基于齿轮修形的混合动力变速箱齿轮啸叫研究

复合行星排结构广泛应用于深度混合动力变速箱作为功率分流装置来耦合电机与内燃机动力。但由于复合行星排结构复杂,更多的齿轮啮合对数,更高的电机输入转速,伴随而来的是更复杂与严重的齿轮啸叫问题。针对某深度混合动力变速箱齿轮啸叫噪声问题,通过整车在最恶劣的工况下测试数据分析及主观评价,识别了对齿轮啸叫噪声贡献最大的激励源,得到了优化噪声目标值,通过齿轮接触斑点试验验证仿真模型的有效性,对齿轮进行微观修形,优化齿轮振动及啸叫噪声品质,使齿轮啸叫声压降至目标值。     

齿轮调幅调频所引起的室内啸叫噪声分析与控制

某前置后驱车型在加速过程中室内存在啸叫异响,在特定转速下尤为明显。试验数据显示后主减速器壳体振动和辐射噪声均存在相应的频谱特性。对室内噪声及主减速器壳体的噪声与振动在匀速和加速工况下进行数据采集,采用频谱分析和调制谱分析,确认该啸叫噪声为主减速器齿轮啮合引起的齿轮振动调制现象。该调制以主减速器齿轮啮合频率的高次谐频为载波频率,主减速器主动齿轮轴的转频为调制频率。在一定程度上提高齿轮加工精度可使室内啸叫噪声明显减弱。整个试验分析过程为后期齿轮异响问题排查提供一种新的思路。     

电动车减/差速器振动特性分析及改进

以某纯电动车的减/差速器为研究对象,首先考虑齿轮啮合刚度、传动误差、齿侧间隙和轴承因素,建立了齿轮传动系模型;然后考虑传动轴、差速器壳体以及减速器壳体的柔性,建立了减/差速器系统综合耦合模型,对其进行动态响应仿真分析及试验验证;最后通过轮齿微观修形减小齿轮传递误差波动的幅值,降低壳体表面阶次振动的峰值。结果表明,所建立的综合耦合模型能较好的预测减/差速器系统的振动特性,揭示各个振动阶次产生的原因,轮齿修形可使齿轮副传递误差波动幅值和壳体表面阶次振动峰值分别降低40%和57%,对减/差速器啸叫问题的解决起到一定的积极作用。     

基于阶次跟踪的变速箱啸叫噪声分析

运用阶次跟踪的分析方法,研究了某车型手动变速箱的二挡啸叫噪声现象。首先,在阶次跟踪的等角度间隔重采样算法中,提出用分段三次埃尔米特（Hermite）多项式代替传统的最小二乘法多项式拟合变速箱输入轴转速曲线,再分段对其积分得到变速箱输入轴转角表达式,提高了转速拟合与阶次跟踪分析的精度;然后,把短时傅里叶变换（STFT）用于阶次跟踪分析;最后开展了啸叫噪声的实车实验,结合变速箱噪声实验的主观评价经验,定量地分析和研究了变速箱的二挡啸叫现象。     

变速器啸叫声与下线台架振动的相关性试验研究

在汽车变速器下线台架上根据齿轮振动传递路径理论选择两个振动测量位置,同时测量两个位置20台变速器的啮合振动。在整车上测量各档位啮合阶次噪声及其振动,并进行啸叫声的主观评价。通过下线台架的振动、整车上变速器各档位齿轮啮合阶次的噪声和振动三者间的相关性分析,确定了台架上最佳的测量位置和啸叫声可接受时的振幅临界值。该研究可以正确、有效地识别变速器的啸叫及其振动特性。     

发动机双平衡轴系统设计分析

本文基于某直列四缸发动机的双平衡轴系统设计方案,利用Excite软件建立了发动机动力总成多体动力学分析模型,预测了动力总成振动噪声性能。分析了曲轴齿轮与平衡轴齿轮的啮合力对曲轴转速、主轴承反力的影响,探讨了搭载平衡轴系统后发动机振动响应的变化情况。利用传递路径分析方法,研究了双平衡轴系统对动力总成悬置2阶振动的减振效果及对车内噪声的改善情况。分析结果表明采用双平衡轴系统有助于提升发动机NVH性能、改善车内噪声水平。     

