傳動軸結構對某輕客NVH影響的研究分析

任思義，張海蓉，續子龍

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心商用車研究院，安徽 合肥 230601）

傳動軸結構對某輕客NVH影響的研究分析

任思義，張海蓉，續子龍

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心商用車研究院，安徽 合肥 230601）

本文主要針對某輕型客車傳動軸結構對整車 NVH的影響進行分析研究，通過對傳動軸長度等不夠結構的匹配，并運用CAE對傳動軸模態進行分析，通過改變傳動軸模態以提升整車NVH性能。接合CAE分析對整車的對比試驗檢測，對傳動軸結構對整車NVH的敏感度進行分析研究，最終確認滿足NVH性能要求的傳動軸結構及布置。

傳動軸；NVH；模態

CLC NO.:U463.2 Document Code:A Article ID: 1671-7988(2015)05-36-04

引言

汽車傳動軸，萬向節傳動應適應所聯兩軸的夾角及相對應位置在一定范圍內的不斷變化且能可靠而穩定地傳遞動力，保證所聯兩軸能等速旋轉，且由于萬向節夾角而產生的附加載荷、振動及噪聲應在允許范圍內，在使用車速范圍內部產生共振現象。此外萬向節傳動還要求傳動效率高，使用壽命長，結構簡單，制造方便，維修容易。

隨著國內城市物流的快速發展，以及政策、顧客對物流運輸的環保、清潔、安全等的要求，歐系輕客未來的市場前景依然會保持高速增長趨勢，顧客也越來越關注產品的噪聲等因素。

本文主要針對某歐系 VAN的傳動軸結構和布置對整車NVH影響進行分析研究，通過CAE等分析工具和方法對傳動軸的模態等進行分析研究，以得到滿足整車 NVH最優化的方案。并通過對傳動軸 的結構的研究，得出傳動軸結構因素對整車的NVH的重要度，形成設計數據庫。

1、傳動軸的激勵源分析

某輕型客車在勻速工況 60km/h以下車速行駛時，傳動系統在 60Hz存在模態，在低速工況時發動機二階激勵與結構模態發生耦合引起車內后排振動噪聲嚴重；在勻速70km/h、80km/h等工況時，傳動軸中間支撐與車身連接側振動偏大；傳動軸在 200Hz附近存在模態，與 WOT工況時200~230Hz共振帶存在耦合。

為進一步了解產生上述現象的原因，對傳動系進行工作變形測試分析，傳動系統的幾何模型見圖1：

通過測試WOT工況下各測試點的振動級，測試點的振動包絡曲線見圖2：

通過提取包絡線峰值和振動級分析，存在在220Hz的的振動峰值，主要原因為傳動軸模態激勵產生的。傳動軸的模態測試：見表1：

表1 傳動軸模態測試表

2、傳動軸的結構優化及分析

通過上述分析傳動軸彎振是造成車內200-230Hz共振的主要原因，通過對傳動軸的模態測試分析主要是通過改變傳動軸的模態來轉移傳動系的頻率。

改變傳動軸模態主要方案為：（1）改變傳動軸的的長度，該車型傳動軸兩段式結構，通過調節中間支撐后移 150mm改變傳動軸的前后段的長度分配以改變傳動軸的模態；（2）改變傳動軸的鏈接法蘭形式，將第一傳的撓性萬向節聯接結構改為法蘭結構；（3）更改傳動軸的軸管直徑；

以下為傳動軸結構優化的幾個典型模型下的傳動軸模態分析：

2.1 通過改變傳動軸結構對傳動軸的模態模型見圖3：

2.2 通過改變傳動軸長度對傳動軸的模態分析分布見表2：

2.3 通過改變傳動軸撓性聯軸器對傳動軸的模態分析分布見表3：

法蘭聯接結構等軸管的模態分析結果見圖4：

從上述分析可以得出：

（1）通過對傳動軸結構變化，傳動軸的模態進行改變以盡量避開與其他系統的共振頻率。

（2）傳動軸長度更改后，500Hz以內的模態密度增加了一階，其一階模態仍出現在長管處，為 135.4Hz，比軸管長度變化前提高了21.1Hz。

（3）已知當發動機運轉到最大轉速時，傳動軸的最大轉速為5038rpm/min，此時對應的一階激勵頻率為84.0Hz,兩者比值為1.61，一般認為，傳動軸一階模態應大于一階激勵頻率的1.15倍，在設計范圍之內。

