汽車傳動軸的動態(tài)特性分析及減振設計

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1、汽車傳動軸的動態(tài)特性分析及減振設計 汽車傳動軸的動態(tài)特性分析及減振設計 2018/10/17 摘要：汽車傳動軸對汽車噪聲性能以及振動有著直接影響。這就需要加強傳動軸的動態(tài)特性分析，強化傳動軸的減震設計，包括阻尼比、彈簧剛度、安裝位置等?；诖?，本文重點對汽車傳動軸的動態(tài)特征與減振設計展開分析。 關鍵詞：汽車傳動軸；動態(tài)特性；減振設計；多體系統(tǒng) 隨著我國工業(yè)技術不斷發(fā)展，當今汽車交通工具也逐漸朝向高速、重載方向發(fā)展，這就造成了嚴重的機械

2、振動問題，無法滿足日常駕駛的舒適性要求，因此汽車減振也成為了當今企業(yè)領域重點關注的問題。汽車作為人們日常出行應用最為頻繁的交通工具之一，汽車傳動軸作為汽車動力重要的傳輸部件，在汽車高速行駛中，傳動軸振動較大會給人們日常出行造成極大的危害，不僅會造成加速機件磨損，同時也會產(chǎn)生噪聲污染問題，這就需要對傳動軸動態(tài)特性與建設設計進行深度分析。 一、傳動軸動態(tài)特性與減振設計的研究方法 當今關于傳動軸設計主要采用的方法有彈性方程、扭轉理論、梁理論。計算方法主要包括精準計算法、有限元法等。想要計算復雜多剛柔體系振動特點，需要采用多體系系統(tǒng)二階微方程數(shù)值分析。但是這些理論方案在

3、面臨大工作量、矩陣階此高的情況，設計十分困難，效率也無法得到保證。對于結構動力學問題來說，雖然采用有限元建模能夠解決該問題，但是在復雜邊界處理方面依然較為困難。此外，傳動軸系統(tǒng)當中融合了很多煩著的結合面特點的剛柔振動系統(tǒng)，所以直接采用有限元方法也非常困難。針對有限元不足無法很好的劃分內部腔體網(wǎng)絡，并且動態(tài)特性與減振設計十分復雜，存在過多的原始信息數(shù)據(jù)，求解中所占計算機內存量非常大。但是應用傳遞矩陣法可以很好的解決這一問題，該技術能夠實現(xiàn)集中建模，可以對彈性支撐、多支撐結構、多截面進行處理，對計算機內存要求較小，能夠高效率解決傳動軸組建彎曲振動、扭轉振動、傳動系統(tǒng)振動等問題，并且在實施過程中數(shù)值

4、更加穩(wěn)定。多體系統(tǒng)傳遞矩陣方法是傳統(tǒng)傳遞方法所演變而來的，動力方程也是元件動力方程的組合形式，所涉及到的系統(tǒng)矩陣階次相對較低，這樣即可保障多剛柔體系動力學計算精度和效率。采用多體動力學傳遞矩陣可以實現(xiàn)傳動系統(tǒng)建模。根據(jù)傳動軸結構特點，并將整個結構簡化處理為無質量梁、集中質量單元，根據(jù)單元受力特性構建動力方程，這樣即可獲得個單元傳遞矩陣。按照從左到右的流程，結合傳遞矩陣的原理，找到左右端截面狀態(tài)矢量之間的關系，并采用矩陣關系表現(xiàn)方法，構成矩陣連乘的形式，并以此為基礎引入邊界條件，從而實現(xiàn)各個界面狀態(tài)矢量求解。最后采用實驗測試方法，找出傳動軸的振動規(guī)律，確定動力吸振器安裝位置，即可完成相關設計。

5、 二、基于動態(tài)特性的汽車傳動軸減振設計方案 （一）傳動軸系統(tǒng)簡化在減振設計當中，將傳動軸中間軸管的位置設置成為截面，其中，兩段結合面是重點和難點。結合傳動軸各個受力單元的特性，可以將兩端等速方向的結合面簡化成為彈性阻尼鉸。彈性阻尼鉸主要是由做平行運動的彈簧和與其并聯(lián)的阻尼器組成，分為剛體和柔體兩種。在此基礎上，將沒有確定的未知量，也就是固有頻率狀態(tài)矢量與各個元器件傳遞矩陣，一起帶入到邊界狀態(tài)矢量當中，這樣即可得到特征方程。采用MATLAB求出固定頻率，從而得到各個部位單元的狀態(tài)矢量，從而獲取傳動軸的振型特征。 （二）動力吸振器參數(shù)設計在動力吸振器參

6、數(shù)求解中，主要是采用質量感應方法，結合整個傳動軸系統(tǒng)中的固有頻率變化來獲得等價值量。之后再利用傳遞矩陣方法求解傳動軸的固有頻率以及附加質量后的固有頻率。這樣即可讓傳遞矩陣法以及質量感應法相結合獲取動力吸振器的各項參數(shù)信息。以附件質量作為自變量，可以直接計算出等價質量。應用最小二乘法擬合方法，可以獲得等價質量、附加質量的關系。 （三）減振試驗在減振試驗過程中，可以采用B&K設備，應用錘擊法對傳動軸振動特性進行檢測。在確定前段型號、加速器傳感器型號、力錘型號后，采用PULSE軟件處理所采集的試驗信息。并對試驗數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)進行對比分析。在吸振器選擇當中，由于單一吸振器制動效

7、果不夠理想，因此采用制動效果更高、運行更加穩(wěn)定的多重動力吸振器，在簡支條件下，模型節(jié)點中會有多個階段的變形系數(shù)最大，并且模型中的共振峰值也更加顯著。所以對具有峰值的單元進行減振設計即可。在傳動軸振動峰值位置，采用動力吸振器。采用質量感應方法即可獲得吸振等效質量信息。結合動力吸振器參數(shù)的最終設計結果，將附加動力吸振器和沒有吸振器的參數(shù)進行對比，從而得出多重動力吸振器可以減少傳動軸的最大振幅比。此外，傳動軸系統(tǒng)中另外一個重要組成部分是滑動花鍵副，主要是由內、外花鍵組成，可以傳遞長度變化。在傳動軸萬向節(jié)、滑動花鍵副最大伸縮量設計當中，其主要是根據(jù)整車布置進行傳動軸跳動校核確定的。通常情況下，還有可能

8、產(chǎn)生傳動軸管、空心軸管質量較小但是能夠傳輸較大扭矩的情況，相比相同外徑實心軸具備更高臨界轉速特性。 三、總結 綜上所述，汽車傳動軸的動態(tài)特性確定以及減振設計是十分繁雜的過程，而采用傳遞矩陣方法、構建動態(tài)力學特征，從而讓減振設計更加靈活、簡便，以最佳阻尼作為基礎，確定動力吸振器最小附件質量，這樣即可有效解決傳動軸中剛柔零件耦合建模的問題，提高傳動軸動力吸振器設計質量。 參考文獻： [1]謝柏林,張苗,周明剛,等.汽車傳動軸的動態(tài)特性分析與減振設計[J].機械設計與制造,2018(6):258-259. [2]潘宇.汽車傳動軸總成靜動態(tài)特性分析[J].機械強度,2017(4):899-903.