变速器噪声控制研究

1.1总成噪声检测

选用铃木变速器总成3台：国产总成1#、国产总成2＃、日本总成.依据QJ/ZQC02.212 -91《微型汽车机械式变速器技术条件》和JB3987-85《汽车机械式变速器台架试验方法》， 测距为300 mm，一轴输入转速为2 900～3 100 r/min，按JB3987-85中关于噪声测量项目进行 检测.检测结果如表1所示.

表1 铃木变速器总成噪声测定结果

Table 1   Testing results of Suzuki gear box noise    dB
产品编号 噪声 一档     二档     三档      四档       倒档     空档
标准           86.0    84.0      84.0      82.0       88.0      82.0
国产总成1#    86.0     87.0      88.0      86.0       88.5     86.5
国产总成2#    86.5     87.5      87.5      87.5       88.5     88.0
日本总成       83.5     83.5      83.5      79.0       85.5     82.0

1.2零件精度检测

齿轮传动机构包括齿轮副、轴、轴承及箱体等零件，其运转质量主要取决于齿轮的加工精度和安装精度。各项齿轮误差对齿轮传动的使用功能具有不同的影响。对噪声有影响的误差项目有齿形误差、径向一齿综合误差、径向综合误差和齿向误差等.在此列出高速档齿轮副零件上双啮仪综合检查结果及齿形误差、齿向误差大小，以便对照分析.检 测结果如表2所示.

表2　铃木变速器三、四档齿轮零件检测结果

Table 2　Testing results of Suzuki 3rd and 4th speed gear  mm
齿轮零件检测项目  技术要求误差值  日本总成  国产总成1#  国产总成2#
四档主动齿轮    

径向综合误差              0.071      0.030       0.050        0.060
径向一齿综合误差          0.020      0.010       0.015        0.020
齿形误差                  0.011     0.006        0.008        0.015
齿向误差                  0.011     0.004        0.007        0.014
四档从动齿轮    

径向综合误差          0.071     0.020      0.070     0.060
径向一齿综合误差      0.020       0.008      0.015       0.015
齿形误差              0.011      0.004      0.012       0.012
齿向误差              0.011      0.006      0.008       0.004
三档主动齿轮   

径向综合误差        0.071      0.025     0.050      0.060
径向一齿综合误差    0.020      0.010     0.015      0.015
齿形误差            0.011      0.009     0.013      0.013
齿向误差            0.011      0.008     0.012      0.011
三档从动齿轮 

径向综合误差       0.071     0.025      0.040       0.040
径向一齿综合误差   0.020     0.015      0.020       0.020
齿形误差           0.011     0.007      0.012       0.014
齿向误差           0.011     0.006      0.010       0.012
2  对比分析

2.1总成噪声对比分析

根据总成噪声检测结果，绘制总成噪声排列图(图1).图中档位1，2，3，4，5，6分别 为一档、二档、三档、四档、倒档、空档。图1中对比结果表明：日本总成噪声按标准完全合格，尤其是四档噪声低于标准值3分贝 ；两台国产总成二档、三档、四档及空档噪声均未达到标准要求，四档噪声与标准值相差最 大且高于日本总成四档噪声7～8分贝。噪声标准目前在国产变速器产品图中并未列出，因此 国产变速器总成降噪是值得研究的课题。

图1铃木变速器总成噪声排列图  Fig.1 Noise diagram of Suzuki gear box

2.2零件精度对比分析

根据高速档齿轮零件精度检测结果，绘制零件精度排列图如图2，图3，图4，图5所示.图中 检测项目1，2，3，4分别为径向综合误差、径向一齿综合误差、齿形误差、齿向误差.

图2四档主动齿轮精度排列图Fig.2Precision diagram of 4th speed driving gear

图3四档从动齿轮精度排列图Fig.3Precision diagram of 4th speed driven gear

图4三档主动齿轮精度排列图Fig.4Precision diagram of 3rd speed driving gear

图5 三档从动齿轮精度排列图Fig.5Precision diagram of 3rd speed driven gear

图2～图5对比结果表明，国产齿轮零件径向综合误差、径向一齿综合误差均达到了产品图纸要求，但齿形误差不稳定（从齿形误差曲线可看出，有齿形误差无规律、齿根高、齿 顶修缘太长的现象），齿向误差有个别超差；而日本进口件4项指标均合格，且精度明显高于产品图纸要求.显然制造齿轮零件满足产品图纸的要求，但装配后总成不一定能满足噪声 标准要求.要降低国产总成的噪声，必须提高齿轮制造精度.

2.3齿轮误差对比分析

为了经济有效地控制齿轮误差，达到总成降噪的目的，必须弄清以上4项误差与总成噪 声的相关程度.

表3三、四档齿轮副误差平均值及CORR EL相关系数Table 3The average value of error of 3rd and 4th speed ge ar pair and the relative coefficient of “CORREL”
齿轮副误差项目  日本总成   国产总成1#  国产总成2#   CORREL相关系数
四档齿轮副

径向综合误差/mm      0.025      0.060        0.060        0.9862
径向一齿综合误差/mm  0.009      0.015        0.017        0.9923
齿形误差/mm          0.005      0.010        0.013        0.9674
齿向误差/mm          0.005      0.007        0.009        0.9771
噪声测定值/dB        79.000      86.000       87.500
三档齿轮副

径向综合误差/mm      0.025      0.045        0.050         0.9577
径向一齿综合误差/mm  0.012      0.017        0.017         0.9948
齿形误差/mm          0.008      0.012        0.013         0.9629
齿向误差/mm          0.007      0.011        0.011         0.9948
噪声测定值/dB        83.500      88.000       87.500
    利用CORREL相关系数对总成三、四档噪声值与相应齿轮副误差平均值进行相关分析，相关系 数计算结果如表3，相关系数图如图6所示.

