驅動橋是乘用車傳動系統的重要組成部分，起到降速、增扭、改變動力傳遞方向的作用;由于處于傳動系末端，承受扭矩工況惡劣、復雜，其要同時滿足疲勞耐久、NVH 表現等諸多要求。隨著客戶要求的日益提高以及技術進步，乘用車噪聲品質要求日益嚴苛，如何在兼顧疲勞耐久壽命前提下，提升驅動橋 NVH 表現，是驅動橋開發的重要考量因素，也是提升整車 NVH 表現的關鍵因素之一。
螺旋錐齒輪副作為驅動橋噪聲問題的主要來源，其傳遞機理為由齒輪副嚙合偏差產生的傳遞誤差引起齒輪振動，通過軸承傳遞到殼體，由結構振動產生聲輻射，從而形成噪聲。因此，降低齒輪傳遞誤差、優化系統剛度、降低峰值響應成為優化驅動橋 NVH 的主要方法。
從產品設計角度，應用系統仿真軟件 MASTA、結合螺旋錐齒輪專用設計軟件 Gems/Kimos，可以從源頭上統籌開展激勵源、傳遞路徑、振動響應的系統優化，從而達成預測振動噪聲風險的目的;在提升產品 NVH 品質的同時，將 NVH 開發提前到產品設計確定前，將極大減少產品設計周期及試驗周期。
從生產加工角度，國內乘用車螺傘齒輪熱后精加工除了采用磨齒工序外，通常還會增加研齒工序。一方面，通過研齒工藝改善接觸區形態，優化傳遞誤差，一定程度提高總成噪聲表現;另一方面，研齒工藝也會少許改變齒面形貌，通過閉環控制手段，將研齒工藝形成的實際齒貌進行仿真分析，獲取基于實際齒貌的齒輪副傳遞誤差特性、驅動橋 NVH 特性，從而實現螺旋錐齒輪的設計生產閉環控制，這對于乘用車驅動橋 NVH 性能開發是非常有意義的。
以某乘用車驅動橋產品為例，本文通過零部件產品設計、系統仿真分析、生產工藝優化及閉環控制等手段，實現總成 NVH 優化，取得了良好效果，經過試驗驗證，證明了本方法的有效性和可行性，極具推廣價值。
一、問題描述
本文研究的驅動橋總成進行臺架 NVH 試驗過程中，在驅動工況輸入轉速4200r/min時，出現齒輪嚙合階次超標問題，超出大約6dBA。
同批次驅動橋總成裝車后，在整車 NVH 主觀評價試驗過程中，在驅動工況140km/h(對應主齒輸入轉速4200r/min左右)，車內可以感知到嘯叫噪聲;通過客觀測試識別到12階階次噪聲明顯，與總計值差值較小，階次噪聲不滿足要求。
臺架試驗和整車測試的滑行工況，主客觀測試均沒有問題。
通過臺架試驗、整車測試可以發現，NVH 問題均明確指向驅動工況、尤其是140km/h(對應主齒輸入轉速4200r/min左右)車速段，以此為導向開展系統性問題排查及 NVH 優化工作。
二、問題分析
驅動橋噪聲產生機理分析：為滿足螺旋錐齒輪加載后彎曲疲勞、接觸疲勞性能，齒輪副需要進行齒面微觀修形設計，從而導致齒輪副運轉時會產生傳遞誤差;另一方面，主減速器殼體在受載后的變形會導致齒輪副產生錯位量，也會影響傳遞誤差。
傳遞誤差是驅動橋總成噪聲的激勵源，其引起的動態嚙合力變化通過軸承等傳遞路徑傳遞到殼體;經系統響應后，產生振動以及聲輻射噪聲。
總成系統模型搭建：利用 Masta軟件，建立該驅動橋總成的仿真分析模型，其中，主減速器殼采用全有限元方式導入，在 Masta中運行縮聚，獲得主減速器殼準確的剛度、質量和模態信息，從而獲得準確的動力學仿真模型;螺旋錐齒輪設計數據由 GEMS/KIMOS等齒輪設計軟件導入，行業內通常采用原始的、理論的齒輪設計數據，這樣可以驗證設計的可行性，并以此為依據按需開展齒輪設計優化。
上述仿真分析模型，還可以生成不同載荷階段的齒輪副錯位量信息，用于指導齒輪副微觀修形設計。
齒輪設計回顧：考慮導入有限元殼體時的齒輪副錯位量，結合齒輪加載后變形趨勢，確定齒輪副的正驅空載接觸區：齒長方向位于中間偏小端;齒高方向位于中間。
設計空載傳動誤差為40μrad左右。
齒輪加工：本文研究的齒輪在磨齒工序后加入了研齒工序。同批次成品齒輪副的齒貌：從動錐齒輪齒貌相對于理論齒貌的吻合度依舊很好;主動錐齒輪齒貌相對理論齒貌有一定差異。
在滾動檢驗機上進行接觸區確認，實際接觸區與理論接觸區有一定差異，實際接觸區更接近于倒三角形狀，而理論接觸區為菱形。
成品齒輪副實際齒貌、實際接觸區形態均與理論設計有所差異。相比于基于原始理論設計的仿真分析，通過基于實際齒貌的仿真分析，獲取基于實際齒貌的齒輪副傳遞誤差特性、驅動橋 NVH 特性，可以更加準確的分析噪聲問題點，針對性采取噪聲優化手段，對產品開發更具有指導意義。
