發(fā)動機與變速箱耦合系統(tǒng)非線性動力學(xué)及NVH性能研究.pdf

1、汽車在中、低速行駛時，發(fā)動機及動力傳動系統(tǒng)是主要噪聲源，隨著發(fā)動機減振降噪技術(shù)和新能源汽車技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，發(fā)動機的噪聲得到有效控制與改善，而動力傳動系統(tǒng)中變速箱的噪聲在汽車整體噪聲中所占的比例相對提高，尤其以手動變速箱的齒輪敲擊及嘯叫噪聲最受關(guān)注。因此，如何有效地降低變速箱的敲擊及嘯叫噪聲，提高汽車聲品質(zhì)顯得格外重要。
　　論文從手動變速箱的噪聲分類、齒輪嘯叫及齒輪敲擊噪聲產(chǎn)生機理的全面闡述分析入手，以一種典型的四缸四沖程汽油

2、機與手動變速箱為研究對象，采用理論分析、虛擬仿真技術(shù)以及試驗驗證對曲軸系與變速箱齒輪傳動系的耦合多體動力學(xué)、齒輪敲擊與嘯叫特性、變速箱動態(tài)特性、振動頻率響應(yīng)、結(jié)構(gòu)傳遞噪聲、聲透射問題進行了系統(tǒng)研究;最后，采用多目標(biāo)拓撲優(yōu)化、形貌優(yōu)化等現(xiàn)代設(shè)計方法對變速箱殼體以及缸蓋罩等典型的發(fā)動機薄壁件進行了低噪聲結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本文圍繞這些問題開展的具體研究工作內(nèi)容歸納如下:
　　1)、將等效有限平板和脈動球源的聲輻射比的平均值作為變速箱的聲輻射比參

3、數(shù)，并利用表面振速法試驗，更加準(zhǔn)確地計算出不同工況下變速箱的表面輻射噪聲;采用聲強法測試得到某B5A變速箱上端面的聲強分布云圖，確定了噪聲貢獻量較大的區(qū)域;闡述階次譜分析的優(yōu)點及基本原理，利用該技術(shù)在試驗臺架上對某MT452變速箱進行了反拖嘯叫測試，找出嘯叫噪聲特征階次，確定嘯叫噪聲根源為主減速齒輪副。
　　2)、由于曲軸系自身存在扭振及轉(zhuǎn)速波動問題，并且是齒輪傳動系的重要外部激勵源，而變速箱齒輪傳動系統(tǒng)存在齒輪嚙合沖擊振動，它們

4、兩系統(tǒng)之間的運動與動力傳遞并不一定是完全解耦的，以往的研究沒有考慮這種耦合作用，因此，本文建立綜合考慮離合器扭轉(zhuǎn)剛度、齒側(cè)間隙、軸的扭轉(zhuǎn)剛度，齒輪時變嚙合剛度、齒輪阻滯力矩等非線性因素的發(fā)動機曲軸系與變速箱齒輪傳動系耦合的多體動力學(xué)模型，再通過聯(lián)合仿真的方法對完全耦合的模型進行多體動力學(xué)計算。同時，采用傳統(tǒng)建模方法，分別建立曲軸系和齒輪傳動系多體動力學(xué)模型并進行計算，重點分析兩個系統(tǒng)的耦合作用對發(fā)動機扭振和系統(tǒng)動力學(xué)的影響。
　　

5、3)、通過振動噪聲時域及頻譜特性試驗，分析了某手動擋試驗車怠速空擋齒輪敲擊噪聲;基于上述耦合多體動力學(xué)模型，以敲擊指數(shù)為齒輪敲擊強度評價標(biāo)準(zhǔn)，探討揭示了離合器扭轉(zhuǎn)剛度、齒側(cè)間隙、齒輪阻滯力矩非線性因素與變速箱齒輪敲擊特性的關(guān)系，研究表明:通過多體動力學(xué)仿真技術(shù)可以得到齒輪最佳阻滯力矩參數(shù)從而降低齒輪敲擊強度;設(shè)計離合器扭振減振器時，在滿足傳遞扭矩和可靠性等要求的前提下，通過適當(dāng)減小離合器扭轉(zhuǎn)剛度可以改善齒輪敲擊;在允許范圍內(nèi)，適當(dāng)減小齒

6、側(cè)間隙也有利于減少齒輪敲擊振動。
　　4)、針對變速箱齒輪嘯叫現(xiàn)象進行了仿真預(yù)測與試驗研究。以匹配B5A手動變速箱的某動力總成為研究對象，建立完整的有限元模型，進行變速箱動態(tài)特性有限元分析和模態(tài)試驗驗證;隨后，建立動力總成的多體動力學(xué)模型，主要考慮發(fā)動機燃氣爆發(fā)壓力和變速箱軸承動態(tài)載荷，虛擬預(yù)測1000～4000r/min轉(zhuǎn)速域內(nèi)變速箱殼體的振動響應(yīng)，得到齒輪嘯叫特征階次;同時，針對搭載該變速箱的某試驗樣車進行嘯叫噪聲道路試驗，得

7、到的齒輪嘯叫噪聲主客觀評價結(jié)論一致，并且驗證了變速箱齒輪嘯叫振動響應(yīng)虛擬預(yù)測結(jié)果。
　　5)、分別以機械、空氣聲作為激勵進行變速箱振動噪聲分析?；邶X輪傳動系多體動力學(xué)、有限元-邊界元法分析了變速箱結(jié)構(gòu)傳遞噪聲;基于結(jié)構(gòu)-聲耦合模型進行了變速箱的透射噪聲及隔聲性能分析，同時結(jié)合聲強及表面振動速度法試驗探討了變速箱結(jié)構(gòu)傳遞噪聲及透射噪聲特性。
　　6)、闡述了發(fā)動機及變速箱結(jié)構(gòu)減振降噪的基本思路和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，并以B5A手