一种手动变速器怠速噪声预测方法的改进—以配备间隙消除器的手动变速器为例外文翻译资料

 2022-09-24 10:09

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一种手动变速器怠速噪声预测方法的改进—以配备间隙消除器的手动变速器为例

摘要:

为了减少手动变速器的怠速噪声,工程人员已经运用计算机仿真技术。然而,传统的仿真模型无法正确表达变速器油温和噪声级之间的关系,特别是在变速器的常啮合齿轮配有间隙消除器的情况下。在此研究中,作者进行了详细的实验研究变速器每一部分的运动。根据实验结果,这个仿真模型引入了一个额外的质量,它可以取代所有支撑在普通或滚动元件轴承的常啮合齿轮的负荷。可以证实,使用改进的模型后,所计算出的副轴角加速度的波动RMS值与实验所测得的噪声级相一致。

引言

使用柴油发动机时,怠速噪声的问题是一个常见的用户投诉原因。为了提供一个解决问题的办法,常常会在变速器的常啮合齿轮装备一个齿隙去除装置。然而,使用这种类型的变速器,会遇到无法通过噪声电平波动图案的数值分析高精度预测变速器油温的问题。本文对变速器内所有部件产生的振动情况的详细研究,并阐明了怠速噪声的生成机制,用于提高通过仿真来进行预测的精度。

测试程序

表一:测试车辆的规格

外形

2吨(2000 *9.8N)轻型卡车三菱FE538

车身

平身

发动机

直列4缸柴油,自然吸气

总排量:4561cc

最大功率/扭矩为103kW/ 333牛米

三菱4D35

怠速:650rpm

变速器

5速带OD(5.380/0.722)三菱M035S5

试样车辆 – 表1显示出用于检测的车辆,发动机和变速器的规格。一辆搭载了4缸柴油机,自然吸气发动机(103千瓦/ 333牛米)的轻卡,用作样品车辆进行测试。

测量系统- 图一示出了用于测试的测量系统在测量所述离合器盘的扭转动态特性(1)。正如图一所示,这个样本变速器是配备了由滚柱轴承支撑所有常啮合齿轮的普通变速器。在这份报告中,我们缩写了支撑在普通或滚动元件轴承的“惰轮”的常啮合齿轮的速度。

Figure 1-a测试离合器盘,用于测量离合器操作角度

Figure 1-b 测试滑环,用于测量离合器的操作区域

Figure 1 测量离合器的动态特性的闭塞系统示意图

Figure 2测量系统(使用Rep质量测试TM)

图二表示用于噪声产生机构验证测试的测量系统。此时,在样本变速箱的主轴和反向空转齿轮的所有惰轮被拆除,并与集中在变速器的第三齿轮部的所有惰齿轮的转动惯量齿轮代替。在这里,我们称具有较大质量的替代齿轮为代表质量(RepMass)。使用的检测旋转速度的一个旋转编码器,提供每转10800脉冲。油封安装于旋转编码器外。

实际上,由于大量输出脉冲限制最大发动机速度的原因,编码器的输出脉冲被衰减到由触发器控制器的第八或第四用于输入到一个频率电压转换器(IV转换器),其最大可测量频率是20千赫。其结果是,考虑到假波现象,最大可测量的可靠频率降低到大约6千赫。

表二通过旋转编码器的齿轮的输出脉冲

表2示出了齿轮的脉冲计数的细节,并在相同时间内的传输是相同的。图三说明所述齿轮和转动编码器是如何和在哪被安装在上述变速箱中。

图三 用于测量每个部分的旋转波动的旋转编码器

图四显示了概念性离合器盘扭转特性。扭转特性的第一阶段是弹性阶段,随后被检测离合器的扭转特性用gamma;K和gamma;H系数来表达。样本测变速器(A,B,C)的旋转阻力都不同。

