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轿车变速箱齿轮噪声与制造误差关系的作用机理分析和试验研究

徐宇东  
【摘要】: 汽车噪声已经成为环境噪声污染的主要来源之一,其大小是衡量汽车质量水平的重要指标,而变速箱噪声是汽车噪声的重要来源之一。因此,汽车变速箱噪声控制是目前世界汽车工业的一个重要课题。作为主要传动元件之一的齿轮传动副,其啮合噪声产生机理是一个非常复杂的问题。目前任何一种数学模型都不能将其表现得理想,准确。 传递误差是齿轮噪声的重要激励源之一,齿轮制造误差和轮齿弹性变形是产生传递误差的主要原因。在分析传递误差对齿轮振动噪声影响的基础上,讨论了齿轮内部动态激励:刚度激励、齿轮误差激励、冲击激励和齿面摩擦力激励的作用机理。并用一个齿轮系统振动模型来说明各类误差对齿轮振动噪声的影响。齿轮误差通常用富丽叶级数和简谐函数表示法进行模拟。显然,用实测的误差数值表示最能反映实际情况。本文基于这一点考虑,对齿轮制造误差与齿轮啮合噪声之间的关系进行了试验研究。主要对以下几项制造误差,如齿形角误差、齿向角误差、齿形形状误差、齿向形状误差、相邻周节误差、径向跳动误差、周节误差、周节累积误差进行了研究。用正交试验方法确定了试验方案,保证了样本在样本空间的均布及正交性。在齿轮噪声试验台上,对具有不同误差的齿轮样本进行测试,得到了齿轮制造单项误差与齿轮啮合噪声的关系曲线,并对其产生的原因进行了理论上的解释。 根据齿轮单项误差对噪声影响的分析,建立了多元线性回归的齿轮制造误差与啮合噪声关系的数学预测模型,并采用岭回归方法,消除了模型中的共线性问题。在建立的岭回归齿轮噪声预测模型中,每个参数的系数反映了对齿轮噪声的影响程度。采用主成分分析和Back Propagation神经网络相结合的建模方法,建立了齿轮噪声预测模型,有效地去除了数据共线性,减少了输入样本维数,大大简化了网络结构,降低了神经网络训练的难度。并进一步通过试验证明,这两个模型的预测值与实测值基本吻合。在实际生产中可应用此模型来优化轮齿微观几何尺寸,实现对齿轮噪声的有效控制。从上述模型中可以得出这样的结论,齿形角误差和齿向角误差对噪声的影响最大;齿形形状误差、齿向形状误差和径向跳动误差对噪声的影响较大;基节误差、周节累积误差对噪声的影响次之;相邻周节误差对齿轮噪声的影响相对较小。这些结论与实际噪声试验结果基本吻合。 利用德国DISCOM公司开发的振动噪声分析系统,研究了某变速箱对整车噪声的贡献。在汽车行驶状态下,进行实车噪声测试,得到了不同档位下声压级与转速的关系曲线。并利用阶次分析方法准确地识别出整车噪声和变速箱噪声的相关性。从而建立了车内的主观评价、车内测试、和生产线末端试验之间的相关性,为设置试验台的接受限提供依据。 对工程中实际应用的齿轮降噪措施进行了试验研究,不同工艺方法(剃齿、磨齿、珩齿)对齿轮噪声的影响,剃齿工艺热前参数修正的试验过程,并对齿轮结构参数,如齿高系数优化以及轮齿修形的方法进行了试验研究。 本课题的研究工作,将为齿轮啮合噪声的研究提供新的思路、开辟新的途径,为齿轮噪声控制方面的研究工作提供新的借鉴。


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