20世纪70年代的石油危机和日益严重的环境污染使得汽车技术正经历着动力电气化、燃料多元化等重大技术变革。具有高效节能、低排放或零排放优势的电动汽车受到世界各国的广泛重视。电动汽车采用电机驱动后,对车辆的NVH性能提出严苛的要求,各大厂家为了确保生产的产品在当前竞争激烈的汽车市场中占据优势,都对整车的NVH性能提出更高的要求。动力传动系是整车最为主要的组成部分,变速器作为动力传动系中主要传动部件之一,对传动系的振动和噪声性能有着极其重要的影响,本文通过理论分析并结合现场试验对某型变速器在电动客车上的异响进行分析,提出了解决措施,最终消除了异响,为分析研究匹配电动汽车用变速器的异常噪声工作提供了指导。
一、变速器振动和噪声机理
新能源客车采用电机驱动变速器,相比于发动机输出转速波动的影响,电机驱动变速器在减振降噪方面具有明显优势。变速器作为1个齿轮系统,其噪声的声源主要有:
1.齿轮系统本身轮齿啮合的动态激励,由齿轮副啮合过程中的时变刚度引起;
2.原动机(发动机、电动机等)的振动以及工作机构的振动和负载变化等。
变速器工作时根据其不同的振动状态,可能产生2种噪声:齿轮的敲击和啸叫。敲击噪声主要是由轮齿的拍击引起的瞬态噪声,齿轮敲击是1种非线性的冲击现象,一般发生在轻载条件下;齿轮的啸叫声是1种稳态噪声,是由轮齿啮合过程的动态激励引起的,一般加载条件下齿轮啸叫比较明显。另外,根据机理的不同,可将噪声分成加速度噪声和自鸣噪声2种。一般说来,在拍击振动中轮齿间会产生冲击;在非拍击的振动中,齿轮轮齿在进入啮合的瞬间,由于齿轮误差和受载变形等因素,也会产生冲击,由于轮齿的冲击,齿轮会产生很大的加速度,引起周围介质扰动,由这种扰动产生的声辐射称为齿轮的加速度噪声,齿轮的啮合冲击主要发生在平行于轴线的方向。另一方面,齿轮在动态啮合力作用下,系统各零部件也会产生振动,这些振动所产生的声辐射称为自鸣噪声。一般说来,自鸣噪声是闭式齿轮传动的主要声源。变速器的噪声不仅与轮齿啮合的动态激励力有关,而且还与轮体、传动轴、轴承及箱体等的结构型式、动态特性以及动态啮合力在它们之间的传递特性有关。一般来说,要控制变速器噪声应充分考虑齿轮设计参数的选择,齿轮的加工装配,输入的转速、负载扭矩的波动,轴系的扭振以及电动机及其它传动副的平衡情况等因素的影响。
变速器在工作运行时的动力学行为对整箱及整车有着重要的影响,整车上变速器会受到内部齿轮啮合的动态激励和外部发动机(电机)输出扭矩转速激励的影响,要避免变速器在工作工况下(如怠速、加速、巡航、减速等)其内部零部件受到2种激励的影响而产生的共振,导致变速器壳体辐射较大噪声。因此,对变速器进行动力学分析是必不可少的,通过分析变速器固有的动力学特性,掌握各个零部件总成的模态频率和匹配问题,从源头上避免箱体共振。变速器是整车传动系的部件之一,其与传动系其它总成部件合理匹配与否直接影响着整车的NVH特性,因此研究分析外部激励对变速器的影响也是必不可少的。