基于阶次分析的某轻卡行驶异音调查

于友明 林文干 朱琪 刘锋

关键词：阶次分析 异音调查 齿轮噪声

1前言

车辆在正常的行驶过程中多少都会发出一定的噪声，这种噪声如果超出了一定的范围就会感受到不舒适。汽车整车异响涉及的因素是多方面的.对于整车底盘异响原因分析较为复杂，是批量生产制造整车中客户对于NVH体验及质量控制的重点之一。

行驶过程底盘的异响设计有轮胎异响、传动系统异响、悬架系统异响、车身系统异响。本文研究对象是某轻型卡车在加速、带挡减速时出现异音，属于传动系统异响。经主观评价、频谱分析、滤波回访、阶次分析，确定是主减速器噪声.经换装确认并解决问题。

2主观评价分析

某款改进车型骡子车行驶时异音较明显.会引起一定抱怨，经统计有2台骡子车有该问题，其中2车从50km/h开始出现异常噪声.1车轻微异音但不明显（非专业人士难以分辨）.基础车型没有异音。2车60km/h及100km/h行驶时噪声较明显。

主观评价分析该异音是1000Hz左右的齿轮噪声，且与车速相关。车辆行驶时有齿轮啮合的部件主要是发动机、变速箱、传动轴、主减速器.其中传动轴转速、主减速器齿轮啮合频率只与车速相关，因此可以通过换挡评价排除是否跟发动机、变速箱是否相关。五档60km/h时有异音，换到四档并保持车速不变，异音无变化，换到三档异音也无变化。基本排除发动机、变速箱的问题.以下重点考察主减速器。

齿轮啮合过程中产生冲击振动是不可避免的，其主要是受节线冲击和啮合冲击所致。齿轮啮合时，在节点外的其它啮合点的速度方向不一致。齿面间相对滑动引起摩擦，由于摩擦力在节点处突然改变方向，形成节线冲击。此外，每当一对轮齿进入和脱开啮合时，轮齿上的载荷和刚度突然增加和减少，产生一个瞬间的切向加速度即啮合冲击，二者共同作用产生振动。

总之.啮合频率产生的噪声主要与齿轮的转速、齿轮总的误差（包括安装误差和制造误差）以及齿轮加载后的变形有关。

3现状分析

在车内布置麦克风传感器进一步查找问题频率.见图1。经过多轮评价讨论.确定了两个典型工况：五档30km/h缓加速至120km/h，五档定速100km/h行驶。

如图2.30km/h缓加速至120km/h主驾右耳噪声瀑布图，图中有三条明显的轨迹线，阶次最低的是发动机二阶噪声，其它两高阶噪声疑似异音。

如图3，定速100km/h主驾右耳噪声频谱图，在416Hz时有较明显的峰值。添加400-430的带阻滤波器将416Hz峰值滤掉，回放噪声、异音明显减少;再添加815-845的带阻滤波器将832 Hz峰值滤掉，回放噪声、异音基本消除。

定速100km/h行驶异音频率为416 Hz，100km/h行驶时发动机转速表读数2800r/min，对应二阶噪声为93 Hz，如图3发动机二阶噪声为94Hz，二者相吻合。

定速行驶时出现两个异常频率，30～120km/h匀加速行驶出现两条异常轨迹线.疑是发动机转速相关的阶次问题.以下进行阶次分析。

4原因分析

在旋转和往复运动机械中，载荷的变动和运动部件的缺陷会引起振动.并相应地辐射噪声。对于常规的振动（线振动）而言，通常用频率来描述一秒钟内振动往复的次数，这就是所谓的振动频率。对于扭转振动而言.通常用阶次这个名词来描述.阶次表示的是旋转部件每旋转一圈（360°）事件发生的次数。

一对齿轮在啮合传动时，由于存在齿轮啮合间隙，因而产生啮合振动。当变速箱一轴常啮合齿轮的转速一定时.变速箱内的每一个齿轮的啮合频率是不变的。该齿轮的啮合频率如下：

式中，变速箱一轴常啮合齿轮的转速是n1，单位为r/min;齿数为z1。

同理.其它任何一个齿轮的啮合频率如下：

式中，n;为该齿轮的转速，单位为r/min;z;为齿轮的齿数。

此可见，齿轮啮合频率只与齿轮的转速和齿轮的齿数有关。而且同一啮合副的两个齿轮的啮合频率相同。

该变速箱的常啮合副齿数比是31：43，五檔啮合齿的齿数比是51：29.五档转速比是1：0.789。因此2800r/min五档行驶时，变速箱的振动频率有1446 Hz、1715Hz，这与问题频率不符。

主减速器主动端齿数是7，五档2800r/min行驶时，主减速器的齿轮啮合频率为：f=2 800+60+0.789x7=414Hz.可以确定定速100km/h行驶时异音来自主减速器。

在主减速器主动端安装齿轮盘及转速传感器，测传动轴转速;在减速器壳体粘贴加速度计，测减速器振动;同时记录主驾右耳的噪声，如图4所示。

以上分析得知异音来自主减速器.以传动轴转速为基准，提取转减速器7阶、14阶振动，同时因为5档转速比是1：0.789，则以传动轴为基准的1.5阶是发动机的二阶。如图5，五档缓加速行驶主驾右耳噪声阶次分析可知，7阶、14阶噪声占了较大成分，且在1300r/min，2000r/min，3500r/min出现较大的波峰。基本可断定异常噪声来自减速器。以下再分析主减速器的振动情况。

如图6，五档缓加速行驶主减速器z向振动阶次分析图可知，主减速器的主要振动是14阶，14阶振动较大推测主减速器主动端7个齿轮有2个啮合不正常。

5拆解分析

拆解样车主减速器，如图7拆解主减速器示意图，图中红圈出现烧齿情况。出现烧齿主要有两个原因：润滑油不达标或加注不达标：装配间隙、啮合位置不达设备要求也会出现烧齿。

经工艺复查，润滑油加注规格、容量都正确，试验车是骡子样车，装配不良可能性较大。

6方案验证及结语

换装状态良好的主减速器，主观评价异音消除，图8是换装后主驾内耳噪声的阶次分析图，此时噪声以发动机二阶噪声为主.问题得以解决。后续需把控零部件品质、工厂作业装配工艺。