汽车齿轮变速箱阻尼减振降噪试验技术研究

2010-03-16王永梅王希贵

哈尔滨轴承 2010年3期

王永梅，王希贵

（1.黑龙江工程学院汽车工程系，黑龙江哈尔滨150036；2.中国船舶重工集团第703研究所，黑龙江哈尔滨150036）

1 前言

齿轮在工作过程中产生的振动通过齿轮辐板和齿轮轴传递至轴承和轴承座，通过箱体及连接结构等向外界传递并同时辐射空气噪声。金属结构本身所含阻尼很小，而声辐射的效率很高。传统上常采用的方法是通过加筋等措施提高其刚性，降低噪声和振动。这种方法的实质并不是增加阻尼，而是改变结构本身的固有振动频率。如果实际情况允许，采用此方法是有效的。但是，在大多数情况下，减振降噪的效果并不理想。由于结构振动噪声的大小与结构材料的阻尼特性密切相关，在同样外界激励的情况下，材料的阻尼越大，其结构振动越弱，辐射的噪声也越低。因此，适当增加系统的阻尼是控制振动噪声的一种重要手段。

2 汽车变速箱阻尼减振降噪原理

阻尼是指系统损耗能量的能力。从减振降噪的角度看，就是将机械振动的能量转变成热能或其它可以消耗的能量，从而达到减振降噪的目的。阻尼技术就是充分运用阻尼耗能的一般规律，从材料、工艺、设计等各方面发挥阻尼在减振降噪方面的潜力，以改善机械结构的动态特性，降低机械产品的振动噪声，增强机械或机械系统的稳定性。

阻尼减振原理就是依靠增加阻尼力抑制振动系统的响应。以单自由度振动系统为例，其运动方程为：

若令s=iω，可导出系统的频响特性G(iω)。其中幅频特性为：

系统在常力F0作用时的静态位移为：xst=

单位减谐力产生的振幅与单位常力产生的静位移之比称为系统的动力放大系数。单自由度系统动力放大系数的解析式：

以阻尼比ξ作参数，按上式绘制的动力放大系数曲线如图1所示。该图表明，如果振动系统的阻尼比ξ较小，当激振力频率接近振动系统的固有频率时，系统发生共振，动力放大系数急剧上升。

抑制共振振幅的方法之一是增加振动系统的阻尼。设系统原有阻尼c，为抑制共振振幅增加阻尼c1，通常称之为附加阻尼，如图2所示。

如果系统原有的阻尼比为ξ，那么，增加阻尼c1后的阻尼比为：ξ＇=（1+）ξ

上式表明，如果附加阻尼c1比原先的阻尼c大得多，阻尼比ξ＇将远大于ξ，动力放大系数将显著减小，从而达到减振的目的。

以上结论虽然是根据单自由度振动系统的力学模型导出的，但是对多自由度振动系统和弹性振动系统作类似的分析，也能得到上述结论。因而阻尼减振技术也能应用于多自由度振动系统和弹性振动系统。

2 汽车变速箱阻尼结构方案及阻尼特征

从变速箱噪声测试和分析中可看到，变速箱噪声的主要贡献往往是变速箱箱体表面的声辐射，所以舰船齿轮传动减振降噪技术研究的内容之一应是降低变速箱表面的振动。

变速箱箱体为焊接结构，钢板的厚度相对尺寸较大的箱体来讲较薄，在受到激振力的作用下易产生振动，并向外辐射噪声。当其固有频率与激振频率接近或相同时将产生强烈的振动，产生高的噪声。变速箱表面的振动与变速箱总的噪声级之间的关系，通常是不容易计算得到的，有时是复杂和难搞清楚的。这是由于箱体的振动不仅决定于齿轮的振动而且还决定于箱体各个侧板、罩板的固有频率和相位特性。一般而言，噪声的量级和分布规律与箱休表面的振动速度有密切关系。在一定激振力的条件下，主要决定箱体表面的振动特性和阻尼特性。

箱休表面的振动—般受三个参数的影响，即质量、刚度和阻尼。在振动的任何瞬间包含着动能和应变能。动能与结构体的质量有关，应变能与结构体的刚度相关.而其能量的消耗与阻尼有关。

阻尼是—种物理效应。在结构发生形变时，在材料的内部有拉伸和压缩，有相对位移，来阻碍这种相对运动并把动能转变为热能，这种材料的属性称为内阻。钢板的内阻尼不断衰减钢板的振动，因此增大钢板材料的阻尼将衰减其共振时的振幅，减少噪声的辐射，同时亦衰减沿结构传播的结构波(固体声)，即减少其传递振动的能量。试验证明，阻尼在振动和噪声控制中具有重要的作用。