汽车传动轴固有频率与振动问题的研究

６ ４
６ ２
６ Ｏ ５ ６ ５ ４ Ｏ
擘 ８ 鳝 ５
转 运 ／’ ｉ ｒｒ ｎ ａ
和
图５ 万向节叉和万向十字节
图７ 转速一振幅特性曲线
从 图７ 中可以看 出，水平弹 簧的振 幅 比较 曲折 ，随
着转 速增加 ，经历 了先减小后 增大又减小 的过 程 ；竖直 弹 簧的振幅随着转速 的增大 ，先 减小后增大 。其中 ，竖 直弹簧 的变化幅 度比较大。
瓣
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拉
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时 ，阻尼 为 ０２ ９ ／ ．３ Ｎｓｍｍ，阻 力 为 １ ０ Ｎ／ ０ ０ ｍ，设 计步
长 为００ １，仿真 时 间为 ０５ ．０ Ｓ ．ｓ，取以 下转 速进 行 计算
２ ００ ／ ｉ ５ ｒ ｍ ｎ， ２ ０ ／ ｉ ００ ｒ ｍ ｎ、 １ ０ ｒ ｍ ｉ ０ ／ ｎ、 １ ０ ／ ｉ ８ ５ ０ｒ ｍ ｎ、
轴管长 度／ ｍ
固有 频 率 ／ Ｈｚ
影响 ，为传动轴设 计人 员提供 了理 论依据 ，本次 分析总
降低 了车辆的舒适性。
为 了避 免共振 ，设计传动轴的 固有频率 时一定要 比 临界转速 （ 转动轴 的最高转速 ）对应 的频率高 出１％。 ５
固有频 率／ ｚ ２ ８ ３ １４ ｌ ９ ． ８ ． ５ ． Ｈ ｌ． ３ ． ８ ６ ４ ２ １ １７ ９ ５３ ６
长 期以 来 ，汽车 传 动系 统的 研制 一直 都采 用传 统 的力学方式 ，利 用替换质量 、传动 比和传动 效率 等概念
７ ２Ｈｇ第 卿 Ｍ Ｃ 瑗 代 零部 件 ８ ｏ
ｗｗ ￣ｍ ｃ１ ５ Ｃ ｍ ９ ０．Ｏ
由比较可知 道 ，实 际情 况中十字节 对单个传动轴轴 管 的影 响是 不可忽略的 。
Ｎ
～
４转速对传动轴振动的影响 ．
为 了进行试验 ，在传 动轴中 间支撑 位置安装水平弹 簧和竖 直弹 簧作为检验手 段。设传动轴 刚度为２ ７ ｍｍ ５ Ｎ／
０ ４ ．６５ ０ ５ ０ ４ ４ ．６６ ０ ００ １ ４ １ ３
到有 限元分析软件 中进 行分析 。利 用传统 力学试验 ，并
计算 了传动轴各部件 的 固定频率 ，分析 了频率 对振 动的
对２５ ．ｍｍ厚度 、不同长度 的轴管进行 分析时 ，分析
结果 如表４ 所示 。 表４ 不 同长度下 的固有频 率
一
固有频率做比较 ，分析 结果 如图４ 所示。 表２ 不同轴 管厚 度下 的固有频率
图２ 轴叉、花键轴叉图
传动轴各部件的固有频率解析
１ ． 轴管长度和 固有频率的关系
为 了研 究轴 管长 度 和 固有频 率的 关 系 ，先 控 制轴 管的厚度 ，对 各种长 度轴管的传动轴进行 动态分析 。这
从 图３ 以看 出 ，固有频 率的 曲线 图近 似于一 条二 可 次 曲线 ，因此可以将这种 分布情况总结成一个 二次 函数
表达式 。
图１ 传动轴结构图
２轴管厚度与固有频率的关系 ．
分 别对 厚 度 为 １５ ．ｍｍ、２ ｍｍ、２５ ．ｍｍ、３ ｍｍ、
３ ｍｍ，长 度为 １ ． ５ ｍ的轴管 （ 见表２ ）进行动 态分析 。取
来对机构进行运动 力学分析 ，加以反复试验 。这 是一种 简单 、直观的方法 。本文介 绍的是传统的试验方法加 以 ＵＧ 软件进行分析取证 。
善
瓣 骧 由轴管 、轴 叉、万向十字节 、花键轴 又
等组成 （ 图ｌ 图２ 见 和 ）。
图３ 长度和固有频率关系的曲线
图４ 轴 管厚度 与固有频翠 关系 曲线
１０ ｒ ｎ ０ ０／ ｎ、８ ０／ ｎ ２ ０／ 、１０ ｒ ｍｉ ｍｉ ０ ｒ 计算得 出弹簧振动如下 ｍｉ
３ 向节惯性 对传动轴固有频率的影响 ． 万
前面分析了传动轴周管长度、厚度对传动轴固频率
有影响 。其 实 ，传动轴 万向节轴 叉和 万向十字 节 （ 图 见
■ 柳州五菱汽车工业 有限公 司／ 陆建聚
陈再 智
黄小林
汽车传动轴 固有频率 与振动问题的研究
汽车 传 动 系统的振 动 、噪 声 问题 一直 是汽 车研 发
里分 别取长度为 ｌ ｍ、１５ ．ｍ、１８ ．ｍ、２ ｍ、２５ ．ｍ，厚度为 ２５ ｍ的轴管传 动轴 （ ．ｒ ａ 见表 １ ），对传动 轴进行动 态分 析 ，取一阶段固有频 率做 比较 ，结果如 图３ 所示。 表 １ 不 同轴管长度下的固有频率
十字节２
６０ ４Ｏ ．ｌ
表３ 万向节十字节参数
参 数／ 向 方
质 量／ ｇ ｋ
十 字节 ｌ
８ ３ ． ９８ ０
结语
本文利 用ＵＧ软 件建 立传 动轴三 维模 型 ，然后 导入
转动惯￣ ／ ・ ．ｇ ｋｍ
ｌ绕 轴 Ｊ绕 ｙ 由 ｒ 车 １ 绕ｚ轴
０２ ８ ． ４５ Ｏ ５ ．Ｏ ２ ７ Ｏ０ ８ ３ ．０ ６
轴 管 长 度／ ｍ ｌ １ ． ５ １ ． ８ ２ ２５ ．
过程 最关心的问题之一 。特 别是在汽车往复惯性 力、传
动轴 不平衡引起的惯性 力、传 动轴 固有频率的共 同作 用
下，引起 传动轴的一阶模态激 发产生共振 。共振通过前
悬挂 、后桥 等传到车身 ，使车 身内腔 产生轰鸣和噪声 ，
一
轴 管 厚 度／ ｍｍ 固有 频 率 ／ Ｈｚ
１ ． ５
２
２５ ．
３
３５ ．
２ ０８ ２ ８６ ２ ２７ ２ ４７ ２ ５１ １ ．１ ２ ．１ ４ ．９ ５ ．２ ６ ．３
同样 ，从 图４ 可以看 出，固有频率 数值 分布近似 于
条二次 曲线 ，是一条上升的二次 曲线 。
５ ）对传 动轴 固有频率 的影 响尤其 重要 ，因此 需要 进一 步 加强对万 向轴叉和万 向十字节 固有频率的研 究 ，分析 各 部件对传动轴 振动的影 响。万 向十 字节的具 体参数如
表３ 所示 。
（ ｌ 弹簧 为水平伸缩量 ，弹 簧２ 为竖直伸缩量 ）。
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