驱动桥是乘用车传动系统的重要组成部分，起到降速、增扭、改变动力传递方向的作用;由于处于传动系末端，承受扭矩工况恶劣、复杂，其要同时满足疲劳耐久、NVH 表现等诸多要求。随着客户要求的日益提高以及技术进步，乘用车噪声品质要求日益严苛，如何在兼顾疲劳耐久寿命前提下，提升驱动桥 NVH 表现，是驱动桥开发的重要考量因素，也是提升整车 NVH 表现的关键因素之一。
螺旋锥齿轮副作为驱动桥噪声问题的主要来源，其传递机理为由齿轮副啮合偏差产生的传递误差引起齿轮振动，通过轴承传递到壳体，由结构振动产生声辐射，从而形成噪声。因此，降低齿轮传递误差、优化系统刚度、降低峰值响应成为优化驱动桥 NVH 的主要方法。
从产品设计角度，应用系统仿真软件 MASTA、结合螺旋锥齿轮专用设计软件 Gems/Kimos，可以从源头上统筹开展激励源、传递路径、振动响应的系统优化，从而达成预测振动噪声风险的目的;在提升产品 NVH 品质的同时，将 NVH 开发提前到产品设计确定前，将极大减少产品设计周期及试验周期。
从生产加工角度，国内乘用车螺伞齿轮热后精加工除了采用磨齿工序外，通常还会增加研齿工序。一方面，通过研齿工艺改善接触区形态，优化传递误差，一定程度提高总成噪声表现;另一方面，研齿工艺也会少许改变齿面形貌，通过闭环控制手段，将研齿工艺形成的实际齿貌进行仿真分析，获取基于实际齿貌的齿轮副传递误差特性、驱动桥 NVH 特性，从而实现螺旋锥齿轮的设计生产闭环控制，这对于乘用车驱动桥 NVH 性能开发是非常有意义的。
以某乘用车驱动桥产品为例，本文通过零部件产品设计、系统仿真分析、生产工艺优化及闭环控制等手段，实现总成 NVH 优化，取得了良好效果，经过试验验证，证明了本方法的有效性和可行性，极具推广价值。
一、问题描述
本文研究的驱动桥总成进行台架 NVH 试验过程中，在驱动工况输入转速4200r/min时，出现齿轮啮合阶次超标问题，超出大约6dBA。
同批次驱动桥总成装车后，在整车 NVH 主观评价试验过程中，在驱动工况140km/h(对应主齿输入转速4200r/min左右)，车内可以感知到啸叫噪声;通过客观测试识别到12阶阶次噪声明显，与总计值差值较小，阶次噪声不满足要求。
台架试验和整车测试的滑行工况，主客观测试均没有问题。
通过台架试验、整车测试可以发现，NVH 问题均明确指向驱动工况、尤其是140km/h(对应主齿输入转速4200r/min左右)车速段，以此为导向开展系统性问题排查及 NVH 优化工作。
二、问题分析
驱动桥噪声产生机理分析：为满足螺旋锥齿轮加载后弯曲疲劳、接触疲劳性能，齿轮副需要进行齿面微观修形设计，从而导致齿轮副运转时会产生传递误差;另一方面，主减速器壳体在受载后的变形会导致齿轮副产生错位量，也会影响传递误差。
传递误差是驱动桥总成噪声的激励源，其引起的动态啮合力变化通过轴承等传递路径传递到壳体;经系统响应后，产生振动以及声辐射噪声。
总成系统模型搭建：利用 Masta软件，建立该驱动桥总成的仿真分析模型，其中，主减速器壳采用全有限元方式导入，在 Masta中运行缩聚，获得主减速器壳准确的刚度、质量和模态信息，从而获得准确的动力学仿真模型;螺旋锥齿轮设计数据由 GEMS/KIMOS等齿轮设计软件导入，行业内通常采用原始的、理论的齿轮设计数据，这样可以验证设计的可行性，并以此为依据按需开展齿轮设计优化。
上述仿真分析模型，还可以生成不同载荷阶段的齿轮副错位量信息，用于指导齿轮副微观修形设计。
齿轮设计回顾：考虑导入有限元壳体时的齿轮副错位量，结合齿轮加载后变形趋势，确定齿轮副的正驱空载接触区：齿长方向位于中间偏小端;齿高方向位于中间。
设计空载传动误差为40μrad左右。
齿轮加工：本文研究的齿轮在磨齿工序后加入了研齿工序。同批次成品齿轮副的齿貌：从动锥齿轮齿貌相对于理论齿貌的吻合度依旧很好;主动锥齿轮齿貌相对理论齿貌有一定差异。
在滚动检验机上进行接触区确认，实际接触区与理论接触区有一定差异，实际接触区更接近于倒三角形状，而理论接触区为菱形。
成品齿轮副实际齿貌、实际接触区形态均与理论设计有所差异。相比于基于原始理论设计的仿真分析，通过基于实际齿貌的仿真分析，获取基于实际齿貌的齿轮副传递误差特性、驱动桥 NVH 特性，可以更加准确的分析噪声问题点，针对性采取噪声优化手段，对产品开发更具有指导意义。
