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1、开题报告上海工程技术大学毕业设计（论文）开题报告题目 汽车变速器NVH测试的机械系统设计 汽车工程学院（系） 车辆工程 专业 0615113 班学生姓名 王维 学 号 061511327 指导教师 姚安 王岩松 开题日期：2015 年 3 月 9日一、毕业设计题目的来源、理论、实际意义和发展趋势1、题 目：汽车变速器NVH测试的机械系统设计2、题目来源：企业课题3、意 义 汽车是当今世界最流行的交通工具，已经走进了家家户户的生活。而汽车的核心部件之一，就是变速器。变速器的好坏是衡量汽车舒适性的综合性技术指标，人们对其要求也越来越高。变速器的NVH（Noise、Vibration、Harshne

2、ss）性能对汽车整车的振动、噪声等汽车舒适性方面有较大影响。降低汽车变速器的噪声、振动对降低汽车整车噪声、振动性能有显著的意义。所以，对于变速器NVH性能的研究也成为了各国科研人员的热点问题。汽车变速器是汽车传动机构重要的组成部分之一，变速器振动往往会诱发其他零部件的振动，从而增加整车噪音。变速器轮齿噪音的频率大约处于200-5000Hz范围内，人们的耳朵对该范围频率敏感，从而产生不适。所以解决变速器振动噪声问题，就能够大大降低整车噪音振动性能，提高汽车舒适性。由于各种因素的影响，国内汽车NVH性能研究与发达国家差距还相当的大。本课题开展变速器NVH性能的研究，重点是尝试设计NVH测试系统的搭

3、建，并结合企业试制的变速器进行有效测试，通过测试看变速器是否合格。4、国内外研究现状与趋势 （1）国外对汽车变速器NVH研究现状 20世纪60年代，西方主要国家的汽车研发公司开始关注汽车的NVH问题，从国际NVH水平来看，日本在这方面做得最好，美国也不错，欧洲次之。各国政府在NVH法规方面，并没有过于严格的规定，大多来自于顾客对车辆性能日益苛刻的要求。良好的NVH特性可以提高汽车部件由于振动引起的早期失效风险，提高部件的可靠性。欧共体、欧经会、日本、美国等主要国家每六年一次就修订相关法律法规，ECE法规中，轿车的噪声要求就从80dB(A)（1982.10）降至74dB（A）（1995.10）；

4、中型车从88dB(A)（1982.10）降至80dB（A）（1995.10）；客车的噪声水平也大致相当。国外发展到运用各种技术进行NVH试验，解决变速器噪声问题已经形成了较完善的实验和理论体系。目前，对变速器噪声的研究主要有以测试为主的实验研究和以计算机模拟计算为主的CAD/CAE分析两方面2。1).实验研究一般借助先进的测试手段。声强测量技术是目前在变速器噪声研究中应用最为广泛的声学测量新技术，它于1977 年提出并在 80 年代初得到迅速发展。声强测量技术与传统的声压测量技术相比，它不但能获得声场中某点声能量的大小，还能获得该点声能量流动的方向，因此声强测量是对声场更完整的测定和描述。此外

5、进行声强测量时不再要求混响室、消声室等造价高昂的特殊声学环境，适宜作现场测试，例如用声强测量法测定发动机声功率时，可在车间现场进行并不考虑背景声源的影响。日本尼桑汽车公司在改善变速器及整车的噪声研究方面做了大量的工作。他们认为，良好的声音品质应满足：声压级与转速的线性关系；声音的基础分量的声压级应远大于其他分量的声压级。尼桑汽车公司在变速器降噪方面取得了较好的成果。2).以计算机模拟计算为主的CAD/CAE分析。通常一般构件在中高频区域上有大量的共振模态，受到计算速度和容量的限制，有限元法和边界元法等就受到了很大的限制，统计能量法的问世有效地解决了这个问题，它应用统计学的观点，从能量的角度来分

