機車傳動軸振動的仿真計算及優化

摘 要：傳動軸是影響汽車操縱性和舒適性的主要構件，為了進一步減小傳動軸振動，提升汽車的舒適性，需要采用嚴格的計算方法深入分析傳動軸振動成因。本文主要研究了傳動軸振動成因，并結合相關公式進行仿真計算，總結出優化傳動軸的主要方法并評估了在汽車中的可能性。

關鍵詞：傳動軸；仿真計算；結構；優化

中圖分類號：TB533+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0299-01

引 言

隨著汽車的不斷普及，社會民眾對汽車的可操控性和舒適性要求不斷提升。汽車結構中的傳動系統傳動軸的振動問題一直是困擾研發工程師的主要問題之一，為了解決這一關鍵問題，研發工程師應結合仿真試驗深入分析傳動軸振動成因，進而從根本上對傳動軸進行優化，滿足民眾對汽車的更高要求。

1 傳動軸結構

傳動軸是汽車傳動系統的重要組成部分，該構件主要起到傳輸動力、扭矩及運動轉向的作用。傳動軸主要由后等速萬向節、后軸管、中間支撐、前軸管、中間等速萬向節以及聯軸器組成，其中后等速萬向節與后方主減速器對接，中間支撐構件通過螺栓與車架固定，前端的聯軸器與汽車的分動器對接。傳動軸構件中中間支撐和聯軸器為橡膠類產品，因為該部位在實際行駛過程中最容易受到沖擊，采用橡膠類產品能夠減少汽車行駛過程中沖擊荷載對傳動軸造成的損傷。傳動軸結構示意圖如圖1所示。

2 傳動軸振動成因分析及仿真計算

在理論狀態下，轉子無論是在靜止或是運動狀態下都應該保持平衡狀態，結合轉子的運動狀態，依據離心力公式進行仿真計算：

在徑向平面內，當轉子內部質量均勻分布時，可得出其平面內的矢量和為零，即滿足矢量和公式：

在實際運動過程中，由于機械構件之間存在摩擦、構件尺寸不夠精確，因此轉子平面內的矢量和并不為零。依據力學定理，可將指定點的各項離心力轉移至B點，如圖2所示。B點即為轉子質量不平衡量點，轉子離心力由轉子的質量不平衡引起，則B點離心力（F0）即為轉子離心力，該點滿足以下公式：

結合轉子的轉動規律和離心力公式分析，離心力隨傳動軸一同運動，離心力通過軸承結構傳遞至中間支撐，從而使中間支撐構件產生支反力，由于中間支撐構件固定于車架上，因此力與力互斥產生系統共振。因此，可得出引起傳動軸振動的根本原因是其本身的質量不平衡。

3 傳動軸振動優化方法及適用性分析

上文分析出傳動軸轉子不平衡導致其本身的質量不平衡，但現階段的優化技術只能將質量不平衡問題控制在一定范圍內，并不可能完全消除該現象。本段主要從以下幾方面淺談傳動軸振動優化的方法：

（1）可采取縮短軸管管徑的方法，緩解傳動軸振動問題，但應結合實際情況慎用該方法。

（2）在軸管內部填充阻尼材料，可達成優化目的。結合傳動軸振動頻率公式來看，要想降低f數值，采用填充阻尼材料的方法，會對傳動軸的質量產生改變，進而增加整車的重量并增加汽車制造成本。因此，該種優化方法并沒有被廣泛應用。

（3）取消傳動軸中聯軸器的撓性盤設計，要想將該構件取消，就必須采用相同原理改進設計。筆者認為，將原有構件變為萬向節叉能夠提升整個傳動系統的剛度。在實際應用過程中，采用萬向節叉的設計方式能夠大大減小車內的振動共鳴聲。因此，采用第三種方法能夠實現傳動軸振動優化，且該優化方法不會增加制造成本，具備廣泛推廣的基礎。

4 結 論

總而言之，本文通過對傳動軸結構的研究，分析出造成傳動軸振動的主要原因是傳動軸的質量不平衡，并結合仿真計算分析出傳動軸達到系統共振的基本條件。因此，在設計環節應該盡量避免傳動軸達到共振的平衡條件，避開其特有的振動頻率，這是解決傳動軸振動的主要途徑。

參考文獻

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收稿日期：2018-9-15