汽車傳動軸的動態(tài)特性分析及減振設(shè)計

汽車傳動軸的動態(tài)特性分析及減振設(shè)計汽車傳動軸的動態(tài)特性分析及減振設(shè)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(qiáng)傳動軸的動態(tài)特性分析，強(qiáng)化傳動軸的減震設(shè)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(shè)計展開分析。關(guān)鍵詞：汽車傳動軸；動態(tài)特性；減振設(shè)計；多體系統(tǒng)隨著我國工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)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(yán)重的機(jī)械振動問題，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(dāng)今企業(yè)領(lǐng)域重點關(guān)注的問題。汽車作為人們?nèi)粘３鲂袘?yīng)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?nèi)粘３鲂性斐蓸O大的危害，不僅會造成加速機(jī)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(shè)設(shè)計進(jìn)行深度分析。一、傳動軸動態(tài)特性與減振設(shè)計的研究方法當(dāng)今關(guān)于傳動軸設(shè)計主要采用的方法有彈性方程、扭轉(zhuǎn)理論、梁理論。計算方法主要包括精準(zhǔn)計算法、有限元法等。想要計算復(fù)雜多剛?cè)狍w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面臨大工作量、矩陣階此高的情況，設(shè)計十分困難，效率也無法得到保證。對于結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題來說，雖然采用有限元建模能夠解決該問題，但是在復(fù)雜邊界處理方面依然較為困難。此外，傳動軸系統(tǒng)當(dāng)中融合了很多煩著的結(jié)合面特點的剛?cè)嵴駝酉到y(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(nèi)部腔體網(wǎng)絡(luò)，并且動態(tài)特性與減振設(shè)計十分復(fù)雜，存在過多的原始信息數(shù)據(jù)，求解中所占計算機(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題，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)集中建模，可以對彈性支撐、多支撐結(jié)構(gòu)、多截面進(jìn)行處理，對計算機(jī)內(nèi)存要求較小，能夠高效率解決傳動軸組建彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動、傳動系統(tǒng)振動等問題，并且在實施過程中數(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?cè)狍w系動力學(xué)計算精度和效率。采用多體動力學(xué)傳遞矩陣可以實現(xiàn)傳動系統(tǒng)建模。根據(jù)傳動軸結(jié)構(gòu)特點，并將整個結(jié)構(gòu)簡化處理為無質(zhì)量梁、集中質(zhì)量單元，根據(jù)單元受力特性構(gòu)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(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(guān)設(shè)計。二、基于動態(tài)特性的汽車傳動軸減振設(shè)計方案（一）傳動軸系統(tǒng)簡化在減振設(shè)計當(dāng)中，將傳動軸中間軸管的位置設(shè)置成為截面，其中，兩段結(jié)合面是重點和難點。結(jié)合傳動軸各個受力單元的特性，可以將兩端等速方向的結(jié)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(chǔ)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(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(shè)計在動力吸振器參數(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(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)合獲取動力吸振器的各項參數(shù)信息。以附件質(zhì)量作為自變量，可以直接計算出等價質(zhì)量。應(yīng)用最小二乘法擬合方法，可以獲得等價質(zhì)量、附加質(zhì)量的關(guān)系。（三）減振試驗在減振試驗過程中，可以采用B&K設(shè)備，應(yīng)用錘擊法對傳動軸振動特性進(jìn)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(jìn)行對比分析。在吸振器選擇當(dāng)中，由于單一吸振器制動效果不夠理想，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(jìn)行減振設(shè)計即可。在傳動軸振動峰值位置，采用動力吸振器。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)合動力吸振器參數(shù)的最終設(shè)計結(jié)果，將附加動力吸振器和沒有吸振器的參數(shù)進(jìn)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(nèi)、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(shè)計當(dāng)中，其主要是根據(jù)整車布置進(jìn)行傳動軸跳動校核確定的。通常情況下，還有可能產(chǎn)生傳動軸管、空心軸管質(zhì)量較小但是能夠傳輸較大扭矩的情況，相比相同外徑實心軸具備更高臨界轉(zhuǎn)速特性。三、總結(jié)綜上所述，汽車傳動軸的動態(tài)特性確定以及減振設(shè)計是十分繁雜的過程，而采用傳遞矩陣方法、構(gòu)建動態(tài)力學(xué)特征，從而讓減振設(shè)計更加靈活、簡便，以最佳阻尼作為基礎(chǔ)，確定動力吸振器最小附件質(zhì)量，這樣即可有效解決傳動軸中剛?cè)崃慵詈辖５膯栴}，提高傳動軸動力吸振器設(shè)計質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：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(shè)計J.機(jī)械設(shè)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(jī)械強(qiáng)度,2017(4):899-903.