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摘要：汽车机械变速器的噪声污染一直是汽车行业关注的重要问题，尤其是在绿色环保发展环境下，对汽车机械变速器的噪声污染控制要求更高。本文将结合轻型汽车机械变速器噪声产生的作用机理，对其降噪设计及有关控制措施进行研究，以为相关实践及研究提供参考。
关键词：轻型：汽车：机械变速器：降噪设计
在社会经济的发展推动下，我国的道路交通事业以及汽车行业等均得到了较大的发展，城市交通工具数量及形式更加多样化，其中，轻型汽车由于其较为突出的便利性特征，越来越受欢迎，成为人们出行选择的重要交通工具。值得注意的是，汽车行业的快速发展以及道路汽车数量的增加，在为人们日常生活与出行等带来较大便利的同时，也造成了一些严重的社会问题，比如噪声污染等，对人类的健康和生活所造成的困扰及危害影响日益显著。因此，加强汽车噪声污染控制，提高其降噪设计的质量标准，成为当前研究和关注的重点之一。下文将结合汽车机械变速器噪声产生的作用机理，对其降噪设计及有关控制措施进行研究，以供参考。
1、汽车机械变速器的噪声及其产生机理分析
1.1 汽车机械变速器及其噪声分析
汽车噪声中，机械变速器噪声是其主要噪声源之一，加强对汽车机械变速器噪声控制能够有效降低汽车噪声及其噪声污染的程度。如下图1所示，为轻型汽车机械变速器的结构示意图，其中，z为斜齿轮的齿数，b为斜齿轮的法向量。根据该图可以看出，轻型汽车机械变速器主要由齿轮、轴承以及箱体、传动轴等结构部件组成，是一个相对复杂的机械系统。值得注意的是，导致汽车机械减速器噪声产生的因素较多，其中，汽车机械变速器的齿轮啮合噪声是最为主要原因，并且有研究显示，在汽车机械变速器设计制造中，通过提高其齿轮设计与制造的精确度，能够明显降低汽车机械变速器产生的噪声。但是，由于进行汽车机械变速器齿轮精度控制成本较高，导致在实际设计与制造中，一些汽车制造企业为追求更多的经济利益，对齿轮精度控制重视不足，成为影响汽车机械变速器降噪控制的主要原因，需要引起重视和关注。
图1 轻型汽车机械变速器结构示意图
1.2 汽车机械变速器噪声产生的作用机理
根据上述对汽车机械变速器噪声及类型的分析可知，其机械变速器的噪声来源主要为齿轮啮合噪声，此外，还包含汽车机械变速器的箱体振动所产生的噪声。其中，汽车机械变速器的齿轮啮合噪声主要是指变速器齿轮传动过程中，因齿轮设计制造或者是装配等造成的误差，或者是因负荷作用等会造成齿轮啮合冲击产生振动，而振动在通过轴承、传动轴向箱体传递过程中产生的噪声。由此可见，汽车机械变速器齿轮系统噪声主要包含齿轮表面以及齿轮啮合冲击所产生的振动作用形成的噪声，因此，汽车机械变速器齿轮传动系统噪声是其噪声的主要来源和类型之一。其次，由于汽车机械变速器工作中，其振动包含传动轴旋转振动以及轴承运动产生的高频振动、齿轮啮合引起的振动等，在振动传递到变速器的箱体时还会形成变速器随机振动，由此可见，齿轮啮合形成振动导致噪声产生，同时引起传动轴振动发生，并通过轴承箱箱体传递，在轴或者是箱体共振情况下造成更大的噪声。因此，汽车机械变速器最主要的噪声为齿轮啮合噪声。
2、轻型汽车机械变速器的降噪设计分析
根据上述对轻型汽车机械变速器及其噪声产生机理的分析，为降低其噪声影响，减小汽车机械变速器工作运行中所产生的噪声，可以从其变速器齿轮结构的优化设计以及变速器箱体噪声优化控制、传承轴刚性改进等方面入手，具体内容如下。
2.1 汽车机械变速器齿轮结构的优化设计