3、傳動軸結構對NVH影響的驗證

針對傳動軸結構的改變改變傳動軸模態，根據上述分析結果，主要對下述幾個結構下的傳動軸結構進行實物的測試和分析：

3.1 傳動軸加阻尼對 NVH的影響，通過在傳動軸內部吸引裝置改變傳動軸的模態；

下圖為WOT工況，駕駛員座椅和二排乘員座椅的噪聲譜測試結果和對比：

從上圖可以看出增加阻尼的傳動軸，駕駛員處的噪聲在203Hz有所下降，但是在二排乘員處噪聲有上升；從上述勻速行駛工況在200Hz的峰值沒有變化。

3.2 變軸徑的傳動軸測試分析，將傳動軸的前后軸徑做等截面和變截面兩種狀態進行對比驗證分析：

從上圖（左圖為勻速60km/h工況，右圖為勻速80km/h工況）可以得出減小軸徑后203Hz附件的峰值明顯降低，但是220Hz附件的峰值沒有改善；

3.3 變化傳動軸長度，通過對傳動軸中間支撐位置的變化來改變前后段傳動軸的長度，以下為傳動軸長度的對比測試分析：

從上圖可以得出更換傳動軸前后對噪聲未有明顯效果，對車內共振峰值影響較小，在3000rpm附近出現一個小的峰值。

3.4 更換傳動軸法蘭聯接

通過改變傳動軸和變速器后橋法蘭的聯接方式，主要是對比撓性萬向節和法蘭萬向節兩個狀態的對比分析：

從上述測試分析可以得出：

（1）WOT工況2400rpm轉速附近車內噪聲變差，出現峰值，尤其是后排位置。

（2）勻速工況整體效果變優，尤其是后排噪聲明顯降低。

（3）勻速工況70/80km/h工況效果變差，80km/h更為嚴重，此時對應轉速為2400rpm附近，對應為80Hz頻率（分析原因為其他部件導致在此不作詳述）；總體來說改變傳動軸連接效果較好。

3.5 傳動軸不同結果整車噪聲測試對比表4：

表4 傳動軸結構對應整車噪聲對比表

通過上表的測試數據分析可得：

（1）通過對傳動軸結構的優化，對傳動軸模態的改變，避免傳動軸模態和整車其他系統模態改善整車噪聲；

（2）通過上述的傳動軸結構改進，法蘭等截面面的方式對整車噪聲改善較好；

（3）通過傳動軸結構優化，整車噪聲基本達到設計目標值，對于未達到目標項主要從其他系統進行改善在此不作詳述。

4、結束語

本文主要針對傳動軸不同結構對模態的影響進行分析，通過結果的改變改變傳動軸模態，以達到和整車系統的最優匹配，改善整車的噪聲。主要是通過運用CAE對模態的分析，并結合實際的試驗測試手段，通過對數據的對比分析，得到匹配某歐系輕型客車的合理的傳動軸結構，使整車噪聲基本達到設計要求。

通過上述對傳動軸結構對模態和整車噪聲的影響，建立了改車型的整車傳動軸的模態規劃圖，建立了基于該系列車型的不同傳動軸結構的模態數據庫。

[1] 劉惟信.汽車設計.北京：清華大學出版社，2001.7.

[2] 余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，2006.5.

Shaft structure on theVehicle NVH Sensitivity Analysis

Ren Siyi, Zhang Hairong, Xu Zilong
（Commerical Vehicle Research Institute, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601）

This paper ,research the drive shaft structure on the impact of NVH ,for a VAN, and by matching the length of the drive shaft is not enough structure, and the use of CAE on the drive shaft modal analyzed by changing the mode to enhance the whole drive shaft vehicle NVH performance. Comparative tests on the vehicle to detect joining CAE analysis, the sensitivity of the vehicle NVH transmission shaft structure were analyzed, the final confirmation to meet the drive shaft structure and layout of NVH performance requirements.

shaft；NVH；modal

U463.2

A

1671-7988(2015)05-36-04

任思義，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心商用車研究院。