汽车变速箱齿轮传动系动力学振动特性的研究

文章建立发动机曲柄连杆系统的扭振当量模型,得到飞轮端动态转速波动及扭振角位移作为齿轮传动系主轴输入端的动态激励;采用多体动力学方法建立某五挡手动变速箱齿轮传动系动力学模型,以二档为例,分析了上档齿轮在齿面啮合时变刚度作用下产生的呜呜噪声(Gear Whine)特性,及未上档齿轮在其自由惯量和齿侧隙下产生的咔嗒噪声（Gear Rattle）特性;分析了发动机二档转速范围内齿轮传动轴各处轴承动态载荷的频谱特性;同时,利用实验测量的曲轴系扭振各阶次曲线验证了扭振当量系统模型的正确性,并利用实验表面振动速度法识别了转速范围内变速箱结构的振动速度级,验证了动力学仿真模型中得到的动态啮合冲击载荷的特性。     

两挡AMT斜齿轮弯扭轴耦合非线性振动特性分析

纯电动汽车两挡机械式自动变速器(automated mechanical transmission, AMT)中,斜齿轮传动系统的非线性振动会引起变速器的振动和噪声。为研究两挡AMT斜齿轮系统的非线性振动特性,结合实际变速器结构,考虑齿轮系统的时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传递误差以及轴承支撑刚度等因素,建立两挡AMT斜齿轮系统"弯-扭-轴"耦合动力学模型,分析了耦合振动特性的分岔图及其相图特性。结果表明:变速器工作在一挡时,随着转速增加,啮合频率不断增大,系统出现周期运动和混沌等现象;当承载齿轮副为单倍周期运动时,空载齿轮副扭转振动剧烈程度随着转速升高而增大;适当增大齿轮啮合阻尼比和啮合刚度,有利于减小承载齿轮最大扭振点的振幅。研究结果对纯电动汽车两挡AMT结构设计、动力学分析和换挡应用提供了技术支撑。     

基于轮齿修形的电动车齿轮啸叫噪声品质研究

齿轮啸叫是影响电动车噪声品质的主要噪声源之一,以某电动车减速器为研究对象,通过振动噪声实验研究以及主观评价实验分析齿轮啸叫噪声品质频谱特性,确定影响齿轮啸叫噪声品质的激励源和频域范围。以敏感频带能量比作为评价齿轮啸叫噪声品质评价指标,对存在啸叫现象的齿轮副进行微观修形分析,优化齿轮的啸叫噪声品质。结果表明主动齿轮转频、啮合频率及其倍频对振动噪声影响较大,适当的轮齿修形可以提高齿轮啸叫的噪声品质。     

齿轮精度与变速器啸叫声控制的定量分析

齿轮的精度对变速器齿轮副啸叫噪声有重要影响,提高齿轮精度是控制啸叫声的一个重要手段。以452AMT变速器主减齿轮为研究对象,把其传统的剃齿工艺更改为热后磨齿工艺,使齿轮精度提高3个等级,齿轮微观参数的正态分布标准差σ提高1倍以上,且更符合设计要求。最后把两种状态下各5台变速器先后通过下线台架EOL振动和1台整车NVH客观测试的单因素和正交试验的对比分析,变速器壳体振动强度下降1/2左右,车内主减齿轮副啮合阶次啸叫声加速和滑行时分别降低3 dB(A)和6 dB(A)左右。研究揭示齿轮精度对齿轮啸叫影响的机理,对变速器NVH的理论与应用具有一定的学术和工程意义。     

