NO.201齒輪傳動系統(tǒng)中齒輪傳動系統(tǒng)中e噪音的分析和優(yōu)化SMTRattle與Clunk發(fā)生機理與常用解決方案Rattle齒輪敲擊噪音瀑布圖Rattle寬頻帶的噪音，如下圖所示Rattle齒輪敲擊原理：對于變速箱工作檔位齒輪副，由于承受較大負載，主動齒和被動齒不會發(fā)生分離，不會發(fā)生敲擊；而其它不承載齒輪副，當輸入軸由于扭矩波動導致轉(zhuǎn)速存在波動時，不承載主動齒輪的轉(zhuǎn)速隨之波動；而不承載的被動齒輪存在慣性，其轉(zhuǎn)速并沒有同時變化，因此產(chǎn)生了轉(zhuǎn)速差。而齒輪副之間存在側(cè)隙，轉(zhuǎn)速差導致兩齒輪在側(cè)隙間來回晃動敲擊，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，慣性和側(cè)隙，相應的通過減小扭矩波動，增大慣量/拖曳阻力，減小側(cè)隙可以減輕或消除齒輪敲擊。齒輪Clunk噪音及原理不管是傳統(tǒng)車輛還是新能源電動車，在Tipin/out工況和過臺階/溝坎時以及新能源車緊急制動高能量回收時，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。車輛上述工況都會導致傳動系統(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/反針對Clunk噪音，同樣通過減小扭矩波動/反轉(zhuǎn)，增大慣量/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)生噪聲的機理為相同的兩個條件：①傳遞扭矩的反轉(zhuǎn)過零點；②傳動系統(tǒng)存在間隙。產(chǎn)生噪聲的狀態(tài)不同，扭矩反轉(zhuǎn)的工況不同Rattle：①是扭矩圍繞著零點的反復波動，表現(xiàn)為相對穩(wěn)態(tài)的工況；Clunk可在傳動系統(tǒng)的多數(shù)零件中產(chǎn)生。MASTA是一套完整的動力傳動系統(tǒng)設計仿真平臺，針對動力傳動系統(tǒng)，進行從方案設計到制造完整過程的設計、分析和優(yōu)化。分析和優(yōu)化模擬制造系統(tǒng)快速設計和建模界面友好，操作簡單，使用方便，可對齒輪傳動系統(tǒng)典型的多軸系統(tǒng)進行快速參數(shù)化建模可在短時間內(nèi)建立不同結(jié)構(gòu)布局方案模型，進行快速對比評估，確定最優(yōu)布局方案，完成方案設計具有系統(tǒng)設計優(yōu)化功能，幫助進行初始齒輪方案設計優(yōu)化處理為全有限元模型可導入三維CAD模型，輔助快速建模，并對殼體等進行網(wǎng)格劃分，處理為全有限元模型系統(tǒng)變形分析/高級系統(tǒng)變形分析系統(tǒng)變形分析計算系統(tǒng)變形高級系統(tǒng)變形分析輪嚙合剛度，可考慮齒輪制造誤差精確計算隨時間變化的系統(tǒng)變形和齒輪錯位及齒輪接觸精確計算系統(tǒng)TE和齒輪嚙合TE零件強度校核圓柱齒輪/行星輪：基于,AGMA,DIN&VDI等標準校核接觸、彎曲、膠合和微點蝕強度錐齒輪/準雙曲面齒輪：基于ISO、Gleason,AGMA，KN等標準校核接觸、彎曲、膠合強度ISO校核靜強度和疲勞壽命；基于DIN732進行發(fā)熱極限轉(zhuǎn)速校核；獲取并顯示SKF計算結(jié)果軸：應力和疲勞強度校核應用DIN、AGMASMT連接件，包括花鍵、過盈配合和螺栓的校核應用ISO、SAE、DIN等多項國際標準/行星輪高級計算齒輪傳遞誤差和齒根應力，并進行準確修形優(yōu)化可以和刀具模擬優(yōu)化功能關聯(lián)，可針對實際加工齒輪齒根應力精確計算軸承及受力位移考慮柔性軸承滾圈對載荷分布和應力的影響各滾子歪斜和油膜厚度等基于動力學模型，考慮系統(tǒng)內(nèi)各零件和系統(tǒng)的動態(tài)特性，進行耦合模態(tài)分析和齒輪嘯叫分析，分析特定工況下系統(tǒng)針對激勵的動態(tài)響應對電機激勵的系統(tǒng)動態(tài)響應進行分析量半徑上的聲壓和聲強傳統(tǒng)的NVH分析有一些基本的假設，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態(tài)特性方案利用了線性模態(tài)模型的速度和定制的時間步長方法來得到時域響應及與其相對應的頻譜階次內(nèi)容，可以捕捉此類系統(tǒng)的頻率響應中出現(xiàn)的邊頻特征系統(tǒng)優(yōu)化進行方案設計優(yōu)化的，比較不同布局方案，找到最佳齒輪設計優(yōu)化系統(tǒng)變形根據(jù)系統(tǒng)變形結(jié)果，優(yōu)化系統(tǒng)總體剛度NVH優(yōu)化優(yōu)化系統(tǒng)和齒輪，減小激勵優(yōu)化傳遞路徑，減小動態(tài)嚙合力減小殼體響應參數(shù)工具研究包括線性掃描、蒙特卡洛和DOE分析進行優(yōu)化設計和制造公差敏感性分析對各零件進行優(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、齒形和對角修形優(yōu)化接觸斑點，提高齒輪強度，降低TE錐齒輪/準雙曲面齒輪宏觀參數(shù)優(yōu)化提高齒輪強度錐齒輪//機床調(diào)整參數(shù)優(yōu)化通過齒面修形優(yōu)化，提高錐齒輪強度，降低TE通過和CAE，GEMS和KIMOS接口實現(xiàn)齒面優(yōu)化/插/剃/磨工藝的齒輪、刀具和工藝模擬優(yōu)化手段可在設計階段對圓柱齒輪的粗精加工刀具進行模擬，保證設計齒輪的可制造性，降低制造成本，通過優(yōu)化刀具，提高齒輪強度影響，降低制造成本是SMT開發(fā)的基于多體動力學的齒輪傳動專用的、基于種齒輪傳動鏈的動態(tài)特性，包括內(nèi)外原因?qū)е碌凝X輪Rattle與Clunck問題。