊需要單獨安裝，請用戶到官方網站上自行下載。
圖1 電機模型
電機的電路模型如圖2所示。
圖2 電機電路模型
1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。
4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開 7軸承故障脈沖仿真(外圈，內圈，滾動體)，再此基礎上加噪聲，齒輪嚙合，基于上述三個合成高干擾信號 ￥19.89
軸承故障脈沖仿真(外圈，內圈，滾動體)，再此基礎上加噪聲，齒輪嚙合，基于上述三個合成高干擾信號。進行各類算法驗證。基于MATLAB平臺，算法已調通，可直接運行。
