汽車(chē)傳動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)特性分析及減振設(shè)計(jì)

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1、汽車(chē)傳動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)特性分析及減振設(shè)計(jì)汽車(chē)傳動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)特性分析及減振設(shè)計(jì) 2018/10/17 摘要：汽車(chē)傳動(dòng)軸對(duì)汽車(chē)噪聲性能以及振動(dòng)有著直接影響。這就需要加強(qiáng)傳動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)特性分析，強(qiáng)化傳動(dòng)軸的減震設(shè)計(jì)，包括阻尼比、彈簧剛度、安裝位置等。基于此，本文重點(diǎn)對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)特征與減振設(shè)計(jì)展開(kāi)分析。關(guān)鍵詞：汽車(chē)傳動(dòng)軸；動(dòng)態(tài)特性；減振設(shè)計(jì)；多體系統(tǒng)隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)今汽車(chē)交通工具也逐漸朝向高速、重載方向發(fā)展，這就造成了嚴(yán)重的機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足日常駕駛的舒適性要求，因此汽車(chē)減振也成為了當(dāng)今企業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。汽車(chē)作為人們?nèi)粘３鲂袘?yīng)用最為頻繁的交通工具之一，汽車(chē)傳動(dòng)軸作為汽車(chē)動(dòng)力重要的傳輸

2、部件，在汽車(chē)高速行駛中，傳動(dòng)軸振動(dòng)較大會(huì)給人們?nèi)粘３鲂性斐蓸O大的危害，不僅會(huì)造成加速機(jī)件磨損，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生噪聲污染問(wèn)題，這就需要對(duì)傳動(dòng)軸動(dòng)態(tài)特性與建設(shè)設(shè)計(jì)進(jìn)行深度分析。一、傳動(dòng)軸動(dòng)態(tài)特性與減振設(shè)計(jì)的研究方法當(dāng)今關(guān)于傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)主要采用的方法有彈性方程、扭轉(zhuǎn)理論、梁理論。計(jì)算方法主要包括精準(zhǔn)計(jì)算法、有限元法等。想要計(jì)算復(fù)雜多剛?cè)狍w系振動(dòng)特點(diǎn)，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面臨大工作量、矩陣階此高的情況，設(shè)計(jì)十分困難，效率也無(wú)法得到保證。對(duì)于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題來(lái)說(shuō)，雖然采用有限元建模能夠解決該問(wèn)題，但是在復(fù)雜邊界處理方面依然較為困難。此外，傳動(dòng)軸系統(tǒng)當(dāng)中融合了很多煩著的結(jié)合面特

3、點(diǎn)的剛?cè)嵴駝?dòng)系統(tǒng)，所以直接采用有限元方法也非常困難。針對(duì)有限元不足無(wú)法很好的劃分內(nèi)部腔體網(wǎng)絡(luò)，并且動(dòng)態(tài)特性與減振設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，存在過(guò)多的原始信息數(shù)據(jù)，求解中所占計(jì)算機(jī)內(nèi)存量非常大。但是應(yīng)用傳遞矩陣法可以很好的解決這一問(wèn)題，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)集中建模，可以對(duì)彈性支撐、多支撐結(jié)構(gòu)、多截面進(jìn)行處理，對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存要求較小，能夠高效率解決傳動(dòng)軸組建彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)等問(wèn)題，并且在實(shí)施過(guò)程中數(shù)值更加穩(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(lái)的，動(dòng)力方程也是元件動(dòng)力方程的組合形式，所涉及到的系統(tǒng)矩陣階次相對(duì)較低，這樣即可保障多剛?cè)狍w系動(dòng)力學(xué)計(jì)算精度和效率。采用多體動(dòng)力學(xué)傳遞矩陣可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)

4、系統(tǒng)建模。根據(jù)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并將整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化處理為無(wú)質(zhì)量梁、集中質(zhì)量單元，根據(jù)單元受力特性構(gòu)建動(dòng)力方程，這樣即可獲得個(gè)單元傳遞矩陣。按照從左到右的流程，結(jié)合傳遞矩陣的原理，找到左右端截面狀態(tài)矢量之間的關(guān)系，并采用矩陣關(guān)系表現(xiàn)方法，構(gòu)成矩陣連乘的形式，并以此為基礎(chǔ)引入邊界條件，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)界面狀態(tài)矢量求解。最后采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，找出傳動(dòng)軸的振動(dòng)規(guī)律，確定動(dòng)力吸振器安裝位置，即可完成相關(guān)設(shè)計(jì)。二、基于動(dòng)態(tài)特性的汽車(chē)傳動(dòng)軸減振設(shè)計(jì)方案（一）傳動(dòng)軸系統(tǒng)簡(jiǎn)化在減振設(shè)計(jì)當(dāng)中，將傳動(dòng)軸中間軸管的位置設(shè)置成為截面，其中，兩段結(jié)合面是重點(diǎn)和難點(diǎn)。結(jié)合傳動(dòng)軸各個(gè)受力單元的特性，可以將兩端等速方向的結(jié)合面簡(jiǎn)化成為

