某MPV車型傳動軸異響問題研究

齊瑞曉

(許昌遠(yuǎn)東傳動軸股份有限公司， 河南 許昌 461111)

0 引言

汽車傳動軸是將發(fā)動機(jī)的動力通過變速箱輸出到驅(qū)動橋的關(guān)鍵部件。車輛在運(yùn)行過程中，傳動軸受到?jīng)_擊或外部激勵會產(chǎn)生異響，特別對乘用車來說，這會嚴(yán)重影響乘車的舒適性，并會造成傳動軸早期失效。頻繁異響現(xiàn)象的存在，同樣給駕駛員安全駕駛也帶來了不利影響[1]。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，諸如跳動超差、萬向節(jié)十字軸軸向竄動超差、滑動花鍵配合間隙不當(dāng)、當(dāng)量夾角過大、中間支撐動靜剛度不足等，都會導(dǎo)致車輛產(chǎn)生異響。因此，在傳動軸設(shè)計階段，先采用模態(tài)分析、試驗(yàn)驗(yàn)證來充分保證傳動軸各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計要求，顯得十分必要[2]。通過識別某MPV車型在不同轉(zhuǎn)速下的測試結(jié)果，查找到出現(xiàn)異響的部件是傳動軸的花鍵副部位，對花鍵配合間隙進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證及模態(tài)分析，使傳動軸異響現(xiàn)象完全消除，并達(dá)到上市車輛的NVH標(biāo)準(zhǔn)。

1 分析故障現(xiàn)象及查找原因

1.1 故障再現(xiàn)

發(fā)現(xiàn)某MPV車型在加速過程中出現(xiàn)傳動軸異響問題后，將5臺試驗(yàn)車輛開到整車測試場，將變速器速比設(shè)定為i=1.1，測試得出：發(fā)生共振的車速集中為60～70km/h，該車速所對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 600～2 200r/min，所對應(yīng)的發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為最高值范圍。車輛下線后繼續(xù)行駛，車輛底盤部位發(fā)出響聲。經(jīng)現(xiàn)場觀察后發(fā)現(xiàn)，異響來源于傳動軸滑動花鍵部位，這就從根本上排除了發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值時，由車輛共振帶來的異響。將發(fā)生異響的5臺試驗(yàn)車輛的傳動軸做好安裝標(biāo)記后卸下。在動平衡機(jī)上進(jìn)行復(fù)平，測試結(jié)果得出動平衡量值在合格范圍內(nèi)，本次故障原因可排除動平衡量值超差產(chǎn)生。

1.2 故障定位

對傳動軸的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)證，對傳動軸總成跳動的檢測，技術(shù)要求4處中間焊縫跳動量為0.6mm，而中間支撐花鍵部位跳動量僅為0.3mm，測量結(jié)果如圖1所示。

圖1 傳動軸總成跳動量檢測

由圖1可以看出，傳動軸總成跳動無超差，本次故障原因可排除由跳動超差產(chǎn)生。

在三支撐動平衡機(jī)上模擬整車裝配角度，不同轉(zhuǎn)速下驗(yàn)證故障傳動軸是否有異響；將傳動軸裝夾在動平衡機(jī)上(圖2)，同時將中間支撐位置墊高，以模擬實(shí)際裝車狀態(tài)角度，當(dāng)角度調(diào)整為3° 時，繼續(xù)在動平衡機(jī)上測試。測試結(jié)果在動平衡轉(zhuǎn)速為1300r/min時，傳動軸中間花鍵伸縮部位出現(xiàn)“咯咯”響聲。“咯咯”響聲來自于中間滑動花鍵部位，判定是由于花鍵配合間隙過大，傳動軸在某個角度時，花鍵配合偏向一側(cè)，在一定轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)激振現(xiàn)象。

1—突緣叉；2—軸管；3—中間支撐；4—花鍵套叉；5—花鍵軸；6—萬向節(jié)十字軸。圖2 一種帶伸縮花鍵的雙節(jié)傳動軸

2 解決異響的辦法

2.1 原因分析

根據(jù)故障現(xiàn)象及故障發(fā)生機(jī)理，通過對故障件進(jìn)行拆解檢測，得出以下結(jié)論：花鍵大徑配合間隙設(shè)計過大，低速轉(zhuǎn)動時花鍵出現(xiàn)竄動，產(chǎn)生激振現(xiàn)象。故障件配合間隙測量結(jié)果如表1所示。

表1 伸縮花鍵配合間隙校核 單位：mm

2.2 缺陷傳遞的原因

在動平衡工序，由于傳動軸在動平衡機(jī)上裝夾狀態(tài)為水平放置，與實(shí)際裝車狀態(tài)不一致，生產(chǎn)過程中無法對故障現(xiàn)象進(jìn)行識別，故可導(dǎo)致傳動軸振動異響現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3 改進(jìn)對策

