动不平衡对后桥振动噪声的影响研究*

赵应强 陈忠敏，2 郭 凯 马友政 杨显发 张亚岐

（1-四川建安工业有限责任公司研发中心 四川 雅安 625100 2-四川大学机械工程学院）

引言

动不平衡是旋转机械结构产生振动的重要影响因素，进而影响旋转机械结构的噪声、使用寿命等，是旋转机械结构重要性能参数之一[1-3]。

动不平衡方面的研究在国内外已较为成熟，目前作为一种专门的技术在发展，尤其是在科技发展迅速的今天，旋转机械运转速度提升，要求动不平衡量的数值越来越小，对降低动不平衡的要求也就越来越高，需将动不平衡量控制在规定的数值之内[4-5]。其中，汽车行业在动不平衡方面的研究主要是发动机、变速箱、电机等，在后桥方面的研究较少。

本文针对不同的动不平衡状态下，后桥的振动、噪声响应，研究动不平衡对后桥振动、噪声产生的影响。

1 动不平衡的产生机理

动不平衡可简单理解为由旋转轴上的质量分布不均匀（见图1）所导致，当质心位置与作用在转子上的离心力的旋转中心不一致时（见图2），就会出现不平衡。

图1 质量偏心

图2 不平衡旋转

造成动不平衡的主要原因是旋转部件质量不均匀、轴系不直、零件与零件安装时有间隙（例如轴承与轴之间）、轴系受到外部激励导致弯曲等[9]。

2 动不平衡与振动噪声测试

2.1 测试仪器

后桥动不平衡与振动噪声测试仪器及作用见表1。

表1 动不平衡与振动噪声测试仪器及作用

2.2 测试准备

1）试验台架：3 电机试验台架。

2）试验环境：半消声室试验室。

3）样件安装：后桥3 端安装水平，试验状态下无晃动、无共振。

随着财税激励政策的实施，有学者发现，财税激励政策在企业技术创新活动中并未达到理想的激励效果，为了弄清楚造成这一局面的原因，很多学者从财政补贴、税收优惠等方面对其在企业技术创新方面的实施效果进行了评估研究。张晖明和周岚岚等用问卷调查和因子分析法对财政激励政策的实施效果进行评估，研究表明，当前我国财税政策过于分散、对企业技术创新各环节的需求考虑不足、税收优惠设置不合理等是造成财税激励政策未能达到预期效果的主要原因[4],学者张源和杜玮等也支持这种观点,并提出财税激励政策顶层设计不合理等也是一个重要原因[5]。

注：本试验后桥速比为41：10。

2.3 传感器布置

传感器布置示意图如图3 所示。

图3 传感器布置示意图

在后桥输入端布置一个光电传感器，用于测试后桥输入转速及转动相位；在主动齿轮大轴承对应的主减速器壳体上布置振动传感器，用于测试振动信号；在距离后桥桥背盖正后方1 m 处布置麦克风，用于测试噪声信号。

2.4 试验工况

动不平衡一般在匀速状态下进行测试及调整，为了更详细地分析动不平衡对振动、噪声产生的影响，增加了加速、减速的试验工况，具体工况见表2。

表2 试验工况

2.5 测试步骤

1）后桥初始状态（未作动平衡，即没有进行平衡量匹配）的动不平衡、振动、噪声测试；

2）动不平衡调整；

3）动不平衡调整后振动、噪声测试。

3 动不平衡对后桥振动噪声的影响

动不平衡直接影响的是1 阶次振动噪声（输入轴旋转产生），而后桥的主要振动噪声表现为10 阶次振动噪声（齿轮啮合产生），本次试验主要对比1阶次（输入轴旋转产生）和10 阶次（齿轮啮合产生）的振动噪声。

本试验在如下2 种状态下对后桥进行动不平衡调整：

1）状态1：输出两端未连接状态；

2）状态2：输出两端连接状态。

3.1 匀速工况动不平衡、振动、噪声

表3 是匀速工况下，状态1 和状态2 的动不平衡量、振幅、噪声。因为是匀速工况，对整体数据进行了均值计算。

表3 匀速工况下测试数据

从表3 可以看出，匀速工况下，状态1 和状态2的1 阶次振幅分别降低了50.23%和50.69%，1 阶次噪声分别降低了1.34dB（A）和4.69dB（A）；10 阶次振幅和噪声均降低较小。

3.2 加速、减速工况振动、噪声

3.2.1 加速工况振动数据

加速工况振动数据如图4 所示。

图4 加速工况振动数据

从图4 可以看出，整个加速工况，与初始状态相比，状态1 和状态2 的1 阶次振幅均降低了50%，10阶次振幅基本没有变化。

3.2.2 减速工况振动数据减速工况振动数据如图5 所示。

从图5 可以看出，在整个滑行工况（减速工况），与初始状态相比，状态1 和状态2 的1 阶次振幅均降低了50%，10 阶次振幅在2 700r/min 左右均降低了15%。

3.2.3 加速工况噪声数据

加速工况噪声数据如图6 所示。

图6 加速工况噪声数据

从图6 可以看出，在整个加速工况，与初始状态相比，状态1 和状态2 的1 阶次和10 阶次噪声基本没有变化。

3.2.4 减速工况噪声数据

减速工况噪声数据如图7 所示。

图7 减速工况噪声数据

从图7 可以看出，整个滑行工况（减速工况），与初始状态相比，状态1 的10 阶次噪声在2 800 r/min 左右降低了2dB（A）；状态2 的10 阶次噪声在2 800 r/min左右降低了4dB（A），其它转速下噪声没有变化。

3.3 数据分析

综上所述，动不平衡对后桥输入轴振动影响较大，动不平衡降低60%，相应的输入轴振幅降低了50%；但动不平衡对后桥齿轮啮合振动影响较小。动不平衡对后桥噪声的影响受后桥运行工况影响，一部分工况下，噪声基本无变化；另一部分工况下，噪声可降低1.34dB（A）和4.69 dB（A）。

4 结论

通过调整后桥动不平衡的状态，测试了后桥在不同运行工况下的振动噪声，并进行了调整前后的对比分析。结果表明，动不平衡对后桥输入轴振动有较大影响，对齿轮啮合振动影响较小；部分工况下，动不平衡对后桥噪声有一定影响。整体表明，降低动不平衡，能明显降低后桥的振动、噪声，对于后桥使用寿命、NVH 性能的提升以及后桥的生产控制有一定的参考意义。