某款車型傳動(dòng)軸振動(dòng)發(fā)響分析

候玉榮，錢俊

(1.湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北十堰 442000；2.三環(huán)集團(tuán)有限公司，湖北十堰 442000)

0 引言

汽車振動(dòng)容易使駕駛員疲勞，精神不能集中而導(dǎo)致交通事故發(fā)生；造成零部件松動(dòng)，加速汽車配合部件間的磨損與疲勞，達(dá)不到正常使用周期；降低了傳動(dòng)效率，增加車輛的使用成本。隨著湖北某公司昊龍車型產(chǎn)量的不斷增加，該車型近期不斷出現(xiàn)整車振動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)并對(duì)銷售產(chǎn)生了負(fù)面影響。

汽車是一個(gè)具有質(zhì)量、彈性和阻尼的復(fù)雜振動(dòng)系統(tǒng)，是由多個(gè)具有固有振動(dòng)特性的子系統(tǒng)組成，當(dāng)這些子系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率接近或一致時(shí)，就會(huì)造成整車共振。而由動(dòng)力總成、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋總成組成的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是車輛振動(dòng)的重要激振源，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)可分為彎曲振動(dòng)系統(tǒng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)、路面以及由于車輪不平衡產(chǎn)生的周期性扭轉(zhuǎn)激勵(lì)的頻率與動(dòng)力傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率一致時(shí), 便會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振。引起彎曲振動(dòng)的原因有發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件往復(fù)慣性力、傳動(dòng)軸的不平衡、止口跳動(dòng)量等任何形式的旋轉(zhuǎn)不平衡和不同軸度[1]。

查找共振源是解決汽車振動(dòng)的關(guān)鍵，產(chǎn)生共振的因素有很多，而昊龍車型模塊化移植原成熟車型的底盤設(shè)計(jì)，變動(dòng)最大部分就是整車的傳動(dòng)系統(tǒng)。為了盡快找準(zhǔn)昊龍車型振動(dòng)的原因，在湖北某公司質(zhì)管部配合下，將同一批次路試發(fā)抖的6臺(tái)昊龍汽車底盤進(jìn)行試驗(yàn)，將振動(dòng)主要因素排列出來(lái)并逐項(xiàng)試驗(yàn)，排查試驗(yàn)工作的重點(diǎn)安排在傳動(dòng)系統(tǒng)上進(jìn)行。

1 分析現(xiàn)象及排查共振原因

(1)會(huì)同湖北某公司技術(shù)中心車型設(shè)計(jì)人員對(duì)昊龍車型傳動(dòng)系統(tǒng)的當(dāng)量夾角進(jìn)行驗(yàn)算，確認(rèn)了傳動(dòng)系統(tǒng)布置合理。

(2)將6臺(tái)試驗(yàn)車輛開上整車檢測(cè)線，將變速器速比設(shè)定為i=1，試驗(yàn)得出:發(fā)生共振的汽車車速集中為55～70 km/h，該車速所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 600～2 100 r/min，對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩為最高值范圍。下線繼續(xù)路試，試驗(yàn)車輛在出現(xiàn)發(fā)振現(xiàn)象后脫擋滑行，發(fā)振現(xiàn)象依然存在，排除了發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出變化與汽車的共振有直接關(guān)系。

(3)將發(fā)生共振的6臺(tái)試驗(yàn)車輛的傳動(dòng)軸做好安裝標(biāo)記后卸下,在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行校驗(yàn),確認(rèn)剩余不平衡量在合格范圍內(nèi)，排除了傳動(dòng)軸不平衡的可能。

(4)隨著整車振動(dòng)時(shí)，中間傳動(dòng)軸上軸承支承橡膠墊會(huì)出現(xiàn)劇烈的振動(dòng)。

通過(guò)對(duì)6臺(tái)試驗(yàn)車輛的傳動(dòng)軸重做動(dòng)平衡，標(biāo)準(zhǔn)提高一倍，單根傳動(dòng)軸剩余不平衡量控制在50 g·cm以內(nèi)，按標(biāo)記裝配在試驗(yàn)車輛上重新路試，整車振抖現(xiàn)象依然存在，重新上線檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中間支撐橡膠墊振動(dòng)依然存在，針對(duì)這一現(xiàn)象，假設(shè)中間傳動(dòng)軸的前花鍵與中間突緣不垂直，對(duì)傳動(dòng)軸總成進(jìn)行分析(如圖1所示)。

