rattle和clunkSMTSMTRattle與Clunk發(fā)生機(jī)理與常用解決方案Rattle齒輪敲擊噪音瀑布圖Rattle齒輪敲擊是變速器中常見的一種噪音，在瀑布圖上表現(xiàn)為寬頻帶的噪音，如下圖所示Rattle齒輪敲擊原理：對(duì)于變速箱工作檔位齒輪副，由于承受較大負(fù)載，主動(dòng)齒和被動(dòng)齒不會(huì)發(fā)生分離，不會(huì)發(fā)生敲擊；而其它不承載齒輪副，當(dāng)輸入軸由于扭矩波動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速存在波動(dòng)時(shí)，不承載主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速隨之波動(dòng)；而不承載的被動(dòng)齒輪存在慣性，其轉(zhuǎn)速并沒有同時(shí)變化，因此產(chǎn)生了轉(zhuǎn)速差。而齒輪副之間存在側(cè)隙，轉(zhuǎn)速差導(dǎo)致兩齒輪在側(cè)隙間來回晃動(dòng)敲擊，并傳遞到殼體上，產(chǎn)生噪音。由上可知齒輪敲擊的根源是扭矩波動(dòng)，慣性和側(cè)隙，相應(yīng)的通過減小扭矩波動(dòng)，增大慣量/拖曳阻力，減小側(cè)隙可齒輪Clunk噪音及原理不管是傳統(tǒng)車輛還是新能源電動(dòng)車，在Tipin/out工況和過臺(tái)階/溝坎時(shí)以及新能源車緊急制動(dòng)高能量回收時(shí)，都可能產(chǎn)生齒輪的Clunk噪音，其表現(xiàn)和Rattle一樣都是寬頻噪音。Clunk原理和Rattle類似。車輛上述工況都會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)扭矩產(chǎn)生瞬態(tài)變化/反轉(zhuǎn)，而齒輪副之間存在側(cè)隙，扭矩的瞬態(tài)變化/反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致兩齒輪在側(cè)隙間產(chǎn)生敲擊，并傳遞到殼體上，產(chǎn)生噪音。針對(duì)Clunk噪音，同樣通過減小扭矩波動(dòng)/反轉(zhuǎn)，增大慣量/拖曳阻力，減小側(cè)隙可以減輕或消除Clunk噪音。Rattle與Clunk的異同產(chǎn)生噪聲的機(jī)理為相同的兩個(gè)條件：①傳遞扭矩的反轉(zhuǎn)過系統(tǒng)快速設(shè)計(jì)和建模界面友好，操作簡(jiǎn)單，使用方便，可對(duì)齒輪傳系統(tǒng)變形分析/高級(jí)系統(tǒng)變形分析系統(tǒng)變形分析l考慮系統(tǒng)中各零件之間的相互影響和作用，計(jì)算耦合系統(tǒng)剛度，計(jì)算系統(tǒng)變形高級(jí)系統(tǒng)變形分析l計(jì)算耦合系統(tǒng)剛度耦合系統(tǒng)變形和LTCA計(jì)算，考慮非線性齒輪嚙合剛度，可考慮齒輪制造誤差l精確計(jì)算隨時(shí)間變化的系統(tǒng)變形和齒輪錯(cuò)位及齒輪接觸l精確計(jì)算系統(tǒng)TE和齒輪嚙合TE零件強(qiáng)度校核圓柱齒輪/行星輪：基于ISO,AGMA,DIN&VDI等標(biāo)準(zhǔn)校核接觸、彎曲、膠合和微點(diǎn)蝕強(qiáng)度錐齒輪/準(zhǔn)雙曲面齒輪：基于ISO、Gleason,AGMA，KN等標(biāo)準(zhǔn)校核接觸、彎曲、膠合強(qiáng)度軸承:基于ISO校核靜強(qiáng)度和疲勞壽命；基于DIN732進(jìn)行發(fā)熱極限轉(zhuǎn)速校核；獲取并顯示SKF計(jì)算結(jié)果軸：應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度校核應(yīng)用DIN、AGMA標(biāo)準(zhǔn)和SMT方法連接件，包括花鍵、過盈配合和螺栓的校核應(yīng)用ISO、SAE、DIN等多項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)零件高級(jí)分析對(duì)稱齒輪和非對(duì)稱圓柱齒輪/行星輪高級(jí)LTCA?