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汽车传动轴的动态特性分析及减振设计

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摘要:汽车传动轴对汽车噪声性能以及振动有着直接影响。这就需要加强传动轴的动态特性分析,强化传动轴的减震设计,包括阻尼比、弹簧刚度、安装位置等。基于此,本文重点对汽车传动轴的动态特征与减振设计展开分析。

关键词:汽车传动轴;动态特性;减振设计;多体系统

随着我国工业技术不断发展,当今汽车交通工具也逐渐朝向高速、重载方向发展,这就造成了严重的机械振动问题,无法满足日常驾驶的舒适性要求,因此汽车减振也成为了当今企业领域重点关注的问题。汽车作为人们日常出行应用最为频繁的交通工具之一,汽车传动轴作为汽车动力重要的传输部件,在汽车高速行驶中,传动轴振动较大会给人们日常出行造成极大的危害,不仅会造成加速机件磨损,同时也会产生噪声污染问题,这就需要对传动轴动态特性与建设设计进行深度分析。

一、传动轴动态特性与减振设计的研究方法

当今关于传动轴设计主要采用的方法有弹性方程、扭转理论、梁理论。计算方法主要包括精准计算法、有限元法等。想要计算复杂多刚柔体系振动特点,需要采用多体系系统二阶微方程数值分析。但是这些理论方案在面临大工作量、矩阵阶此高的情况,设计十分困难,效率也无法得到保证。对于结构动力学问题来说,虽然采用有限元建模能够解决该问题,但是在复杂边界处理方面依然较为困难。此外,传动轴系统当中融合了很多烦着的结合面特点的刚柔振动系统,所以直接采用有限元方法也非常困难。针对有限元不足无法很好的划分内部腔体网络,并且动态特性与减振设计十分复杂,存在过多的原始信息数据,求解中所占计算机内存量非常大。但是应用传递矩阵法可以很好的解决这一问题,该技术能够实现集中建模,可以对弹性支撑、多支撑结构、多截面进行处理,对计算机内存要求较小,能够高效率解决传动轴组建弯曲振动、扭转振动、传动系统振动等问题,并且在实施过程中数值更加稳定。多体系统传递矩阵方法是传统传递方法所演变而来的,动力方程也是元件动力方程的组合形式,所涉及到的系统矩阵阶次相对较低,这样即可保障多刚柔体系动力学计算精度和效率。采用多体动力学传递矩阵可以实现传动系统建模。根据传动轴结构特点,并将整个结构简化处理为无质量梁、集中质量单元,根据单元受力特性构建动力方程,这样即可获得个单元传递矩阵。按照从左到右的流程,结合传递矩阵的原理,找到左右端截面状态矢量之间的关系,并采用矩阵关系表现方法,构成矩阵连乘的形式,并以此为基础引入边界条件,从而实现各个界面状态矢量求解。最后采用实验测试方法,找出传动轴的振动规律,确定动力吸振器安装位置,即可完成相关设计。

二、基于动态特性的汽车传动轴减振设计方案

(一)传动轴系统简化在减振设计当中,将传动轴中间轴管的位置设置成为截面,其中,两段结合面是重点和难点。结合传动轴各个受力单元的特性,可以将两端等速方向的结合面简化成为弹性阻尼铰。弹性阻尼铰主要是由做平行运动的弹簧和与其并联的阻尼器组成,分为刚体和柔体两种。在此基础上,将没有确定的未知量,也就是固有频率状态矢量与各个元器件传递矩阵,一起带入到边界状态矢量当中,这样即可得到特征方程。采用MATLAB求出固定频率,从而得到各个部位单元的状态矢量,从而获取传动轴的振型特征。

(二)动力吸振器参数设计在动力吸振器参数求解中,主要是采用质量感应方法,结合整个传动轴系统中的固有频率变化来获得等价值量。之后再利用传递矩阵方法求解传动轴的固有频率以及附加质量后的固有频率。这样即可让传递矩阵法以及质量感应法相结合获取动力吸振器的各项参数信息。以附件质量作为自变量,可以直接计算出等价质量。应用最小二乘法拟合方法,可以获得等价质量、附加质量的关系。

(三)减振试验在减振试验过程中,可以采用B&K设备,应用锤击法对传动轴振动特性进行检测。在确定前段型号、加速器传感器型号、力锤型号后,采用PULSE软件处理所采集的试验信息。并对试验数据和计算数据进行对比分析。在吸振器选择当中,由于单一吸振器制动效果不够理想,因此采用制动效果更高、运行更加稳定的多重动力吸振器,在简支条件下,模型节点中会有多个阶段的变形系数最大,并且模型中的共振峰值也更加显著。所以对具有峰值的单元进行减振设计即可。在传动轴振动峰值位置,采用动力吸振器。采用质量感应方法即可获得吸振等效质量信息。结合动力吸振器参数的最终设计结果,将附加动力吸振器和没有吸振器的参数进行对比,从而得出多重动力吸振器可以减少传动轴的最大振幅比。此外,传动轴系统中另外一个重要组成部分是滑动花键副,主要是由内、外花键组成,可以传递长度变化。在传动轴万向节、滑动花键副最大伸缩量设计当中,其主要是根据整车布置进行传动轴跳动校核确定的。通常情况下,还有可能产生传动轴管、空心轴管质量较小但是能够传输较大扭矩的情况,相比相同外径实心轴具备更高临界转速特性。

三、总结

综上所述,汽车传动轴的动态特性确定以及减振设计是十分繁杂的过程,而采用传递矩阵方法、构建动态力学特征,从而让减振设计更加灵活、简便,以最佳阻尼作为基础,确定动力吸振器最小附件质量,这样即可有效解决传动轴中刚柔零件耦合建模的问题,提高传动轴动力吸振器设计质量。

参考文献:

[1]谢柏林,张苗,周明刚,等.汽车传动轴的动态特性分析与减振设计[J].机械设计与制造,2018(6):258-259.

[2]潘宇.汽车传动轴总成静动态特性分析[J].机械强度,2017(4):899-903.

作者:蒋莉如 单位:江苏省淮安市高级职业技术学校

汽车工程师杂志责任编辑:张雨    阅读:人次