基于A D A M S振動仿真的傳動系統振動問題整改

黎仕增，張德華，周 偉，蔣銀靜

（1.廣西機電職業技術學院，廣西 南寧530007；2.柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州 541007；3.北海職業學院，廣西 北海 536000）

某6X2牽引車在重載爬坡約10 km/h車速時出現變速箱振動比較嚴重，嚴重影響了整車的舒適性。為了準確了解實際情況對實車進行現場測試，測試結果如下圖1所示。

圖1 重載爬坡（10k m/h）行駛振動測試結果

從上面的測試結果可以看出，當重載爬坡在10 km/h車速時Z向的振動加速度明顯出現了一個很大的峰值，Z向明顯大于X、Y向振動。同時對平路工況進行測試，結果表明平路振動量約為爬坡時各方向振動量的1/5～1/6.

1 理論分析

由于此車型的傳動軸采用不等速萬向節連接，根據其特性，傳動軸轉動時會產生2階振動，2階振動大小跟傳動軸夾角及傳遞的扭矩大小有關[1]，采用如下計算公式可以計算出1階頻率[2]。

式中，n為傳動軸理論平均轉速；R為驅動輪滾動半徑，為0.496 m；V為行車速度10 km/h；i是驅動橋總傳動比為4.11；2階為一階頻率的2倍，約為7.34 Hz，此頻率與測試出現的振動頻率7.5 Hz非常接近。

經計算在同車速10 km/h下，爬坡時傳動軸需要輸出的扭矩與平路行駛的比值約11倍[2]。車輛在雖然都有7.34 Hz的振動，但振動的幅值相差11倍，此振動相對于變速箱來說為激勵輸入，因此會導致變速箱振動明顯增加。

同時由于在此頻率下出現了振動峰值，判斷動力傳動的懸置系統某一階固有頻率可能接近于此7.5Hz.

2 系統固有模態仿真分析

在ADAMS中建立如下的振動仿真分析模型如圖2所示。

圖2 動力傳動系統振動仿真分析模型

如2圖所示，在ADAMS中建仿真分析模型已經實際的動力傳動及模型參數（發動機、變速箱、傳動軸質量及慣性參數和懸置參數及傳動軸夾角）[3，4]。

對建立的仿真模型進行系統固有模態分析，分析結果如下表1所示。

表1 系統固有模態分析結果

從上面的結果可以看出，動力傳動系統在7.83處出現Z向振動即發動機變速箱體上下振動，此系統的固有頻率與傳動軸輸入到變速箱的振動激勵頻率7.34 Hz非常接近，會導致變速箱振動響應增大。

在固有模態分析的基礎上，進行激勵頻域響應分析，激勵輸入位置為傳動軸2的末端（參見圖 2），大小為單位扭矩激勵正弦掃頻，提取變速箱的振動各方向響應（具體位置見圖 2）[3，4，5]。頻率響應分析結果如下圖3所示。

圖3 系統振動頻域響應分析結果

由上圖看出變速箱的Z向振動在7.8 Hz處出現了大的峰值，且Z向的響應要比X、Y向響應都要大，雖然圖中Z、Y向在3.5 Hz的出現波峰但實車在行駛過程中的變速箱受到的激勵頻率為7.34 Hz遠大于此頻率的因此實車不會出現3.4 Hz的大的振動響應，與實際測試結果（見圖1）趨勢吻合。

3 各整改方案仿真分析對比

基于前面的理論分析和動力學振動仿真分析結果。提出如下的改進思路：（1）減少傳動軸萬向節傳動夾角，從而減少傳動軸的振動，以此減少變速箱受到的激勵輸入，最終改善變速箱的振動；（2）改變變速箱處的懸置軟墊支撐，使系統的固有模態頻率避開7.8 Hz，從而改善變速箱在此頻率下的隔振效果；（3）加速傳動軸夾角的同時改變變速箱出的懸置支撐。

依據整改思路1：只改變傳動軸夾角設計，改進前后夾角數值如下表2所示。

表2 傳動軸夾角整改對比值

傳動軸夾角具體含義如下圖4所示。

圖4 傳動軸夾角示意圖

對傳動軸夾角減少前后進行單位激勵輸入頻域響應對比分析，分析結果如下圖5所示。

圖5 傳動軸夾角前后頻域響應分析對比

從上面的圖對比可以看出，系統明顯在Z向的振動響應有所改善，其它方向沒有很大的變化。

依據整改思路2只改變變速箱支撐懸置，變速箱支撐整改前后如下圖6所示。

圖6 變速箱支撐懸置整改前后方案

對變速箱支撐整改前后進行單位激勵輸入頻域響應對比分析，分析結果如下圖7所示。

圖7 變速箱支撐懸置整改前后頻域響應分析對比

圖9 傳動軸夾角整改前后測試對比

從上圖結果對比可以看出，改變變速箱支撐懸置后與原方案對比有明顯改善，效果比減少傳動軸夾角要好，同時曲線峰值點發生了一定的變化，說明系統固有模態頻率發生了一定的變化。

依據整改思路3即把前面的整改思路1和2結合，對整改前后的進行單位激勵頻域響應分析，具體結果如下圖8所示。

圖10 變速箱支撐懸置整改前后測試對比

圖8 方案3整改前后頻域響應分析對比

圖11 傳動夾角及變速箱支撐懸置整改前后測試對比

由上圖的分析結果對比可以看出，系統在7.8 Hz出的響應整改后大大減少，比方案1和2的效果都要好，同時響應的波峰發生了一定變化，完全避開了 7.8 Hz，從而實現了避開了激勵頻率[5，6]。

4 各整改方案實車測試驗證

基于前面的三種整改思路，重新設計動力傳動系統，然后進行測試提取7.5 Hz處各向加速度幅值，測結果變化如下下表3所示。

從上圖8、9、10整改前后的對比測試結果可以看出整改后效果有明顯改善，尤其是采用整改方案3后，取得非常效果，與各整改方案的仿真分析對比趨勢是一致，說明ADAMS振動仿真分析能有效的幫助我們分析解決相關振動問題。

5 結束語

表3 各整改方案測試結果列表

具體測試結果見圖9、10、11所示。

在ADAMS中建立仿真分析模型，仿真再現了實際測試中的振動問題現象。通過對問題的理論分析并在ADAMS中建立改進后模型進行振動仿真分析對比，驗證了改進思路的。最終依據整改方案改進實車設計并進行測試，測試結果與振動仿真分析結果效果一致，最終驗證了整改方案的合理性。通過ADAMS的振動仿真分析模塊，可以有效地解決動力傳動系統的相關振動問題。

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