【正文】 nals. DMAIC model was used to define, for the transmission measurement, analysis, optimization and control, and introduces the optimization of MATLAB in gear vibration, through finite element analysis to find fault reason, and further the fault parts, in order to reduce the noise and the direction of automobile gearbox. Key words: Gear howling。如何降 低變速器噪音便成為 汽車(chē)制造商 或是變速器企業(yè)首要考慮的問(wèn)題之一。 汽車(chē)變速箱作為汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件，其承擔(dān)著從發(fā)動(dòng)機(jī)到整車(chē)的動(dòng)力傳輸， 但 同時(shí)也在產(chǎn)生著噪音。 關(guān)鍵詞 :齒輪嘯叫 ； MATLAB； DMAIC ABSTRACT Automobile manufacturing industry is the pillar industry of our national economy, with the popularization of cars, people of motor cognition more and more deeply, also put forward higher requirements on the performance of the vehicle. As one of the important indexes to evaluate the noise performance of vehicle are also increasingly bee the focus of attention. The major automobile manufacturers have to be controlled in the minimum noise, to provide a fortable riding environment for the passengers. Automobile gearbox as the main parts of automobile transmission system, the bear from the engine to the transmission of the vehicle, but also in the production of noise. How to reduce the transmission of noise bees one of the car makers or transmission enterprises priority. Automobile transmission gear noise generally refers to Xiao generating transmission operation in harsh and unpleasant name. Abnormal sound of automobile transmission is an important quality problem of the automobile, automobile fault is more difficult to eliminate. Although the transmission noise will not immediately affect the vehicle, but the vehicle ride fort serious decline, causing passengers irritable mood, attention and other adverse symptoms, will lead to other vehicle failure if not timely repair. The vast majority of China39。 等通過(guò)對(duì)彈性齒軸上的斜齒輪進(jìn)行振動(dòng)分析，發(fā)現(xiàn)了軸承阻尼特性、嚙合面特性和齒輪嚙合剛度的變化對(duì)斜齒輪的嚙合特性的影響 。并通過(guò)計(jì)算，得出了軸承的剛度變化對(duì)變速箱振動(dòng)和噪聲的影響。 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2 周長(zhǎng)江等學(xué)者通過(guò)對(duì)線(xiàn)外嚙合的進(jìn)一步研究，得出了摩擦力的特性關(guān)系，得出了在線(xiàn)外嚙合階段的準(zhǔn)確結(jié)果，為修行、降噪提供了很好的理論工具。 改進(jìn)對(duì)象 某型汽車(chē)手動(dòng)變速箱 。 項(xiàng)目意義： 在城市中，交通噪聲約占各種聲源的 70%左右。 其中，變速器的齒輪嘯叫 噪聲是 最 主要的 。沒(méi)有噪音異常聲響和強(qiáng)烈振動(dòng)，則排除汽車(chē)傳動(dòng)器的原因。 