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一种降低齿轮敲击声的措施
王德政
（动力底盘开发部动力室，海口 570216）

【摘要】本文详细介绍某车型变速器齿轮敲击声的分析及验证过程，给出了改善效果比较明显的降噪措施。具有一定的参考价值。
关键词：齿轮敲击声、配重块、橡胶垫、传递路径

A measures for reducing gear rattle
（Wang Dezheng）
（Powertrain & Chassis Development Dept, Haikou 570216）

【Abstract】This paper introduces the analysis and experiment process of a vehicle transmission gear rattle in detail, gives the measures to improve the effects of noise obviously. It’s worth to referenc .
Keywords：gear rattle, counterweight block, rubber pad,way for transmiting

前言
某车型3档和4档在1000rpm至2000rpm区间加速时，变速器发出“沙沙沙”的声音，主观评价人员认为无法接受，严重影响整车的品质。
这种声音就是常见的齿轮敲击声。作者通过学习了理论资料，并且进行了很多整改试验，最终锁定了有效降低这种噪声的措施。
本文提供的这种改善措施，技术难度不大，整改周期及成本较小，非常适用于解决已量产车型的齿轮敲击声问题。
1齿轮敲击声产生机理
齿轮敲击声是由动力传动系统的扭转振动引起的。扭振的激励主要来自发动机的往复惯性力、发动机气缸内压力矩，以及动力传动系统的不平衡力矩。来自发动机的激励为主要激励。
扭振经飞轮及离合器传递到变速箱输入轴，加速过程中，各挡齿轮副均随输入轴转动，非同步档位的主从动齿轮无负荷啮合，齿轮副随着扭转振动产生一系列冲击运动，轮齿的冲击产生的异常噪声，经过空气及零件传至车厢内。如图1所示。

图1 齿轮敲击示意图
2改善齿轮敲击声措施的分析和验证
由于内燃机必然存在扭转振动，所以变速箱的齿轮敲击声不是存不存在的问题，而是在车厢内的表现是否可以接受的问题。降低这种噪声可以从减小动力总成扭振，从变速箱结构上进行优化，从传递路径上进行阻断等方面分析。措施很多，但是没有定式的行之必有效的改善措施。
2.1 传动系的避频减振措施
在整车开发阶段，通过CAE分析传动系统的扭振特性，优化曲轴减振器、离合器从动盘（或双质量飞轮、液力变矩器）的刚度、阻尼等参数，使扭振系统固有频率转移出发动机常用的转速区间，吸收振动能量，从而实现减振降噪的目的。
由于该车样车已经成型，只能采用减小动力总成扭振的常用措施，即调节离合器从动盘扭转刚度和滞后扭矩来减小传递至变速箱的扭振，从而减小齿轮敲击声。表1是多组刚度方案从动盘装车的主观评价结果。结果显示，受限于从动盘减振弹簧的布置空间，从动盘的扭转刚度和滞后扭矩调整范围较小，试验无明显改善效果，并且根本找不到刚度值的优化规律。

表1 调整离合器从动盘刚度的评价结果

方案
二阶刚度
（Nm/°）
评分
评价结果
扭矩容量
备注
1
28.93
4.5
“沙沙”声的转速范围较长，响度一般但声音清晰，一直到接近2500rpm才慢慢消失。
211～251N.m
减振弹簧×4
2
14.9
5
“沙沙”声响度稍小于前两个方案，但使用3-6挡加速行驶时，从1300rpm起依然可以清晰听闻。
149N.m
/
3
12.18
5
“沙沙”声响度大，转速持续范围宽。
183N.m
减振弹簧×4，减振橡胶×4
4
15.31
5.5
“沙沙”声响度一般，声音相比其他方案略有模糊。
217N.m
大减振弹簧×4，小减振弹簧×2，减振橡胶×2
5
18.44
5
“沙沙”声敲击感略轻，持续范围较小，但松油反拖时“沙沙”声一直有持续。
215N.m
大减振弹簧×4，小减振弹簧×4

2.2优化变速箱结构的降噪措施
试验表明，减小变速箱齿轮副的侧隙，能改善齿轮的敲击噪声。但为了使齿轮能圆滑的运转，或者目前的制造技术限制，齿轮侧隙的减小是有限度的。该车型要求变速箱齿轮侧隙达到最小极限值0.044~0.132，比另外一款车的变速箱齿轮侧隙要求值还小（该车不存在敲击声），但是评价认为齿轮敲击声仍无法接受。
多种研究资料说明：增大变速箱齿轮的拖曳阻力，对齿轮敲击声的改善也有帮助。为此，我们在倒档齿轮侧增加了辅助齿轮，如图2所示。从图中可以看出，在倒档齿轮的侧面，通过锥形弹簧的轴向力，压住一个不同齿数的辅助齿轮（又称阻尼齿轮），与配偶齿轮同时啮合，通过回转中的阻尼力矩来改善齿轮敲击噪声。评价认为改善效果极其有限，依然无法接受。
1 锥形弹簧
2 阻尼齿轮
3 配偶齿轮
4 主齿轮

