微型汽车驱动桥噪声产生原因的分析

摘要：微型汽车驱动桥产生噪声，是许多汽车生产厂家存在的问题之一，它直接影响汽车驱动桥寿命和汽车产品质量，并且噪声会给车内乘员造成不舒适的感觉及使道路周围受到噪音污染。本文以HFJ1010F为研究对象，对其进行了观察，检测，分析，找出引发噪音的原因。并从设计，工艺，制造和装配等方面提出了解决方法。

关键词：驱动桥 噪声

1 前言

我公司生产的HF1010F汽车驱动桥经常有打鼓声，象火车上坡吃力的声音等各种异样噪音，尤其是收油门时更为严重，驱动桥噪音主要是主减速器齿轮啮合噪音，除此以外还有轴承，主减速器壳，后桥壳体，以及驱动系统等方面的原因。就其齿轮副的啮合噪音来说，分为两类：一类叫运转噪音，有齿轮加工误差，齿轮的振动、摩擦产生；另一类叫流体噪音，是由于油从齿轮挤出与空气发生紊流而产生的紊流噪音，此外还有由于油被搅拌而飞溅冲击后桥也产生噪音。

2 影响齿轮噪音的因素

2.1齿轮参数对啮合噪音的影响

压力角

2.1.1减小压力角能降低齿轮噪音，但也有削弱齿轮强度之弊。当低噪声是主要要求时，应选用尽可能小的压力角。近年来的趋势是减小驱动侧(主动齿轮的凹面)的压力角，以增大该侧的啮合线的长度，来改善传动的平稳性，降低噪声。标准压力角20°基本上是兼顾强度和噪声两方面的要求。

2.1.2模数、齿数和齿距

当负荷较大时，轮齿弯曲变形的影响较大，因而加大模数是合理的。一般情况下，减小模数和齿距，因而增加了同时工作的齿数，减小单独齿的工作负荷，因而是有利的。例如国外小轿车的变速箱齿轮的平均模数从1975年的2减小到现在的1.2以下，主要是为了降噪。

2.1.3螺旋角

螺旋角的大小直接影响齿面重叠系数，螺旋角过小使齿面接触区变窄，会产生冲击噪音。齿面重叠系数增大，传动平稳，噪声降低，所以螺旋角应足够大，使齿面重叠系数不小于1.25。

2.1.4齿宽、直径、齿高

直径大，噪声高；反之，齿宽加大，可降噪。这是因为，适当的加大齿宽、减小直径的齿轮轮齿刚性好，而且还可以使在同样转速下的齿轮圆周速度降低，这对降噪是有利的。此外，采用高齿即齿高在2.7mm以上的所谓“柔性的”来利用柔性减缓冲击，以降低噪声。

2.2制造因素的噪音的影响

2.2.1主减速器壳的制造因素

我们抽查5个主减速器壳体，偏移距尺寸E=18±0.04mm平均超差0.2左右；主动齿轮两支承轴承座孔同轴度要求在0.04mm以内，平均超差0.15左右，最大超差达0.3。究其原因，主减壳体的偏移尺寸超差主要是由于加工机床导轨与滑道之间间隙过大所致，同轴度超差是由于组合机床加工两轴承孔时用两个主轴从两端同时加工，进刀量大、并有颤动现象造成。偏移距超差造成主、从动齿轮不能按设计状态啮合，有的用调整垫片调整也无法达到要求。同轴度超差使主动齿轮旋转时产生径向振动，在啮合过程中就会产生冲击噪声。

2.2.2 齿轮的制造因素

齿轮在加工过程中不可避免地要发生偏心，从而使齿轮的齿距不均匀，产生周节累积误差，使主、从动齿轮在传动啮合过程中接触点脱离了理论位置，接触处的齿距发生变化就会引起振动，同时造成传动转速不均匀，发生瞬间速度变化，产生冲击，造成主、从动齿轮啮合噪音。我们对江苏飞船齿轮厂主、从动齿轮检测结果如下：

运动精度(8级)(单位mm)

项目

公差 齿轮 设计 实测 备注

跳动误差δ 主动齿轮 0.05 0.070 不合格(9级)

从动齿轮 0.095 0.077 合格

周节累积误差 主动齿轮 0.06 0.084 不合格(9级)

从动齿轮 0.115 0.1488 不合格(9级)

接触精度(7级)(单位mm)

项目

方向 设计 实测 备注

齿高方向 2.9以上 2.95 合格

齿长方向 14.5以上 11 不合格

工作平稳性精度(7级)(单位mm)

