汽车变速器齿轮系统动力学行为分析

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1、汽车变速器齿轮系统动力学行为分析钱锋(泛亚汽车技术中心有限公司，上海201201)【摘要】以单对渐开线直齿圆柱齿轮传动为例，对汽车变速器齿轮非线性动力学建模及其动力学行为分析方法进行了研究，分析了随着齿轮副激励频率、载荷比、阻尼比等参数变化系统周期解结构的变化情况，相关方法和结论对于更好地掌握变速器齿轮动态特性，以及更好地对变速器进行NVH控制有指导意义。【Abstract】Analysisonthedynamicbehaviorofvehiclegearboxbasedonnonlineardynamicsiscarrie

2、doutinthispaper．Thedynamicstabilityofthegearpairsystemisdiscussedwithconsidera—tionoftheinfluenceofexcitationfrequency，damperratio，etc．Theconclusionsarehelpfulforim—provementoftheNVHcontrolofgearbox．【关键词】变速器汽车齿轮非线性动力学doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2011．01．07设计，更好地实现传

3、动系统NVH控制有一定的借0引言鉴意义。近几年来，汽车的振动噪声问题越来越为消1单对齿轮副非线性动力学模型费者关注。其中动力传动系的振动噪声问题尤为突出，并且极易引发用户投诉，是汽车产品研发中齿轮传动间隙，尤其是齿侧隙是影响其动力NVH设计与控制的重点和难点之一。传动系中齿学性能的重要结构因素，因此，在系统建模中需要轮副传动是最常用的传动形式，因此研究齿轮传重点考虑。本文采用集中质量法建立单对齿轮副动的振动控制是解决传动系振动噪声问题的关传动的动力学模型，即认为系统是由只有弹性而键，具有重要的理论意义和现实意义。无质量的弹簧

4、和只有质量而无弹性的质量块组成齿轮传动系统中，由于传动间隙的存在，使得的，并采用以下假设：系统呈现强非线性动力学特征，也对齿轮系统的(1)传动轴和轴承的刚度足够大，即齿轮的横低噪声设计带来很大的困难，掌握齿轮传动系统向振动相对于扭转振动可以忽略不计，进而可以中间隙等参数对系统动力学行为的影响机制，有认为两齿轮的中心是固定的，其运动只有扭转运助于提升齿轮传动的效率及动力学品质，更有效动而没有横向的运动；地对其振动噪声进行控制。_1-2](2)不考虑运动时由支承轴承所产生的摩擦本文以单对渐开线直齿圆柱齿轮传动为例，的影响；对齿轮

5、传动系统非线性建模方法及动力学行为的(3)这对常啮合齿轮均为渐开线直齿圆柱齿分析进行研究，相关结论对于改进传动系统齿轮轮，齿轮之间的啮合力始终作用在啮合线方向上，收稿日期：2010—11—16·28·上海汽车2011．01麟两齿轮简化为由阻尼和弹簧相连接的圆柱体，阻方程(1)可以改写为：尼系数为两齿轮啮合时的啮合阻尼，弹簧的刚度msg+c^ig+^()／^(sg)=Fg+F(r)一系数为啮合齿轮的啮合刚度。m，e(．r)(8)其动力学模型如图1所示。式中，是轮齿啮合的周期函数，采用Fourier级数展开为：+)(9)式中，h

6、是平均啮合刚度；COS(rr+^r)是谐波分量；是相位角；为轮齿啮合频率。假定齿轮的综合误差和转矩的交变分量均为单频的简谐函数，则有：e()=8COS(^丁+)(10)图1单级齿轮传动系一统模型()=FgCOS(r+)(11)mmg2分别为主、从齿轮的r质量；，re2分别式中，和分别为内部激励频率和外部转为两齿轮的基圆半径；，分别=为两齿轮的转动矩波动的频率；和为其对应的初相位。一岛惯量；分别为两齿轮的扭转角位移；，Yg2引入无量纲分析，定义一个标称长度b，并令丁r=————一一一+分别为作用在主、从动齿轮上的转矩；C，分别

7、n√khm／mc，^03^／wn，=0．1￡／o)¨tnr，s=一为轮齿啮合的阻尼系数和位移、函数；e()为沿齿／b，b^=bh／b，则方程(8)可以改写为：=轮基圆切向综合误差。假定齿轮轴和轴承的刚度一S+2+k(t(s)：F+：COS(O)^t+)很大，齿轮轴和轴承的位移和变形可以忽略，并忽++COS(O)t+)(12)略摩擦力，则系统运动微分方程可写为_2J：其中，∑一mq+c^s+k^(7_)(；)=Fg+。(1)=Ch／2m∞(13)盯C式中，OSF=Fg／mb：，F=e／b，F=Fgo／m。bo)：q()=l0l

8、(r)一rg20(r)(2)一(14)rrs—b^s>b^m=藏二(3)(s)={0一b^≤s≤b^(15)Fg=1／rgl=2／rg2(4)【s+b^S<一b^F(7_)=mYg一(tr)rgl／2-(5)(￡)=^()^=1+∑占c。s(ro)^+^，)sg—b^r=l(16)0———