推力钢带式和链式无级变速器NVH性能研究

潘国扬，林　健

(奇瑞汽车股份有限公司,安徽 芜湖　241000)



推力钢带式和链式无级变速器NVH性能研究

潘国扬，林健

(奇瑞汽车股份有限公司,安徽 芜湖241000)

摘要：研究了推力钢带式和链条式无级变速器的振动噪音特性。对其中的链式无级变速器设计了降噪方案，并进行了噪声优化研究。结果表明：在对钢带和链条无任何降噪措施的前提下，推力钢带式无级变速器噪声水平明显优于链式无级变速器，但在链式无级变速器链条上安装降噪导板后，链式无级变速器整体噪声得到大幅下降，与推力钢带式无级变速器噪声水平接近。

关键词：无级变速器；噪声、振动与声振粗糙度；推力钢带；链条

近些年，无级变速器(continuously variable transmission，CVT)在乘用车上得到了极大的发展应用，尤其是在北美和中国市场，CVT在整车上的匹配比例逐年大幅提升[1-5]。目前市场上批量应用的CVT主要有博世公司的推力钢带式CVT和舍弗勒公司的链式CVT，其中推力钢带式CVT性能较好，应用最为广泛[1]。而链式CVT由于扭矩容量较大，目前主要应用在大排量车型上，比如奥迪公司、斯巴鲁公司、还有Jatco公司的大扭矩CVT就是链式CVT的代表。

对于上述两种主要的CVT技术，其总体的结构和原理都非常类似，主要区别在于传动带形式的不同。由于博世公司CVT推力钢带和舍弗勒公司CVT链条在结构及工作原理上存在很大不同，导致两种CVT技术在性能上有较大差异，主要表现在传动效率及NVH(噪声、振动与声振粗糙度)性能方面，而这两项性能正是目前变速器公司开发CVT中重点关注的技术要点。本文将对两种CVT的NVH性能进行研究分析，通过专项试验对比研究，并设计专门的优化方案，为变速器公司在CVT开发中提供技术依据。

1研究对象

为了对推力钢带式CVT和链式CVT振动噪声性能有一个客观的对比研究，主要针对链条和推力钢带对CVT整机NVH性能的表现进行分析，需要将链条和推力钢带放在同一型CVT上进行研究。选取在QR019型CVT上安装推力钢带和链条进行研究。

1.1QR019型CVT

QR019型CVT变速器主体结构为目前CVT常用的结构形式。如图1所示，该CVT变速器采用液力变矩器作为起步系统，采用行星齿轮机构作为前进挡和倒挡系统，并且布置在输入轴侧，使用博世推力钢带配合带轮系统作为变速机构，采用电液控制实现各执行器动作。具体技术参数如表1所示。

图1　QR019型CVT变速器

扭矩容量/(N·m)190起步机构液力变矩器变矩器最大增扭系数1.9速比带轮速比2.39～0.44主减速比4.7825.141钢带类型Bosch24phase7带轮中心距/mm169变速器油品SP-Ⅲ变速器油量/L8.0控制形式电液式

1.2QR019型CVT推力钢带

QR019型CVT使用的是博世公司第七代钢带，如图2所示，其主要参数如表2所示。

图2　QR019型CVT钢带

许用扭矩/(N·m)190钢带长度/mm710钢带宽度/mm24钢环层数9侧面轮廓11°直面

1.3适用QR019型的CVT链条

针对QR019型CVT选择了适用的舍弗勒CVT链条，如图3所示，其主要参数如表3所示。

图3　适用QR019型的CVT链条

许用扭矩/(N·m)190链条长度/mm699.3链条宽度/mm24侧面轮廓11°直面

2NVH试验

为了确保噪声测试分析客观合理，尽可能降低变速器系统其余部件状态的差异对研究结果的影响，特选择下线合格的新变速器，在同一台试验变速器上通过钢带和链条的更换来进行对比分析。

试验前首先将推力钢带装入1台预选的QR019型CVT变速器，如图4所示。装配完成后将CVT变速器在如图5所示的变速器半消声室内进行试验。完成试验后，将该CVT变速器拆解更换上述CVT链条，不增加任何降噪部件，再次进行试验，如图6所示。