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 表 31 編號(hào)為 A的汽車(chē)變速器噪聲（ A聲級(jí)） 變速器 A 分離 結(jié)合 結(jié)合相對(duì)于分 離 前部 左 無(wú)異響 有異響 右 無(wú)異響 72 有異響 下 70 無(wú)異響 71 有異響 1 后步 左 無(wú)異響 70 有異響 右 無(wú)異響 71 有異響 下 無(wú)異響 有異響 表 32 編號(hào)為 B的汽車(chē)變速器噪聲（ B聲級(jí)） 變速器 A 分離 結(jié)合 結(jié)合相對(duì)于分 離 前部 左 無(wú)異響 70 有異響 右 無(wú)異響 有異響 下 無(wú)異響 70 有異響 后步 左 無(wú)異響 有異響 右 無(wú)異響 有異響 下 無(wú)異響 有異響 汽車(chē)變速器置于空檔，離合器接合后汽車(chē)變速器輸入軸帶動(dòng)汽 車(chē)變速器中的4個(gè)前進(jìn)檔齒輪副旋轉(zhuǎn)，也即帶動(dòng) 8個(gè)常嚙合齒輪一起旋轉(zhuǎn)，如其中某一齒輪精度超差，都會(huì)造成齒輪傳動(dòng)不平穩(wěn)，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生沖擊，出現(xiàn)噪聲和震動(dòng)，因此，測(cè)量了汽車(chē)變速器 A、 B的 8個(gè)齒輪的徑向綜合誤差、齒形誤差、齒向誤差、公法線(xiàn)平均長(zhǎng)度及齒輪副裝配間隙 (表 3 3 35)。 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 8 第四章 分析 變速器結(jié)構(gòu) 圖 41變速器結(jié)構(gòu) 變速器振動(dòng)噪音機(jī)理 從圖 41 中可以看出，變速器由于不可避免的制造和安裝誤差，必然會(huì)引起齒輪嚙合過(guò)程中的振動(dòng)和沖擊，再通過(guò)固定在輸入和輸出軸上的軸承傳遞到箱體上。齒輪副嚙合的動(dòng)態(tài)激勵(lì)主要是內(nèi)部激勵(lì)，其包含三種形式 ： 剛度激勵(lì)、誤差激勵(lì)和嚙合沖擊激勵(lì) 。 嚙入沖擊是指 :在齒輪開(kāi)始嚙合過(guò)程中，由于齒輪開(kāi)始的嚙合位置偏離了理論的嚙合位置，由于嚙合位置偏差，導(dǎo)致了齒輪的嚙合沖擊，稱(chēng)之為嚙入沖擊。 圖 42 直齒輪嚙合剛度曲線(xiàn) 圖 43 斜齒輪嚙合剛度曲線(xiàn) 振動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)方法 隨著信號(hào)診斷技術(shù)、處理方法以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)對(duì)設(shè)備的故障機(jī)理、類(lèi)型和特征有了深刻的認(rèn)識(shí)。 為了提高頻譜的分析精度，常用的措施有多段平均，加窗和離散頻譜校正技術(shù)。 細(xì)化譜分析 在語(yǔ)音、振動(dòng)、噪聲等工程信號(hào)分析中，為了獲得更高的頻率分辨率，又要有較寬的范圍，就需要有細(xì)化譜分析技術(shù)以實(shí)現(xiàn)這種分析目的。 階次分析方法由于是等角度采樣，所以非常適用于轉(zhuǎn)速不斷變化的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的信號(hào) 診斷，其分析方法主要有兩種 ： 第一種是 Digital Ordertracking(數(shù)字階次跟蹤 )，根據(jù)轉(zhuǎn)速同步重采樣，較適合于轉(zhuǎn)速變化緩慢的采樣 。其中 fnl 為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速， fn2 為輸出轉(zhuǎn)速，丘為 Z1 的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，通過(guò)多次諧波的分析可以看出一對(duì)齒輪 的嚙合傳動(dòng)特性 . 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 13 齒輪嚙合嚴(yán)重故障 圖 47 齒輪嚙合嚴(yán)重故障 圖 47 中的譜線(xiàn)顯示出除了齒輪嚙合的基波和多次諧波外，在其左右也出現(xiàn)了等間隔的邊頻，通過(guò)邊頻的間距可以推斷出出現(xiàn)故障的齒輪位于哪個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。 最后依次根據(jù)公式(4)和 (5)即可識(shí)別出箱體有限元模型上各點(diǎn)的振動(dòng)特性． 對(duì) 進(jìn)行奇異值分解可得： （ 6） 式中： 式中： U， V 分別稱(chēng)為矩陣 的左、右奇異矩陣．在由箱體全部有限元節(jié)點(diǎn)自由度構(gòu)成的特征向量矩陣中，行向量間線(xiàn)性無(wú)關(guān)，當(dāng)僅考慮 n自由度對(duì)應(yīng)點(diǎn)的特征向量矩陣時(shí)，無(wú)法 避免存在特征向量間線(xiàn)性相關(guān)，這將造成在求解時(shí)產(chǎn)生小奇異 值，影響計(jì) 算精度，因 此設(shè)定濾 波門(mén)限，解關(guān)于 q的方程： （ 7） 可得正整數(shù) q，將取值較小的 pq 個(gè)奇異值置 0，以去除小奇異值的影響，得到 ： 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 16 （ 8） 濾波輸出為： （ 9） 最后運(yùn)用式 (5)推導(dǎo)出 1檔工況下箱體上任意點(diǎn)在各輸出頻率下的振動(dòng)加速度值．計(jì)算得到變速器箱體在 950 Hz 時(shí)的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)如圖 53 所示． 圖 53 識(shí)別出變速器箱體加速度 為了校核基于模態(tài)擴(kuò)展技術(shù)的變速器箱體振動(dòng)特性識(shí)別的可靠性，應(yīng)用殘差來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。 