當(dāng)圖中傳動(dòng)軸突緣上的點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)到點(diǎn)A′時(shí)[如圖1(b)所示]，傳動(dòng)軸總成上的萬(wàn)向節(jié)帶花鍵套管被拉伸；當(dāng)點(diǎn)A′再旋轉(zhuǎn)到點(diǎn)A時(shí)[如圖1(a)所示]，傳動(dòng)軸總成上的萬(wàn)向節(jié)帶花鍵套管被壓縮，傳動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一圈，萬(wàn)向節(jié)帶花鍵套管被拉伸壓縮一次[2]。這種萬(wàn)向節(jié)帶花鍵套管的往復(fù)運(yùn)動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)外加力反作用在中間傳動(dòng)軸上，使中間支撐橡膠墊出現(xiàn)振動(dòng)。為此在6臺(tái)試驗(yàn)昊龍汽車上對(duì)中間傳動(dòng)軸的中間突緣進(jìn)行了檢測(cè)(如圖2所示)。

圖1 傳動(dòng)軸帶滑動(dòng)叉總成分析

圖2 中間傳動(dòng)軸的突緣檢測(cè)

檢測(cè)的6根中間傳動(dòng)軸的中間突緣的止口徑向跳動(dòng)量為0.50～0.90 mm，中間突緣端面跳動(dòng)量為0.60～1.12 mm。較大的端面跳動(dòng)量使后傳動(dòng)軸的萬(wàn)向節(jié)帶花鍵套管往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)外加力；較大的徑向跳動(dòng)量使后傳動(dòng)軸的萬(wàn)向節(jié)帶花鍵套管產(chǎn)生一個(gè)徑向的離心力，這2個(gè)方向上的力反作用在中間傳動(dòng)軸上，會(huì)使中間支承橡膠墊產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，這個(gè)力就是使汽車產(chǎn)生共振的加振力。由于中間突緣的跳動(dòng)量較大所產(chǎn)生的外加力，對(duì)前花鍵軸上的中間支撐總成帶花鍵軸進(jìn)行受力分析。F伸、F壓為傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)帶花鍵套管產(chǎn)生的徑向力F1與花鍵套管及花鍵軸之間的摩擦力F2(F2伸和F2壓)的合力。合力的大小取決于突緣跳動(dòng)量的大小及后傳動(dòng)軸花鍵套管與花鍵軸之間的摩擦力。合力的方向在以中間傳動(dòng)軸為軸線的F伸、F壓旋轉(zhuǎn)形成的圓錐面上，取決于中間突緣的偏擺方向及傳動(dòng)軸的安裝。

為驗(yàn)證以上判斷，重新制作6根相同的中間傳動(dòng)軸，制作時(shí)將加工工藝進(jìn)行更改，將中間突緣安裝在傳動(dòng)軸焊接總成上精車突緣的端面及止口園，保證加工、測(cè)量、裝車的基準(zhǔn)統(tǒng)一，確保中間傳動(dòng)軸花鍵連接盤的跳動(dòng)量不大于0.2 mm(如圖3所示)。

圖3 改進(jìn)后的中間傳動(dòng)軸突緣檢測(cè)

經(jīng)過(guò)裝配及動(dòng)平衡，將6根相同的重新制作的中間傳動(dòng)軸裝配在試驗(yàn)車輛上，重新路試發(fā)現(xiàn)：其中5臺(tái)車輛振動(dòng)消失，另1臺(tái)車輛有輕微振動(dòng)。上整車檢測(cè)線試驗(yàn)，得出以上相同結(jié)果，觀察到中間支撐總成橡膠墊不再劇烈振動(dòng)。

結(jié)合售后人員反饋其他車型整車振動(dòng)，通過(guò)更換中間傳動(dòng)軸的中間突緣后大部分車輛振動(dòng)現(xiàn)象消失或減輕，確認(rèn)了由于中間傳動(dòng)軸上的中間突緣端面及止口園跳動(dòng)公差較大時(shí)產(chǎn)生的激振力，使傳動(dòng)軸彎曲振動(dòng)，傳動(dòng)軸的振動(dòng)通過(guò)萬(wàn)向節(jié)、輪轂、懸掛將激振力傳遞至車身，當(dāng)車速在55～70 km/h時(shí)，傳動(dòng)軸產(chǎn)生振動(dòng)的頻率與汽車自身的固有頻率接近，從而造成整車共振。