图四 离合器盘扭转特性

图五 变速器油温和噪声级之间的关系—实验所得

图六 离合器工作扭转特性变化—实验所得

图七 变速器油温和噪声级之间的关系(在使用RepMass情况下)—实验所得

检测结果

想要得到更准确的模拟预测,笔者认为有必要获得的现有的条件下更精确的画面,并进行下面描述的基本测试

噪声级与变速箱油温的关系

图.5显示噪声水平和变速箱油温之间的一般关系。这里,我们设置邻近试验车辆侧的麦克风(恒定的距离)对噪声水平进行测量。当然,该测试车辆保持不动,传动齿轮的状态处于空档且发动机转速保持在此测试中650rpm的恒定值。显而易见的是,在一个特定的变速器油的温度范围中存在最小噪声。此处所使用的样本变速器与图一中所示变速箱一致。

离合器扭特性工作范围 –

为了找到关于上述特定的变速器油的温度范围内的最小噪声水平存在的原因,我们研究了离合器盘的扭转特性的工作范围。

图.6显示噪声水平和变速器油温的关系、变速器旋转阻力和变速器油温之间的关系、实验中的离合器盘弹性阶段时离合器盘动态特性(工作状态)的结果,以及上述三项之间的关系。

当变速器油温上升时,离合器弹性阶段的转矩曲线下降,它是与变速箱旋转阻力相平衡的扭矩值。因此,离合器扭转角的工作范围被更改。由变速器油温升高所引起的噪声水平的改变,通常认为是由变速器扭转角的工作范围变化所引起的。

在图6中从A到B的部分,是离合器盘动态扭转特性的第二和第一阶段,此时弹性系数明显大于只有第一阶段的动态特性,而这增加了噪声水平。当第二阶段的量级变小时,表观弹性系数下降。其结果是,噪声水平直接下降。

在B部分中,离合器扭转特性工作范围只在第一阶段,此时噪声水平的最小值产生。

在从B到C的部分,尽管在相同的弹簧特性阶段,噪声水平反而增加。这似乎是由因为变速器油温的升高而使齿轮等更容易运动的现象导致的,但使用相同的弹簧的测试结果是不足以解释噪声水平的增加。

下一步,笔者开始以找到的代表值(角位移,角加速度等为例),其中变速器的扭转振动系统的部分对应于在B到C部分中的增加的噪声水平,对在变速箱所有部分的扭转振动情况进行详细研究的测试。

噪声产生机构

在具有齿隙消除器的变速器中,因输入轴和副轴的常啮合齿轮的松动导致轮齿击打力被抑制。因此,作者认为齿轮间齿击打力的产生引起脆裂将移动到中间齿轮和中间轴之间的松散部分,替换为单个代表质谱受试者变速器的所有惰轮。(此也将有助于简化在数值模拟中使用的模型)。由于使用在图二所示的样本变速器噪声水平和变速器油温之间的关系的实验研究的结果的模型,我们可以确认的最小噪声水平的存在如图7所示。因此,使用该试样变速器,我们推进的噪声产生机构的研究进入下一个阶段,“在变速器所有部分中的哪些部分的振动情况会影响噪声水平或者说它们的影响有多大?”

图.8显示出变速器的所有部件振动的数据详细测量对油温产生影响的结果。从上到下的结果是飞轮角速度的波动,输入轴角速度波动,副轴角速度波动,代表质谱角速度波动,加上计算的中间轴角加速度波动和中间轴到代表质谱的相对角位移。

变速器油温度上升,从使用的离合器盘仅第一级区与第一级和第二级的区域的转换发生在该图中,与输入轴,副轴的角速度波动宽度和代表质量RepMass明显相应减少。即,输入轴和副轴角速度波动(2)(3)无法提供噪声水平增加的趋势的解释。

图八 具有代表质量Repmass的变速器各个部分的运动情况(实验所得——对应于图七)

图九 相同时间内C/S旋转波动和RMS进程

图十 样本变速器油温和C/S角加速度波动RMS值的关系(实验所得——对应于图七和图八)

因此,如图9所示,作者得到由直接测量所获得的中间轴角速度中的一个时间差运算得到中间轴角加速度,然后进行均方根副轴角加速度波动方(RMS)的处理,作者组织上述变速器油温的数据库,并发现该数据图案几乎与噪声水平波动图案(在图7示出)相吻合,如图10所示。

