机械振动理论基础及其应用(张).

机车传动轴振动分析与仿真优化Vibration Analysis of Commercial Vehicle

Driveline

摘要:机车传动轴的振动及噪声直接影响了整车传动的平稳性与乘坐的舒适性,甚至影响到整车的可靠性。作为商用车制造厂,必须对传动轴的振动情况进行研究并对传动轴系进行合理的布置与设计,从根本上控制产生振动与噪声的因素。为了尽快解决某车型传动系振动带来的汽车传动轴中间支承横梁开裂的问题,本文应用了国内外的一些研究成果,从理论和试验两方面分析了某重型机车传动系振动的原因和机理,提出解决措施,并对传动系进行了优化设计。同时,本文还从系统论的观点出发,对传动系振动问题寻求最优解决方案。

关键词:传动轴系振动分析仿真优化

Abstract:The NVH of commercial-vehicle driveline directly affects easiness andsafety of the whole vehicle.In order to reduce the vibration and noise,it isnecessary for the vehicle manufacture to research the NVH of driveline and tocarry out rational layout and design to the driveline which is the fundamentalways of all.In this paper,some research results of the domestic and foreign havebeen applied to analyze the vibration of driveline theoretically andexperimentally.Furthermore,the vehicle chassis intermediate mounting crossmember abruption problem due to the vibration of driveline has been resolvedby optimizing the driveline layout.Based on system theory,this thesis givesout the optimal solution to the driveline vibration. Keywords: Vehicle Drive line;Vibration Analysis;Optimization

第一章引言

1.1课题背景和实际意义

机车是一个复杂的多自由度“质量—刚度—阻尼”振动系统,是由多个具有固有振动特性的子系统组成,如车身的垂直振动、纵向角振动和侧倾振动、发动机曲轴

的扭转振动、传动系统的振动等。这些不同形式的振动及其耦合,是影响汽车行驶平顺性、舒适性的主要原因,要改善汽车的整体性能,就必须对汽车的各

个系统的振动特性进行深入研究。车辆动力传动系的振动可分为弯曲振动和扭转振动,二者不仅有各自的振动特性,而且还存在一定程度的振动耦合,对车辆行驶平顺性、乘坐舒适性及动力传动系零部件使用寿命有着重要影响,因此对车辆动力传动系的整体振动进行深入细致的研究十分必要。

作为汽车传动系统的主要部件,传动轴在汽车行使过程中起着传递运动及转矩的作用。由于传动轴结构本身的运动学、动力学特点,不可避免地存在振动现象。传动轴的振动有许多危害,首先会产生噪声,影响汽车舒适性;其次会降低传动效率,

产生配合松动,甚至使元件断裂,从而导致事故的发生。传动轴振动的激励源主要是发动机,当量夹角过大、传动轴自身的不平衡、止口跳动量以及任何形式的旋转不平衡也会引起传动轴的振动。

合理地设计汽车传动轴系对解决汽车的振动和噪声问题是十分重要的,特别是我国汽车工业与发达国家差距还很大,随着我国道路条件的改善和车速的提高,汽车的振动、噪声问题将会越来越突出,是提高产品质量和竞争能力所必须解决的问题。

1.2动力传动系弯曲振动的研究

动力传动系的基本功用是产生和传递动力。在传递动力的同时,当激励频率与动力传动系固有频率相同或相近时,整个系统将发生弯曲共振,称之为动力传动系的弯曲振动。动力传动系弯曲振动在很宽频率范围内对车辆振动和噪声有着重要影响,动力传动系低频段内的弹性振动将会引起车辆结构共振和声学共振。近年来,随着对乘坐舒适性和汽车振动要求的提高,对动力传动系弯曲振动特性的进一步研究已显得十分迫切。

弯曲振动的激励主要为发动机的一、二阶转速、传动轴自身的不平衡、止口跳动量等任何形式的旋转不平衡和不同轴度也是引起弯曲振动的原因。旋转不平衡和

不同轴度可以通过提高加工精度来减小和消除,但弯曲振动的主要激励是客观存在的。因此,只能通过频率协调的方法,通过调整系统的固有频率,来避免系统的固有频率与激励频率相同或相近,达到减小和消除动力传动系弯曲振动的目的。

1.3 动力传动系弯曲振动的研究

动力传动系的基本功用是产生和传递动力。在传递动力的同时,当激励频率

与动力传动系固有频率相同或相近时,整个系统将发生弯曲共振,称之为动力传动系的弯曲振动。动力传动系弯曲振动在很宽频率范围内对车辆振动和噪声有着重要影响,动力传动系低频段内的弹性振动将会引起车辆结构共振和声学共振。近年来,随着对乘坐舒适性和汽车振动要求的提高,对动力传动系弯曲振动特性的进一步研究已显得十分迫切。

弯曲振动的激励主要为发动机的一、二阶转速、传动轴自身的不平衡、止口跳动量等任何形式的旋转不平衡和不同轴度也是引起弯曲振动的原因。旋转不平衡和不同轴度可以通过提高加工精度来减小和消除,但弯曲振动的主要激励是客观存在的。因此,只能通过频率协调的方法,通过调整系统的固有频率,来避免系统的固有频率与激励频率相同或相近,达到减小和消除动力传动系弯曲振动的目的。国内外在此方面进行了大量试验研究和理论研究。国外对动力传动系弯曲振动的研究起步较早,在理论研究方面取得一定进展,试验研究也较为成熟。建立由离散的集中质量、弹簧、阻尼器组成的力学模型是对动力传动系弯曲振动特性进行研究分析的一种行之有效的方法。

模态综合法是对动力传动系弯曲振动进行分析的有效方法,其基本思想是将动力传动系分为若干个子系统,在完成对各子系统的模态分析后,建立自由模态的综合方程,再利用平衡条件和约束条件将自由度简化,最后获得一个自由度大为缩减又保持了系统特性的运动方程,即组合系统方程。应用模态综合法,只需获得动力传动系各个子系统的模态参数,就可以通过计算分析给出整个动力传动系的模态参数,但各个子系统的模态参数还需要通过计算或模态试验获得。