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基于刚柔耦合模型的变速器振动噪声研究

陈志强  
【摘要】:汽车变速器是汽车主要的振动噪声源之一,准确建立变速器振动噪声预测模型,对变速器的动态响应特性和辐射噪声特性进行仿真研究,不仅可以更好地掌握变速器振动噪声产生机理、给变速器设计提供合理减振降噪措施,同时还可以减少变速器的开发成本和开发周期。运用多体动力学软件建立变速器的刚柔耦合模型,分析变速器敲击与啸叫特性,并研究变速器的噪声辐射特性,对于处于开发阶段和设计低振低噪变速器而言具有重要意义。论文主要的研究工作和结论如下:(1)建立了变速器刚柔耦合多体动力学模型。基于变速器设计的基本理论,设计一台只包含两个档位的试验变速器,综合考虑试验变速器各部件的实际连接关系、齿轮时变刚度和阻尼特性、齿侧间隙、轴承刚度阻尼随运动状态变化的特性、发动机转速波动和负载激励等因素,并对箱体柔性化处理,建立了试验变速器的刚柔耦合多体动力学模型。对变速器箱体和整个变速器系统进行了模态分析,仿真与实验结果的对比,最大误差分别在3%和7%以内,验证了变速器刚柔耦合多体动力学模型的准确性。(2)系统研究了变速器敲击以及啸叫噪声。敲击时间历程β(t)幅值大于等于1则可判断齿轮产生敲击,敲击时间历程β(t)幅值小于1则判断齿轮不产生敲击;研究了敲击各影响因素对敲击强度的影响,为减少敲击,输入转速的波动应该尽可能减小,空套齿轮对的齿比应尽可能取小值,空套齿轮的转动惯量应尽可能减小,齿侧间隙应尽可能减小,而空套齿轮与传动轴之间的阻尼系数应尽可能大;分析得出啸叫产生的两个条件:一是齿轮啮合刚度的时变性,二是齿轮承载传递动力,且啸叫随输入转速和负载扭矩升高而升高,并且当承载齿轮的啮合频率与箱体固有频率接近时,啸叫会急剧变大,同时啸叫随重合度的变大而变小,而模数和压力角与重合度几乎成反比例关系,螺旋角和齿宽与重合度几乎成正比例关系。(3)变速器辐射噪声研究。运用模态声传递向量(MATV)方法对变速器的单一转速工况和升速工况的振动噪声进行了仿真研究,仿真结果表明变速器承载齿轮啮合频率、由于转速波动引起的传动轴调制频率和箱体共振频率对变速器辐射噪声影响极大。试验研究了升速工况下的振动噪声,结果表明实验与仿真都出现了明显的共振带和承载齿轮对的阶次成分。


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