2 昊龍車型整車共振的解決辦法

目前昊龍車型所采用的153新式中間傳動(dòng)軸總成裝配工藝為：

前壓裝→前校正→軸管焊接→后校正→裝配十字軸及突緣叉總成→動(dòng)平衡→裝配中間支撐及中間突緣→總成油漆

(1)從現(xiàn)有的工藝分析153新式中間傳動(dòng)軸總成中間突緣跳動(dòng)量超標(biāo)的原因：

①傳動(dòng)軸中間突緣安裝在前花鍵上，由于為間隙配合，存在著部件間中心軸線不重合的情況，安裝后以前花鍵中心軸線為基準(zhǔn)，測(cè)量顯示中間突緣端面及止口園跳動(dòng)會(huì)出現(xiàn)超差(如圖4所示)。

圖4 傳動(dòng)軸總成中心軸線不重合

②傳動(dòng)軸總成加工、測(cè)量基準(zhǔn)與裝車基準(zhǔn)不統(tǒng)一，加工、測(cè)量基準(zhǔn)為頂針孔，而裝車基準(zhǔn)為裝配中間支撐的支承圓柱面，具體如圖5所示。

圖5 傳動(dòng)軸總成測(cè)量基準(zhǔn)與裝車基準(zhǔn)

③傳動(dòng)軸總成主要由傳動(dòng)軸及其兩端焊接的花鍵和萬(wàn)向節(jié)叉組成，雖然為解決焊接變形的問(wèn)題都會(huì)進(jìn)行校直，但冷卻后存放一段時(shí)間，傳動(dòng)軸總成會(huì)因?yàn)楹附討?yīng)力及熱變形而回彈。因注重效益，車間在加工時(shí)會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)完成總成裝配，造成傳動(dòng)軸總成實(shí)際中心軸線彎曲，與基準(zhǔn)軸線不重合。

(2)解決辦法

為保證基準(zhǔn)的一致性，對(duì)上述6臺(tái)試驗(yàn)車輛在中間傳動(dòng)軸總成裝配工藝上進(jìn)行了調(diào)整，增加分總成機(jī)加工，取得了較好的效果，但在實(shí)際生產(chǎn)中，湖北某公司的現(xiàn)有設(shè)備在工藝上無(wú)法保證大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)系統(tǒng)難以承受，只有立足現(xiàn)有設(shè)備及加工工藝，另找解決辦法，原則是保證加工基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)、裝車基準(zhǔn)一致或接近，保障中間突緣端面及止口園的跳動(dòng)量小于0.2 mm。

依據(jù)以上原則，對(duì)前花鍵及中間突緣圖紙更改，將兩部件的配合由間隙配合更改為小過(guò)盈配合，減少兩部件軸線同軸偏差，工藝部門增加傳動(dòng)軸總成焊裝焊后冷卻時(shí)間，在總成焊接冷卻后再進(jìn)行校正，消除熱變形造成的后續(xù)回彈，對(duì)中間突緣零件加工增加精車工序，采用漲緊花鍵芯軸、精車端面及止口園。

通過(guò)以上技術(shù)改進(jìn)及工藝調(diào)整，進(jìn)行了多次小批量加工及驗(yàn)證，中間傳動(dòng)軸總成上的中間突緣端面及止口跳動(dòng)較未調(diào)整前小了許多，基本達(dá)到技術(shù)要求；小批量裝車驗(yàn)證，昊龍車型發(fā)振發(fā)響現(xiàn)象明顯下降，效果明顯。

3 結(jié)論

通過(guò)各種試驗(yàn)，找出了造成整車共振的原因，經(jīng)過(guò)修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、調(diào)整工藝方法，解決了部分昊龍車型因中間傳動(dòng)軸總成中間支撐跳動(dòng)量較大形成的加振力使汽車產(chǎn)生共振的現(xiàn)象。