6、析复杂结构在外载荷作用下的响应。它运用能量流关系式对复合的、谐振的复杂结构进行动力特性、振动响应及声辐射的模拟和预测。但是它又局限于高频问题，对中低频问题却无能为力为此，工程技术人员采用了多种方法的组合来解决声辐射问题，有效地弥补了单个数值解法的缺陷，因而被广泛地应用到工程实际的声辐射问题中4。并逐渐代替了某些成本高，时间长的常规实验。在国外，过去，为设计低噪声变速器而追求更高的设计加工精度，齿形齿向修形设计主要靠经验公式，凭经验和直觉。60 年代，Munor 等就认识到，齿轮噪声与配对齿轮在进入和退出啮合时速度的微小变化有关13。但在当时，没有精确计算速度变化或传递误差的分析工具，所以对其关

7、系没能作进一步的研究。 随着计算机技术的发展和有限元方法的大量应用，传递误差的分析工具也发展起来。齿轮传递误差由几何传递误差和变刚度弹性传递误差组成。通过理论分析和试验，人们认识到传递误差和轴承载荷的波动是齿轮噪声和振动的激励源。噪声和振动经由齿轮、轴、轴承的转动惯量和刚度，箱体的动态特性，箱体和车体之间悬挂的刚度和动态特性所决定。纽卡斯尔大学设计部将齿轮振动噪声和传递误差的关系量化，开发出高性能低噪声齿轮设计软件 DUGATES6。使用 DUGATES 软件计算出的传递误差和试验得到的轴承动态载荷之间有很好的相关性，因此，在 DUGATES 软件中最小化传递误差可以得到低噪声的齿轮对。(2）

8、国内研究现状与趋势在国内，由于我国汽车行业起步晚，NVH 理论研究和试验研究领域都与发达国家该领域相差很大。我国在 20 世纪末才有一些汽车生产厂家和一些研究机构对汽车一些零部件进行相关的特性研究，但是都没有达到对变速器 NVH 性能进行研究的高度和深度。随着国外理论研究的深入和我国汽车行业的飞速发展，越来越多的国内变速器或汽车生产厂家开始变速器 NVH 问题越来越重视。目前，国内建立起来的变速器 NVH 试验分析系统基本上引用国外的商用软件、硬件，功能专用，核心技术是封锁的。而国内自主研发的试验分析系统与国外大公司还存在以下差距： a.缺乏试验技术对变速器产品开发重要性的认识。目前很多试验仅

9、仅是监测产品或零部件能否满足法规的一种手段，不能满足产品开发阶段的试验需求。变速器产品的设计思想、设计目标都必须通过试验来检验。变速器制造过程中出现的许多关键技术问题也必须依赖试验手段解决，这是国外各大汽车公司特别重视试验的原因。 b.缺乏试验经验和数据的积累，缺乏试验高级工程技术人才。一段时期以来，有些企业不具备自主开发能力，造成试验技术的经验与数据积累严重不足、高级试验技术人才严重缺乏，极大地制约了产品的开发工作。 c.缺乏完整的试验规范、标准。目前，中国汽车工业在试验标准、试验规范、试验设施以及试验数据库上均远远落后于国外。绝大多数企业还未能建立系统的企业试验体系、标准和规范。从零部件到

10、子系统，到变速器设计的每一个节点，都必须进行相应的性能、可靠性及匹配试验，因此，完整详细的变速器产品开发试验体系是变速器设计的重要基础。试验体系应该有明确目的、任务、试验对象、试验内容、试验标准和规范，同时还必须具有完备的试验设施。 d.缺乏试验设施，投入不够，试验设备落后。尽管国家和企业投资建设了一些大型试验设施，但这些设施完全不能满足企业开发过程中的设计需要。但是，在国内，重庆大学机械传动国家重点实验室的李润方等人对齿轮系统及齿轮箱系统作了大量的研究。有关人员对齿轮啮合内部动态激励进行了数值模拟11，把具有内部激励和时变刚度的齿轮系统非线性微分方程变换为近似的线性微分方程，把时变刚度激励、

11、误差激励、啮合冲击激励作为右端项。时变刚度曲线用轮齿三维接触有限元方法求得，啮合冲击激励力用轮齿三维冲击动力接触有限元混合法求得。误差激励按照精度等级确定的齿轮偏差进行模拟。把激励力作用在整个齿轮系统的三维有限元模型上，以便求得其振动响应。陶泽光11采用有限元方法，建立了实际的单级齿轮减速器的齿轮箱有限元动力学模型，在工作站上用 IDEAS 软件研究了齿轮箱的固有特性，并用试验模态分析方法验证了固有频率的数值模拟结果。所得结果既反映了箱体的动力学性能，又为齿轮系统的动态特性分析奠定了基础。韩西12提出了新的结合部参数识别方法，用于识别齿轮轴横向弯曲振动结合部参数，在这一识别过程中成功地把理论模

