車輛動力傳動系統中側隙仿真及測試方法簡介

摘 要：文章對扭轉剛度做了闡述，引入了胡克定律，從單個軸、差速器到整個傳動系統的扭轉剛度仿真方法介紹到實際臺架測試驗證，為傳動系統側隙設計與NVH問題優化提供了方法。

關鍵詞：Romax Designer;扭轉剛度;側隙

0 前言

傳動系統噪音（Clonk）是較為常見且是較難解決的問題之一，本文重點介紹了車輛動力傳動系統扭轉剛度的仿真與臺架測試方法，為變速箱Clonk異響等NVH問題優化提供思路和方法。

1 扭轉剛度

（1）軸扭轉剛度。扭轉變形理論：扭轉角沿桿長的變化率：，其中：G—材料的切變模量;鋼材的切變模量G=80 GPa;相距L的兩橫截面間相對扭轉角為：。等直圓桿僅兩端截面受外力偶矩Me作用時：（單位：rad）。

稱為扭轉胡克定律。GIp稱為等直圓桿的扭轉剛度。

松齒輪：圖2的輸出軸上松齒輪，扭矩輸入端的位置為齒轂與軸上花鍵的剛性連接位置。與軸剛性連接的固定齒輪：圖2輸出軸上固定齒輪，齒輪與軸通過2個或3個剛性聯接連接在一起。扭矩輸入端的位置為最左端的剛性聯接。雖然romax在齒輪扭矩輸入/輸出端位置處理時與理論要求有些差異，但整體的差異比較小，為了計算方便，在計算軸的扭轉剛度時，可以忽略這些差異，直接取軸的扭轉角=romax定義的各檔位時扭矩輸入端和輸出端扭轉角的差值，即各檔位最大扭轉角與最小扭轉角的差值。軸的扭轉剛度=Torque input（本軸的輸入扭矩）/扭轉角的差值，即K=T/。

（2）差速器的扭轉剛度。由于差速器殼體結構的非對稱性，在計算差速器殼體扭轉剛度時，固定扭矩輸出端即Node4，得到主減大齒輪32個節點處的扭轉角，取其平均值再計算扭轉剛度。

（3）系統扭轉剛度。在計算系統扭轉剛度時，圖3計算了整個變速箱系統從輸入軸到半軸工裝（非實際半軸）的扭轉剛度，完整的變速箱系統扭轉剛度計算一定要包含差速器內部零件。Romax定義扭矩輸出端位置角為一個接近0 mrad的值，視作該處固定，得到輸入軸扭矩輸入端的系統扭轉角。

由于變速箱系統扭轉剛度為非線性的，且需排除側隙對扭轉角的影響，所以輸出的系統扭轉剛度為：。

2 側隙測量試驗

將兩根半軸固定，當輸入軸輸入扭矩為±45Nm時，測量扭矩輸入端的扭矩轉角，從而等到±45Nm范圍內的變速箱系統扭轉剛度試驗數據，可以與分析結果相對比參照。試驗結果得到Zero backlash 和Backlash at ±20Nm的系統扭轉角度，Zero backlash：在未加扭情況下，整個變速箱系統消除側隙能轉動的角度。Backlash at ±20Nm：在加扭-20Nm 至 20Nm情況下整個變速箱系統能轉動的角度。

-20Nm 至 20Nm，消除側隙后系統總的扭轉角度：

0 至 20Nm時的扭轉剛度：

-20至0Nm時的扭轉剛度：

由于變速箱系統扭轉剛度為非線性的，故一般只考慮±20Nm時的平均扭轉剛度。圖4為某變速箱傳動系統的側隙仿真與試驗結果，從數據上可以看出，低檔齒輪速比較大，在相同的輸入扭矩下扭轉角較大，對測試數據的精確度的敏感性更小，扭轉剛度結果差異小。而高檔齒輪速比較小在相同的輸入扭矩下扭轉角較小，對測試數據的精確度的敏感性更大，扭轉剛度結果差異更大。

3 結論

利用Romax Designer建立動力學模型，可以在設計初期仿真計算傳動系統的扭轉剛度與Backlash值，能夠較早的了解變速器各子系統模塊的扭轉剛度，了解傳動系統設計的NVH水平，為后續項目開發節省了大量時間與精力，提升了動力傳動系統的品質。后期用專用臺架進行測試，并結合整車駕駛性能表現，更進一步驗證了產品的最終NVH水平。

作者簡介：李榮廷（1990-），男，甘肅武威人，學士，工程師，從事變速箱開發工作。