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齿轮NVH专题三：主减减速箱齿轮敲击分析

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1 齿轮敲击简介

1.1 齿轮敲击现象

在敲击是一种由松散部件撞击其它部件时产生的重复撞击噪声。通常敲击是由齿轮轮齿引起的，当接触的轮齿脱离接触然后又强力地重新接触时发生，但敲击也可能由其它部件接触引起。齿轮敲击是一个NVH问题，通常与影响减速箱的感知质量有关，它很少会引起相关的耐久性问题，特别是在自动挡应用中。由于它的冲击性，由齿轮敲击产生的噪音并不一定要很大才特别令人不愉快，因此，敲击问题对制造商来说是一个问题。

单侧冲击发生在齿轮轮齿脱离接触进入侧隙区，当它们再次接触时会受到冲击，如果轮齿移动过多，则在轮齿另一侧撞击会发生双齿面接触。双齿面接触通常会发出更强烈（和持久）的声音。

可能发生敲击的侧隙区域

1.2 齿轮敲击原因

在齿轮敲击是外力作用在齿轮组上引起的，这些外力通常来自内燃机。曲轴上由燃烧力、压缩气体力和活塞惯量引起的脉动扭矩可能非常大，在某些情况下甚至超过了名义扭矩。敲击是一种脉冲噪声，这些脉冲可以在很大的频率范围内激发振动，正是因为这种独特的噪音特征，即使它不是特别大声也会引起问题。

齿轮敲击取决于在某一瞬时齿轮啮合处静态力和动态力的平衡。具体地说，当扭矩通过齿轮啮合所产生的静态力被另一个方向的动态力超过时，就会发生这种情况，轮齿会脱开接触。动态力超过静态力的输入振动水平被称为“振动开始阈值”。

当齿轮受到非常小的载荷时，在这种情况下，动态力超过静态力是最有可能发生的。所以对于齿轮敲击，最常见的情况下是空挡和怠速状态或低速齿轮。

2 建立主减齿轮箱模型

2.1 建立齿轮多体动力学刚柔耦合模型

在Romax中完成轴、齿、箱体、轴承建模后，可以得到Romax模型。利用3D建模软件，对输入轴、中间轴、输出轴、减速器壳体进行建模，并将三维几何模型文件利用HyperMesh进行网格划分，得到齿轮箱总成有限元模型。

轴齿系模型

2.2 主减齿轮箱润滑油设置

在Romax中选择润滑油，调整油位、EP添加剂、ISO颗粒度等级

3 齿轮敲击分析参数设置

在Romax中运行齿轮敲击分析，得到齿轮分析窗口，设定动态激励、为每个啮合设定刚度模型。

齿轮分析窗口

设定动态激励

啮合刚度模型

齿轮啮合有3种模型：

1）线性刚度：产生的力与啮合微分位移成正比

2）赫兹刚度：基于赫兹球面接触模型，产生的力与啮合位移的3/2次方成正比。

3）可变刚度：瞬时啮合刚度是输入扭矩和轮齿位置的函数。这就解释了齿轮轮齿的微观几何形状，以及在输入扭矩值范围内的啮合错位量。

4 齿轮敲击结果分析

当结果生成后，可以查看不同的齿轮副、离合器和功率负载的结果，包括啮合力、功率、位移、侧隙、速度、位置等。

所有结果都显示在一个列表中。单击其中任何一个，将在窗口的右侧显示相应结果的图形。可以通过双击一个结果来锁定它，并选择要覆盖的另一个结果来叠加多个结果。

从下图结果可以看到，一级齿轮组在0.01s内有多次齿轮敲击。

齿轮分析结果窗口

结果名词简述：

1）作用在齿轮上的扭矩：结果显示了分别作用在小齿轮和大齿轮上的扭矩。

2）啮合力：齿轮啮合位置的受力及其值随时间的变化。

3）啮合位移：由动态激励引起的实际轮齿位置与理论静态轮齿位置之间的距离。

4）啮合功率：这是啮合力和啮合速度的乘积。

5）啮合侧隙：这显示了从轮齿一侧到另一侧的齿侧间隙。当在相同的图表上显示啮合位移时，很容易看出轮齿在什么时候接触。

6）齿轮转动位移：这是齿轮从时间= 0开始的累计旋转。可以看出，转动位移不是直线，因为存在动态激励引起的波动。

7）齿轮速度：这显示了齿轮的速度如何随时间而变化。

5 总结

通过Romax软件，在主减模型中设定齿轮敲击参数，对主减进行齿轮敲击分析，分析齿轮敲击次数、齿轮敲击时间段，并根据计算结果提供针对性NVH性能优化方向。

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来源：汽车NVH云讲堂

ACT HyperMesh 振动燃烧声学多体动力学理论电机 NVH Romax

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首次发布时间：2025-06-30

最近编辑：1年前

硕士 28年汽车行业从业经验，深耕悬置...

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