基于三維有限元齒輪模型的加載接觸分析，精確計(jì)算齒輪剛度，計(jì)算齒輪傳遞誤差和齒根應(yīng)力，并進(jìn)行準(zhǔn)確修形優(yōu)化?可以和刀具模擬優(yōu)化功能關(guān)聯(lián)，可針對(duì)實(shí)際加工齒輪齒根應(yīng)力精確計(jì)算零件高級(jí)分析軸承?軸承使用考慮邊緣應(yīng)力集中的六自由度非線性剛度精確模型，考慮公差配合和熱膨脹對(duì)軸承間隙的影響，精確計(jì)算軸承剛度及受力位移?考慮柔性軸承滾圈對(duì)載荷分布和應(yīng)力的影響?可精確計(jì)算軸承內(nèi)部滾子滾道接觸情況，包括接觸應(yīng)力云圖、各滾子歪斜和油膜厚度等基于動(dòng)力學(xué)模型，考慮系統(tǒng)內(nèi)各零件和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)行耦合模態(tài)分析和齒輪嘯叫分析，分析特定工況下系統(tǒng)針對(duì)激勵(lì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)電機(jī)齒輪箱耦合系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，考慮不平衡磁拉力，對(duì)電機(jī)激勵(lì)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析基于殼體表面法向速度，計(jì)算空氣傳播的聲功率；計(jì)算不同測(cè)量半徑上的聲壓和聲強(qiáng)NVH高級(jí)時(shí)間步長(zhǎng)調(diào)制分析傳統(tǒng)的NVH分析有一些基本的假設(shè)，其分析模型是頻域的模態(tài)模型，然而該模型無法完整的捕捉行星架和帶孔輪輻通過的動(dòng)態(tài)特性MASTA采用高級(jí)時(shí)間步長(zhǎng)方法考慮調(diào)制的影響，該動(dòng)力學(xué)解決方案利用了線性模態(tài)模型的速度和定制的時(shí)間步長(zhǎng)方法來得到時(shí)域響應(yīng)及與其相對(duì)應(yīng)的頻譜階次內(nèi)容，可以捕捉此類系統(tǒng)的頻率響應(yīng)中出現(xiàn)的邊頻特征系統(tǒng)優(yōu)化零件優(yōu)化對(duì)各零件進(jìn)行優(yōu)化，保證各零件之間壽命平衡圓柱齒輪宏觀參數(shù)優(yōu)化和空間研究?提高齒輪強(qiáng)度，優(yōu)化重合度，降低TE齒輪微觀修形優(yōu)化和空間研究?齒向、齒形和對(duì)角修形?優(yōu)化接觸斑點(diǎn)，提高齒輪強(qiáng)度，降低TE錐齒輪/準(zhǔn)雙曲面齒輪宏觀參數(shù)優(yōu)化?提高齒輪強(qiáng)度錐齒輪/準(zhǔn)雙曲面齒輪齒面優(yōu)化/機(jī)床調(diào)整參數(shù)優(yōu)化?通過齒面修形優(yōu)化，提高錐齒輪強(qiáng)度，降低TE?