图2 阻尼齿轮示意图
2.3 传递路径的改善措施
齿轮敲击声的传播途径有两种：一种经轴和轴承传到变速箱体，再经零件传递到车厢内。另一种通过箱内空气，穿透箱体传递到外面空气，再传递到车厢内。前者为结构传播，后者为空气传播。由于变速箱箱体是密封的，平均壁厚4~6mm，现代汽车的声学包装做得较好，所以空气传播贡献较小。
根据这样的推理，重新调整整改方向，从阻断结构传播方面寻求突破口。如图3所示，该车齿轮敲击声的结构传播路径主要有三条：变速箱—4#悬置—车架—车厢—接收者，变速箱—1#悬置—前悬挂—车架—车厢—接收者，变速箱—拉线—车厢。

图3 齿轮敲击声传递路径
考虑到前两条路径传递链较长，且悬置已经设置了减振橡胶，传递噪声的贡献应该较小，并且悬置的更改可能影响到整车其他重要性能，为此将阻断传递路径的验证重点放在与变速箱直接相连的拉线上。
表2是挂入3档，脱开拉线与变速器连接前后的主观评价结果。评价发现，齿轮敲击声降低很多。
表2拉线脱开前后评价结果
样车VIN
评价项目
评分
原车状态
验证状态
2097
1000rpm以内提速嗒嗒声
5
5
1000～2200rpm加速沙沙声
5
5.75
1988
1000rpm以内提速嗒嗒声
6
6.5
1000～2200rpm加速沙沙声
5.5
6
3 改善对策的验证结果及分析
综合前面的验证结果，可以看到接下来的关键是研究如何减小拉线传递的噪音。
参考常规的NVH整改经验，考虑在拉线上增加配重块，利用配重块的惯性抵抗动力总成传递到拉线上的振动，耗散其振动能量，从而实现降低拉线上传递的噪音。同时，在拉线上靠近变速箱端的安装点处，设置减振橡胶垫，配置合适的橡胶硬度，减缓变速箱端输入拉线的振动。
按照这样思路，尝试在拉线上3个不同位置，试装6种不同质量的配重块，然后再组合2种不同硬度的橡胶垫，进行试装验证。
表3是拉线上3个不同位置装配同一质量的配重块的评价结果，方案1改善效果非常明显。表4是在方案1的位置分别装配6种不同质量配重块的评价结果，评价发现重量在300g~350g之间的配重块，比其他质量的配重块改善效果更好。
锁定了配重块的位置和重量，低转速区间提速的嗒嗒声明显消除，高转速区间加速的沙沙声得到明显减弱。在此基础上，组合2种不同硬度的橡胶垫，发现增加配重块，再配合硬度为45度的橡胶垫的措施，高转速区间的加速沙沙声也达到了可接受水平。

表3 不同位置同一质量试装配重块评价结果
配重块位置
方案1
方案2
方案3
备注

配重块重量都是320kg
评价结果
较好
稍有改善
几乎无效果

表4 同一位置试装不同质量配重块评价结果
配重块位置
配重块重量
评价项目
评分
备注

350kg
提速嗒嗒声
6.5
分数是根据评价人员的描述估计的
加速沙沙声
6.5
300 kg
提速嗒嗒声
7
加速沙沙声
6.5
250 kg
提速嗒嗒声
6
加速沙沙声
6
200 kg
提速嗒嗒声
6
加速沙沙声
5.5
150 kg
提速嗒嗒声
5.5
加速沙沙声
5.5
100 kg
提速嗒嗒声
5.5
加速沙沙声
5.5

表5 不同硬度橡胶垫评价结果
橡胶垫硬度
评价项目
评价描述
备注
45
提速嗒嗒声
接受
拉线已增加了配重块
加速沙沙声
接受
55
提速嗒嗒声
接受
加速沙沙声
勉强接受
最后，锁定整改措施：在拉线上方案1的位置增加300g的配重块，拉线支架上增加45度橡胶垫。经过多台样车的试装验证，效果表现都很好。由于该方案改动较小，改动成本和周期的投入也很小，所以得以快速切换，从而保证了整车上市的品质。
4 结束语
以上措施不失为一种有参考价值的齿轮敲击声改善措施。可供后续车型进行借鉴，尤其在开发阶段，将该措施应用到产品中，提升样车的品质，缩短整车NVH开发的周期。
但是，由于动力传动系扭振引起的齿轮敲击噪声影响因素相当广泛，单独从阻断传递路径的方案进行改善还不能确保达到理想效果。因此，必须采取综合控制方法才能有效的减振降噪，尤其是在整车开发阶段，应进行动力总成扭振的CAE分析和匹配的优化。
参考文献
[] 黄俊杰．汽车动力传动系扭转振动研究分析
[2] 蔡勇．汽车变速器振动噪声控制研究