双倍档变速器动力学

使用2个行星齿轮排构建了一种新型自动变速器--双倍档变速器,利用行星齿轮转速能自动调节的特点,实现了驱动力在2个行星齿轮排之间连续传递。每个行星齿轮排的齿圈和太阳轮交替接外啮合齿轮产生2个传动比,从而简单地增加外啮合齿轮数量就可实现8速、12速、16速。使用SIMPACK软件建立了双倍档变速器的2个档位仿真模型,研究起动、换档、制动工况。分析表明,起步时扭矩增长可控,制动时有发动机阻力辅助,效果更佳;换挡策略多样,可以满足不同人群的要求;输出轴不间断换档有线性转速和衰减转速2种形式,为达到转速线性换档而不引起振动冲击的理想效果,需开展深入细致的研究。     

时频脊融合方法及时变工况行星齿轮箱故障识别

行星齿轮箱的瞬时频率(转速)精确提取是行星齿轮箱时变运行工况下故障诊断的关键。现有一些时频脊提取算法在提取瞬时频率时受到振动信号幅值变化以及时频变换结果中噪声成分的干扰,存在鲁棒性问题。为了解决这一问题,提出了一种双向搜索时频脊融合方法,并且将其进一步推广到多时频脊融合的概念中。然后,应用提出方法提取实际工程中时变工况行星齿轮箱高速轴的瞬时转速。再通过与现有两种方法对比以及阶次分析,验证了时频脊融合方法提取高速轴转速的可靠性与准确性。最后,在行星齿轮箱转速提取的基础上,利用阶次分析以及推导出的行星轮轴承故障频率的计算式,识别出了行星齿轮箱中的行星轮轴承内圈存在故障。     

基于振动信号分离的行星轴承故障特征提取

由于行星轴承振动信号传递路径的时变性,且行星齿轮箱中齿轮啮合振动信号较强,导致行星轴承故障特征提取较为困难。为此,提出了一种基于振动信号分离的行星轴承故障特征提取方法。该方法首先采用阶比分析技术将原始振动信号进行等角度采样;每当行星架旋转一周,采用Tukey窗进行加窗截取,按照啮合齿序重新拼接,构造振动分离信号。再采用离散随机分离从振动分离信号中提取行星轴承故障分量;最后进行包络谱分析提取故障特征。行星轴承内圈故障实测信号分析表明,该方法能有效提取行星轴承故障特征。     

时变工况的风电机组齿轮箱无转速计阶次跟踪方法研究

针对时变工况风电机组齿轮箱振动信号受噪声干扰和频率模糊问题,通过研究无转速下风电机组齿轮箱振动信号与转频波动规律间的联系,提出了基于VMD-SET时变工况的风电机组齿轮箱无转速计阶次跟踪方法。该方法利用变分模态分解（VMD）滤波,利用同步提取变换（SET）对齿轮箱振动信号时频分析,分别从轴承故障时域振动信号中初步提取故障特征频率趋势,从正常齿轮啮合调制时域振动信号中提取啮合频率时频脊线,进一步利用精细化时频脊线交叉解耦优化瞬时频率提取效果,再用提取的转速曲线对轴承故障振动信号进行阶次跟踪,从角域阶次谱中得到故障特征阶次的单根谱线。通过仿真及实验验证了所提方法的优越性和有效性。     

纯电动汽车两挡变速器减振降噪研究

针对纯电动汽车两挡自动变速器在工作过程中存在的振动和噪声问题,通过建立变速箱-电机转子刚柔耦合动力学模型,对变速器系统进行传递误差、齿面接触应力等分析和计算。根据纯电动汽车的常用工况及其特点,以齿轮修形参数为优化变量,传递误差为主要优化目标,综合考虑齿面载荷分布以及齿面接触应力,在多工况下对齿轮进行修形。结果表明修形后达到了优化齿面载荷分布、提高齿轮使用寿命、减小振动、降低噪声的目的,实现了齿轮多目标优化。研究结果对纯电动汽车变速器的开发有一定的借鉴作用。     

