齒輪敲擊噪聲優化的案例
混動車型平衡軸齒輪敲擊噪聲優化
［摘要］ 為了優化縱置混動車型平衡軸齒輪敲擊噪聲，對比橫置車型結構差異，識別出飛輪慣量變大，曲軸模態降低，平衡軸驅動齒圈角加速度變大，導致平衡軸齒輪敲擊，而常規單級減振器匹配呈現“此消彼長”規律，無法覆蓋發動機全轉速段角加速度優化目標，因此開發出雙級扭轉減振器，降低平衡軸驅動齒圈角加速度，可解決齒輪敲擊問題；使用Simpack軟件搭建了齒輪敲擊多體動力學模型，研究了平衡軸齒輪敲擊產生和傳播機理，進而開發出雙消隙平衡軸，通過減小嚙合過程中輪齒雙側受力沖擊， 進一步優化了齒輪敲擊噪聲。結果表明，綜合使用雙級減振器和雙消隙平衡軸可解決齒輪敲擊問題，對平衡軸齒輪設計和敲擊問題優化具有重要的工程意義。
關鍵詞：平衡軸；敲齒聲；雙級減振器；Simpack；多體動力學
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前言
齒輪敲齒是影響汽車車內振動和噪聲的重要來源，嚴重影響汽車駕乘舒適性，常引起顧客抱怨。不同學者對齒輪傳動系統敲擊分析方法和優化做了諸多研究。田雄等通過測試傳遞路徑分析，指出換擋拉線和離合器拉線為變速器rattle的主要貢獻路徑。李迪等從碰撞角度分析敲擊振動的產生，建立單對齒輪敲擊多體動力學方程；對比分析剛性碰撞與彈性碰撞對齒輪敲擊的影響；并利用CATIA和ADAMS建立某機械式變速器齒輪傳動系統多體動力學模型，分析輸入轉速大小、擋位選擇等對變速器敲擊的影響。角田宏等通過對轉速傳感器信號的頻率以及振動、噪聲進行分析，得出關于周期性敲齒聲的有效分析結果。龔兵等利用AMESim建立傳動系統敲擊模型并通過試驗驗證模型的準確性，分析離合器參數和齒輪齒隙對齒輪敲擊力的影響，為敲擊問題的解決提供了一種較為簡便的方法。
展開 【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?，F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 齒輪—Rattle噪聲及嘯叫噪聲的來源
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齒輪：Rattle噪聲及嘯叫噪聲的來源
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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
四、振動噪聲的控制措施
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提高加工、裝配精度
齒輪的齒形、齒面精確加工精心裝配，減小齒面缺陷可以大大減小齒輪嚙合時的振動沖擊。此外齒的形狀，齒輪輪齒的排列、優化都能大幅度降低齒輪噪聲。如直齒改為斜齒，或采用非對稱齒形。根據嚙合時的沖擊振動除了受到壓力角T 影響之外，主要與齒數有關。增加齒輪齒數可采用雙模數不對稱的漸開線齒形。齒數增加可使沖擊幅值下降，但應注意齒輪的加工精度。據研究該法可使噪聲下降3dB左右。
2
采用隔振及阻尼減振裝置
對振動與噪聲的控制除了在設計與制造時優化齒輪結構參數，如齒形、重合系數、壓力角等外，可以在齒輪輪體以及支承系統采用隔振措施。如在齒輪端面附加一個阻尼環或鑲嵌高阻尼材料以便吸收齒輪的嚙合振動能量，以減少齒輪輻射聲。與此同時，可在齒輪軸系端部及軸承部位接裝適當的減振裝置，如套在軸頭部位的阻尼減振套（墊）。
展開 
齒輪與齒輪箱振動噪聲機理分析及控制
據研究該法可使噪聲下降3dB左右。
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采用隔振及阻尼減振裝置
對振動與噪聲的控制除了在設計與制造時優化齒輪結構參數，如齒形、重合系數、壓力角等外，可以在齒輪輪體以及支承系統采用隔振措施。如在齒輪端面附加一個阻尼環或鑲嵌高阻尼材料以便吸收齒輪的嚙合振動能量，以減少齒輪輻射聲。與此同時，可在齒輪軸系端部及軸承部位接裝適當的減振裝置，如套在軸頭部位的阻尼減振套（墊）。
如采用高阻尼鋁合金的齒輪箱總振動級比普通鋁合金箱體下降3～4dB，采用高阻尼鋁鋅合金，總振動級下降5dB左右。
3
改善潤滑方法
齒輪潤滑時，一般情況下，齒輪系統部分置于油液中，在齒輪旋轉時，油液由嚙入方向進入兩嚙合齒的空間，從而使油液滯留于齒間。當齒間容積減小并又逐漸增大時，液壓由小變大再減小，從而產生液壓脈動現象。在壓力變化過程中，由于每一個循環的后期載荷突然減小，而呈現“階躍”式變化，因而造成輪齒的沖擊而使齒輪輻射出噪聲。同時在卸載時，因壓力突降，在油液中的氣泡迅速擴張，形成的空泡爆裂，對輪齒也產生沖擊，針對此種噪聲，改善潤滑方法是有效的，可使滑油由嚙出方向進入輪齒進行潤滑而不從嚙入方向進油，這可大大改善齒輪的振動與噪聲。
五、結論
齒輪的振動噪聲主要來源于齒的缺陷、磨損以及安裝偏差、加工誤差等，因此提高加工、安裝精度，選用適當齒形可降低噪聲。
