【摘 要】
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汽车的噪声性能是汽车的核心竞争力之一,变速箱是影响汽车噪声性能的一个重要原因。大量研究表明:汽车变速箱的噪声主要来源于变速箱齿轮副的振动,齿轮副振动与齿轮几何误差关系密切。本论文旨在研究齿轮几何误差与变速箱噪声定量关系,为变速箱齿轮几何精度优化设计提供理论和实践指导。围绕上述目的,论文做了以下主要工作:(1)建立考虑几何误差的齿面模型。基于生产实际以及齿轮测量中心,提出了一种假设:齿轮的齿廓误差在
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汽车的噪声性能是汽车的核心竞争力之一,变速箱是影响汽车噪声性能的一个重要原因。大量研究表明:汽车变速箱的噪声主要来源于变速箱齿轮副的振动,齿轮副振动与齿轮几何误差关系密切。本论文旨在研究齿轮几何误差与变速箱噪声定量关系,为变速箱齿轮几何精度优化设计提供理论和实践指导。围绕上述目的,论文做了以下主要工作:(1)建立考虑几何误差的齿面模型。基于生产实际以及齿轮测量中心,提出了一种假设:齿轮的齿廓误差在齿面不同位置测量不会发生变化,齿轮的螺旋线误差在不同位置测量不会发生变化。基于这一假设,构建了一种考虑GBT10095.1-2008中规定的几何误差的齿面模型。(2)对考虑几何误差的齿面模型进行啮合分析。本文进行了考虑齿面几何误差的TCA(Tooth Contact Analysis)齿面接触分析以及LTCA(Lord Tooth Contact Analysis)齿面承载接触分析,得到了考虑几何误差的传动误差,承载传动误差,时变啮合刚度。基于TCA设计正交仿真试验,得到定性结论:小齿轮的齿廓角偏差,小齿轮的齿廓形状偏差,小齿轮的螺旋线角偏差、大齿轮的齿廓角偏差对齿轮传动误差影响最大。基于LTCA讨论了齿轮几何误差对齿轮承载传动误差以及齿轮时变啮合刚度的影响,对比理想齿轮与正交试验编号9号的齿廓几何误差,齿轮的时变啮合刚度幅值增加了8μm/N,承载传动误差幅值增加了0.9μm。(3)对考虑几何误差的齿轮模型进行振动仿真。基于齿轮动力学,本文构建了一种弯-扭-振六自由度齿轮副振动模型,以及一种8自由度二级传动模型;对齿轮轴进行了受力分析,求解齿轮轴时变支撑力;通过能量法计算了齿轮的空载敲击。基于通过承载接触分析得到的齿轮副啮合时变刚度以及齿轮副承载传动误差,计算了考虑小齿轮的齿廓角偏差,小齿轮的齿廓形状偏差,小齿轮的螺旋线角偏差以及大齿轮的齿廓角偏差这四项误在3级精度以及9级精度下的齿轮振动情况,对比结果发现,各支撑点的主频率响应分别增加了113.51N,89.13N,43.36N以及13.32N,齿轮副的振动随着几何精度下降而越发剧烈。(4)进行考虑几何误差情况下的变速箱仿真分析。对比声学仿真结果以及现有试验结果,验证动力学模型的合理性,通过本方法计算的齿轮噪声总体上会略大于实际噪声,但变化趋势基本一致,本文所使用的方法基本正确。将上文计算的轴支撑响应作为激励,对变速箱进行噪声仿真,得到了考虑几何误差的变速箱噪声,完成了通过齿轮几何误差预测变速箱噪声的工作。(5)本文基于噪声仿真对现有的一款新能源汽车减速器以及一款现有的传统内燃机变速箱进行优化设计。在略微降低减速器噪声性能的情况下,降低了减速器齿轮的加工成本;通过提升齿距精度的方法,降低了传统内燃机变速箱的空载敲击,提升了变速箱的噪声性能。最后,通过模态分析得到箱体的固有频率,并且检索到了会发生固有频率振动的几何误差形态,基于此,分析出了会导致该频率振动的齿廓误差形态,在生产过程中,需要对这一类形态的齿廓误差格外注意。至此,本文通过考虑几何误差的齿面建模,接触分析,振动仿真,声学仿真,提出了一种通过几何误差预测变速箱噪声的方法。讨论了齿轮几何误差对各环节的影响。通过对比现有实验数据,验证了该方法的可靠性。最后基于文中提出的方法,对变速箱噪声进行了优化。
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