摘要：某新车型在其研发过程中发现当其车速在90km/h~120km/h时，车辆的后排存在比较刺耳的“蜂鸣声”。本文通过采用阶次跟踪技术对该车进行了试验测试分析，确认了该“蜂鸣声”为后桥主减速器齿轮的啮合噪声。通过对后桥齿轮的优化处理，成功的消除了车辆的“蜂鸣声”。
关键词：阶次跟踪；后桥主减速器；啮合噪声
1 前言
NVH的性能已经成了顾客购买车辆的重要指标，它的水平高低会直接影响顾客的购车意愿，因此在车辆的开发过程中必须对车辆的NVH问题给予重视。本文简单介绍了利用阶次跟踪的原理，从试验分析的角度对解决某车因后桥引起的″蜂鸣声 ″。
2 噪声产生的机理
齿轮噪声产生的机理：一对啮合齿轮的两齿面的接触点上存在相对滑动速度，且其方向交变。因此存在方向交变的滑动摩擦力，产生冲击力。由于齿轮的制造误差、安装误差、齿轮受力变形和轴系扭振等，齿与齿之间必定发生撞击力。
此两力引起噪声：齿轮在啮合与分离过程中产生的周期性冲击具有的频率称为啮合频率
，
；其中n为齿轮的转速，z为齿轮的齿数。
3 阶次跟踪的原理
传统的频谱分析是等时间间隔采样，当转速发生变化时，每一周期内的采样点数就会发生变化，从而导致频谱分析中的频率模糊。而阶次跟踪是使采样频率随着转速的变化而实时变化的，保证在信号的每一个周期内都保持同样的采样点数。如下图1所示的是等时间间隔采样，可以看到随着转速的增加，每周期内的采样点数逐渐减少；而图2所示的为等角度间隔采样，其采样频率随着转速的增加而增加，从而保证了每个周期内的采样点数是恒定的，从而将时域的非稳态信号通过恒定角增量采样转换为了角域的稳定信号，经过FFT变换后，可以得到阶次谱，它可以清晰的反映出信号中的频率成分（如下图6所示）。
图1 等时间间隔采样
图2 等角度间隔采样
4 噪声源的查找与整改
4.1 噪声源查找
首先对其匀速时的噪声性能进行摸底，此时采用的是传统的频谱分析方法，该方法对转速稳定的稳态信号有良好的效果，能清晰的表示出被测信号的频率成分，所以该方法也是我们最常用的试验手段；下图3为车辆在匀速90km/h时的后排噪声频谱图，由频谱图可知该车存在一个430Hz的波峰，这个频率处的噪声对人的干扰比较大，应该就是该车内存在的蜂鸣声；主观感觉该噪声是在后桥附近发出的，可以初步判断后桥可能与该噪声有关，但是需要更详细的试验数据来确认噪声源。
对于本车，当车速在90km/h时，发动机转速1960rpm，变速箱为Ⅳ档，Ⅳ档速比为1，齿轮的转速为1960rpm，齿轮齿数为13，由此可以知道后桥齿轮的啮合频率f=425Hz。由下图3可以看出，后排噪声在430Hz处有明显的峰值，由此可以判断该波峰就是由齿轮啮合产生的单频噪声。
汽车后驱动桥作为汽车传动系的一部分，它的振动与噪声信号并不是稳定的，为了进一步判断后桥与该车的车内噪声是否有关系，需要重新制定试验计划：采用阶次跟踪的分析方法测量车内后排噪声与后桥壳体上的振动加速度（后桥测点位置如下图示）。
图3 匀速90km/h时的后排噪声频谱图
图4 后桥振动加速度测点
图5为匀速90km/h时后排左侧噪声与后桥前部的振动加速度频谱图，图中曲线表明后排噪声与后桥壳体的振动在430Hz左右都明显存在一个较大的波峰，这表明后桥的振动与车辆后排存在的蜂鸣声是一致的，可以明确确认该车后排出现的蜂鸣噪声是由车辆的后桥产生的。
图5 匀速90km/h时后排噪声与后桥壳体振动的频谱图
4.2 后桥优化
要改善后桥齿轮的噪声，首先要了解影响齿轮噪声的因素，其主要包括齿轮的齿形参数、齿轮的光洁度和精度、齿轮结构和形状，以及轴系的刚度和润滑油等其他因素。
齿轮参数主要包括模数、压力角、螺旋角、啮合系数、齿侧间隙等。
齿轮的结构和形状主要指齿轮的直径、齿宽、轮体形状等。
齿轮的精度和光洁度主要指基节偏差、齿形误差等。
经过拆解该问题车辆的后驱动桥，测得其主减速器齿轮齿侧间隙为0.13mm-0.22mm，齿侧间隙较大。齿侧间隙对齿轮噪声的影响很大，当齿侧间隙超过0.2mm时，噪声剧增，同时当齿侧间隙过小时，在啮合过程中会贮存于轮齿之间的油和空气以高速挤出，其速度比齿轮的节线速度高出许多倍，会产生很高的噪声，远远超过齿轮本身振动造成的噪声。因此将齿侧间隙进行调整，控制在0.13mm-0.18mm。
将优化之后的后桥装车，首先进行主观评价，主观感觉整改后的车辆在原先的问题车速下（90km/h~120km/h）没有明显的蜂鸣音。然后再按照国标进行车内噪声试验，下图为整改前后车辆在匀速120km/h时的后排噪声对比图，如下图所示该车在中频557Hz附近的峰值明显变小了。
图8 齿轮的研磨位置
5 结论
（1）通过理论分析与试验验证我们发现阶次跟踪的方法对处理转速变化时的非稳态信号确实非常有效，利用该方法我们成功的找出了该问题车辆车内“蜂鸣声”的噪声源。
（2）通过对后桥齿轮的齿面进行研磨，并合理选择齿轮副测隙我们成功消除了该车的“蜂鸣声”，说明上述方法是降低齿轮噪声的有效措施。
图9 匀速120km/h的后排噪声对比
参考文献
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论文作者:司金龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/21
标签：后桥论文; 噪声论文; 齿轮论文; 后排论文; 频谱论文; 车辆论文; 转速论文; 《基层建设》2018年第32期论文;