新能源客车6速变速器噪声异常分析与研究
一、变速器振动和噪声机理
新能源客车采用电机驱动变速器，相比于发动机输出转速波动的影响，电机驱动变速器在减振降噪方面具有明显优势。变速器作为1个齿轮系统，其噪声的声源主要有：
变速器工作时根据其不同的振动状态，可能产生2种噪声：齿轮的敲击和啸叫。敲击噪声主要是由轮齿的拍击引起的瞬态噪声，齿轮敲击是1种非线性的冲击现象，一般发生在轻载条件下；齿轮的啸叫声是1种稳态噪声，是由轮齿啮合过程的动态激励引起的，一般加载条件下齿轮啸叫比较明显。另外，根据机理的不同，可将噪声分成加速度噪声和自鸣噪声2种。一般说来，在拍击振动中轮齿间会产生冲击；在非拍击的振动中，齿轮轮齿在进入啮合的瞬间，由于齿轮误差和受载变形等因素，也会产生冲击，由于轮齿的冲击，齿轮会产生很大的加速度，引起周围介质扰动，由这种扰动产生的声辐射称为齿轮的加速度噪声，齿轮的啮合冲击主要发生在平行于轴线的方向。另一方面，齿轮在动态啮合力作用下，系统各零部件也会产生振动，这些振动所产生的声辐射称为自鸣噪声。一般说来，自鸣噪声是闭式齿轮传动的主要声源。变速器的噪声不仅与轮齿啮合的动态激励力有关，而且还与轮体、传动轴、轴承及箱体等的结构型式、动态特性以及动态啮合力在它们之间的传递特性有关。一般来说，要控制变速器噪声应充分考虑齿轮设计参数的选择，齿轮的加工装配，输入的转速、负载扭矩的波动，轴系的扭振以及电动机及其它传动副的平衡情况等因素的影响。
变速器在工作运行时的动力学行为对整箱及整车有着重要的影响，整车上变速器会受到内部齿轮啮合的动态激励和外部发动机（电机）输出扭矩转速激励的影响，要避免变速器在工作工况下（如怠速、加速、巡航、减速等）其内部零部件受到2种激励的影响而产生的共振，导致变速器壳体辐射较大噪声。因此，对变速器进行动力学分析是必不可少的，通过分析变速器固有的动力学特性，掌握各个零部件总成的模态频率和匹配问题，从源头上避免箱体共振。变速器是整车传动系的部件之一，其与传动系其它总成部件合理匹配与否直接影响着整车的NVH特性，因此研究分析外部激励对变速器的影响也是必不可少的。
二、现场测试
某6速新能源客车变速器整车试验时，在2挡，发动机转速 $2100\sim 2500\mathrm{r / min}$ 时，出现明显的“刺耳蜂鸣”的异常响声，并且驾驶室噪声测量结果为83dB（A），超出客户车辆驾驶室内噪声限值（80dB（A）。新能源客车传动系中，电机通过离合器将动力传递给变速器，变速器通过自身齿轮副速比转换，实现降速增扭或增速降扭的作用，最后通过法兰盘输出动力至传动轴。异常响声发生在电机加速工作阶段，通过分析在排除后桥和传动轴不平稳等因素的影响后，更换同款变速器，异响响声及其所处转速段没有变化。为进一步确认是变速器产生的异响噪声，在半消声室试验台架进行变速器加载噪声测试，试验中使用LMS公司生产的振动和噪声数据采集仪。
变速器2挡的声压值随着转速变化的曲线结果，在 $2100\sim 2500\mathrm{r / min}$ 转速段出现了共振，在 $2320\mathrm{r / min}$ 产生了峰值，这与客户反馈的异响结果相一致。
2挡2320r/min处的共振峰值是由于2挡齿轮副（10.7阶）受载啮合引起变速器的固有频率引起的，台架测试结果给出了变速器2挡异响噪声的原因。
三、噪声控制措施及效果
噪声控制主要从声源、传播途径、接收者3方面考虑，控制内容包括降低激励源的振动强度，改变振动的传递途径，降低壳体表面噪声辐射效率，对声音接收者采用隔声消声
处理等。根据振动的传播途径以及振动能和声之间的关联关系声，可通过下列措施降低变速器的振动与噪声：
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降低啮合齿轮副的动态激励力能量，可以采用增大受载齿轮副啮合时的重合度；
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降低传递到变速器壳体的振动能量，可以对传递路径进行必要的隔振处理或者增大传递路径中的阻尼值；
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改变壳体结构的形状，降低箱体的声辐射效率；
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改善变速器的周围环境，如采取隔声，吸声等措施降低辐射到驾驶室中的噪声量；
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受载齿轮副激振起变速器固有频率形成的峰值噪声，采用错频或者降低激励振动能量的方法。
文中异响噪声属于受载齿轮副啮合引起的峰值噪声，错频方法是降低峰值噪声的优选方法通过计算可以将共振峰值处的转速偏移到客车常用转速范围以外。新能源客车电机输出转速范围在 $0\sim 2600\mathrm{r / min}$ 以内，考虑到2挡齿轮参数的调整对变速器固有频率的影响很小，可以通过调整2挡齿轮的齿数来降低其啮合阶次，从而将共振峰值处的转速提高到 $2600\mathrm{r / min}$ 以上，实现错频降噪的目的。
将2挡齿轮副的阶次调整到8.2后，原来在 $2320\mathrm{r / min}$ 处发生的共振预计被移到 $3030\mathrm{r / min}$ 处，处于2挡常用转速范围（ $0\sim 2600\mathrm{r / min}$ ）以外。因此，原 $2320\mathrm{r / min}$ 处的共振峰值将消失，原噪声峰值将大幅降低。
在2320r/min处的共振峰值已经消除，而随着齿轮副参数的调整，在1650r/min处的噪声值略有增大，但噪声曲线整体平滑且没有共振峰值，不会引起变速器的异常噪声。台架试验完成后，将修改后的变速器进行整车试车，试车中变速器2挡噪音正常，原2100～2500r/min处的“刺耳蜂鸣”声完全消除，且整车驾驶室噪声值满足客户80dB（A）的限值要求。
文章阐述了变速器噪声的产生机理，从理论上分析了变速器产生共振的原因和解决共振的方法，并将理论知识应用到工程实际，解决了新能源客车中变速器异常噪声问题，取得良好效果。