12、态分析和实验模态分析法结合起来。王立华13建立了斜齿轮传动系统（斜齿轮、轴与轴承）的弯曲扭转轴向扭摆耦合振动的动力学模型，推导了其振动微分方程，计算了 风力发电机组增速箱 FH660 的传动系统的振动响应，并进行了三维有限元模态分析。对斜齿轮传动系统进行了很好的数值模拟，为斜齿轮传动系统的动态设计提供了有效的方法。 二、设计主要内容及目标 1、题目的主要内容1）设计题目：汽车变速器NVH测试的机械系统设计。2）设计内容：本课题基于国内外对变速器 NVH 特性的研究现状，并结合某企业生产的具体变速器的设计开发，从以下几方面开展研究工作： A、分析变速器产生振动和噪声的机理，从理论上阐述变速器产生

13、振动噪声的原因，为变速器 NVH 测试试验分析提供理论基础。 B、变速器支架台和支架等零部件设计。C、变速器NVH测试系统方案确定（硬件系统搭建）。 D、设计变速器 NVH 目标值测试试验方案和变速器 NVH 噪声源识别试验方案。并对某企业某型变速器进行 NVH 试验测试。通过对汽车变速器的 NVH 目标值测试，检测现有变速器噪声值是否满足标杆值，即是否满足产品的合格要求。 E、结合变速器理论分析和试验研究结果找出变速器振动噪声较大部位，针对变速器总成相应部位提出修改意见。 2、预期达到的目标 1）了解掌握变速器产生振动动和噪声的原因； 2）变速器支架台和支架等机械零部件设计满足NVH性能测试

14、要求； 3）搭建的测试系统传动效率高，工作平稳，无噪声，不影响测试结果； 4）设计的零部件贯彻标准化、部件通用化及总成系列化等要求，遵守有关标准规定； 5）试验室进行降噪处理后符合试验要求； 6）能够有效地准确的进行变速器NVH性能测试。三、设计与研究方案 3.1、半消声试验室室内降噪处理 国家振动噪音标准： 降噪措施：海绵包裹盖子达到密封效果，堵塞房间空隙孔隙等。 3.2、支架和支架板等零件结构设计方案分析1变速箱支架等零件结构的工艺性；2毛坯的选择；3铸件制造方法的选择； 4工件加工余量与精度的确定；5工件的夹紧方式，估算计算切削力与夹紧力；6热处理工序的安排；7CAD绘制支架板和变速箱的

15、总装配图。 3.3、测试系统的搭建与设备调试 A、系统由测量装置（传动轴、驱动变频电机、AVL台架、风机等）、标定装置和激励装置组成； B、技术要求：麦克风距离变速器测试距离，同轴度的调整，具有性能和维护方便等要求，进行试运转 。保证试验可靠性、重复性、可比性； C、变速器四个测试点的确定。 3.4、对搭建好的系统进行半消声室声学鉴定，看是否合符测试要求。 A.半消声室本底噪声鉴定； B.半消声室自由声场鉴定； C.定制噪声测定（噪音源：12面球体）； D.对比测试。 3.5、正式测试 系统正式运行，建立测试流程图，得出噪声目标值。多次测试、多点测试，求平均值。 试验档位：1-5档、空挡和倒档

16、。 试验工况：企业变速器NVH试验大纲。 3.6、结果分析及建议 振动测试指标：加速度信号及频谱分析。 噪声测试指标：声压级、响度、尖锐度。 信号分析：技术主要包括频谱分析、倒频谱分析、相关分析、常（偏）相干分析、时频分析、阶次分析等。 变速器产生振动噪声的主要位置。 3.7、结论 变速器的声振特性合格与不合格。 3.8、技术路线（1） 查询相关资料，自学相关书籍；（2） 通过查阅网络及图书馆相关书籍搜集资料；（3） 查到的资料进行归纳整理，详细了解设计的要求和流程； 变速器NVH测试流程图（4） 查找计算相关的参数：A 消声试验室的确定，如：室内降噪处理及限值，振动噪音国家标准；B 变速器支