基于實際齒貌狀態的齒輪特性分析：基于實際測量的齒面誤差數據，利用 GEMS軟件，將齒輪副的實際齒貌，反調為理論齒貌，形成基于實際齒貌的設計文件;以此為基礎，利用 GEMS 軟件，進行接觸分析，如圖14，仿真接觸區結果與齒輪副實際接觸區吻合很好。結合 MASTA 軟件的錯位量信息，進行加載接觸分析計算。
通過對比原始設計文件與基于實際齒貌的設計文件仿真結果發現：實際加工的齒輪空載接觸區偏齒頂，在加載后齒輪嚙合最大應力值出現在齒頂部，相對應地，齒輪加載傳遞誤差值也遠高于原設計。
基于上述結論，本文通過研齒優化的方式，針對性地改善齒輪副接觸區形態，從而改進實際傳遞誤差狀態。
三、優化方案及驗證
研齒加工工藝優化：研齒不僅可以改善磨齒后的齒面微觀狀態，經過良好研齒的齒輪能夠顯著優化接觸區形態、糾正不良接觸區，從而使齒輪副嚙合更加平穩，起到降低、甚至消除齒輪副嘯叫噪聲的作用。
基于前期試制齒輪副實際接觸區形態及仿真結果，從多方面制定研齒工藝優化策略：降低扭矩、增加循環次數，在減小扭矩波動前提下，提升表面質量;增加齒頂研齒循環，減輕從齒齒頂接觸;優化研齒路徑，改善接觸區形態。
從齒輪滾動檢測結果可以看出，研齒工藝優化后，齒輪接觸區改善明顯：圓潤飽滿，位置適中。
仿真計算結果對比：齒輪進行研齒優化后，同樣利用 GEMS軟件，將研齒優化后的實際齒貌反調為新的理論齒貌，以此為基礎，計算其空載傳遞誤差，結合 MASTA 軟件的錯位量信息，計算加載傳遞誤差。
從仿真效果看，研齒工藝優化后的齒輪傳遞誤差降低明顯，基本達到了原設計水平，甚至在加載傳遞誤差表現方面略優于原設計。
齒輪副噪聲和傳遞誤差檢測結果及對比：從檢測結果可以看出，優化后齒輪副的噪聲和傳遞誤差均有明顯改善。
總成裝配：齒輪裝配的優劣對總成 NVH 表現也有著很大的影響。在實際裝配中，一般保證齒輪側隙在要求范圍內，齒輪接觸區形態與齒輪副加工完成進行的滾動檢測結果保持一致。
研齒優化件在總成狀態下接觸區形態如圖23， 與齒輪副本身一致。
試驗驗證：對優化后驅動橋總成先后進行臺架 NVH 試驗、整車 NVH 主、客觀評價。
從臺架 NVH 試驗可以看出，改進效果明顯;全轉速段階次噪聲均大幅降低，尤其是4200r/min轉速段，相比改進前階次噪聲降低8dB以上。
整車 NVH 主觀評價，在驅動工況全車速段沒有嘯叫噪聲;通過客觀測試識別的12階階次噪聲，與總計值差值較大，以140km/h(對應主齒輸入轉速4200r/min左右)為例，差值接近20dB。
臺架試驗和整車測試的滑行工況，主、客觀測試均沒有問題。
綜合來看，改進效果顯著。
四、結 論
本文以某乘用車驅動橋為例，針對其在臺架 NVH 測試不合格、整車 NVH 測試中出現嘯叫的問題，采用設計生產閉環控制的 NVH 優化方法，針對項目開展實際情況，通過研齒工藝優化方式，改善了齒輪接觸區形態，提升驅動橋總成 NVH 性能，實現了結合生產實際狀態的閉環仿真能力提升與問題解決。經實際驗證，本方法行之有效，為驅動橋 NVH 優化提供了新的可行思路，最終總結如下：
(1)螺旋錐齒輪實際加工誤差在一定程度上影響驅動橋總成 NVH 表現，相比商用車齒輪用途而言，乘用車用途齒輪 NVH 特性更敏感，加之乘用車對 NVH 特性要求更高，因此，對于乘用車用螺旋錐齒輪的加工誤差(比如接觸區等)控制需要更嚴格。
(2)驅動橋 NVH 優化，需要從多維度統籌考慮，產品設計(齒輪設計、殼體設計等)、零部件質量(齒輪副接觸區、殼體孔位加工精度等)、總成裝配等方面;優化措施的選擇，需要根據系統排查結論、結合項目實際開展情況，確定合理、有效的解決措施;最終目的是實現驅動橋總成狀態最大化達成設計意圖，從而發揮產品的最佳性能。
(3)仿真措施日趨完善，將 GEMS/KIMOS 等齒輪設計軟件與 MASTA 系統仿真軟件結合，可以進行基于齒輪實際加工狀態的 NVH 仿真計算;經驗證，該仿真計算準確，從而可以通過針對性的選擇優化措施，最終實現設計、生產閉環控制的 NVH 仿真計算優化。
參考文獻略.