图4　QR019型CVT装配钢带

图5　变速器半消声室

图6　QR019型CVT装配链条

2.1试验方法

在变速器半消声室进行变速器噪声测试[6-8]。采用4个麦克风测点，距离变速器500 mm，布置情况如图7所示。

图7　CVT变速器NVH测点布置

为了使得试验条件尽可能满足CVT在整车下的工作状态要求，并考虑到实际整车状态下对变速器噪声的主要关注工况，试验条件设定如下：CVT变速器处于D挡；液力变矩器处于锁止状态；变速器油温控制在(80±5)℃；速比、输入转速、输入扭矩设定如表4所示。试验中先设定速比、输入扭矩，然后按照200 r/s的速度将输入转速从最小值加速上升到最大值。

表4　NVH试验工况

在两次对比试验中，所用CVT油品都为原QR019型CVT指定专用油，变速器在试验台上的安装位置及加油量均相同。

2.2试验结果

为了便于比较分析，在数据处理中将4个测点的噪声值取平均。推力钢带式CVT和链式CVT在各工况下噪声测试结果如图8～10所示，其中：横轴为输入转速；纵轴为噪声等级(partial over all sound pressure level)。

图8　在LOW速比下钢带式和链式CVT噪声对比结果

图9　在MID速比下钢带式和链式CVT 噪声对比结果

图10　在OD速比下钢带式和链式CVT 噪声对比结果

在LOW速比下的噪声试验结果如图8所示，可以看出:整体噪声值链式CVT要大于带式CVT；在低转速下，两者噪声表现相当；随着转速的上升，链式CVT噪声恶化越来越严重；当输入转速达到5 500 r/min时，链式CVT噪声值比带式CVT噪声值大6 dB。

在MID速比下的噪声试验结果如图9所示，可以看出：整体噪声值链式CVT要大于带式CVT；在低转速和高转速下，两者噪声表现相当；在中间转速内链式CVT噪声明显大于带式CVT噪声，两者最大噪声值相差4 dB。

在OD速比下的噪声试验结果如图10所示，可以看出：整体噪声值链式CVT要远大于带式CVT；在整个转速范围内链式CVT噪声和带式CVT噪声基本维持固定的差值，两者噪声值相差7 dB左右。

3链式CVT 的NVH优化

如图2所示，钢带与锥盘的啮合过程和传统皮带比较类似，钢带和锥盘是持续接触啮合的；而如图3所示，链条是通过销子和锥盘啮合的，由于相邻销子间有一定节距，销子在进入或退出锥面时始终会产生敲击啮合噪声。经过舍弗勒公司内部的大量研究发现：CVT链条噪声很大的原因是由于链条在进入或退出锥面时径向振动所引起的，特别是在受拉侧[9]。

图11为链式CVT的传动链条和带轮锥面啮合原理。可见由于链条和锥盘接触存在多边形效应，导致各销子在进入锥面时会产生径向移动(d)，从而使得销子持续地敲击锥面。舍弗勒公司从源头对链条节距p作了大量的优化设计，使得链条噪声得到大幅下降。不过通过增加外部装置降低链条销子敲击锥面冲击强度的方式也将有效降低CVT链条传动的噪声。

3.1优化方案

对于QR019型链式CVT，采用如图12所示的方案进行降噪处理：在CVT链条受拉侧安装树脂导板(如图13所示)，链条穿过导板，导板可以绕固定在壳体上的销子旋转，链条受拉侧被导板内槽导向并径向约束，使得其在进入或退出锥面时引起的振动冲击得到有效抑制，降低链式CVT的整体噪声。

图11　CVT传动链条啮合原理

图12　QR019型CVT装配链条导板

图13　树脂导板

3.2优化效果

采取上述的优化措施后，链式CVT的整体噪声得到有效改善。例如，其在LOW速比和MID速比下整体噪声表现和钢带式CVT相当，不过在OD速比下链式CVT的噪声仍然要明显大于钢带式CVT噪声。

