手动变速器敲击异响产生的原因及机理分析

变速器中一般有很多对齿轮（见图1），但工作时仅有一对齿轮啮合，而其他齿轮在轴的带动下自由转动。一对自由转动的齿轮间往往存在间隙，如果两个齿轮运动的转速不一致，就会发生碰撞，产生敲击声。敲击噪声的频率带比较宽，通常在300~5000Hz。齿轮敲击可以通过空气声和/或结构声传递至车内（见图2）。

图1 变速器齿轮传动简图

 图2 有敲击与没有敲击声频谱图

一、敲击异响的分类

变速器敲击异响主要有以下几种情况：

1、启动熄火敲击（S&SRattle）：置于空挡，发动机启动或者熄火时，此时变速箱发出的哒哒断续敲击声响。

2、怠速敲击（Idle Rattle）：置于空挡，不加油门，车辆怠速，此时变速箱发出的哒哒持续敲击声响。怠速敲击的原因是离合器减振特性不理想，甚至将发动机激励放大，导致齿轮发生敲击并辐射噪声。（见图3）

图3 怠速敲击机理

3、加速敲击（Drive Rattle）：挂上档位，加油门，车辆加速行驶，此时变速箱或者手柄发出哒哒声响。加速敲击主要由于在发动机激励下，系统发生共振，将发动机激励放大，导致齿轮发生敲击并辐射噪声。（见图4）

图4 加速敲击机理

4、爬行敲击（Creeping Rattle）：挂上档位，不加油门，车辆在很低的车速下爬行，此时变速箱发出的吱吱声响

5、换档杆细小强烈振动：行驶时换档杆发出bibibi-这样的细小的强烈振动。发动机的弯曲振动作为加振源，引起换档杆本体振动

二、影响敲击的因素：

对敲击影响较大的因素有以下6点：

1、发动机输出转速和扭振

发动机作为动力输出源，输出扭矩的波动水平和工作转速范围直接影响Driveline的共振幅度和共振频率。

由于发动机中燃烧气体的压力和活塞往复运动产生的周期性惯性力，使扭矩呈脉动周期变化，经过离合器传递到变速箱啮合齿轮，由于齿轮啮合存在间隙，而且非承载齿轮副从动轮处于随动状态将引起齿轮的敲击。齿轮间的敲击振动，通过齿轮轴和轴承等传至变速箱体，引起壳体的薄壁振动，振动经悬置、换挡拉线、离合器高压油管等结构路径传递到车内引起噪声；另一方面，变速箱壳体辐射的噪声经过防火墙传递到车内(见图5)。

图5 敲击产生的过程

2、离合器减振性能

离合器减振系统通过合适的扭转刚度和阻尼的配合，改变Driveline的固有频率，并衰减发动机输出扭振的幅值。

Ø  离合器作为传动系中的减振部件，主要功能之一是：衰减来自发动机端的扭振波动。从驾驶工况怠速，爬行，加速，倒拖区分，离合器设计了驱动侧和倒拖侧的预减振和主减振区域（见图6）。

6 带预减振的离合器

Ø  预减振主要为怠速工况设计，同时也要兼顾爬行工况，此两种工况的扭矩较小。在加速和倒拖工况，扭矩较大时，预减振压死，主减振起减振作用。

Ø  如果离合器刚好工作在不同刚度的拐点附近（撞墙），则离合器减振性能会大幅下降，甚至放大发动机扭振（见图7）。

6 带预减振的离合器

图7 离合器刚度图

3 、变速箱关键尺寸

作为传动系统的噪声源，变速箱内部齿轮的间隙，阻力矩和惯性质量的大小直接决定，基于理论分析和车辆试验可以得到结论：由于齿轮间的撞击引发了振动，振动经过轴、轴承传到箱体，变速箱壳体局部模态的响应加剧了这一现象（图8），再由壳体转变成能被人们听到的噪声。

图8 变速箱壳体模态

4、整车集成关键零件参数

前置前驱布置形式，轮胎刚度阻尼、半轴刚度阻尼、整备质量、压缩机功率对传动系统NVH都有重要影响。

5、传递路径

传递路径包括空气传递路径以及结构传递路径

空气传递路径：变速箱敲击噪声通过变速箱壳体，防火墙后辐射至驾驶舱内被乘客感知。

结构传递路径：变速箱敲击噪声通过拉索和变速箱悬置等结构件传递至驾驶舱内被乘客感知。（见图9）

图9 变速箱敲击传递路径分析

6、变速箱油液的粘度

变速箱油粘度降低，加速敲击声会变大，不同供应商的油品导致加速敲击声也不一样，途中3#方案是原状态未降粘度之前的敲击测试结果，1#和2#方案是不同供应商降粘度油的测试结果。

图10 不同粘度变速器油对敲击的影响