例如：動態(tài)載荷分析和校核動力換擋變速器換擋性能分析Rattle齒輪敲擊和Clunk噪音分析風機傳動鏈分析發(fā)動機動力學按時間步分析和完全非線性齒輪嚙合模型進行齒輪脫離接觸和敲擊分析測試：沖擊載荷，Rattle/Clunk相關振動與噪音多體柔性模型Vs實車數(shù)據(jù)采集 實時采集扭矩數(shù)據(jù)，可在多位置布點，如變速器輸入軸，傳動軸，半軸等；入和校驗信息；確認扭矩與噪聲的關聯(lián)性；測試和分析的關聯(lián)，深入理解問題的根源，提出最佳方案；NVH和TE數(shù)據(jù)測量和分析解決方案開放硬件接口多通道數(shù)據(jù)采集可與分析軟件集成，快速處理數(shù)據(jù)簡單易用，便于攜帶本項目中，SMT負責CAE模擬仿真、建議設計修改方案，客戶負責設計與樣件修改以及測試由于轉(zhuǎn)速波動導致的齒輪隨時間變化的接觸狀態(tài)，即齒輪敲擊AddADamper一般存在較大負載時，齒輪不易發(fā)生敲擊現(xiàn)象。因此，可以象在設置的LoadsandLoadsDrag拖曳選項中，給OutputLoad和IdlerLoad添加與轉(zhuǎn)速成正比的阻力系數(shù)，如下圖（圖中此值僅用于展示）AddADamper重新運行分析，在模型樹中選擇輸入軸齒輪，可看到齒輪始在一個齒面接觸，消除了敲擊現(xiàn)象ScissorGearWith5mRad另一種方式是通過改變原有結(jié)構(gòu)實現(xiàn)消除齒輪敲擊問題將原來結(jié)構(gòu)中的惰輪結(jié)構(gòu)，改為兩個有扭轉(zhuǎn)剛度連接關系的刀齒結(jié)構(gòu)ScissorGearWith5mRad在的預緊ScissorGearWith5mRad以輸入軸齒輪和中間惰輪嚙合關系為例（齒輪3Input齒輪1IdlerGear，齒輪2IdlerScissorGear）由于齒輪1和齒輪2之間在施加5mRad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，齒輪2會與齒輪3的右齒面接觸壓緊當齒輪1和齒輪3左齒面有脫離的趨勢時，齒輪1和2之間的斥扭矩，使得齒輪2跟隨齒輪3運動，始終保持接觸狀態(tài)，從而消除了齒輪敲擊現(xiàn)象ScissorGearWith5mRad重新運行分析，在模型樹中選擇InputGear，可看到輸入軸輪的兩個齒面始終分別與剪刀齒兩個齒接觸，消除了敲擊現(xiàn)象解決驅(qū)動橋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)動橋總成，以便模擬驅(qū)動橋在沖擊載荷作用下如何發(fā)生齒輪Clunk沖擊載荷沖擊載荷在0.3s內(nèi)達到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的時域動態(tài)分析結(jié)果在沖擊載荷作用下主減齒輪發(fā)生Clunk主減齒輪發(fā)生Clunk，對應主動輪嚙合扭矩波動和齒輪撞擊能量如下齒輪接觸狀態(tài) 齒輪嚙合扭矩傳統(tǒng)橋齒輪Clunk：Clunk優(yōu)化Clunk優(yōu)化措施增加阻尼增加半軸柔性

齒輪撞擊能量 原半軸 減小半軸直徑電驅(qū)橋Clunk：在DRIVA中建模模型：模擬一個電驅(qū)橋總成在以200Nm扭矩持續(xù)輸出2s后，緊急制動，導致扭矩產(chǎn)生瞬態(tài)反轉(zhuǎn)，發(fā)生齒輪Clunk電驅(qū)橋Clunk：在DRIVA中模擬動態(tài)響應響應結(jié)果Contact接觸狀態(tài)由于本示例在結(jié)果僅作為展示右圖展示了輸入軸齒輪InputGear，在0s-10s時間內(nèi)由于Clunk導致左齒面法向作用力的變化，由于本示例在設置中阻尼系數(shù)采用默認值，所以此響應結(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0.14s0.7s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：通過控制扭矩變化斜率改善齒輪Clunk，優(yōu)化后齒輪撞擊能量有所降低總結(jié)齒輪RattleClunk（外來或內(nèi)部傳動產(chǎn)生）、系統(tǒng)剛度、阻尼三因素“搭配關系”使得原本應該正常嚙合