5、彈性阻尼鉸。彈性阻尼鉸主要是由做平行運(yùn)動(dòng)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(chǔ)上，將沒(méi)有確定的未知量，也就是固有頻率狀態(tài)矢量與各個(gè)元器件傳遞矩陣，一起帶入到邊界狀態(tài)矢量當(dāng)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(gè)部位單元的狀態(tài)矢量，從而獲取傳動(dòng)軸的振型特征。（二）動(dòng)力吸振器參數(shù)設(shè)計(jì)在動(dòng)力吸振器參數(shù)求解中，主要是采用質(zhì)量感應(yīng)方法，結(jié)合整個(gè)傳動(dòng)軸系統(tǒng)中的固有頻率變化來(lái)獲得等價(jià)值量。之后再利用傳遞矩陣方法求解傳動(dòng)軸的固有頻率以及附加質(zhì)量后的固有頻率。這樣即可讓傳遞矩陣法以及質(zhì)量感應(yīng)法相結(jié)合獲取動(dòng)力吸振器的各項(xiàng)參數(shù)信息。以附件質(zhì)量作為自變量，可以直接計(jì)算出

6、等價(jià)質(zhì)量。應(yīng)用最小二乘法擬合方法，可以獲得等價(jià)質(zhì)量、附加質(zhì)量的關(guān)系。（三）減振試驗(yàn)在減振試驗(yàn)過(guò)程中，可以采用B&K設(shè)備，應(yīng)用錘擊法對(duì)傳動(dòng)軸振動(dòng)特性進(jìn)行檢測(cè)。在確定前段型號(hào)、加速器傳感器型號(hào)、力錘型號(hào)后，采用PULSE軟件處理所采集的試驗(yàn)信息。并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。在吸振器選擇當(dāng)中，由于單一吸振器制動(dòng)效果不夠理想，因此采用制動(dòng)效果更高、運(yùn)行更加穩(wěn)定的多重動(dòng)力吸振器，在簡(jiǎn)支條件下，模型節(jié)點(diǎn)中會(huì)有多個(gè)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(duì)具有峰值的單元進(jìn)行減振設(shè)計(jì)即可。在傳動(dòng)軸振動(dòng)峰值位置，采用動(dòng)力吸振器。采用質(zhì)量感應(yīng)方法即可獲得吸振等效質(zhì)量信息。結(jié)合動(dòng)力吸

7、振器參數(shù)的最終設(shè)計(jì)結(jié)果，將附加動(dòng)力吸振器和沒(méi)有吸振器的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而得出多重動(dòng)力吸振器可以減少傳動(dòng)軸的最大振幅比。此外，傳動(dòng)軸系統(tǒng)中另外一個(gè)重要組成部分是滑動(dòng)花鍵副，主要是由內(nèi)、外花鍵組成，可以傳遞長(zhǎng)度變化。在傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)、滑動(dòng)花鍵副最大伸縮量設(shè)計(jì)當(dāng)中，其主要是根據(jù)整車(chē)布置進(jìn)行傳動(dòng)軸跳動(dòng)校核確定的。通常情況下，還有可能產(chǎn)生傳動(dòng)軸管、空心軸管質(zhì)量較小但是能夠傳輸較大扭矩的情況，相比相同外徑實(shí)心軸具備更高臨界轉(zhuǎn)速特性。三、總結(jié)綜上所述，汽車(chē)傳動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)特性確定以及減振設(shè)計(jì)是十分繁雜的過(guò)程，而采用傳遞矩陣方法、構(gòu)建動(dòng)態(tài)力學(xué)特征，從而讓減振設(shè)計(jì)更加靈活、簡(jiǎn)便，以最佳阻尼作為基礎(chǔ)，確定動(dòng)力吸振器最小附件質(zhì)量，這樣即可有效解決傳動(dòng)軸中剛?cè)崃慵詈辖５膯?wèn)題，提高傳動(dòng)軸動(dòng)力吸振器設(shè)計(jì)質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1謝柏林,張苗,周明剛,等.汽車(chē)傳動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)特性分析與減振設(shè)計(jì)J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2018(6):258-259.2潘宇.汽車(chē)傳動(dòng)軸總成靜動(dòng)態(tài)特性分析J.機(jī)械強(qiáng)度,2017(4):899-903.