机械工程硕士论文范文:机械变速器啸叫声挺因素探微及降噪研究

来源: www.sblunwen.com 作者:lgg 发布时间:2013-09-25 17:07 论文字数:37200字
论文编号: sb201309251432408499 论文地区:中国 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文 论文价格: 150
变速器敲击主要是由于变速器输入端扭矩波动引起非承载齿轮啮合冲击产生;变速器啸叫是由齿轮系统啮合过程中齿轮副的传递误差产生,与齿数等相关,当箱体受激励产生共振后啸叫表现得更

第一章 绪论


1.1 NVH 的重要性
中国汽车工业已取得了巨大的成功,2010 年汽车产销量均突破了 1800 万辆,刷新了世界记录。但随着城市中汽车保有量的增加,交通噪声对人们生活的影响越来越大。据统计,机动车辐射的噪声,约占整个环境噪声的 75%,是目前环境中主要的噪声源。随着中国汽车市场的成熟度提高,客户对一些主观感知要求也越来越高。汽车的 NVH 特性是汽车行业与相关汽车零部件行业关注的综合性问题之一。有统计资料显示,汽车整车的故障中,约有 1/3 的故障问题是和汽车的 NVH(Noise,Vibration, Harshness)问题有关,世界各大汽车公司有近 20%的研发费用投入在解决汽车的 NVH 问题上。由此可见,汽车 NVH 性能在今天已经显得尤为重要。


1.2 变速器的常见 NVH 问题
汽车 NVH 问题涉及汽车的多个子系统以及各子系统之间的匹配关系,是一个涉及到多学科的系统性及综合性的问题。也是迄今为止没有一个成熟而通用的产品可以解决汽车中遇到的各种振动与噪声问题的原因之一。近年来,随着对汽车 NVH 性能要求的不断提高,变速器作为汽车动力传动系统的重要组成部分和汽车振动、噪声的主要来源之一,其 NVH 性能也日益受到关注。在变速器齿轮系统中,根据不同的振动状态,噪声主要可分为敲击(Rattle)和啸叫(Whine)噪声两类。变速器敲击主要是由于变速器输入端扭矩波动引起非承载齿轮啮合冲击产生;变速器啸叫是由齿轮系统啮合过程中齿轮副的传递误差产生,与齿数等相关,当箱体受激励产生共振后啸叫表现得更为突出。


1.3 业内关于机械式变速器啸叫声研究
机械式变速器啸叫噪声问题由来已久,各汽车公司和一些学者分别对其进行了研究。Romax 科技公司和通用大宇技术公司通过齿轮修形以减小齿轮传递误差,从而降低齿轮啸叫,并对传递误差的仿真结果与测量结果进行对比,验证了两者的关联性[1];福特汽车公司通过 CAE 仿真和实验分析齿轮高频啸叫问题,提出在驱动轴上增加惯性质量降低啸叫噪声[2];马自达汽车公司对薄齿轮和宽齿轮不同结构和振动特性下啸叫的传递途径进行了分析,提出薄齿轮可通过改善啮合力以降低啸叫,而宽齿轮需通过改善圆锥滚柱轴承传递性以降低啸叫[3]。国内,同济大学曾对基于阶次分析进行客车变速器噪声试验研究[4];重庆理工大学的施全通过变速器振动噪声台架实验识别主要噪声源,提出通过减小齿轮侧隙、增大重合度以降低变速器啸叫;江苏大学的葛如海采用 Romax Designer 软件对齿轮啮合情况进行分析,通过齿面微观修形,将齿轮发出的阶次啸叫噪声降低了约 10dB(A)[5];浙江大学的郝志勇通过变速箱总成的多体动力学建模仿真,得出承载啮合对产生的动态啮合力表现为齿轮啸叫[6]。
综上,目前对变速器啸叫问题的研究,虽然能在一定程度上降低啸叫噪声,但没有从机理上、本质上认清变速器啸叫噪声的产生原因,因而不能从根源上抑制直至消除啸叫。随着人们环境意识的不断提高,车辆噪声问题已经引起了全社会的高度重视,汽车噪声的大小已经成为衡量汽车质量水平的重要指标,对于汽车噪声的防治是当前世界汽车工业的一个重要课题。动力总成噪声作为汽车的主要振动和噪声源,变速器噪声在其中占很大比重。我国国产变速器的早期开发主要是从可靠性的角度出发的,并没有把振动噪声作为控制目标。随着国家法规对整车噪声的日益严格,以及汽车购买者对乘坐舒适性的要求越来越高,对国产变速器的振动噪声的控制已刻不容缓。变速器的噪声是一个普遍存在的问题,目前,国内以研究变速器敲击为主,对于变速器的啸叫问题研究有限。本文针对某款手动变速器的啸叫噪声,通过理论啮合模拟计算、台架接触斑点试验以及不同工况下的整车道路实验,确定啸叫噪声产生的源头、设计优化方法,以有效降低变速器啸叫噪声,提高汽车的乘坐舒适性,在技术上拉近与国际领先水平之间的距离,并可形成一套可用于变速器减振降噪的方法和流程,为解决工程实际问题奠定基础。


