圆锥滚子轴承预紧力对变速器啸叫噪声的影响分析

   ０　引言

    啸叫噪声是汽车变速器中常见的一种频率单一的高频噪声，即使在相对较低的噪声水平，也极易被人耳辨识而使驾乘人员产生不悦感［１］。大量研究表明，啸叫噪声产生的本质是齿轮啮合传动误差（ＴＥ），即理论啮合点与实际啮合点在啮合线上的位移差。传动误差激励产生的振动通过齿轮—轴—轴承—箱体传播，最终一部分经箱体表面产生辐射噪声，另一部分经悬置点传入车厢，因而解决啸叫噪声是系统性问题。

    针对齿轮啸叫噪声的降噪研究主要关注齿轮本身的激励［２－３］，从减小传动误差的目标出发，采用小模数、小压力角和大全齿高的“细高齿”来增大重合度系数；通过微观齿廓修形，采用齿顶齿根修缘减小啮入啮出冲击和时变刚度激励，利用鼓形量来弥补 由箱体与 轴系变形引起的啮合偏斜［４］；通过控制加工工艺获得理想的齿形误差范围。从系统的角度出发，也有学者研究了箱体结构刚度和噪声辐射以及柔性轴系变形对啸叫噪声的影响。

    在传动系统中，轴承可视为弹簧阻尼单元连接着轴和箱体，它一方面支承轴系，对齿轮啮合状态产生重要影响；另一方面通过轴承力激励箱体振动，其刚度直接影响整体动力学特性。有学者研究了预载条件对轴承本身振动特性的改变［５］，但目前还未见文献研究轴承对系统降噪的影响，特别是在不同装配条件下的分析。

    本文针对某六挡机械式变速器的啸叫噪声问题，建立了动力学仿真模型，分析了不同预紧力条件下轴承刚度变化对系统动力学特性的影响，并在半消声室中，利用阶次跟踪方法，通过实验验证了预紧力对啸叫噪声降噪的重要性。

    １　轴承预紧与轴承刚度分析

    为提高轴承支承刚度，确保传动精度，安装轴承时通常在内外圈施加一定的预紧力，以消除轴承内存在的游隙。预紧力可以表示一个力或者对应的一段位移，在变速器中多利用弹簧垫片在外圈上施加一定的预紧量。因为变速器工况复杂，载荷和转速变化大，受润滑和散热条件影响，确定合理的预紧量比较困难。工程上，通常根据满载荷条件下的轴向力确定预紧力，最终需要通过实验验证轴承寿命和振动噪声值，防止过度预紧。

    本文研究的变速器的主轴、两副轴和差速器均由圆锥滚子轴承支承，故这里仅讨论圆锥滚子轴承的预紧和刚度问题。根据文献［６］可以预估采用轴向预紧时的预紧力Ｆａ为（３０～４０）ｄ（为轴承内孔直径），进而 可 获得轴 承实际轴向位移δａ：