第1期（总第125期）机械管理开发
2012年2月No.1（S UM No.125）
M EC HANIC AL
M ANAGEM ENT AND
DEVELOPM ENT
Feb.2012
引言
变速箱主要经齿轮啮合达到变速、增加扭矩的作用，齿轮系经轴承安置在壳体上。实验证明，齿轮、轴承、壳体是变速箱振动和噪声的主要来源[1]。分析变速箱的振动和噪声的产生机理，应该首先着重分析齿轮、轴承、箱体的振动。 1变速箱振动和噪声现象及初步分析
讨论的变速箱是我公司设计的一款大扭矩多挡位变速箱，它由主箱、副箱两段式结构组成、性能优越，但在试验时发现了异常的振动和噪声；对其原因进行分析，发现有些齿轮啮合频率的倍频与壳体约束模态频率相近时，在测试振动和噪声信号功率谱中相同频率处出现峰值，引起变速箱的异常振动和噪声。2振动和噪声现象的发生原因详细分析2.1变速箱中齿轮啮合频率计算 1）定轴系中，齿轮的啮合频率为[2]:
式中：Z 为齿轮齿数；i 为频率的谐波，i=1，2，3…。对于有固定齿圈的行星轮系，其啮合频率为：
式中:Z r 为任一参考齿轮的齿数；n r 为参考齿轮的转速(r/min)；n c 为转臂的回转速度(r/min)，方向相反时，取正号；i 为频率的谐波，i =1，2，3…。
由式（1）与式（2）可知，齿轮副中的两个齿轮的啮合频率是相同的。当齿轮的转速变化时，啮合频率也随之而变，并且随着转速的升高，齿轮噪声增大。这是判断齿轮啮合频率的两个基本原则。再者，齿轮的啮合频率往往呈二次、三次等高次谐波出现在频谱中。齿轮噪声随转速增加而增加，但不是线性关系；转速越高，噪声随转速升高而上升的越缓慢。
2）齿轮编号表：本实验变速箱中各档齿轮编号见图1。
3）齿轮啮合频率计算：根据式（1）及（2），按图1齿轮编号算得齿轮的啮合频率，见表1。由于6档、7
档、8档、9档、10档时，各齿轮的啮合频率除14、15、16
号齿轮的为0外，其余均与1档、2档、3档、4档、5档对
应相同。
图1齿轮编号图
表1
齿轮啮合频率计算结果
挡位12345
R
1695695695695695695
2695695695695695695
3542542542542542542
4542542542542542542
5472472472472472472
6472472472472472472
存取一体机7351351351351351351
8351351351351351351
9297297297297297297
10297297297297297297
11282282282282282282
12282282282282282282
y320
13282282282282282282
14115285208331373116
15115285208331373116
16115285208331373116
2.2
变速箱壳体的有限元分析
图2变速箱箱体有限元模型
1）建立数学模型：对变速箱壳体，建立三维数学
f Z =nZ 60i .（1）
f Z =Z r (n r ±n c )60
i .(2)
收稿日期：；修回日期：6
作者简介：董晓露（），女，山西浑源人，工程师，硕士，主要从事变速箱设计工作。D 66@6变速箱振动与噪声分析
足球加工董晓露
（中国重汽集团大同齿轮公司技术中心，山西
大同
037305）
摘要：分析了某变速箱试验时的异常振动和噪声原因。先对一台样机测试其各挡稳定过程的振动和噪声信号，
再对测得的信号进行功率谱密度分析。之后，运用Pro/Engineer 建立了变速箱壳体的实体模型，并用OptiStruc t 软件进行了壳体前端面加零位移约束的模态分析；计算了各挡齿轮的啮合频率，分析了壳体的模态频率与齿轮啮合频率对振动和噪声信号功率谱中峰值的影响。最后根据分析结果，提出对壳体的改进建议，以达到变速箱减振降噪的目的。
关键词：变速箱；振动和噪声；齿轮啮合频率；壳体模态中图分类号：TB533+.2
文献标识码：A
文章编号：1003-773X （2012）01-0053-02
53
2011-08-042011-10-01979-E-mail:ongdong197912.
第1期（总第125期）机械管理开发2012年2月
模型，并划分网格，见图2。
2）变速箱壳体的模态分析：应用租用的OptiStruct 软件，在箱体离合器壳止口面附加零位移约束，计算其模拟试验状态的箱体约束模态，它的前8阶模态频率见表2。
表2
变速箱箱体的前8阶约束模态频率
模态序号模态频率/Hz
1
15822
18233
19864
20835
23566
23967
25768
2596
2.3
试验测得的振动与噪声信号频谱分析
在变速箱上布置4个测点，对12个挡的4个加速度信号，分别计算功率谱的均值，共得12个均值图，见图3。
nhdt-4712.4
对计算及试验结果的比较
根据试验测得的数据与计算有限元分析的结果，齿轮的啮合频率和壳体的固有频率，都对变速箱的振动和噪声有很大影响，测得的某些峰值应是由于齿轮的啮合频率与壳体的频率非常相近时，引起了共振，特别是常啮合齿轮的啮合频率695Hz 的3倍频率2085Hz 和箱体的模态频率2083Hz 非常相近，因而引起了很大的振动和噪声。
3
改进建议根据分析，对壳体材料建议把原来的铸铁材料改为压铸铝材料，改进后壳体的前8阶模态频率，见表3。新壳体与铸铁壳体的模态完全不同，其模态频率与本变速箱齿轮的啮合频率基本也重合，改进后的壳体在试验时没发生异常的噪声和振动，效果良好。
表3
改进变速箱箱体的前8阶约束模态频率
模态序号
metal dome约束模态频率（Hz ）1
482
2563
3645
4750
5865
6996
71025
81134
4
电磁铁开关结束语
本文从某变速箱试验时发现的振动与噪声问题
出发，对变速箱中齿轮的啮合频率及其壳体的约束模态频率进行了分析，到发生问题的原因，并提出改进措施，解决了实际生产中的问题。
参考文献
[1]李联玉，马孝江，蔡庆喜.“以振代噪”在汽车变速箱性检测中的应用研究[J].机床与液压，2004（7）：156-157.
[2]
李联玉.汽车变速箱在线性能检测及声振控制的应用研究[D].大连：大连理工大学硕士学位论文，2004：24-
29.
图3十二个挡的功率谱均值图
Study on Analysis and Testing of Vibration and Noise of Vehicle Gearbox
DONG Xiao-lu
(C hina National Heavy Duty Truck Group Datong Gear Co.,Ltd,Technology Center,Datong 037305,China)
Abstr a ct ：M ake the gearbox as the research object,after it produced abnorm al vibration and noise in the test,the reason is analyz ed.The vi bration and noise signal of its stable process of all speed w ere tested,testing signal pow er spectrum distribution were analyzed.Use Pro/Engi neer to establish a physical m odel of gearbox housing,than use software OptiS truct to get its restrict m ode of plusing zero displacem ent on the form er surf ace of the housing.Also the frequency of each gear seshing gears is calculated,the inf luence of the frequency with the measured vi bration and noise signal power spectrum is analyz ed.Finally,based on the analysis ，get the im proved advice of the housing ，to reach the pur f f x K y ：x;；f q y ；f 5pose o reducing vibration and noise o the gearbo .e wor ds ge ar bo vibra tion a nd noise gea r me shing re uenc mode o housing
4
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