变速器噪声
发动机怠速运转时,手动变速器的变速杆位于空档,离合器处于接合状态,这时变速器会发出“嗒嗒”(Rallte)的敲击声。这种噪声被称为怠速敲击声,也称为怠速“嗒嗒”声。若将离合器断开,或使发动机转速升高,这种敲击声将消失。在车辆停止状态,驾驶室室内噪声水平较低,经常是怠速敲击声特别明显,使人感到吵闹。怠速时,发动机的转矩变动通过离合器传递到变速器齿轮系以及驱动轴。由于变速器处于空档位置,被动轴在驱动齿轮的驱动下空转。受发动机转矩变动影响,主动齿轮和从动齿轮啮合,并伴随着旋转变动,由于从动齿轮的转动惯量及两齿轮间的间隙,发生打齿现象。如果敲击力过大的话,就会产生“嗒嗒”的噪声,最终构成车内或车外噪声。为了降低怠速敲击声,常用的对策是调整离合器压盘的扭转刚度特性,以及加装摩擦力垫片,以便调节摩擦力。图5-6为变速器“嗒嗒”噪声发生状况说明。
图中显示的是飞轮的角速度变化率和变速器附近位置的“嗒嗒”噪声大小的关系。角速度变化率越大,“嗒嗒”噪声也越大。同汽油机相比,柴油机的“嗒嗒”声更为显著。
图5-7为飞轮角速度变动和变速器附近噪声同时测试结果。角速度变动以半个周期内发生一次的频率发出“嗒嗒”声,并且在旋转速度上升时变大。这种噪声和齿轮连续啮合时发生的噪声明显不同,是间歇性发生的,可以判断是由于发动机的旋转速度变化而引起的变速器内部齿轮相互撞击而发出的。

图5-6 变速器“嗒嗒”噪声

图5-7 飞轮角速度变动和变速器附近噪声
作为计算该现象时所使用的模型,需要考虑主动侧和从动侧齿轮之间打齿现象的特性及影响,由主动侧齿轮和从动侧齿轮的惯性矩、齿面间隙等构成2自由度的振动模型。另外,由于无法判明两个齿轮之间所发生的敲击次数和周期,因此,将每个敲击的非周期性激励力矩视为输入,利用回归公式进行求解。
对于齿轮敲击的评价方法,虽然有的以齿轮的加速度作为评价目标,但是对于实际上的齿轮敲击,通常认为合适的办法是把作用时间内的力矩对时间的积分值,即力矩积分的大小作为评价对象。作为讨论的参数,包括齿轮的惯性矩、两个齿轮之间的间隙、离合器的扭转刚度和摩擦力矩等。通过分析,将每一次敲击的力矩的大小和一个周期内的敲击次数所决定的敲击力矩的积分值作为优化目标,并且了解到单单地调整齿轮间的间隙并不能解决问题。
另外,怠速时发动机转矩变动由于润滑油温度、辅助机构的驱动负载等因素而有所不同。负载越大,则转矩变动量越大。下面对主要的原因即温度的影响(准确地说指润滑油的温度)加以讨论。当温度上升时,润滑油的粘度降低,流动阻力变小,对降低转矩变动是有利的。同理,如果考虑从动齿轮的动作,随着温度的上升,粘度下降,齿轮啮合时从动齿轮的旋转变动速度上升,结果两个齿轮之间由于间隙的存在而使敲击速度升高。因此,润滑油温度的升高,使变速器的“嗒嗒”声增大。

图5-8 变速器壳体振动传递函数

图5-9 离合器扭转刚度曲线
因驱动系统的扭转振动引起的变速器噪声降低的基本方法,还是要在其激励源即扭转系统的扭转振动激励上采取措施。首先,降低发动机的转矩变动是从根本上解决问题的办法。但是,由于还牵涉到发动机的其他性能,降低发动机转矩变动通常会遇到很大的困难,因此,需要对影响扭转振动系统的其他参数加以调整。另外,通常所听到的变速器“嗒嗒”声都不是直接听到的齿面敲击声,而是由于敲击力通过轴、变速器壳体而放射出来的噪声,因此,通过在变速器壳体上增加局部加强筋来改变壳体的振动特性来抑制“嗒嗒”声,也不失为一种有效的方法。这就需要通过CAE的手段,对变速器及离合器壳体进行精确的分析,并结合试验结果,保证CAE分析的准确性。CAE优化设计能快速、低成本地提供最佳的改进方案,使变速器壳体满足动态性能要求。图5-8为变速器壳体的振动传递函数,对于壳体上的点,其传递函数应该不高于目标线,特别是在个别点处产生的峰值,应该加以重点关注。
怠速时发动机的转矩变动通过离合器传递到变速器内的齿轮系统,所以,离合器转矩特性的影响是很大的。离合器的转矩刚度特性,体现发动机的动力性能,确保发动机的转矩能有效地向驱动系统传递,并有隔断高频转矩变动传递的功能。为此,一般在发动机转矩比较低时离合器的刚度比较高,而当发动机转矩比较高时,通常要设计为多段式的高刚度特性。在离合器的扭转刚度特性中,有专门为了解决怠速时变速器的“嗒嗒”声而设置的超低刚度区域,这对于解决“嗒嗒”声是很有效果的。如图5-9所示。当然,还要综合考虑其他的振动噪声现象,来优化设计离合器的刚度特性。
其次,从动侧齿轮及齿轮轴的惯性质量也有很大的影响。驱动齿轮的敲击能量和从动侧齿轮的惯性质量的1次方,以及旋转速度的2次方成比例。因此,从动侧齿轮的惯性质量越大则越为有利。再者,为了消除主动齿轮和从动齿轮之间的间隙而设置的辅助机构(副齿轮)也有一定的效果。
