羅歡
（重慶紅宇精密工業集團有限公司，重慶 402760）
試驗結果表明，在自動變速器中，油泵是主要的噪聲源，大約有70%的振動和噪聲來源于齒輪泵。內嚙合齒輪泵作為自動變速器的重要零部件之一，其噪聲的大小直接影響變速器的性能，噪聲過大會給駕駛者帶來不舒服的感受。振動和噪聲不僅有害于人們的身心健康，同時降低了齒輪泵的平穩性和壽命[1]。
內嚙合齒輪運行中的噪聲主要為機械噪聲，噪聲主要來源兩個方面。一是組成油泵系統各個子零件制造精度不夠，如齒形輪廓度較差、齒輪表面粗糙度值不高、安裝時軸線不平行或裝配零件的位置精度差等，均會造成較強的噪聲[2]。二是嚙合時的間隙過大。在漸開線內嚙合齒輪泵中，小齒輪和內齒輪之間通過安裝一塊月牙板把吸油腔和壓油腔隔開。齒輪運行中，當齒頂間隙過大時，其嚙合傳動不是連續的，每齒嚙合有短暫的沖擊。
某公司生產的一款DCT 自動變速器油泵剛剛進入批量生產，在客戶變速器磨合測試過程中，發現油泵存在異響噪聲，不合格比例最高達10%，累計已發現多套噪聲不合格油泵總成。對整個項目的大批量生產影響很大，解決油泵異響噪聲問題成為項目組現階段最為緊急的工作。
1.1 噪聲分析
項目組通過現場觀察發現，油泵總成在轉速1 500 r/min，油壓在200 kPa 左右時，會出現“咔咔”的聲音。重新對油泵進行性能試驗，異響仍然存在。取3 套異響油泵，和對標油泵（SHW）一起采用噪聲分析儀進行測試，分別對比在35 ℃和80 ℃時，油泵在800～1 200 r/min 及2 000～2 500 r/min 的聲壓與轉速曲線。試驗條件如下。
（1）油泵轉速為1 000 r/min，溫度為30 ℃，負載為600 kPa，運行10 min。
（2）急加速工況：轉速在1 min 內（盡量在10 s 內完成）從750 r/min 加速到3 000 r/min。
（3）油泵轉速維持在800～1 200 r/min，油泵出口壓力2×103kPa。
（4）油泵轉速維持在1 200～2 500 r/min，油泵出口壓力2×103kPa。
（5）各油泵總成在1 200～2 500 r/min，每隔50 r/min 取點測量的穩態噪聲。
試驗結果如圖1 和圖2 所示。通過對上述穩態噪聲結果分析，異響件油泵和對標件油泵在800～1 200 r/min 的低轉速時，噪聲水平無明顯區別。在1 200～2 500 r/min 的轉速時，有2件異響件油泵的噪聲略大于對標件油泵，同時對標件油泵的噪聲曲線波動最小。
圖1 35 ℃時的聲壓與轉速曲線
圖2 油泵在80 ℃時聲壓與轉速曲線
1.2 油泵在急加速測時的階次分析
檢測油泵在急加速測時的階次分析，如圖3～圖5 所示。通過對急加速工況的噪聲頻譜分析可以看出，異響油泵的噪聲在低頻時與對標件油泵相當，在高頻時略高于對標件油泵。從輸入軸的1 階、2 階和3 階噪聲來看，4 件油泵由轉子產生的噪聲趨勢一致，聲壓值交替變換。通過試驗可以判定，油泵產生異響不是來自轉子嚙合發出的直接噪聲。
圖3 各油泵輸入軸1 次噪聲對比
圖4 各油泵輸入軸2 次噪聲對比
圖5 各油泵輸入軸3 階次噪聲對比
1.3 拆解分析
（1）拆解異響油泵和無異響油泵各3 件，觀察內外轉子表面是否存在異常。經檢查，未發現表面存在異常。
（2）拆解異響油泵和無異響油泵，分別檢測油泵內、外轉子與內、外月牙板的間隙。經檢測，異響油泵內外轉子齒頂與內外月牙板間隙在0.020 mm 左右，無異響的油泵內外轉子齒頂與內外月牙板間隙在0.025 mm 左右（圖6）。
圖6 內外轉子與內外月牙齒頂間隙檢測方法
（3）對異響和無異響的油泵總成相互更換內外轉子后再次進行試驗驗證，裝配了異響油泵轉子的無異響油泵體依然存在異響。相反，裝配了無異響油泵轉子的異響油泵體依然無異響。
根據尺寸檢測和互換轉子驗證結果，項目組初步鎖定油泵總成異響的主要影響因素為內外轉子與內外月牙板之間的間隙。某個齒頂與月牙板間隙小于0.020 mm 的轉子異響概率最大。
1.4 內外轉子與內外月牙板間隙導致噪聲的原因分析
（1）內外轉子齒頂圓直徑波動較大，導致與內外月牙板之間的間隙波動較大，可能會導致異響的產生。
（2）油泵體內外月牙板面輪廓度雖然滿足公差要求，但波動較大，可能會導致異響的產生。
（3）油泵體轉子孔直徑公差過大，導致油泵體與內轉子之間的間隙波動過大，可能會導致異響的產生。
（4）油泵體襯套直徑較小，內轉子與油泵體襯套之間間隙過大，導致內轉子在性能試驗過程中側面擺動過大，可能會導致齒頂間隙波動過大，可能會導致異響的產生。
