一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法，包括以下步骤：通过台架试验对发动机平衡轴系统进行齿轮敲击振动噪声研究；建立发动机平衡轴系统的动力学模型；对该系统进行齿轮敲击动态特性分析；为了对齿轮敲击强度进行定量评价，提出一种基于惯性力矩的齿轮敲击评价指标；采用正交试验法对发动机平衡轴系统的齿轮敲击影响因素进行研究，通过极差分析可以得出对齿轮敲击影响显著的重要参数；基于筛选出来的重要参数，采用响应面法对该系统的齿轮敲击噪声进行优化

【技术实现步骤摘要】
一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法


[0001]本专利技术属于汽车发动机
NVH
领域，具体是涉及一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法
。

技术介绍

[0002]汽车
NVH
的好坏能够被乘坐人员直观感受到，所以
NVH
性能已经成为人们评价汽车的一项关键指标之一
。
因为发动机的振动容易导致汽车出现各种噪声问题，所以降低发动机的振动是提高汽车
NVH
性能的关键措施之一
。
对于直列四缸发动机而言，可以通过自身的结构平衡一阶往复惯性力，但二阶往复惯性力无法通过自身平衡
。
因此，为了消除直列四缸发动机的二阶往复惯性力，可以在发动机的设计中增加平衡轴模块，从而可以有效降低发动机的振动，但这会额外产生齿轮啸叫和齿轮敲击等噪声问题
。
目前而言，针对平衡轴剪刀齿的异响研究大多数集中在齿轮啸叫方面，而对于平衡轴的齿轮敲击问题仍缺乏有效的分析和优化方法
。
[0003]目前，针对齿轮敲击的研究主要集中在变速器
、
齿轮箱等领域，对于发动机平衡轴的齿轮敲击研究较少
。
此外，对于剪刀齿的齿轮敲击评价指标的研究相对较少，常见的齿轮敲击评价指标有基于转速差标准差的齿轮敲击评价指标
、
基于冲击脉冲的齿轮敲击评价指标
、
基于振动角速度的齿轮敲击评价指标
、
基于被动齿轮角加速度均方根值的齿轮敲击评价指标等
。
其中，基于转速差标准差的齿轮敲击评价指标只适用于齿轮敲击变化比较明显的情况，对于齿轮敲击变化不明显的稳态工况，只能进行定性分析；对于基于冲击脉冲的齿轮敲击评价指标而言，由于剪刀齿扭簧的存在，齿轮的敲击力会较快达到峰值，可能会导致齿轮敲击评价存在误差；对于基于振动角速度的齿轮敲击评价指标而言，由于剪刀齿的形变量相比其他齿轮更大，所以该评价指标的精度可能较低；对于基于被动齿轮角加速度均方根值的齿轮敲击评价指标而言，当研究的参数涉及齿轮转动惯量的时候，该评价指标可能得出错误的结论
。2007
年，
Barthod
等人在
SCI
期刊
Applied Acoustics
上提出了基于被动齿轮角加速度均方根值的齿轮敲击评价指标，通过试验发现非承载齿轮的角加速度均方根值与产生敲击噪声的声压存在线性关系
。
但该评价指标仍存在着以下的不足：当研究的参数涉及齿轮转动惯量的时候，齿轮角加速度均方根值的变化并不明显，甚至存在负相关的关系，这可能会导致错误的结论
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法
。
该方法通过试验和仿真计算的方式对发动机平衡轴系统的齿轮敲击问题进行分析，在此基础上，采用正交试验法和响应面法对齿轮敲击噪声进行优化，为发动机平衡轴系统的齿轮敲击问题分析和优化提供依据
。
[0005]为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法，包括以下步骤：
[0006](1)
通过台架试验对发动机平衡轴系统的齿轮敲击问题进行分析，分析发动机平衡轴系统的齿轮敲击特征；
[0007](2)
建立发动机平衡轴系统多柔体动力学模型；
[0008](3)
基于发动机平衡轴系统多柔体动力学模型，对系统的齿轮敲击动态特性进行分析；
[0009](4)
确定以被动齿轮的惯性力矩作为各齿轮副的齿轮敲击评价指标，其中，
J
为被动齿轮的转动惯量，为被动齿轮的角加速度均方根值；
[0010](5)
采用正交试验法对发动机平衡轴系统的齿轮敲击影响因素进行研究，通过极差分析得到对齿轮敲击影响显著的重要参数；
[0011](6)
基于筛选出来的重要参数，采用响应面法对该系统的齿轮敲击噪声进行优化