第二章 变速器噪声相关理论


2.1 振动与噪声
2.1.1 定义
声音(包括噪声)是由物体振动产生的,而振动在弹性介质中的传播形式就是声波,处于一定频率范围内(20~20000Hz)的声波作用于人耳就产生了声音的感觉。物体振动是产生声音的根源,但并不是物体产生震动后一定会使人们得到声音的感觉。因为人耳能感觉到的声音频率范围只是在 20~20000Hz 之间,这个频率范围的声音称可听声,频率低于 20Hz 的声音称为次声(infrasound),频率高于 20000Hz 的声音称为超声(ultrasound)。次声和超声对于人耳来说都是感觉不到的。噪声(noise)通常定义为“不需要的声音”(unwanted sound),是一种环境现象。人一生都暴露在有噪声的环境,噪声也是一种由人类各种活动产生的环境污染物。但是噪声有不同于其它污染物象空气污染物、水污染物的特点如下:(1)把噪声定义为“不需要的声音”是很主观的,被某人认为是噪声的声音,却可能被另外的人喜爱;(2)噪声衰退的时间短,不像空气污染物、水污染物等那样长期存在于环境中,因此当人们设法去降低、控制或抱怨环境噪声时,该噪声可能已不再存在;(3)噪声对人们生理和心理的影响很难评价,其影响经常是错综复杂的、隐伏的,其影响结果的出现是渐近的,以至于很难将原因和结果联系在一起。实际上,一些听觉可能已经受到噪声损害的人,却并不认为自己有什么问题。描述声音高低的物理量是频率,描述声音强弱的物理量有:声压、声强、声功率以及各自相应的级,描述声音大小的主观评价量是响度、响度级。


2.1.2 噪声评价标准
前述以声压、声强、声功率及其相应的级来表示声音的强弱,只是对声音的客观评价量,而不能准确地反映人对噪声的主观感觉。实验证明,虽然两个声源的声压相同,当其频率不同时,人耳的主观感觉却是高频声比低频声响得多。亦即人耳对声音大小的感觉不但与声压有关,还与频率有直接关系。如何使噪声的客观物理量与人耳感觉的主观量统一起来,这就是噪声评价的重要问题。几十年来,人们对人耳听觉与声压级及频率的相互关系进行了大量的试验研究。为此,我们把人耳对声音的主观感觉,即声音“响”的程度,称为响度(loudness),单位是宋(sone),用 N 表示;把以分贝表示的声压级对测试声频率作图得到一曲线,该曲线称为等响曲线或 Fletcher-Munson 曲线,如图 1 所示。它是根据大量听者认为响亮程度相同的纯音的声压级与频率关系而得出来的。等响曲线以 1000Hz 纯音作为基准声学信号,仿照声压级的概念提出一个“响度级”参数,其单位称为“方”(phon),表示为 LN。[7]一个声学信号听起来与 1000Hz纯音一样响,则其响度级“方”值就等于 1000Hz 纯音声压级的分贝值。例如,某声音听起来与频率为 1000Hz、声压级为 90dB(A)的纯音一样响,则此声音的响度级为 90 方。响度级既考虑了声音的物理效应,又考虑了人耳的听觉生理效应,它是人耳对声音的主观评价[8]。