項目組決定針對上述原因，通過制作加大內外轉子與內外月牙板間隙、減小油泵體轉子孔直徑公差以及加大油泵體襯套外圓直徑3 種技術狀態油泵，每個狀態裝配50 套油泵總成進行異響驗證。驗證目的是測試能否解決或降低異響發生的概率。試驗結果如下。
2.1 加大內外轉子與月牙板間隙試驗
將內外轉子與月牙板間隙加大到0.030～0.080 mm，裝配50 套油泵總成進行磨合試驗。結果油泵異響依然存在，但數量比例下降到6%。有3 套油泵總成存在異響，同時出現了流量不合格的新問題；
有5 套油泵總成流量小于10 L，比例為10%。
2.2 減小油泵體轉子孔直徑公差試驗
將油泵體轉子孔直徑公差由φ70.000 mm（0，+0.030 mm）縮小到φ70.000 mm（0，+0.020 mm），減少外轉子徑向竄動量，裝配50 套油泵總成進行試驗磨合驗證。結果50 套油泵總成中有4 套油泵總成存在異響，異響比例8%左右。
2.3 加大油泵體襯套外圓直徑試驗
通過將油泵體襯套外徑加大0.005 mm，裝配50 套油泵總成進行異響試驗磨合驗證。結果50 套油泵總成中有5 套油泵總成存在異響，異響比例10%左右。
2.4 試驗驗證結論
（1）加大內外轉子與內外月牙板間隙后，油泵異響發生的比例由10%降低到了6%，改善有效率達40%，說明內外轉子與內外月牙板間隙調整對異響降低有顯著的影響。但還有3 套油泵總成還存在異響，通過檢測發現，3 套異響油泵的某個外轉子齒頂與月牙板間隙小于0.030 mm，無異響的間隙都大于0.030 mm。說明外轉子齒頂徑還存在波動較大的現象，針對外轉子與外月牙板間隙調整還需要進一步分析驗證。
（2）加大內外轉子與內外月牙板間隙后，有5 套油泵總成流量小于10 L，說明加大間隙對流量有影響，但異響比例明顯降低。通過檢測發現，異響油泵的部分外轉子齒頂與月牙板間隙大于0.080 mm，需要進一步減小外轉子齒頂與外月牙的間隙。
（3）加大油泵體襯套直徑后依然存在異響，此項改進工作無效果。
根據上述試驗結果，項目組將內外轉子與內外月牙板間隙控制在0.030～0.060 mm 再進行檢測（圖6），檢測時將轉子齒頂推/拉向月牙，用塞尺檢測月牙板中部間隙。驗證50 套油泵異響與流量合格情況，結果無異響出現。加大樣本量，對2 000套油泵進行噪聲測試，油泵總成異響不合格數量為0，合格率100%，證明優化內外轉子與內外月牙板間隙的措施有效。
根據前后2 次改進的噪聲試驗對比結果，以及后續3 萬套油泵總成的異響情況跟蹤，項目組認為，油泵內外轉子與內外月牙板之間的間隙過小是導致本款DCT 油泵產生異響的根本原因。
降低噪聲常用的方法有2 種。一種是被動降噪法，即將噪聲源與外界隔離，以阻斷噪聲的傳播；
同時在發動機艙周圍布置吸聲材料，也可以降低噪聲。另一種是主動降噪法，即直接消除產生的噪聲或減小噪聲。對于內嚙合齒輪泵來說，主要采用主動降噪法降低噪聲。根據內嚙合齒輪泵噪聲產生的機理和實際試驗分析，還可從其他幾方面降低噪聲。
（1）流量脈動和壓力脈動是齒輪泵的固有特性，流量脈動是造成壓力脈動的根源。齒輪的嚙合參數影響流量脈動系數，所以合理選擇齒輪參數可以降低流量脈動。
（2）對于內嚙合漸開線齒輪泵，采用變位齒輪能很好地消除輪齒的根切，使工作平穩并能顯著降低齒輪泵的噪聲。實驗結果表明，采用變位齒輪制成的齒輪泵與標準齒輪泵在同等條件下相比，噪聲可降低3～4 dB[3]。
（3）在保證齒輪泵內部高、低壓腔互不溝通的情況下，通過卸荷槽的合理設計，使困油容腔與油道相通，可以達到部分消除困油現象，從而降低噪聲和振動。
（4）理論和實踐都已證明，提高齒輪的制造精度，特別是工作平穩性精度是降低齒輪泵噪聲的一個重要措施。齒輪泵的噪聲隨著齒輪精度的提高明顯減小[4]。實驗結果表明，對同一種齒輪泵，制造精度提高一級，噪聲可下降4～5 dB[5]。
如何有效降低齒輪油泵的噪聲是一個復雜問題，有機械安裝不好引起的噪聲，也有流體流速及壓力的突然變化以及吸氣、密封配合等方面的原因產生的噪聲。另外，作為液壓泵的綠色設計，如何降噪也是一個重要的技術指標。只有綜合分析齒輪泵產生噪聲的原因，才能在設計和制造過程中采取有效降噪措施，滿足用戶對齒輪油泵靜音化的要求，拓展齒輪油泵的應用空間[6]。
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