。
[0012]进一步地，所建立的发动机平衡轴系统动力学模型包括发动机
、
平衡轴模块
。
其中，平衡轴模块包括平衡轴托盘
、
平衡轴
、
剪刀齿轮
、
从动齿轮
、
轴承
。
剪刀齿轮包括剪刀主齿
、
剪刀副齿
、
扭簧
、
卡簧
、
销
。
[0013]进一步地，步骤
(1)
中，通过采集发动机的远场噪声
、
壳体表面振动加速度数据，并绘制声压瀑布图和频谱图
、
振动加速度瀑布图和频谱图
。
在此基础上，分析发动机平衡轴系统的齿轮敲击特征
。
[0014]进一步地，步骤
(2)
中，在
MASTA
中建立了发动机平衡轴系统多柔体动力学模型，并根据发动机的实际情况设置边界条件和输入工况
。
[0015]进一步地，在建立发动机平衡轴系统多柔体动力学模型后包括步骤：对发动机平衡轴系统多柔体动力学模型进行验证
。
[0016]进一步地，在
MASTA
中计算出各转速下的振动加速度传感器的频谱图，并与步骤
(1)
中的试验结果进行对比
。
[0017]进一步地，步骤
(3)
中，基于动力学模型，从齿轮的接触状态
、
被动齿轮的角加速度
、
齿轮的齿面啮合力三个方面对系统的齿轮敲击动态特性进行研究
。
[0018]进一步地，步骤
(4)
中，以被动齿轮的惯性力矩作为各齿轮副的齿轮敲击评价指标，其中：
J
为被动齿轮的转动惯量，为被动齿轮的角加速度均方根值
。
具体的步骤如下：
[0019](a)
通过动力学模型计算得到各被动齿轮的角加速度，进而求得对应的角加速度均方根值；
[0020](b)
由于该系统存在三对啮合齿轮副，所以先用惯性力矩的敲击评价指标分别计算出各齿轮副的敲击评价结果
RI1、RI2、RI3，其中，，其中，
[0021](c)
三对齿轮副总的齿轮敲击评价指标为
[0022]进一步地，步骤
(5)
中，先确定该系统齿轮敲击的多个影响参数，使用
Minitab
软件进行正交试验的设计，在软件中定义正交试验的因素和水平，并将对应的仿真计算结果输入
。
再通过极差分析进一步筛选出影响显著的主要参数
。
[0023]进一步地，步骤
(6)
中，利用软件
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
通过台架试验对发动机平衡轴系统的齿轮敲击问题进行分析，分析发动机平衡轴系统的齿轮敲击特征；
(2)
建立发动机平衡轴系统多柔体动力学模型；
(3)
基于发动机平衡轴系统多柔体动力学模型，对系统的齿轮敲击动态特性进行分析；
(4)
确定以被动齿轮的惯性力矩作为各齿轮副的齿轮敲击评价指标，其中，
J
为被动齿轮的转动惯量，为被动齿轮的角加速度均方根值；
(5)
采用正交试验法对发动机平衡轴系统的齿轮敲击影响因素进行研究，通过极差分析得到对齿轮敲击影响显著的重要参数；
(6)
基于筛选出来的重要参数，采用响应面法对该系统的齿轮敲击噪声进行优化
。2.
根据权利要求1所述的一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法，其特征在于，所建立的发动机平衡轴系统动力学模型包括发动机
、
平衡轴模块
。
其中，平衡轴模块包括平衡轴托盘
、
平衡轴
、
剪刀齿轮
、
从动齿轮
、
轴承
。
剪刀齿轮包括剪刀主齿
、
剪刀副齿
、
扭簧
、
卡簧
、
销
。3.
根据权利要求1所述的一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法，其特征在于，步骤
(1)
中，通过采集发动机的远场噪声
、
壳体表面振动加速度数据，并绘制声压瀑布图和频谱图
、
振动加速度瀑布图和频谱图，在此基础上，分析发动机平衡轴系统的齿轮敲击特征
。4.
根据权利要求1所述的一种发动机平衡轴系统的齿轮敲击的分析和优化方法，其特征在于，步骤
(2)
中，在
MASTA
中建立了发动机平衡轴系统多柔体动力学模型，并将发动机固定在三个悬置支架上，再将曲轴的瞬时转速作为
MASTA
模型的输入工况进行计算
。5.
根据权利要求1所述的一种发动机平衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：占文锋，郭耿亮，上官文斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：