第三章 变速器啸叫声实验.......13
3.1 实验目的............13
3.2 实验内容............13
3.3 各工况道路实验数据分析....17
3.4 whine 噪声源头辨识及辐射分析 .............31
3.5 小结..........58
第四章 齿轮修形.............59
4.1 MASTA 分析功能介绍 ..........59
4.1.1 软件概述...........59
4.2 壳体分析............61 
4.3 变速器齿轮接触斑点试验.....66 
4.4 变速器装车整车啸叫测试报告......68
4.5 二档齿轮 MASTA 分析 ........74 
4.6 齿形微观修形方案制定........82
4.7 新方案测试结果...........85
第五章 总结...........89
5.1 主要工作总结.....89
5.2 研究展望............89


结论


本课题涉及的在整车上的啸叫噪音,通过在整车上布置多通道噪音和振动传感器测试,通过阶次噪音分析方法,找到了与驾驶室主观听到的噪音在相一致的客观噪音来源-啮合齿轮,阶次噪音的表现在档位、转速区间甚至噪音高低与主观感受都有着很好的一致性。通过多通道测试数据的阶次跟踪噪音以及对这些不同部位测试得到的阶次噪音进行相干性分析,我们认为啸叫噪音主要通过汽车驾驶室的结构传递噪音,为将来针对该问题的隔音减振提供了明确的工作方向。通过整车 NVH 测试分析、变速器台架测试分析、变速器 Masta 分析以及制造优化等完整的 NVH 改进、测试过程,对于整车的测试分析、变速器台架测试分析这方面的测试分析工作,我有了很大的提高。同时作为重点的变速器设计开发中关于 NVH 问题的优化设计理论分析及设计实践经验,能够帮助我今后的工作中在设计初期更加重视 NVH 问题,有针对性的完成设计审核,尽可能减少已知的变速器 NVH 问题在不同项目上的重复发生。
本文最终通过对啸叫噪音的多工况及多点的测试分析工作,确认了整车上可疑的加速及滑行噪音的来源与变速器直接相关,并且这些噪音的传递主要通过车身结构件进行传递,因此迫切需要改善变速器的 NVH 表现。通过后期的变速器齿形改进优化等工作,解决了变速器先期开发中齿轮微观修形对 NVH 的预测,通过降低齿轮传递误差,改善接触区(目的是改善接触应力),实现优化变速器工作中的加速及滑行噪音。本项目针对齿轮微观修形进行 Masta 分析中一些结论性的指标,对今后解决类似问题,提供了可借鉴的客观参考指标。


参考文献
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[3] Yasunori Kanda, Tokimori Saka, Masamichi Fujikawa and Kouichi Ando.Experimental Transfer Path Analysis of Gear Whine[J]. SAE2005:01-2288
[4] 周冠嵩,吴光强.基于阶次分析的客车变速器噪声试验[J].现代制造工程,2007(11),85-88
[5] 葛如海,姜旭义,杨文涛.齿面微观修形在汽车变速器降噪中的应用研究[J].汽车工程, 2009,31(6),557-560
[6] 郭磊,郝志勇,蔡军,刘波.汽车变速箱齿轮传动系动力学振动特性的研究[J].振动与冲击,2010,29(1),103-107
[7] 袁昌明.噪声与振动控制技术.[M] 北京:冶金工业出版社,2007
[8] 张志华.内燃机排放与噪声控制.[M] 哈尔滨工程大学出版社,1999
[9] 何琳.声学理论与工程应用.[M] 北京:科学出版社,2006.5
[10] Kouichi Ando,Yasunori Kanda and Yoshihiko Fujita.Analysis of HighFrequency Gear Whine Noise by Using an Inverse Boundary ElementMethod.[J] SAE Paper,2005(1):2304
 


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