首先，对汽车机械变速器齿轮结构的优化设计需要从齿轮副侧隙控制以及齿轮齿形和齿向的合理设计、对齿轮设计参数的优化等方面入手。其中，进行机械变速器齿轮副侧隙控制是由于机械变速器工作运行中，齿轮副的侧隙大小对其噪声的产生存在重要影响，一般情况下，在汽车负载较小的情况下，机械变速器中齿轮副啮合状态下会因相互拍击产生敲打声，而机械变速器的齿轮啮合冲击幅度会随着汽车负载变化而产生相应的变化，在汽车负载较大情况下，其齿轮啮合冲击幅度也随之增加，从而产生较大的相互拍击敲打声，呈啸叫状。因此，需要在机械变速器齿轮设计中对其齿轮副侧隙进行合理控制，避免因齿轮副侧隙过大或过小产生较大的噪声，对汽车机械减速器的降噪设计造成不利影响。
对汽车机械变速器的齿轮齿形与齿向设计中，需要根据齿轮设计要求进行齿形与齿向合理选择设计，以避免齿轮齿形与齿向的不同造成其工作运行情况的差别，从而导致齿轮啮合传动中的噪声污染产生。一般情况下，对齿轮的齿形与齿向设计需要通过试验方法进行验证，以在大量的试验总结基础上，选择最为合理的齿轮齿形与齿向设计方案，以确保其符合机械变速器齿轮设计的降噪要求。值得注意的是，汽车机械变速器齿轮齿形设计中常见的修形方法包含仅对齿轮的齿顶齿缘部位进行修正、渐开线齿形修正和齿向修正。渐开线齿形修正是与设计渐开线相比，其变速器的齿轮齿顶与齿根部位的渐开线相对较短，且齿高方向是凸形；而齿向修正是沿着轮齿的齿长方向修正为鼓形齿，并且轻型汽车变速器的齿轮鼓形齿凸出量一般为0.005至0.012mm。
最后，在变速器齿轮的设计参数优化中，通过对齿轮的重叠系数进行适当增大，能够有效降低其齿轮传动噪声，这是由于齿轮副的重叠系数高于1的情况下，齿轮传动中其在两种啮合区内的受力情况表现不同，其中前者的受力大小一般是后者的2倍，并且在齿轮相继啮合发生后，其所趁手的交变荷载存在周期性变化规律，因此会出现周期性振动，从而产生噪声。因此，根据这一情况，在齿轮参数设计中，对其重叠系数值进行合理增加，则会使其轮齿对数增加，从而在齿轮啮合下的交变载荷变化就相对较小，其噪声也会变小。
2.2 汽车机械变速器箱体降噪与传承轴刚性优化设计
针对汽车机械变速器箱体噪声及其对变速器噪声的影响，在箱体降噪设计中，可以通过对箱体厚度及其点质量、箱体结构形状、箱体域点声压的优化设计，满足其降噪设计要求，从而实现汽车机械变速器噪声的合理控制。其中，对变速器箱体厚度的合理设计，需要通过合适的箱体材料选择，同时需要从材料成本上考虑，将其噪声降至最低，以减少其影响。一般情况下，轻型汽车机械变速器的箱体多选择铝合金材料，但是由于这种材料的吸振阻压性能较差，因此，为改善其材料性能确保箱体降噪设计效果，可以通过在铝合金材料中合理的增加使用相应的添加剂来提高其箱体降噪效果。此外，对变速器箱体点质量的优化设计，可以通过加宽或者延长箱体侧面加强筋来提升其降噪效果，而对箱体结构形状的设计，则可以通过对变速器箱体结构形状或者是其箱体局部改变，使其局部存在凸起或凹陷来满足其降噪要求，且不会对设计成本造成影响。此外，对变速器传承轴刚性的优化设计，则需要在不影响齿轮正常传动啮合使用情况下，对传承轴的刚性进行合理增加，一般情况下常用支承刚性较大的滚柱锥轴承作为变速器轴，以减小其噪声影响。
3、结束语
总之，对轻型汽车机械变速器的降噪设计进行研究，有利于促进其在实际中的推广应用，从而有效降低轻型汽车机械变速器噪音，满足其绿色与环保发展的要求，具有十分积极的作用和意义。
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论文作者:毛建平,张秋贵,陆晓平
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/26
标签：变速器论文; 齿轮论文; 噪声论文; 汽车论文; 机械论文; 箱体论文; 降噪论文; 《防护工程》2018年第28期论文;