通過和CAE，GEMS和KIMOS接口實(shí)現(xiàn)齒面優(yōu)化齒輪可制造性分析和制造模擬提供了一整套完整精確的適合于圓柱齒輪滾/插/剃/磨工藝的齒輪、刀具和工藝模擬優(yōu)化手段可在設(shè)計(jì)階段對(duì)圓柱齒輪的粗精加工刀具進(jìn)行模擬，保證設(shè)計(jì)齒輪的可制造性，降低制造成本，通過優(yōu)化刀具，提高齒輪強(qiáng)度工藝模擬功能，可以模擬加工中的各種誤差對(duì)齒輪加工精確的影響，降低制造成本DRIVA是SMT開發(fā)的基于多體動(dòng)力學(xué)的齒輪傳動(dòng)專用的、基于時(shí)域多體動(dòng)力學(xué)的商業(yè)化軟件。能夠方便、快速、精確仿真各種齒輪傳動(dòng)鏈的動(dòng)態(tài)特性，包括內(nèi)外原因?qū)е碌凝X輪Rattle與?動(dòng)態(tài)載荷分析和校核?動(dòng)力換擋變速器換擋性能分析?Rattle齒輪敲擊和Clunk噪音分析?風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈分析?發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)工具：DRIVA模擬、優(yōu)化齒輪敲擊按時(shí)間步分析和完全非線性齒輪嚙合模型進(jìn)行齒輪脫離接觸和敲擊分析測(cè)試：沖擊載荷，Rattle/Clunk相關(guān)振動(dòng)與噪音測(cè)試：沖擊載荷，Rattle/Clunk相關(guān)振動(dòng)與噪音實(shí)時(shí)采集扭矩?cái)?shù)據(jù)，可在多位置布點(diǎn)，如變速器輸入軸，傳動(dòng)采集數(shù)據(jù)直接用于問題診斷，同時(shí)可用作多體動(dòng)力學(xué)分析的輸測(cè)試和分析的關(guān)聯(lián)，深入理解問題的根源，提出最佳方案；NVH和TE數(shù)據(jù)測(cè)量和分析解決方案l開放硬件接口l多通道數(shù)據(jù)采集l可與分析軟件集成，快速處理數(shù)據(jù)l簡(jiǎn)單易用，便于攜帶案例1：PTO齒輪敲擊模擬仿真（DRIVA）與優(yōu)化本項(xiàng)目中，SMT負(fù)責(zé)CAE模擬仿真、建議設(shè)計(jì)修改方案，客戶負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)與樣件修改以及測(cè)試由于轉(zhuǎn)速波動(dòng)導(dǎo)致的PTO齒輪隨時(shí)間變化的接觸狀態(tài)，即齒輪敲擊AddATorsionalDamperl一般存在較大負(fù)載時(shí)，齒輪不易發(fā)生敲擊現(xiàn)象。因此，可以在輸出軸或者惰輪軸處添加一些負(fù)載，減輕或者消除齒輪敲擊現(xiàn)象Load添加與轉(zhuǎn)速成正比的阻力系數(shù)，如下圖（圖中此值僅用案例1：PTO齒輪敲擊模擬仿真（DRIVA）與優(yōu)化AddATorsionalDamperl重新運(yùn)行分析，在模型樹中選擇輸入軸齒輪，可看到齒輪始終在一個(gè)齒面接觸，消除了敲擊現(xiàn)象案例1：PTO齒輪敲擊模擬仿真（DRIVA）與優(yōu)化ScissorGearWith5mRadPrel另一種方式是通過改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)消除齒輪敲擊問題l將原來結(jié)構(gòu)中的惰輪結(jié)構(gòu)，改為兩個(gè)有扭轉(zhuǎn)剛度連接關(guān)系的剪刀齒結(jié)構(gòu)案例1：PTO齒輪敲擊模擬仿真（DRIVA）與優(yōu)化ScissorGearWith5mRadPrel在DRIVA分析模式下，設(shè)置兩個(gè)剪刀齒之間扭轉(zhuǎn)方向5mRad案例1：PTO齒輪敲擊模擬仿真（DRIVA）與優(yōu)化ScissorGearWith5mRadPrel以輸入軸齒輪和中間惰輪嚙合關(guān)系為例（齒輪3為InputGear，l由于齒輪1和齒輪2之間在施加5mRad的預(yù)緊后，在圓周方向被壓緊，剪刀角度減小，因此齒輪1和齒輪2之間存在反方向互斥的扭矩，使得齒輪1與齒輪3左齒面接觸壓緊的同時(shí)，齒輪2會(huì)與齒輪3的右齒面接觸壓緊l當(dāng)齒輪1和齒輪3左齒面有脫離的趨勢(shì)時(shí)，齒輪1和2之間的互斥扭矩，使得齒輪2跟隨齒輪3運(yùn)動(dòng)，始終保持接觸狀態(tài)，從而消除了齒輪敲擊現(xiàn)象案例1：PTO齒輪敲擊模擬仿真（DRIVA）與優(yōu)化ScissorGearWith5mRadPrel重新運(yùn)行分析，在模型樹中選擇InputGear，可看到輸入軸齒輪的兩個(gè)齒面始終分別與剪刀齒兩個(gè)齒接觸，消除了敲擊現(xiàn)象診斷齒輪Rattle與Clunck根源并解決問題的流程解決驅(qū)動(dòng)橋Clunk噪音流程圖傳統(tǒng)車橋與電驅(qū)橋齒輪Clunk在DRIVA中的仿真與優(yōu)化傳統(tǒng)橋齒輪Clunk：在DRIVA中建模系統(tǒng)模型在DRIVA中建立驅(qū)動(dòng)橋總成，以便模擬驅(qū)動(dòng)橋在沖擊載荷作用下如何發(fā)生齒輪Clunk傳統(tǒng)橋齒輪Clunk：在DRIVA中輸入沖擊載荷沖擊載荷l沖擊載荷在0.3s內(nèi)達(dá)到2倍的輸出最大扭矩3000Nm，施加到2根半軸兩端傳統(tǒng)橋齒輪Clunk：DRIVA的時(shí)域動(dòng)態(tài)分析結(jié)果在沖擊載荷作用下主減齒輪發(fā)生Clunkl主減齒輪發(fā)生Clunk，齒輪在左右齒面之間不斷接觸和脫離，對(duì)應(yīng)主動(dòng)輪嚙合扭矩波動(dòng)和齒輪撞擊能量如下齒輪嚙合扭矩傳統(tǒng)橋齒輪Clunk：Clunk優(yōu)化Clunk優(yōu)化措施?通過調(diào)整減振裝置，減小沖擊載荷?增加半軸柔性原半軸電驅(qū)橋Clunk：在DRIVA中建模模型：模擬一個(gè)電驅(qū)橋總成在以200Nm扭矩持續(xù)輸出2s后，緊急制動(dòng)，導(dǎo)致扭矩產(chǎn)生瞬態(tài)反轉(zhuǎn)，發(fā)生齒輪Clunk電驅(qū)橋Clunk：在DRIVA中模擬動(dòng)態(tài)響應(yīng)l運(yùn)行完之后，在時(shí)域響應(yīng)選項(xiàng)卡中，DRIVA會(huì)以圖表形式展示響應(yīng)結(jié)果l右圖展示了輸入軸齒輪的ContactStatus接觸狀態(tài)l由于本示例在DRIVA設(shè)置中阻尼系數(shù)采用默認(rèn)值，所以此響應(yīng)結(jié)果僅作為展示右圖展示了輸入軸齒輪InputGear，在0s-10s時(shí)間內(nèi)由于Clunk導(dǎo)致左齒面法向作用力的變化，由于本示例在DRIVA設(shè)置中阻尼系數(shù)采用默認(rèn)值，所以此響應(yīng)結(jié)果僅作為展示電驅(qū)橋Clunk：在DRIVA中模擬與優(yōu)化通過控制扭矩變化斜率改善齒輪Clunk?通過電控系統(tǒng)，將原來0.14s內(nèi)變化的扭矩放緩為0.7s電驅(qū)橋Clunk：在DRIVA中模擬與優(yōu)化通過控制扭矩變化斜率改善齒輪Clunk?對(duì)比可看到優(yōu)化后齒輪Clunk有所改善電驅(qū)橋Clunk：在DRIVA中模擬與優(yōu)化：通過控制扭矩