项目

公差 齿轮 规定 实测 备注

周节差δT 主动齿轮 0.011 0.0606 不合格

从动齿轮 0.013 0.0404 不合格

相临周节差δT` 主动齿轮 0.026 0.0478 不合格

从动齿轮 0.032 0.0295 合格

引起齿轮误差的另一个原因是热处理变形。一方面齿轮的热处理变形是由于齿轮在急冷时的热应力是与马氏体相变时引起的相变应力而产生的。另一方面由于生产批次引起的偏差。齿轮热处理后很难得到所要求的稳定而精确的齿面形状。要提高热处理水平，只能从原材料入手，材料的质量过关，提高热处理水平才有效果。国内齿轮制造厂家对不同有效截面和不同工况技术条件的齿轮采用同一种钢号是不合理的。国外发达国家对代表性钢种仅改变含碳量来形成系列，以满足不同有效截面齿轮对淬透性的要求。例如日本SCM系列有SCM415、SCM420、SCM425。德国有16MnCr5、27MnCr。齿轮正常状态下运转时突然切断油，噪声增大10dB左右，当齿面在充分状态下增加供油量(增加油面高度)齿轮在高速旋转时噪音反而增大。

2.3装配因素对齿轮啮合噪音的影响

图纸要求主、从动齿轮齿侧间隙为0.1-0.2mm，而实测一周内侧隙不同，有一些啮合已达到最大允许侧隙时，却有一处死点，这样侧隙大时产生冲击噪音，侧隙小时虽能控制齿面分离和啮合齿的敲击声，但过小的侧隙如果不能容纳齿轮热膨胀量的话，齿面的干涉将产生很大噪音。

2.3.2 啮合斑痕

我公司生产的HFJ1010F微型汽车主减速器总成按GB11365-89要求，主、从动齿轮在齿长方向啮合斑痕为齿长的50~70%，在齿高方向为齿高的55~75%。而现在装车的主减速器总成中有一部分主、从动齿轮无论在齿长还是齿高方向上啮合斑痕都达不到要求，这样会使重叠系数过小，产生冲击噪音。

2.3.3 轴承预紧力

轴承预紧力过大会导致轴承过热，使轴承寿命缩短；轴承预紧力过小，则会在主减速器磨合期由于间隙增大而产生轴向窜动，在汽车前进时被动齿轮将主动齿轮压向轴承，当汽车滑行时，主动齿轮被拉回，这样的交替作用，造成严重的冲击，产生冲击噪音。

2.3.4后桥总成清洁度

装配调整技术条件中规定后桥总成清洁度不大于800mg，而我厂现有条件经常不能满足清洁度不大于800mg，而且有些齿轮油中混有加工毛刺和焊渣，这些杂物会挤入主、从动齿轮之间，使齿面擦伤，产生噪音。

我公司生产的HFJ1010F微型汽车之所以在收油门时产生各种尖啸声主要是由于主、从动齿轮接触区偏大端，而且接触区很窄，若使齿轮工作平稳，重叠系数最少不小于1。也就是说，当一对啮合着的齿轮在未脱离啮合之前，其后一对齿轮以开始啮合，从而每对齿轮在开始啮合和脱离之前都不引起齿间的相互冲击。对于格里森制螺旋锥齿轮来说设计时要求重叠系数不少于1.25，HFJ1010F微型汽车主、从动齿轮法面的重叠系数为2，这个重叠系数是根据齿轮的理论工作齿高和参加工作的齿长计算的。可是当齿轮接触区很窄时，即实际工作齿高比理论工作齿高小得多，参加工作部分又不是理想的齿长，这样重叠系数必然小于理想的重叠系数，致使一对轮齿在脱离啮合时，另一对轮齿还没有开始啮合，则这对轮齿开始啮合时就要产生冲击，这样的冲击每转过一个齿轮就要发生一次，也就是说大约0.0015s冲击一次，这样高的冲击频率是产生噪音的主要原因之一，载荷越大，噪音越大，载荷小时基本听不到噪音，由于汽车在收油门时发动机起制动作用，汽车惯性大，所以这时作用于传动系中的载荷比平时大得多，所以收油门有尖啸声。

避免后桥异响的措施

3.1严格按装配调整技术要求装配；

3.2调整主、从动齿轮啮合区达到标准要求；

3.3使主、从动齿轮啮合侧隙为0.1-0.2mm；

3.4保证后桥总成清洁度不大于800mg，并定期更换齿轮油；

3.5保证轴承预紧力及主减速器壳体尺寸；

3.6对外购件齿轮应保证符合图纸要求尺寸。

4结论

从以上分析来说，主减速器的噪音的控制应从设计、工艺、制造和装配等方面入手，增强各方面的质量，保证理论设计与生产工艺相结合，消除影响微型车舒适性的噪音。

以上是以HFJ1010F微型汽车为研究对象进行分析的，由于昌河汽车，上汽通用五菱汽车、吉林佳宝汽车的后桥结构均与HFJ1010F车大致相同，故也普遍适用于其它微型汽车。

本文初步论证了从设计、工艺、制造和装配控制噪音的方法，属抛砖引玉，以供同行参考。

* 在本文成稿中得到检测部门的支持，以及装配车间工人师傅和汽研所同行的帮助，并得到研究员级高级工程师于惠普的审阅，在此一并表示感谢。

参考文献：

1. 《圆锥齿轮与双曲面齿轮传动》刘惟信，人民交通出版社1980年12月

2. 《自动车技术》 驱动系的齿打音，重政和洋 1981年

3. 《汽车设计》吉林工业大学汽车教研室编

4. 《齿轮箱噪音研究和降噪措施》《齿轮资料》第31期