花键噪声预测
（上篇）
By SMT_UK
花键噪声的特征为多阶的低阶轴次的低频轰鸣。该噪声普遍出现在电动汽车动力总成中，产生根源是电机转子与变速箱输入轴之间的花键连接位置受激励，由各类加工制造误差相互耦合作用引发。
本文将介绍如何借助 SMT 公司 MASTA 软件，对一款采用三轴承输入轴总成结构的新式电动汽车变速箱开展花键噪声预测分析。
图 搭载三轴承输入总成（转子 + 变速箱输入轴）结构的电动汽车动力总成
一、花键噪声产生机理
花键副上旋转交变载荷与静态偏载相互耦合，激发轴系弯曲模态，进而产生噪声。两类载荷均来源于制造误差，主要分为花键齿距误差与轴承径向偏移误差。
花键齿距误差会改变齿厚与齿间间距。误差会使得部分齿副先发生接触并产生弯曲变形，各齿副接触状态随之不断变化。由此产生与转轴同步旋转的合成径向力。轴承之间的径向不对中会在花键上施加静态载荷。
若轴承布置于壳体总成的不同部件上，壳体自身的装配错位就会造成轴承不对中。上述载荷属于转轴一阶旋转阶次载荷，但两类载荷相互耦合后，系统会产生多阶低阶次响应。该现象即为花键低频轰鸣。
如需在 MASTA 中预测花键低频轰鸣，需使用两大功能模块：
1.高级系统变形（ASD）模块：准静态稳态分析工具。用于准静态稳态分析。该模块可快速估算花键处产生的激励力，但无法表征花键低频轰鸣对应的非线性动力学行为。适用于方案早期快速完成结构布局雏形推演；同时可直观展示、解析轰鸣背后的作用机理，本文后续将利用该模块开展机理分析。
2.MASTA Dynamics 时域动力学模块：全 6 自由度时域多体动力学求解器。完备六自由度时域多体动力学求解。花键低频轰鸣包含非线性刚度效应以及共振区响应，必须通过时域分析才能精准建模。由于分析复杂度高、计算耗时更长，该模块更适合设计后期使用，为最终方案提供仿真置信支撑。
二、输入轴总成三轴承结构布局
本次研究选用的动力总成输入轴采用三轴承支撑结构：转子轴嵌套在变速箱输入轴下方，二者通过侧装式花键完成连接。相比传统四轴承方案，该结构具备两大优势：成本更低、整体布置更紧凑；短板在于紧凑化设计会提升后期维护难度。
三、基于高级系统变形（ASD）的稳态啸叫分析
图 花键齿距误差
我们先通过 ASD 模块解析啸叫底层机理，并求解花键位置激励载荷：
图 基于 ASD 得到的花键作用力与接触状态
观察转轴旋转一圈的花键特性，可看到花键齿接触状态与载荷均发生变化，二者均由上述两类制造误差决定。
当齿距误差最大的齿（红色三角标识）所受作用力方向与轴承偏心误差的作用方向相反时，花键载荷达到峰值。该时刻参与啮合的花键齿数量最少。与之相反，在旋转周期内部分区间，两类误差的作用效果相互抵消，合成作用力趋近于零。
对相同结果开展频域分析可见，花键作用力呈现出轰鸣所特有的多阶次特征：
以上内容转载自SMT_UK网站。中文翻译仅供参考，所有内容以英文原文为准。
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