汽车传动系统激励特征

传动系统是动力系统的一部分，包括动力总成内部传动轴系（图5-19）和外部传动轴系（图5-20）。动力总成由发动机、离合器和变速器组成，内部传动轴系是指发动机、离合器和变速器内部轴连接的系统。外部传动轴系包括前半轴、后驱（或四驱）传动轴、后桥和后半轴。传动系统的激励特征也与发动机紧密相关，包括转速、阶次、频率和共振特征。另外，它又有其自身的特点，主要是在齿轮啮合方面。

图5-19 动力总成内部传动系统

图5-20 动力传动轴系

1.传动系统的啮合阶次

传动系统中，轴和齿轮的转速与发动机的转速有一定的比例关系，从而可以确定传动系统部件的阶次。图5-21表示发动机与变速器相连接示意图，变速器中有两对齿轮，齿数分别是z₁和z₂、z₃和z₄。第一对齿轮中，第一个齿轮通过轴直接与发动机连接，因此第一对齿轮的啮合阶次就是第一个齿轮的齿数，即z₁阶。通过第一和第二个齿轮啮合后，第二根轴的转速为

式中，n₁和n₂分别是第一根轴和第二根轴的转速（图5-21）。

图5-21 发动机与变速器 相连接示意图

第二个齿轮通过第二根轴连接带动第三个齿轮运转。第二对齿轮啮合的阶次就取决于第二根轴的转速和第三个齿轮的齿数。转换成以n₁为基准，得到第二对齿轮的啮合阶次为 。通过第三个和第四个齿轮的啮合，第三根轴的转速为

下面举一个例子来说明阶次与齿数的关系。假设图5-21中两对齿轮的齿数分别是z₁=29，z₂=38，z₃=17，z₄=73，第一对齿轮的传动比为z₂/z₁=1.31，第二对齿轮的传动比为z₄/z₃=4.294，总的传动比为(z₂/z₁)(z₄/z₃)=5.626。第一对齿轮的啮合阶次为29阶，而第二对齿轮的啮合阶次为12.97（=29×17/38）阶。

2.传动系统的噪声与振动源特征

在传动系统中，有四类噪声与振动现象：啸叫、敲击、二次振动和共振。

一对齿轮啮合时，如果在接触部位出现了滑移，使得两个齿轮在啮合点的线速度不相等，产生了传递误差，就会发出声音。因为这种声音的频率比较高，听起来像尖叫声，所以将这种声音称为“啸叫”。啸叫有着非常明显的阶次特征。根据前面介绍的齿轮齿数和发动机转速的关系，可以确定啮合阶次。啸叫可以透过变速器或者驱动桥的壳体辐射以空气声的形式传递到车内，也可以是内部振动传递到壳体再传递到车身而以结构声的形式传递到车内。图5-22为车内噪声彩色图，从中可以看到，在高阶次区域有两条明显的直线，这就是变速器内齿轮啮合所产生的啸叫声：一条是档位齿轮31阶的啮合啸叫；一条是主减齿轮19.63阶的啮合啸叫。(www.xing528.com)

图5-22 变速器齿轮啮合 产生的啸叫图谱（见彩插）

与发火阶次以及谐阶次声音相比，啸叫的量级比较小，但是由于频率高，所以很容易被识别出来。

变速器中有很多齿轮，但是工作时只有一对齿轮啮合，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存在间隙，如果两个齿轮运动的转速不一致，它们就会发生碰撞，从而发出敲击声，如图5-23所示。

在图5-24中，除了阶次噪声外，还有一大片与转速没有关系且频率带很宽的噪声，这就是敲击噪声。敲击噪声的频率带比较宽，通常为300～5000Hz。齿轮敲击可以通过空气声和/或结构声传递到车内。

图5-23 自由转动的齿轮之间存在间隙

图5-24 敲击噪声的谱图（见彩插）

万向节将两根轴连起来，如图5-25所示。当轴与轴或者轴与连接部件存在一定角度时，主动轴匀速地转一圈，而被动轴的转速由大到小，再由小到大发生两次变化，如图5-26所示。这样就产生了传动系统的二次振动，它通过结构声传递到车内。

图5-25 万向节示意图

图5-26 轴的二次运动示意图

当传动轴的模态频率与激励源的频率一致时，就产生了传动轴的共振。连接变速器和轮毂的半轴，以及连接变速器和驱动桥的传动轴都有可能产生共振。变速器壳体和驱动桥的壳体也有可能产生共振。