纯电动客车变速器振动噪声分析与优化研究

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纯电动汽车的电驱动系统中的变速器是直接与电机相连,电动机代替了发动机,传动系噪声因缺少发动机噪声的掩蔽效应而变得愈发明显,再加上现阶段电动机的转速的提高,变速器振动噪声尤其是高频啸叫问题也越发严重。齿轮作为传递系统上重要的部件,人们对其的研究也愈加完善,但是伴随着计算的高速发展,先前的单靠生产实际经验来设计研究齿轮是不太准确的。现阶段越来越多的齿轮设计仿真专业软件出现在人们的视野中,人们可以借助这些软件完成之前单靠人手无法完成的计算。大大缩短计算仿真时间,并且计算结果准确。本文分析了变速器产生振动噪声的原因,主要有两个,一是齿轮系统在传递扭矩过程中,会出现啮合刚度的波动,进而产生振动噪声,二是这些振动噪声会通过齿轮轮体,传递到与齿轮相连的齿轮轴,再由齿轮轴传递给轴承,轴承再传递给箱体,一旦箱体的固有频率和齿轮系统的振动频率重复,箱体和齿轮就会发生共振,共振噪声辐射到人耳。本文用KISSsoft软件进行变速器齿轮传动系统建模,分别计算分析齿轮宏观参数、齿轮修形方式及修形量、轴变形对于齿轮传递误差峰峰值和啮合刚度的影响,并研究其影响规律。然后用Hypermsh对箱体进行有限元仿真,计算器固有频率,与齿轮输出频率对比,确定共振频率区间,然后进行频率响应分析并优化壳体。以上研究内容对于指导变速器的设计和减振降噪具有重要意义。在KISSsoft的齿轮分析模块中,研究齿轮副的宏观参数如压力角,螺旋角和法向模数对于啮合刚度的影响规律。结果表明,螺旋角对于啮合刚度有较大的影响,压力角影响较小,较大的法向模数有利于降低啮合刚度波动,但是不宜过大。根据以上研究内容,选择合理的齿轮模数、螺旋角和压力角,可以有效降低啮合刚度及啮合刚度波动。在KISSsoft中,依据齿轮和轴的宏观参数建立齿轮传动系统的动力学模型,运用KISSsoft的轴运算模块分别研究齿轮副的中心偏差和支撑装置的变形对于齿轮啮合性能的影响,考虑轴和轴承的变形情况下的齿轮系统的齿面载荷分布和啮合传递误差做了计算分析。这些计算分析为后面的齿轮修形做了准备工作。利用KISSsoft的齿轮修形功能,分析不同的修形方式和修形量对于传递误差的影响,其中齿顶修缘和齿端修形对降低传递误差峰峰值有明显效果。依据此结论对常啮合齿轮进行修形,获得最优解,并且分析齿轮齿面载荷分布和温度分布,结果表明此优化方案对改善齿面载荷分布和降低齿面温度有明显优化效果。利用hypermesh软件对箱体进行有限元建模,计算其固有频率,并进行频率响应优化。通过优化箱体结构,改变其固有频率,避免与齿轮系统振动频率重合。并进行变速器台架噪声和振动试验,试验验证本文的优化方式对于该变速器有明显的优化效果。对比优化前后的噪声和振动试验结果,优化方案可以有效的减少振动,降低噪声。
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