拱板結(jié)構(gòu)造價(jià)優(yōu)化模型的建立 目標(biāo)函數(shù) 目標(biāo)函數(shù)的確定 目標(biāo)造價(jià)函數(shù)即用材費(fèi)，包括阻尼材料的費(fèi)用、約束層鋼板材料的費(fèi)用 、基層鋼板材料的費(fèi)用和法蘭鋼板費(fèi)用，造價(jià)即為單價(jià)與質(zhì)量之積，表達(dá)式如下： （ 1） 其中， n 為材料費(fèi)用項(xiàng)目數(shù)，這里包括 4 項(xiàng)費(fèi)用； ki 為第 i 項(xiàng)費(fèi)用所用材料的價(jià)格因素；ρ i為第 i 項(xiàng)費(fèi)用所用材料的密度； Vi為第 i 項(xiàng)費(fèi)用所用材料的體積。在箱體鋼殼薄壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面粘貼高阻尼黏彈性材料形成阻尼層，再用薄鋼板將阻尼層固定住形成約束層，這樣便可以增加整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼，從而達(dá)到減振降噪的效果。因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)考慮了振動(dòng)強(qiáng)度和頻率等多因素對(duì)人體的影響，所以，我們可以將振動(dòng)加速度級(jí)近似看作 Z 振級(jí)，來(lái)確定工廠應(yīng)用變速箱體的振動(dòng)強(qiáng)度上限值，即該變速箱體的環(huán)境振動(dòng)要求應(yīng)該滿(mǎn)足 （ 4） 將振動(dòng)加速度級(jí)寫(xiě)成設(shè)計(jì)變量 x=(x1,x2,x3)T的函數(shù)，約束條件為： （ 5） 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 25 其中， La=75dB。對(duì)于 n 個(gè)設(shè)計(jì)變量，確定線(xiàn)性響應(yīng)面至少需要 n+1 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，可是若僅取最少數(shù)目的試驗(yàn)點(diǎn)，則響應(yīng)面蛻化為通過(guò) 各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的平面，不利于評(píng)估響應(yīng)面的逼近效果。≥ 2 的整數(shù) }的方法增加檢驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)每次構(gòu)造的有效范圍的邊界點(diǎn)進(jìn)行擬合精度檢驗(yàn)。因此必須對(duì)近似模型的擬合程度進(jìn)行檢驗(yàn)，主要是區(qū)域的邊界點(diǎn)，即各變量的上下限組合位置處，以及構(gòu)造的擬合函數(shù)的有效范圍 {u︱ ui(0)≤ ui≤ ui(0)+ (i=1,2,3)， 181。=10，對(duì)構(gòu)造的有效范圍邊界點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn) ,在 Matlab 軟件中計(jì)算檢驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)的擬合值，以及擬合值與數(shù)值模擬真實(shí)值之間的誤差，見(jiàn)表 74所示。 表 75 檢驗(yàn)點(diǎn)及誤差值（ 181。=10） 檢驗(yàn)點(diǎn) 擬合值 真實(shí)值 相對(duì)誤差值（ 101） 擬合精 度 u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T 取 181。在 Matlab 軟件中計(jì)算檢驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)的擬合值，以及擬合值與數(shù)值模擬真實(shí)值之間的誤差，見(jiàn)表 72 數(shù)據(jù)所示。 對(duì)于求解目標(biāo)函數(shù) La(u1,u2,u3)來(lái)說(shuō)，剛好形成了由 5 個(gè)方程組成的四元一次方程組，很容易求解得到 4 個(gè)未 知系數(shù)： α 0 = ,α1 = ,α2=,α 3= 則 u u u3 和 La 之間的關(guān)系式為： La=+ u1+ u2+ u3 (11) 其中， u u u3 為新變量， La的單位為 dB。 響應(yīng)面擬合精度檢驗(yàn) 本章采用不同的擬合精度檢驗(yàn)方法對(duì)采用上述方法擬合得到的一次響應(yīng)面進(jìn)行檢驗(yàn)。采用二次規(guī)劃求解結(jié)構(gòu)造價(jià)優(yōu)化模型，首先需要對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行 變量倒數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將新的優(yōu)化模型寫(xiě)成標(biāo)準(zhǔn)的二次規(guī)劃模型。為此進(jìn)行的振動(dòng)評(píng)價(jià)屬環(huán)境振動(dòng)評(píng)價(jià)。 那么基層、約束層、法蘭板和阻尼層 4 項(xiàng)材料費(fèi)用分別為：①基層材料費(fèi)用： k1ρ 1V1；②阻尼層材料費(fèi)用： k2ρ 2V2；③約束層材料費(fèi)用： k3ρ 1V3；④法蘭板材料費(fèi)用： k3ρ 1V4。因?yàn)樵诒ＷC結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的條件下，約束阻尼結(jié)構(gòu)的厚度和結(jié)構(gòu)的質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)的成本會(huì)有影響。 變 速器箱體振動(dòng)加速度的識(shí)別及輻射噪聲優(yōu)化 在對(duì)某轎車(chē)進(jìn)行噪聲評(píng)估時(shí)，發(fā)現(xiàn)在 1檔運(yùn)行工況下該轎車(chē)變速器在 700～1000 Hz 范同內(nèi)齒輪噪聲較大，該噪聲主要通過(guò)變速器箱體向外輻