傳動軸共振問題解析

朱建波，徐文玲，何凱欣，董松梅

（廣州汽車集團(tuán)乘用車有限公司技術(shù)中心，廣東 廣州 511434）

傳動軸共振問題解析

朱建波，徐文玲，何凱欣，董松梅

（廣州汽車集團(tuán)乘用車有限公司技術(shù)中心，廣東 廣州 511434）

傳動軸共振問題是后驅(qū)或四驅(qū)車型開發(fā)階段經(jīng)常遇到的異響問題之一，尤其是汽車的中間傳動軸。文章通過對某車型傳動軸共振問題進(jìn)行實(shí)例解析，探討了問題的現(xiàn)象及解決方案，為有效解決此類問題提供了較為明確的方法，也為后續(xù)車型的開發(fā)及平臺化提供了解決思路。

汽車傳動軸；共振；吸振器

引言

隨著人們生活水平的提高，汽車開始逐漸的走進(jìn)千家萬戶，且人們在追求速度之余，越來越重視汽車的動力性、舒適性及操控性，各汽車廠家也越來越投入更多的精力研究與匹配，其中整車NVH性能是其中主要課題之一。傳動軸由于在使用過程中的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高，并且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以不可避免的存在NVH問題，下面將就某公司一款SUV車型傳動軸共振問題進(jìn)行實(shí)例解析。

1 傳動軸共振的NVH問題

汽車在行駛過程中經(jīng)常會向傳動軸傳遞各種激振，尤其是發(fā)動機(jī)等動力單元往復(fù)慣性力與傳動軸不平衡產(chǎn)生的慣性力沖擊最為明顯。傳動軸的固有頻率與傳動軸的尺寸、材料特性及邊界條件有關(guān)。該公司這款SUV車型在開發(fā)試制階段發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在約2300r/min時有明顯的“嗡嗡”共振轟鳴音，初步懷疑可能是傳動軸振動導(dǎo)致。通過對此車型四驅(qū)加速噪聲振動測試，對試驗(yàn)彩圖分析，車內(nèi)150Hz左右產(chǎn)生共振，通過對傳動軸模態(tài)分析，傳動軸一階彎曲模態(tài)為154Hz左右，此時若被動力總成激起，剛好吻合發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速2300rpm的四階頻率。

圖1 原狀態(tài)傳動軸車輛加速噪聲振動測試彩圖

圖2 一階彎曲模態(tài)頻率試驗(yàn)曲線圖

2 傳動軸共振問題的解決方案

一般傳動軸共振問題的解決方案有三個方向：一是消除傳動軸的振動激振源；二是調(diào)整傳動軸的模態(tài)，使傳動軸的模態(tài)避開發(fā)動機(jī)常用的頻率范圍；三是傳動軸增加吸振裝置，消除振動的影響。

而一般傳動軸的振動激勵源為發(fā)動機(jī)，更改發(fā)動機(jī)工作量非常巨大，故只能考慮后兩種方案。

2.1 調(diào)整傳動軸模態(tài)

式中，nc：傳動軸臨界轉(zhuǎn)速，r/min；D：傳動軸外徑，mm；d：傳動軸內(nèi)徑，mm；L：傳動軸長度。

通過上述公式可以看出，傳動軸臨界轉(zhuǎn)速主要與傳動軸軸管的內(nèi)外徑、軸管長度有關(guān)。要提高傳動軸的一階彎曲頻率需要增加傳動軸軸管內(nèi)外徑的尺寸，或者減小軸管的長度的方式實(shí)現(xiàn)。比較常見的方式有以下幾種：第一，調(diào)整中間支撐的位置來改變兩段軸管的長度；第二，傳動軸軸管采用空心軸管，空心軸可以降低傳動軸的質(zhì)量，增大管徑的尺寸，提高軸管的扭轉(zhuǎn)和彎曲強(qiáng)度。上述兩種方案設(shè)計(jì)到此款車型傳動軸周邊的布置，能否滿足傳動軸軸管尺寸增大及整車地板是否能夠允許調(diào)整傳動軸中間支撐位置。

通過對整車布置、改動量大小及經(jīng)濟(jì)性考慮不適用上述方案，所以只能選擇在傳動軸增加吸振裝置的方案。

2.2 傳動軸軸管增加吸振器，消減振動

車內(nèi)的轟鳴聲與激振力能量、頻率相關(guān)，也和車身自己的振動響應(yīng)有關(guān)聯(lián)。若能改變激振的能量與頻率，則能消除整車內(nèi)的轟鳴音，因此在傳動軸軸管增加吸振器能夠解決整車內(nèi)的轟鳴，也是目前普遍使用且經(jīng)濟(jì)性較好的方法。

D檔加速，2300rpm附近存在轟鳴，噪聲階次為四階。通過理論計(jì)算確定合理的傳動軸吸振器調(diào)諧比、質(zhì)量、耗散因子及共振頻率等重要參數(shù)，并對吸振器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和吸振器在傳動軸軸管中位置及裝配方式進(jìn)行確定，并通過相關(guān)參考資料對比。明確吸振器在傳動軸后軸管1/2的位置，質(zhì)量為 0.6Kg，中心頻率為 160Hz，并制作樣件進(jìn)行裝車驗(yàn)證。從加速噪聲振動測試及彩圖可以看出增加吸振器后 2300rpm左右轟鳴聲幾乎消除，并且結(jié)合主觀評價的結(jié)果認(rèn)為傳動軸軸管增加吸振器的方案能夠消減加速轟鳴音。

圖3 原狀態(tài)和增加吸振器傳動軸車輛測試階次曲線圖

圖4 原狀態(tài)傳動軸車輛加速噪聲振動測試彩圖

3 結(jié)論

文章針對傳動軸振動的源頭，提出了解決傳動軸共振問題的幾種方案，根據(jù)車型的實(shí)際情況，選擇最有的方案。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證效果明顯，有效的解決了車內(nèi)轟鳴聲的異響問題，為其它車型的開發(fā)及平臺化有一定的借鑒意義。

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[4] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社.2006.5.

Analysis of resonance of transmission shaft

Zhu Jianbo, Xu Wenling, He Kaixin, Dong Songmei
( Technology Center, GAC Motor, Guangdong Guangzhou 511434 )

The resonance problem of the drive shaft is one of the often encountered problems in the development of the rear drive or four-wheel drive,especially the intermediate drive shaft.This paper analyzes the resonant problem of a drive shaft,explores the phenomenon of the problem and the solution, which provides a clearer way to effectively solution,and provides a model for future development.

transmission shaft; resonance; vibration absorber

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)012-231-02

U463.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988(2016)05-231-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.076

朱建波（1987-），男，就職于廣州汽車集團(tuán)乘用車有限公司技術(shù)中心。