發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱耦合系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)及NVH性能研究.pdf

1、汽車在中、低速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是主要噪聲源，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)減振降噪技術(shù)和新能源汽車技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲得到有效控制與改善，而動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中變速箱的噪聲在汽車整體噪聲中所占的比例相對(duì)提高，尤其以手動(dòng)變速箱的齒輪敲擊及嘯叫噪聲最受關(guān)注。因此，如何有效地降低變速箱的敲擊及嘯叫噪聲，提高汽車聲品質(zhì)顯得格外重要。
　　論文從手動(dòng)變速箱的噪聲分類、齒輪嘯叫及齒輪敲擊噪聲產(chǎn)生機(jī)理的全面闡述分析入手，以一種典型的四缸四沖程汽油

2、機(jī)與手動(dòng)變速箱為研究對(duì)象，采用理論分析、虛擬仿真技術(shù)以及試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)曲軸系與變速箱齒輪傳動(dòng)系的耦合多體動(dòng)力學(xué)、齒輪敲擊與嘯叫特性、變速箱動(dòng)態(tài)特性、振動(dòng)頻率響應(yīng)、結(jié)構(gòu)傳遞噪聲、聲透射問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究;最后，采用多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化、形貌優(yōu)化等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法對(duì)變速箱殼體以及缸蓋罩等典型的發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁件進(jìn)行了低噪聲結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本文圍繞這些問(wèn)題開(kāi)展的具體研究工作內(nèi)容歸納如下:
　　1)、將等效有限平板和脈動(dòng)球源的聲輻射比的平均值作為變速箱的聲輻射比參

3、數(shù)，并利用表面振速法試驗(yàn)，更加準(zhǔn)確地計(jì)算出不同工況下變速箱的表面輻射噪聲;采用聲強(qiáng)法測(cè)試得到某B5A變速箱上端面的聲強(qiáng)分布云圖，確定了噪聲貢獻(xiàn)量較大的區(qū)域;闡述階次譜分析的優(yōu)點(diǎn)及基本原理，利用該技術(shù)在試驗(yàn)臺(tái)架上對(duì)某MT452變速箱進(jìn)行了反拖嘯叫測(cè)試，找出嘯叫噪聲特征階次，確定嘯叫噪聲根源為主減速齒輪副。
　　2)、由于曲軸系自身存在扭振及轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題，并且是齒輪傳動(dòng)系的重要外部激勵(lì)源，而變速箱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)存在齒輪嚙合沖擊振動(dòng)，它們

4、兩系統(tǒng)之間的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力傳遞并不一定是完全解耦的，以往的研究沒(méi)有考慮這種耦合作用，因此，本文建立綜合考慮離合器扭轉(zhuǎn)剛度、齒側(cè)間隙、軸的扭轉(zhuǎn)剛度，齒輪時(shí)變嚙合剛度、齒輪阻滯力矩等非線性因素的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸系與變速箱齒輪傳動(dòng)系耦合的多體動(dòng)力學(xué)模型，再通過(guò)聯(lián)合仿真的方法對(duì)完全耦合的模型進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)計(jì)算。同時(shí)，采用傳統(tǒng)建模方法，分別建立曲軸系和齒輪傳動(dòng)系多體動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行計(jì)算，重點(diǎn)分析兩個(gè)系統(tǒng)的耦合作用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭振和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的影響。
　　

5、3)、通過(guò)振動(dòng)噪聲時(shí)域及頻譜特性試驗(yàn)，分析了某手動(dòng)擋試驗(yàn)車怠速空擋齒輪敲擊噪聲;基于上述耦合多體動(dòng)力學(xué)模型，以敲擊指數(shù)為齒輪敲擊強(qiáng)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，探討揭示了離合器扭轉(zhuǎn)剛度、齒側(cè)間隙、齒輪阻滯力矩非線性因素與變速箱齒輪敲擊特性的關(guān)系，研究表明:通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)可以得到齒輪最佳阻滯力矩參數(shù)從而降低齒輪敲擊強(qiáng)度;設(shè)計(jì)離合器扭振減振器時(shí)，在滿足傳遞扭矩和可靠性等要求的前提下，通過(guò)適當(dāng)減小離合器扭轉(zhuǎn)剛度可以改善齒輪敲擊;在允許范圍內(nèi)，適當(dāng)減小齒

6、側(cè)間隙也有利于減少齒輪敲擊振動(dòng)。
　　4)、針對(duì)變速箱齒輪嘯叫現(xiàn)象進(jìn)行了仿真預(yù)測(cè)與試驗(yàn)研究。以匹配B5A手動(dòng)變速箱的某動(dòng)力總成為研究對(duì)象，建立完整的有限元模型，進(jìn)行變速箱動(dòng)態(tài)特性有限元分析和模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證;隨后，建立動(dòng)力總成的多體動(dòng)力學(xué)模型，主要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獗l(fā)壓力和變速箱軸承動(dòng)態(tài)載荷，虛擬預(yù)測(cè)1000～4000r/min轉(zhuǎn)速域內(nèi)變速箱殼體的振動(dòng)響應(yīng)，得到齒輪嘯叫特征階次;同時(shí)，針對(duì)搭載該變速箱的某試驗(yàn)樣車進(jìn)行嘯叫噪聲道路試驗(yàn)，得

7、到的齒輪嘯叫噪聲主客觀評(píng)價(jià)結(jié)論一致，并且驗(yàn)證了變速箱齒輪嘯叫振動(dòng)響應(yīng)虛擬預(yù)測(cè)結(jié)果。
　　5)、分別以機(jī)械、空氣聲作為激勵(lì)進(jìn)行變速箱振動(dòng)噪聲分析?；邶X輪傳動(dòng)系多體動(dòng)力學(xué)、有限元-邊界元法分析了變速箱結(jié)構(gòu)傳遞噪聲;基于結(jié)構(gòu)-聲耦合模型進(jìn)行了變速箱的透射噪聲及隔聲性能分析，同時(shí)結(jié)合聲強(qiáng)及表面振動(dòng)速度法試驗(yàn)探討了變速箱結(jié)構(gòu)傳遞噪聲及透射噪聲特性。
　　6)、闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱結(jié)構(gòu)減振降噪的基本思路和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并以B5A手