張廷雷 魯志遠(yuǎn) 趙乃博 項(xiàng)興富 何家棟 沈 源 王瑞平，2

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利動(dòng)力總成有限公司）

引言

目前，國(guó)內(nèi)外乘用車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，消費(fèi)者對(duì)乘用車的品質(zhì)及NVH 性能要求越來(lái)越高，車輛在使用過(guò)程中的各種異常噪聲問(wèn)題已成為消費(fèi)者購(gòu)車時(shí)關(guān)注的重要方面。在嚴(yán)峻的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力下，各個(gè)汽車企業(yè)對(duì)如何優(yōu)化和改善車輛NVH 性能的問(wèn)題日益重視。在車輛起動(dòng)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的平順性已成為消費(fèi)者關(guān)注的重要問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)在拖動(dòng)飛輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生異常噪聲，嚴(yán)重影響汽車的質(zhì)量。如何解決發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中的異常噪聲問(wèn)題已成為汽車企業(yè)需要面對(duì)的重要課題[1]。本文針對(duì)某車型起動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的異響問(wèn)題，測(cè)試分析了起動(dòng)異常噪聲的來(lái)源，研究了影響重合度的各個(gè)因素對(duì)起動(dòng)噪聲的影響，提出了相應(yīng)的解決方案。經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，有效解決了該車型起動(dòng)異響的問(wèn)題。

1 影響齒輪傳動(dòng)噪聲的因素

發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，起動(dòng)電機(jī)和飛輪通過(guò)齒輪相互嚙合，從而帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在嚙合過(guò)程中，隨著嚙合力的變化，會(huì)產(chǎn)生噪聲。在嚙合力變化異常時(shí)，起動(dòng)噪聲會(huì)變得異常明顯，從而引起主觀感受的不適。引起嚙合力變化的因素有很多，其中，嚙合齒數(shù)的變化及剛度的變化都會(huì)引起齒輪產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，齒輪傳動(dòng)誤差、摩擦力變化也會(huì)產(chǎn)生起動(dòng)噪聲[2]。因此，合理的齒輪參數(shù)選擇對(duì)起動(dòng)噪聲的控制至關(guān)重要。

影響起動(dòng)噪聲的參數(shù)一般有以下幾個(gè)：

1）齒數(shù)和齒輪直徑。在模數(shù)一定的前提下，齒數(shù)的多少可以影響噪聲的輻射面積，從而對(duì)噪聲的大小產(chǎn)生影響。齒輪直徑增加時(shí)，噪聲輻射面積增大，從而產(chǎn)生更大的噪聲。因此，控制齒輪直徑，能有效減少噪聲的輻射[3]。

2）齒寬。齒寬越大，齒輪的強(qiáng)度隨之加大，嚙合時(shí)產(chǎn)生的剛度變化越小，能量的衰減性越好，從而降低了齒輪產(chǎn)生的噪聲。因此，增加齒寬能夠減少噪聲的產(chǎn)生。

3）重合度。齒輪重合度的合理選擇，對(duì)減小齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲、振動(dòng)至關(guān)重要。增加齒輪重合度，能有效解決齒輪之間的相互嚙合不均的情況，從而避免齒輪局部承擔(dān)載荷異常的情況，避免起動(dòng)沖擊產(chǎn)生的噪聲。由于齒輪在裝配、傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差會(huì)加大噪聲產(chǎn)生的概率，提高齒輪的重合度，會(huì)增加齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中的相互嚙合的齒數(shù)，從而減弱這些誤差帶來(lái)的影響，減少噪聲發(fā)生的概率。

4）螺旋角。一般來(lái)說(shuō)，在其他參數(shù)相同的情況下，斜齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生的噪聲明顯小于直齒齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。斜齒輪傳動(dòng)中，從齒輪的一端逐漸進(jìn)入嚙合，產(chǎn)生的沖擊變小，噪聲更低。隨著螺旋角的增加，重合度增大，噪聲明顯減小[4]。

2 起動(dòng)機(jī)噪聲問(wèn)題分析

某車型在試乘試駕過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在車輛起動(dòng)時(shí)存在抖動(dòng)并有偶發(fā)的金屬敲擊聲，嚴(yán)重影響車輛的NVH 性能。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)在正常起動(dòng)時(shí)，本身存在一定的噪聲，但這種明顯的沖擊聲顯得比較異常。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙和駕駛室的噪聲測(cè)試分析，在起動(dòng)過(guò)程中，聲頻出現(xiàn)6 次明顯的異常沖擊噪聲，見(jiàn)圖1 和圖2，初步分析為起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪和飛輪齒圈的嚙合不良導(dǎo)致沖擊異響。