变工况下裂纹故障直齿轮副振动特性分析EI北大核心CSCD

针对齿根裂纹齿轮副的故障检测,常利用采集齿轮箱振动信号进行分析评估齿轮副的健康状态,但在对故障齿轮副进行振动故障检测过程中,因为齿轮副的转速误差以及负载转矩波动及其他非稳定工况,使得齿轮副运行并不处于理想状态,此对齿轮副振动信号影响较大,使之难以分辨齿轮副振动的特征频率。为此根据势能法建立齿轮副齿根裂纹模型,推导齿轮副发生局部故障后其时变啮合刚度计算解析式,对变工况下齿轮副振动非平稳信号进行短时傅里叶变换,分析在变工况情形下齿轮副的振动特性。研究结果表明:在稳定工况下,齿轮副的振动幅值随转速和负载转矩增加而增加,其边频带分布也随之呈现出一定规律。在非稳定工况下,利用短时傅里叶变换后,发现齿轮箱振动时域和振动频域都出现明显的振动冲击,频域中相邻冲击峰的间隔反映齿轮副的转速误差,其主要频率的分布和幅值也可反映齿轮副运行过程中的转速和转矩负载的波动。同时,在非稳定工况下所得到的结论与齿轮副在稳定工况下运行所得到的结论相一致,皆为齿轮副的振动幅值随转速和负载转矩增大而增大。     

复杂激励下复合行星传动系统频率耦合与耦合共振研究

建立了考虑时变啮合刚度、啮合间隙、啮合误差等多种非线性因素的复合行星传动系统动力学模型,研究了发动机时变转矩输入、定值转矩输入等不同外界激励与多种内部非线性激励同时作用下对复合行星传动系统频率耦合的影响。在此基础上,对外部激励、内部激励以及内外部耦合激励引起的低频、高频以及低高频耦合产生的系统扭转共振问题进行了分析。结果表明:在定值转矩驱动时,齿轮啮合力与主轴剪切力的主要频率成分都为啮频及其倍频;在时变转矩驱动时,齿轮啮合力在各转速下的主要频率成分都为啮合相关频率,而主轴剪切力的主要频率成分随转速提高逐渐由啮合相关频率转变为发动机各谐次频率;系统共振转速带中,由啮合频率及其耦合频率引起的共振转速主要集中于中低速工况,而发动机激励引起的共振转速主要集中于中高速。     

新型少齿差行星齿轮装置振动特性分析与实验研究

对某少齿差行星齿轮装置进行结构改进设计,运用动力接触有限元法求得包括啮合刚度激励、误差激励、啮合冲击激励的轮齿啮合内部动态激励。通过建立有限元模态动力分析模型,计算齿轮装置固有频率及振型,综合考虑内外部激励情况下,研究该齿轮装置的结构动态响应及噪声。利用振动测试设备对该齿轮装置进行振动噪声测试。结果表明：分析预测值与实验结果相符。     

基于转速自适应多阶FRFT滤波提取瞬变工况齿轮微弱故障特征

提出了一种基于转速信号自适应分段的多阶FRFT滤波方法,并应用于提取瞬变工况下变速器齿轮微弱故障特征。首先,根据设定的振动信号频率曲线曲率阈值将目标档位啮合频率时频曲线自适应分为若干段,使得每段内的信号频率近似线性变化;然后,在各分段内进行最小二乘拟合确定相应的FRFT最佳阶次,并在各段信号的最佳分数阶域进行滤波,实现基于转速自适应分段的多阶FRFT滤波。采用该方法分析实测变速器瞬变工况振动信号。结果表明,基于转速信号自适应分段确定多阶FRFT的最佳阶次,准确、快速、自适应性好;多阶FRFT滤波能够有效分离出瞬变工况下的啮合频率分量,隔离其他干扰;对分离出的啮合频率分量进行阶次包络解调分析,能有效提取出齿轮微弱故障特征。     

基于时频融合的转速估计及轴承故障特征提取研究

针对通过齿轮啮合频率与转速间存在的比例关系估计齿轮振动转速,提出基于齿轮啮合振动的时频融合分布估计转速新方法,将Wigner-Ville分布与小波尺度谱进行融合,对融合后的时频分布用峰值搜索法估计转速。与基于时频分布的转速估计方法相比,该方法的估计精度与对噪声的不敏感度更高。用该方法估计齿轮传动装置转速,并对轴承故障进行阶比分析以评估其效果表明,该方法能有效获得轴承故障阶比。