可以假设,变速器油在高温区域中的噪声水平增加的趋势,是因为齿轮更容易运动。在图10中可见,很显然,在变速箱油的高温区齿轮更容易运动可以通过中间角加速度波动的项目来表示。此时已验证的事实是毫无疑问合理使输入轴和中间轴和所述中间轴和RepMass之间的松动的常啮合齿轮的松动是冲击产生源,并且该副轴的角加速度波动的幅度而在输入轴和RepMass之间的中等定位都可以影响噪声水平。

这里产生的冲击的大小作为通过轴承在传动箱振动的传输源。传动箱的转移特性造成的噪声被发送到人耳(通过过滤器),是变速器壳的表面上振动产生的噪声。

在研究过程中,我们得到结论,噪声电平的幅度将对应于中间轴的角加速度的幅度(不是角速度的波动的宽度,而是角加速度的波动的宽度),作者协调组织与在变速器油温的基础上传输的所有的扭转部分的波动(相对速度等)相关联的RMS值。 图11示出了所有细节步骤。

图十一 RMS值和油的温度(当振动项都改变)之间的关系的比较(实验所得)

图十二 RMS值和油的温度(当在低通滤波器的截止频率被改变)之间的关系的比较(实验所得)

在执行与噪声水平的波动模式相关联的副角加速度RMS处理过程中,作者过滤处理了中间轴角速度数据。图12显示出了数据的变速器油温的结果。而原来的角速度是通过一个低通20千赫过滤器并取样以51.2kHz的数据,角速度数据通过几种类型的低通滤波器取样。另一方面,正如我们在测量系统记录的且在表2中表明,(我们的测试数据)在考虑叠波现象可靠的上限频率从该输出脉冲15000生成在大约6千赫。

图12表明,当我们使用中间角加速度来表示噪声水平时,必须使用的3.3GHz(或更高频率)的低通滤波器。

数值模拟

基于对上面的噪声产生机构的验证所描述的试验的真实模型研究的结果,作者通过数值模拟制作为预测的计算。

附有实验模型代表质量Repmass的相关计算模型 – 图13显示它有惰轮部分(代表质量),搭配上上一节所阐述的噪声产生机理,加上中间轴背后相关的计算模型。在图.13所示的计算模型对应于在图二所示的样本变速器。相关的计算公式如下所示。

图十四 具有代表质量Repmass变速器各个部分的运动情况(计算得出—与图八相对应)

这里使用的非线形计算程序软件是ACSL。通过使用这种模式,与上一节中所示的实际模型相关的各种条件都可以被输入和执行计算。图14显示出计算的结果。

计算的结果,与通过在图14所示的基于所有部分的振动状态的观察获得变速器油温的实验结果相比,显示比较得到同一振动情况。

图15显示出了副轴角加速度波动,这密切对应于从实际模型得到的变速器油温基噪声水平波动模式的有效值处理所作的安排的结果。两者都会同分别通过实验和计算为0分贝获得的最小值所示。它们表现出非常密切的相关性。

为了方便计算,作者使用了适合的试验结果数据处理的低通滤波器。在这里,我们确定了阻尼系数CI / S,CC / S,通过以下流程。

图十五 变速器油温和C/S角加速度波动RMS值之间的关系(通过实验和模拟得出)

第1步骤:计算总阻尼系数CTOTAL CTOTAL= Ttotal/Ridle

Ttotal:通过实验所得到的变速器总转动阻力:

Ridle :变速器输入轴速度,其中CTOTAL = CI / S CC / S CREP

第2步骤:根据在总电阻总各部分的贡献率将CTOTAL分配到CI/ S,CC / S,CREP。贡献率由实验结果获得的。

阻尼系数C 1 、C2的输入值,被确定如下。

C1 = C2=Ctotal*A, A是任意整数

图16示出了当任意整数A改变时的计算结果。在A = 10的情况下,计算的结果与由实验(在图7显示出)获得的噪声水平最为相似。

因此,我们使用该值10 * CTOTAL作为阻尼系数C1,C2在以下计算中的值。此值不是基于直接实验的结果。

无论如何,所有阻尼系数(上述)是在很大程度上影响到计算结果的非常重要的因素。

图十六 RMS值与变速器油温关系的比较(当系数C1、C2改变时)

—计算所

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