圖1 駕駛室噪聲頻譜

圖2 機(jī)艙噪聲頻譜

原起動(dòng)機(jī)（起動(dòng)機(jī)原始狀態(tài)）的驅(qū)動(dòng)齒輪及飛輪齒圈的參數(shù)見(jiàn)表1，通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，齒輪嚙合的重合度ε 為0.98，重合度偏低。

表1 起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒圈設(shè)計(jì)參數(shù)表

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化及效果驗(yàn)證

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

針對(duì)該車型起動(dòng)異響的問(wèn)題，考慮到螺旋角及齒寬調(diào)整對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)布置影響較大，本文通過(guò)調(diào)整齒輪嚙合的重合度，驗(yàn)證重合度對(duì)起動(dòng)噪聲產(chǎn)生的影響，重合度的計(jì)算公式如下：

式中：αa1、αa2分別為驅(qū)動(dòng)齒輪和飛輪齒圈對(duì)應(yīng)的齒頂圓壓力角，°；α′為齒輪嚙合角，°。

根據(jù)公式（1），為提高齒輪嚙合的重合度，可增加齒輪齒數(shù)、提高齒頂高系數(shù)（增加齒頂圓直徑）和減小壓力角。

為保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常起動(dòng)，起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩不能發(fā)生變化，需保證驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒圈中心距及傳動(dòng)比不變。為提高重合度，增加齒數(shù)和提高齒頂高系數(shù)。本文通過(guò)降低模數(shù)從而增加齒數(shù)，同時(shí)調(diào)整變位系數(shù)，增加齒頂圓直徑，從而提高齒頂高系數(shù)。通過(guò)齒輪參數(shù)優(yōu)化，將重合度從0.98 提高到1.2，起動(dòng)機(jī)優(yōu)化后的齒輪參數(shù)與原狀態(tài)的齒輪參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 起動(dòng)機(jī)原始狀態(tài)和優(yōu)化后的齒輪參數(shù)對(duì)比

3.2 方案驗(yàn)證

為驗(yàn)證重合度提高對(duì)起動(dòng)機(jī)起動(dòng)沖擊噪聲產(chǎn)生的影響，本文對(duì)將重合度提高到1.2 的起動(dòng)機(jī)和飛輪進(jìn)行實(shí)車起動(dòng)振動(dòng)及噪聲測(cè)試，并和原車狀態(tài)起動(dòng)振動(dòng)及噪聲進(jìn)行對(duì)比。

通過(guò)對(duì)起動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的X、Y、Z 等3 個(gè)方向的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，優(yōu)化后，X 向振動(dòng)幅值由3.46 g減小到2.74 g，Y 向振動(dòng)幅值由5.41 g 減小到3.87 g，Z 向振動(dòng)幅值由2.74 g 減小到2.14 g，車輛振動(dòng)明顯減小，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3。

圖3 起動(dòng)機(jī)3 向振動(dòng)幅值對(duì)比

同時(shí)，通過(guò)對(duì)駕駛室的起動(dòng)噪聲沖擊帶進(jìn)行測(cè)試對(duì)比可知，原車狀態(tài)在起動(dòng)過(guò)程中存在8 次明顯沖擊，優(yōu)化后沖擊次數(shù)減少到3 次，主觀評(píng)價(jià)金屬敲擊聲消失。駕駛室優(yōu)化前的噪聲頻譜見(jiàn)圖1，駕駛室優(yōu)化后的噪聲頻譜見(jiàn)圖4。

圖4 優(yōu)化后噪聲頻譜

通過(guò)對(duì)比測(cè)試，優(yōu)化后的方案對(duì)消除發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的金屬敲擊噪聲效果明顯，車輛起動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)和噪聲明顯減小，NVH 性能顯著提高。

4 結(jié)論

本文針對(duì)某車型在起動(dòng)過(guò)程中的沖擊異響問(wèn)題，通過(guò)對(duì)齒輪傳動(dòng)噪聲來(lái)源進(jìn)行測(cè)試和分析，研究了重合度調(diào)整對(duì)起動(dòng)機(jī)異響的影響。通過(guò)提高重合度，有效解決了該車型沖擊振動(dòng)及金屬敲擊異響問(wèn)題，對(duì)起動(dòng)機(jī)異響問(wèn)題分析提供了一定的指導(dǎo)依據(jù)。