传动轴共振实例解析

　　摘要：传动轴共振问题是汽车开发过程中经常碰到的问题，尤其是后驱或者四驱车中桥间传动轴。文章通过对传动轴共振实例进行分析，探讨了问题的症结和解决办法，为解决此类问题提供了一个比较明确的思路。

 

　　关键词：汽车传动轴;共振;传动轴模态;弯曲频率

 

　　近年来随着人民生活水平的日益提高，汽车从以前群众眼中的奢侈品变成了大众化的商品，开始逐渐走进了千家万户。随着国内汽车市场的火爆，国外汽车厂商纷纷涌入中国，国内汽车市场竞争变得非常激烈，人们对汽车的要求也开始从满足基本功能转变为比较好的舒适性。汽车厂家也开始在这方面花费越来越多的精力，其中NVH性能就是各大厂家主要公关的一个课题。传动轴由于其工作特性及结构特点导致其比较容易出现NVH问题，下面将就某公司一款SUV车型传动轴共振问题进行解析。

 

　　1传动轴共振问题

 

　　该公司这款SUV车型在开发阶段发现发动机转速在3500~4500rpm区域时车外噪音及车内噪音均增大很多，初步怀疑可能是传动轴振动导致，通过对问题车辆传动轴进行简单频响敲击试验，发现传动轴在200Hz以内存在三个共振点。以下是三个频率点的振型图：

 

　　由153Hz下的传动轴振型图可以看出该车型在发动机加速的过程中传动轴第一段轴管发生了弯曲振动。

 

　　按照该车发动机二阶频率要求，传动轴的一阶弯曲频率应该>174Hz，可见此设计状态下的传动轴在发动机加速过程中会与发动机发生共振现象。

 

　　2传动轴共振问题的解决方案

 

　　对比问题通过讨论确定了三个基本方向：一是消除振动激振源;二是调整传动轴模态，使其共振频率避开发动机常用频率范围;三是加装吸振装置，消减振动影响。

 

　　对以上三个方面进行分析可发现，该车型传动轴共振的激振源为发动机，所以没办法消除，只能考虑后两种方案。

 

　　3调整传动轴模态，提高传动轴一阶弯曲频率

 

　　通过以上公式可以看出，传动轴临界转速主要与传动轴轴管内外径、轴管长度有关。要提高传动轴一阶弯曲频率可以通过增加轴管内外径尺寸，或者减小轴管长度的方式实现，比较常见的做法是选取比现方案更粗的轴管管材及调整传动轴中间支撑的位置来改变两段轴的长度，但此方案则涉及到传动轴周边空间的是否允许轴管加粗、地板是否允许传动轴中间支架调整位置。

 

　　对以上所述进行分析后发现该车的情况不适用此方案，由此只能推进方案三。

 

　　4加装吸振装置，消减振动影响

 

　　通过之前对问题车辆的频响采集结果来看，传动轴确实存在共振问题。由于该问题属于设计问题，所以，为了更为准确的设计动力吸震器，需要实测一台全新车辆的传动轴共振情况，并且尽量模拟实车运行状态，激励由之前的力锤敲击改为发动机激励。按照以上分析对一台新车进行了测试，结果如F：

 

　　空挡加速过程中，传动轴第一段前三分之一位置处振动在发动机转速3700rpm时开始急剧增大，直到约4500rpm达到最大值，加速度幅值达~U283m/s。——该转速对应发动机二阶频率约150Hz。

 

　　通过理论计算确定合理的动力吸振器调谐比、耗散因子、质量、共振频率等参数，并对动力吸振器结构进行优化设计，对动力吸振器在轴管中的位置及装配方式进行优化，最终确定动力吸振器方案并试制样件，最终装车验证。

 

　　对传动轴加装了动力吸振器的车辆再次进行振动加速度测试，结果如下：

 

　　可以看出在发动机加速的过程中，传动轴振动改善很多，结合主观评价结果判断，增加动力吸振器的方案是有效的。

 

　　5结论

 

　　由本次分析可以看出解决传动轴共振问题可以有好几种方案，具体问题需要针对相应车型情况做出相应最优方案。

 

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