基于实际齿貌状态的齿轮特性分析：基于实际测量的齿面误差数据，利用 GEMS软件，将齿轮副的实际齿貌，反调为理论齿貌，形成基于实际齿貌的设计文件;以此为基础，利用 GEMS 软件，进行接触分析，如图14，仿真接触区结果与齿轮副实际接触区吻合很好。结合 MASTA 软件的错位量信息，进行加载接触分析计算。
通过对比原始设计文件与基于实际齿貌的设计文件仿真结果发现：实际加工的齿轮空载接触区偏齿顶，在加载后齿轮啮合最大应力值出现在齿顶部，相对应地，齿轮加载传递误差值也远高于原设计。
基于上述结论，本文通过研齿优化的方式，针对性地改善齿轮副接触区形态，从而改进实际传递误差状态。
三、优化方案及验证
研齿加工工艺优化：研齿不仅可以改善磨齿后的齿面微观状态，经过良好研齿的齿轮能够显著优化接触区形态、纠正不良接触区，从而使齿轮副啮合更加平稳，起到降低、甚至消除齿轮副啸叫噪声的作用。
基于前期试制齿轮副实际接触区形态及仿真结果，从多方面制定研齿工艺优化策略：降低扭矩、增加循环次数，在减小扭矩波动前提下，提升表面质量;增加齿顶研齿循环，减轻从齿齿顶接触;优化研齿路径，改善接触区形态。
从齿轮滚动检测结果可以看出，研齿工艺优化后，齿轮接触区改善明显：圆润饱满，位置适中。
仿真计算结果对比：齿轮进行研齿优化后，同样利用 GEMS软件，将研齿优化后的实际齿貌反调为新的理论齿貌，以此为基础，计算其空载传递误差，结合 MASTA 软件的错位量信息，计算加载传递误差。
从仿真效果看，研齿工艺优化后的齿轮传递误差降低明显，基本达到了原设计水平，甚至在加载传递误差表现方面略优于原设计。
齿轮副噪声和传递误差检测结果及对比：从检测结果可以看出，优化后齿轮副的噪声和传递误差均有明显改善。
总成装配：齿轮装配的优劣对总成 NVH 表现也有着很大的影响。在实际装配中，一般保证齿轮侧隙在要求范围内，齿轮接触区形态与齿轮副加工完成进行的滚动检测结果保持一致。
研齿优化件在总成状态下接触区形态如图23， 与齿轮副本身一致。
试验验证：对优化后驱动桥总成先后进行台架 NVH 试验、整车 NVH 主、客观评价。
从台架 NVH 试验可以看出，改进效果明显;全转速段阶次噪声均大幅降低，尤其是4200r/min转速段，相比改进前阶次噪声降低8dB以上。
整车 NVH 主观评价，在驱动工况全车速段没有啸叫噪声;通过客观测试识别的12阶阶次噪声，与总计值差值较大，以140km/h(对应主齿输入转速4200r/min左右)为例，差值接近20dB。
台架试验和整车测试的滑行工况，主、客观测试均没有问题。
综合来看，改进效果显著。
四、结 论
本文以某乘用车驱动桥为例，针对其在台架 NVH 测试不合格、整车 NVH 测试中出现啸叫的问题，采用设计生产闭环控制的 NVH 优化方法，针对项目开展实际情况，通过研齿工艺优化方式，改善了齿轮接触区形态，提升驱动桥总成 NVH 性能，实现了结合生产实际状态的闭环仿真能力提升与问题解决。经实际验证，本方法行之有效，为驱动桥 NVH 优化提供了新的可行思路，最终总结如下：
(1)螺旋锥齿轮实际加工误差在一定程度上影响驱动桥总成 NVH 表现，相比商用车齿轮用途而言，乘用车用途齿轮 NVH 特性更敏感，加之乘用车对 NVH 特性要求更高，因此，对于乘用车用螺旋锥齿轮的加工误差(比如接触区等)控制需要更严格。
(2)驱动桥 NVH 优化，需要从多维度统筹考虑，产品设计(齿轮设计、壳体设计等)、零部件质量(齿轮副接触区、壳体孔位加工精度等)、总成装配等方面;优化措施的选择，需要根据系统排查结论、结合项目实际开展情况，确定合理、有效的解决措施;最终目的是实现驱动桥总成状态最大化达成设计意图，从而发挥产品的最佳性能。
(3)仿真措施日趋完善，将 GEMS/KIMOS 等齿轮设计软件与 MASTA 系统仿真软件结合，可以进行基于齿轮实际加工状态的 NVH 仿真计算;经验证，该仿真计算准确，从而可以通过针对性的选择优化措施，最终实现设计、生产闭环控制的 NVH 仿真计算优化。
参考文献略.