3.1 預(yù)防缺陷產(chǎn)生的措施

調(diào)整花鍵軸大徑公差，縮小花鍵大徑配合間隙；對動平衡工序加強(qiáng)控制。

3.2 預(yù)防缺陷傳遞措施

裝配前對花鍵軸大徑(圖3)及花鍵套叉大徑進(jìn)行測量，確保伸縮花鍵配合間隙在設(shè)計公差范圍內(nèi)。

圖3 測量花鍵軸大徑

3.3 措施驗(yàn)證效果

調(diào)整花鍵參數(shù)后，對花鍵軸和花鍵套叉大徑(表2)進(jìn)行檢測，在尺寸均合格的情況下，傳動軸動平衡后再次安裝在動平衡機(jī)上，將中間支撐部位墊高，再次模擬整車安裝狀態(tài)，按5%比例進(jìn)行異響檢測，過程中未發(fā)現(xiàn)有傳動軸異響現(xiàn)象。對調(diào)整后的花鍵配合間隙進(jìn)行不間斷驗(yàn)證，并跟蹤車輛使用情況，現(xiàn)已裝車1 000多套花鍵參數(shù)調(diào)整后的傳動軸總成，無再次反饋傳動軸異響現(xiàn)象，說明措施改善明顯有效。

表2 花鍵軸及花鍵套叉大徑配合間隙對比 單位：mm

4 改進(jìn)措施實(shí)施

4.1 調(diào)整花鍵大徑尺寸、優(yōu)化花鍵配合間隙

調(diào)整花鍵軸大徑尺寸(圖4)，由Φ33.16～Φ33.22改為Φ33.198～Φ33.26，裝配前對大徑尺寸進(jìn)行確認(rèn)，調(diào)整花鍵配合間隙(表3)。

圖4 花鍵軸大徑尺寸

表3 優(yōu)化后伸縮花鍵配合間隙對比

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證該異響傳動軸隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況，進(jìn)行連續(xù)提升排量空轉(zhuǎn)測試，從0升到最大100%排量，同時采集傳動軸的轉(zhuǎn)速信號。異響情況下，傳動軸花鍵副處的異響最明顯，故提取該點(diǎn)的信號進(jìn)行圖例分析。該點(diǎn)的噪聲和轉(zhuǎn)速時域信號如圖5所示。

從圖5中分析可知：

1) 0～70s內(nèi)，對應(yīng)排量升到30%之前，無異響，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在小范圍內(nèi)波動，70s對應(yīng)轉(zhuǎn)速1500r/min；

2) 70～140s內(nèi)，排量升到60%，異響出現(xiàn)，傳動軸花鍵副處有明顯異響，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速從1500r/min升到2500r/min；

3) 140～160s,排量升到100%，異響消失，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升到最高3500r/min。

圖5 不同轉(zhuǎn)速下噪聲時域信號

由以上分析可知，該異響來自傳動軸花鍵副處，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在1500～2500r/min時，產(chǎn)生異響。

4.3 帶底盤的傳動軸模態(tài)分析

為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在LMS Test.lab 測試軟件下，依次在傳動軸上布置8個參考點(diǎn)，裝上傳感器，依次對各個點(diǎn)進(jìn)行敲擊試驗(yàn)。敲擊了多次，圖6中曲線一直呈下降趨勢即為設(shè)定合格；若出現(xiàn)峰值，需繼續(xù)設(shè)置量程、帶寬頻路、觸發(fā)參數(shù)，直到曲線一直下降為止。點(diǎn)擊start，開始測量，計算100Hz～300Hz的頻率分布，從中提取傳動軸的固有頻率。由于汽車底盤零部件的開發(fā)早于整車其他部件，在設(shè)計初期進(jìn)行模態(tài)分析有很大的局限性[3]。在充分研究傳動軸設(shè)計周期的前提下，簡化底盤設(shè)計布置模型。試驗(yàn)得知，汽車在加速行駛過程中，動力傳動部分由于撞擊或者底盤加裝其他裝置，引起傳動軸異響，校核120Hz～300Hz的傳動軸徑向模態(tài)，計算得知1階模態(tài)為116Hz，振型為后軸1階段徑向彎曲第3階模態(tài)，發(fā)生在196 Hz，振型與試驗(yàn)210 Hz時相一致[4]。 在LMS Test.lab 測試軟件下，極點(diǎn)選擇輸入界面如圖6所示。

圖6 極點(diǎn)選擇輸入界面及仿真振型圖

對比表1可知，傳動軸伸縮花鍵配合間隙過大，通過以上兩種試驗(yàn)，從中找到異響的原因，從而驗(yàn)證了測試軟件分析的結(jié)果與整車試驗(yàn)異響的一致性。由此可見，測試軟件可有效識別傳動軸的故障信息，判斷異響源位置，可達(dá)到對傳動軸NVH方面的控制[5]；還可以從中獲取汽車傳動軸異響原因的分析，為優(yōu)化傳動軸的設(shè)計、完善FMEA庫，確定潛在失效模式及其原因，為提升傳動軸質(zhì)量提供重要依據(jù)。

5 結(jié)語

針對傳動軸異響問題，使用 LMS Test.lab 的 Signature 進(jìn)行轉(zhuǎn)速跟蹤測試，獲取各測點(diǎn)振動和噪聲的信號圖。根據(jù)信號圖進(jìn)一步進(jìn)行階次分析和頻譜分析，獲取異響頻率及異響源[6]，是解決異響問題的主要方法。診斷出此問題產(chǎn)生的原因，提高解決問題的效率。整改后該車型異響問題得到明顯改善，對研究底盤系統(tǒng)異響現(xiàn)象有重大意義。