图6总成噪声与齿轮副误差相关系数图Fig.6 Relation coefficient figure of gear assembly noise and gear pair error

从相关系数计算结果及相关系数图可知，与总成噪声密切相关的精度项目是径向一齿综合误 差，且随着齿轮圆周速度的提高，径向综合误差与总成噪声的相关程度加大，其次是齿形误 差.齿向误差与总成噪声相关系数不稳定，说明齿向误差不是直接影响噪声的误差因素.

在生产中，为控制齿轮的制造质量和齿轮副的传动质量，根据产生误差的原因和它们对传动功能的影响，GB10095-88标准将规定的22项齿轮公差分为3个公差组17个检验组。根据微型汽车变速器齿轮副的工作要求，适用于大批量生产的6～7级精度齿轮的最佳检验 组为ΔFi″+ΔFw，Δfi″，ΔFβ .因为大批量生产中讲究的是保质保量，检测方法的确定及测量仪器的配备都必须考虑操作方便省时.此检验组需要的检测 仪器为双啮仪、公法线千分尺、齿向仪.在双啮仪上，除了测量ΔFi″和Δfi ″外，还可以测量齿轮的接触斑点，若接触斑点的分布位置和大小符合要求时，则ΔF β可不检测.显然，采用此检验组检测成本低，效率高.在第二公差组中，反映的是齿轮的 工作平稳性精度，毫无疑问影响噪声的误差为径向一齿综合误差Δfi″。径向一齿综合误差是被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合转动时，通过双啮中心距的变 化来反映齿轮一齿的转角误差.它综合反映左右两齿形误差和基节不均匀性。

综合误差与单项误差的关系，式中fi″为径向一齿综合误差；Δfpt为齿距误差；Δff 为齿形误 差；α为法向压力角.以上公式亦说明，与噪声密切相关的齿轮误差是径向一齿综合误差Δfi″，而不是齿形误差Δff，因径向一齿综合误差Δfi″是齿距误差Δfpt和齿形误差Δff两因素的综合结果.

3 降噪措施

1)降低齿轮误差Δfi″，提高fi″精度1级　 齿轮零件装配前验收标准，应按设计要求fi″提高精度1级.要提高fi″的 精度等级，在制造过程中必须做到3点：a.滚齿时控制驰圈径向跳动公差ΔFr，以减少剃齿时ΔFr转 化为齿距偏差Δfpt；b.修磨剃齿刀齿形曲线，控制齿形误差Δff ；c.控制热处理变形.

2)降低齿轮径向综合误差ΔFi"，提高Fi″精度1级，虽然ΔFi″主要反映齿轮的运动精度，但ΔFi″太大势必造成一齿径向综合误差Δfi″值增大，减少ΔFi″必然降低 Δfi″值。从图6相关系数图分析可知，随着圆周速度的提高，ΔFi″对噪声影 响加大.

3)提高表面粗糙度精度　对于剃齿零件，热处理后应采用精珩轮珩齿.珩齿可以消除工件齿面的磕碰和去除毛刺，提 高表面粗糙度；可以纠正齿轮淬火后的微量误差；能微量降低噪声.

4) 减少磨齿余量，降低齿形误差。对于磨齿零件，在蜗杆砂轮磨齿机上加工时，齿轮精度主要取决于传动链的精度和蜗杆砂轮形状的精度。应采用专用磨前滚刀预切齿，磨齿余量尽可能小，齿底尽可能不磨。这样既减缓了砂轮的磨损，避免磨齿后齿形误差曲线齿根高的情况，保证了齿形精度，又提高了工效。

5) 采用修缘齿形或凸齿形GB10095-88规定的设计齿形，即修缘齿形或凸齿形，齿顶和齿根处的齿形误差只允许偏向齿体内［3］.对于修缘齿形，齿顶修缘时所需的修整量经常依据经验得出，但可以简单地估计.它是轮齿挠曲、制造时产生的基节误差、轮齿齿形的逐齿变化等因素的综合，这个综合将根据最恶劣的工作状态得出。修缘终点在齿廓的位置应该由重合度的大小来控制。设计齿形参数一旦确定，并可由剃齿刀修形或砂轮修整来实现。

6) 加强企业内部管理

齿形精度提高1级，必须在工艺系统稳定的前提下才可实现，相应要求保证机床的工作精度，保证刀具、夹具设计制造精度，提高操作者素质，实现企业全员质量意识和工艺意识的提高.

4结束语

a.仅仅按设计要求制造齿轮零件不能完全解决总成噪声问题，解决总成噪声问题的关 键在制造，尤其是制造工艺.

b.与总成噪声密切相关的齿轮精度项目是径向一齿综合误差

c.在现有工艺条件下，不需增加太多的资金投入，只要按上述降噪措施完善工艺文件并认 真执行工艺文件，严格控制工序质量，便可达到降噪的目的.

d.总成噪声是用户非常关注的质量指标，在激烈的市场竞争中，用户满意的产品才是合格品，因此总成降噪是生产企业的重要课题。