17、架与支架板设计标准；C 系统搭建与试验前的声学鉴定；D 振动测试指标；E 噪声测试指标； （5）运用AUTOCAD或UG绘出机械结构装配图：A. 定位，大致轮廓；B. 公差与配合；C. 压紧螺栓位置；D. 轴孔的位置；E. 定位销的位置；F. 其他零部件的位置；（6）运用CAE等软件进行校核与验算；（7）通过指导教师和企业师傅的指导。 3.9、完成题目所需要的实验或实习条件1) 通过网络及图书馆获取相关资料；2) 自学相关科目的书籍；3) 拆装各种变速箱； 4）去汽车变速器制造工厂实习，了解变速器各项性能的测试。四、完成题目的工作计划为了很好的完成本次毕业设计，使之有条不紊的进行，现拟定工作计

18、划如下：2015.03.0103.07 对变速器相关理论的学习和了解，收集资料，查阅相关文献2015.03.0803.14 对NVH性能相关外文资料的查找与收集，并对其进行翻译2015.03.1503.21 完成汽车变速器NVH测试机械系统设计的开题报告 2015.03.2204.20 完成汽车变速器NVH测试机械系统设计 03.2203.26 方案的确定，熟悉AVL台架 03.2704.05 变速器支架与支架板零部件的参数计算和CAD绘图 04.0604.10 CAD图的修订并最终确定 04.1104.30 搭建NVH机械测试系统并调试2015.05.0105.25 变速器NVH测试实验及数

19、据分析 05.0105.06 对搭建好的系统进行半消声室声学鉴定 05.0705.15 变速器NVH测试 05.1605.24 分析及结论2015.05.2505.30 完成改进后变速器NVH（CAE分析）校核验证2015.05.3106.10 设计编写说明书 2015.06.1106.15 完善图纸，装订论文 2015.06.1507.02 答辩准备，答辩查阅资料、文献目录1 刘显臣主编. 汽车NVH综合技术，机械工业出版社，2014.2 S. A. Neild, P. D. McFadden, M. S. Williams, A review of timefrequency method

20、s for structural vibration analysis, Engineering Structures 25 (2003) 713728 。3 王佐民主编. 噪声与振动测量，科学出版社，2009.4 Donders S., Takahashi Y., Hadjit R., Van Langenhove T., Brughmans M., Van Genechten B. and Desmet W. A Reduced Beam and Joint Concept Modelling Approach to Optimize Global Vehicle Body Dynamic

21、s, Finite Elements in Analysis and Design 45, 439-455 (2009).5 Heylen W., Lammens S. and Sas P., Modal Analysis Theory and Testing, Second ed., Katholieke Universitiet Leuven, Department of Mechanichal Engineering, (1997).6 闻邦椿主编.机械设计手册5，机械工业出版社，2010.7 杨可桢主编.机械设计基础（第五版），高等教育出版社，2006.8 庞剑,谌江,何华. Over

22、view of Vehicle Noise & VibrationC. 2003年汽车振动噪声研讨会. 北京: 中国汽车工程学会, 2003, 1 10.9 何渝生,魏克严,洪宗林,孙祥根. 汽车振动学M. 北京: 人民交通出版社, 1990.10 王立华, 李润方, 林腾蛟, 杨成云. 斜齿圆柱齿轮传动系统的耦合振动分析J. 机械设计与研究, 2002, 18(5). 11 李润方, 陶泽光, 林腾蛟, 唐倩. 齿轮啮合内部动态激励数值模拟J. 机械传动. 25(2). 12 杨成云, 林腾蛟, 李润方, 杭华江. 增速箱系统固有特性和动态响应分析J. 中国机械工程, 2003, 14(5)

23、.13 王远程. 阶次分析在齿轮变速箱故障诊断中的应用D: 硕士学位论文. 上海: 同济大学, 2006. 14 盛美萍等. 噪声与振动控制技术基础M. 北京: 科学出版社, 2001. 15 应怀焦. 现代振动与噪声技术M. 北京: 航空工业出版社, 1997.16 Jason March, Andrew Ward and Colin Bennett. Achieving Diesel Vehicle Appeal Part1: Power-train NVH Perspective. SAE, 2005-01-2489. 17 李润方, 王建军. 齿轮系统动力学-振动、冲击、噪声M. 北京: 科学出版社, 1996: 1148, 353371.