在LOW速比下的噪声试验结果如图14所示，可以看出：在中低转速下，两者噪声表现相当；不过在输入转速达到5 500 r/min左右时，优化后的链式CVT噪声值仍比带式CVT噪声值大3 dB左右。

图14　在LOW速比下优化后的链式CVT

在MID速比下的噪声试验结果如图15所示，可以看出：优化后的链式CVT整体噪声得到有效改善，和带式CVT基本相当；不过在中间转速内优化后的链式CVT噪声值依然比带式CVT噪声值大2 dB左右。

图15　在MID速比下优化后的链式CVT

在OD速比下的噪声试验结果如图16所示，可以看出：虽然优化后的链式CVT噪声得到有效改善，但是相比带式CVT，其整体噪声值要大 4 dB 左右。

图16　在OD速比下优化后的链式CVT

4结束语

通过以上研究表明：目前市场上的CVT所使用的推力钢带和链条的NVH表现客观上存在一定差异，整体上链式CVT噪声表现要比带式CVT略差，尤其是在OD速比条件下。

链式CVT通过对链条增加导板的方式可以有效降低噪声值，在整车常用的LOW速比、MID速比工况下整体噪声表现可以接近带式CVT。

虽然链式CVT在OD速比工况下噪声值相对带式CVT要差，不过通过增加导板的方式，其整体噪声值之差控制在4 dB左右。本文研究的基础型变速器QR019型CVT是基于钢带开发的，没有针对链条噪音的特性做结构上的设计优化处理。如对链式CVT在结构上进行进一步优化(如壳体模态优化等)，链式CVT的噪声将会进一步得到降低。

参考文献：

[1]唐芳，廖林清.胶带式无级变速器经济性调速分析[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2014(6):32 -37.

[2]郝允志,孙冬野,林毓培,等.CVT速比响应特性的实验研究及其应用 [J].汽车工程,2014(1)：879-884.

[3]潘国扬，石晓辉，郝建军，等.新型无级变速器( CVT) 技术解析[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2015(2):30-35.

[4]周云山,王歆誉,张军,等.基于瞬态激励的CVT传动系统扭振响应研究[[J].机械传动,2015(6):1-4.

[5]叶明，彭江，任洪，等.搭载机电控制CVT的混合动力汽车驱动工况调速策略[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2015(9):13-19.

[6]黄森,郑直,凌启辉.汽车变速器噪声及控制[J].汽车工程师,2013(4):41-43.

[7]陈志强，罗敏强. 基于模态声传递向量的变速器辐射噪声研究[J]. 重庆理工大学学报(自然科学)，2015(6):14 -18.

[8]李志远,朱建国.汽车变速器噪声在线检测系统的设计[J].农业机械学报,2006(11):184-187.

[9]ENGLISH A,VOMEHM M.CVT without limits-components for commercial vehicle transmissions[Z].2006.

(责任编辑刘舸)

Investigation into NVH Performance of Push Belt CVT and Chain CVT

PAN Guo-yang, LIN Jian

(Chery Automobile Co., Ltd., Wuhu 241000, China)

Abstract:This thesis investigated the NVH performance of the push belt CVT and chain CVT. Based on the study of the two types CVT technology, we designed the NVH optimizing solutions, especially for the chain CVT technology. As a result: without any special solutions for the NVH performance of chain CVT, the push belt CVT’s NVH performance is much better than chain CVT’s. But after applying a special guider on the chain CVT, the NVH performance of the chain CVT is largely improved and is comparable to the push belt CVT.

Key words:continuously variable trasmission; NVH; push belt; chain

中图分类号：U467.3

文献标识码：A 1674-8425(2016)03-0028-06

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.03.005

作者简介：潘国扬(1985—)，男，浙江绍兴人，硕士，工程师，主要从事车辆工程研究。

收稿日期：2015-12-21

引用格式：潘国扬，林健.推力钢带式和链式无级变速器NVH性能研究[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2016(3):28-33.

Citation format：PAN Guo-yang, LIN Jian.Investigation into NVH Performance of Push Belt CVT and Chain CVT[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(3):28-33.