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 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
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 優化小型家電的齒輪性能
結語
隨著塑料齒輪的需求不斷遞增，齒輪生產商需要在滿足緊湊的空間要求的同時，確保齒輪的耐用性。DSM Stanyl? 所提供的高強度、耐用性和抗磨損性的標準不但達到了齒輪生產商的要求，也給消費者提供了一份終生高質量的「保險」。■
此文章摘錄自2020年11月技術月刊
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純電動汽車電機嘯叫噪聲優化
對于逆變器殼體490Hz共振問題，實施優化措施如下：殼體厚度由原來的3mm增加至4mm、殼體背面增加加強筋結構、逆變器殼體上表面粘貼阻尼片，具體措施如圖10所示。優化后，逆變器上殼體模態頻率由488Hz提升至613Hz。
圖10 逆變器殼體結構改進方案
對于右懸置支架580Hz強迫振動問題，實施優化措施如下：綜合考慮布置空間和右懸置支架8階振動情況，在右懸置支架上安裝固有頻率為580Hz的動力吸振器，如圖11所示。該動力吸振器關鍵設計參數如下：Z向固有頻率滿足580Hz±5%Hz，質量滿足200g±20g。
圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
展開 基于齒輪修型的減速器嘯叫優化
圖1 駕駛員右耳噪聲colormap圖
2.2 優化方法
減速器嘯叫噪聲是齒輪箱彈性系統在動態激勵載荷作用下產生的剛柔耦合響應。齒輪系統的動態激勵分內部激勵和外部激勵。內部激勵是齒輪副在嚙合過程中產生的動態載荷，這是齒輪嘯叫噪聲產生的主要原因。內部激勵主要由時變嚙合剛度、傳遞誤差等因素引起；外部激勵是由電機轉矩波動、連接花鍵間隙等產生的動態沖擊。
優化減速器嘯叫問題有多種途徑，首先可以降低減速器本體的內部激勵，如剛度激勵，增加齒輪的重合度；誤差激勵，優化齒輪齒形，提高加工、安裝精度等[3]；也可以通過合理布置軸系、優化減速殼體避開共振區域等方式；同時也可以從傳遞路徑上進行優化，根據外部傳遞路徑的不同，分為結構傳遞路徑（懸置和車身）和空氣傳遞路徑（聲學包），如降低懸置橡膠剛度增大階次隔振率、包裹動力總成、加強車內聲學包裝增強對嘯叫聲的吸收等措施[5]。綜合考慮到成本以及方案實施難度，本文最終決定對齒輪進行微觀修形，降低齒輪的傳遞誤差，從而優化減速器嘯叫問題。
展開 電動汽車動力總成噪聲分析與優化
動力總成是純電動汽車的動力來源,其振動與噪聲性能是影響汽車舒適性的關鍵因素。純電動汽車動力總成由電機及減速器組成。永磁同步電機因體積小、功率密度高等優點而廣泛應用于電動汽車。永磁同步電機電磁噪聲和減速器嘯叫噪聲是純電動汽車NVH(noise vibration and harshness)開發中的常見問題,優化上述2種噪聲是提高純電動汽車動力總成NVH性能的重要手段。
目前,國內外對減速器齒輪嘯叫噪聲和永磁同步電機電磁噪聲都有較多的研究。減速器嘯叫是由內部齒輪在嚙合傳動中所受的不平穩的激振力和嚙合過程的傳動誤差引起的一種中高頻噪聲,其優化多是通過對齒輪進行微觀修形,改善齒輪嚙合狀況。
永磁同步電機電磁噪聲的根源是電機內部氣隙中各諧波磁場產生的交變電磁力。電磁力有切向分量和徑向分量。徑向電磁力在引起電磁振動及噪聲方面起主要作用,它使定子鐵芯產生徑向振動,徑向振動產生的噪聲是電機電磁噪聲的主要成分。
永磁同步電機電磁噪聲的優化主要有2種途徑:① 改變電機機械結構;② 減少電樞電流的諧波含量。
本文以一臺某型號純電動汽車動力總成為研究對象,首先分析了動力總成減速器的階次噪聲;然后解析分析了動力總成驅動電機的徑向電磁力特性，并利用Maxwell軟件進行仿真,識別出電機可能產生的噪聲階次;最后提出了采用聲學包包裹降低動力總成噪聲的優化措施,并進行了試驗驗證。
1 動力總成噪聲來源分析
本文研究的動力總成如圖1所示。
展開 純電動汽車電機嘯叫噪聲優化
對于逆變器殼體490Hz共振問題，實施優化措施如下：殼體厚度由原來的3mm增加至4mm、殼體背面增加加強筋結構、逆變器殼體上表面粘貼阻尼片，具體措施如圖10所示。優化后，逆變器上殼體模態頻率由488Hz提升至613Hz。
圖10 逆變器殼體結構改進方案
對于右懸置支架580Hz強迫振動問題，實施優化措施如下：綜合考慮布置空間和右懸置支架8階振動情況，在右懸置支架上安裝固有頻率為580Hz的動力吸振器，如圖11所示。該動力吸振器關鍵設計參數如下：Z向固有頻率滿足580Hz±5%Hz，質量滿足200g±20g。
圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
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