傳動(dòng)軸對(duì)振動(dòng)噪聲的影響

沈保山，趙東平，王以文

（徐工汽車制造有限公司，江蘇 徐州 221000）

傳動(dòng)軸對(duì)振動(dòng)噪聲的影響

沈保山，趙東平，王以文

（徐工汽車制造有限公司，江蘇 徐州 221000）

在分析了傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)及要求的基礎(chǔ)上，針對(duì)某后驅(qū)貨車在105km/h以上出現(xiàn)的車內(nèi)噪聲問(wèn)題進(jìn)行了測(cè)試、分析及整改。結(jié)果表明：傳動(dòng)軸二階激勵(lì)是引起車內(nèi)噪聲的主要原因，減小傳動(dòng)軸夾角可有效降低或消除車內(nèi)噪聲。

LMS Test.lab測(cè)試；傳動(dòng)軸夾角；二階激勵(lì)；NVH

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.022

CLC NO.: U463.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-63-03

前言

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)的車型，傳動(dòng)軸是聯(lián)接變速器和驅(qū)動(dòng)橋的重要部件。因傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速較高，且其聯(lián)接的兩個(gè)部件在工作過(guò)程中存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，很難實(shí)現(xiàn)每一載荷下的等速傳動(dòng)，因此經(jīng)常出現(xiàn)因傳動(dòng)軸夾角過(guò)大而造成的二階激勵(lì)或因?yàn)閯?dòng)不平衡而造成的一階激勵(lì)過(guò)大，從而引起汽車的NVH問(wèn)題。

1、傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)及要求[1]

ⅰ) 傳動(dòng)軸管由低碳鋼板卷制壁厚均勻、壁薄（1.5-3mm）、管徑較大、易質(zhì)量平衡、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲剛度大、適用高速旋轉(zhuǎn)的電焊鋼管制成。軸管外徑及壁厚的選取跟最大扭矩、最高轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)軸長(zhǎng)度相關(guān)，需校核臨界轉(zhuǎn)速和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度[1]。

圖1 汽車傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)示意圖

ⅱ) 傳動(dòng)軸的不平衡度，對(duì)于乘用車，在3000-6000r/min時(shí)應(yīng)不大于25-35g.cm，對(duì)于商用車，在1000-4000r/min 時(shí)應(yīng)不大于50-100g.cm。十字軸端面磨損會(huì)使其軸向間隙及竄動(dòng)量增大，從而影響動(dòng)平衡，因此要嚴(yán)格控制間隙。傳動(dòng)軸的徑向全跳動(dòng)應(yīng)不大于0.5-0.8mm[2]。

ⅲ) 用于長(zhǎng)軸距汽車的分段傳動(dòng)軸，能夠明顯提高傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，避免共振并減小噪聲。它安裝在車架橫梁或車身底架上，應(yīng)能補(bǔ)償傳動(dòng)軸的安裝誤差及適應(yīng)行駛中由于發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車架變形引起的位移，而其軸承應(yīng)不受或少受由此產(chǎn)生的附加載荷。目前廣泛采用座于橡膠彈性元件上的單列球軸承，橡膠彈性元件能夠吸收傳動(dòng)軸的振動(dòng)，降低噪聲及承受徑向力[1]。

ⅳ) 當(dāng)主動(dòng)叉軸以等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)叉軸的角速度ω2是不等速的，并在ω1/cosα≥ω2≥ω1*cosα范圍內(nèi)變化，周期為180o[3]。從動(dòng)叉軸不等角速度程度隨軸間夾角α及主動(dòng)叉轉(zhuǎn)速ω1的加大而加大。

圖2 汽車傳動(dòng)軸夾角及不等速性示意圖

設(shè)計(jì)時(shí)，通常使發(fā)動(dòng)機(jī)后傾2-3o角，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)橋主減輸入軸上抬一定角度（此角度與后軸荷有關(guān)）以盡可能的減小傳動(dòng)軸夾角。貨車通常要求空載狀態(tài)下傳動(dòng)軸夾角不大于5o。同時(shí)，因?yàn)榧?lì)的強(qiáng)弱與轉(zhuǎn)速有關(guān)，一般經(jīng)驗(yàn)要求n*α≤18000，其中n為傳動(dòng)軸最大轉(zhuǎn)速。

2、問(wèn)題車型的NVH測(cè)試[4]

問(wèn)題樣車簡(jiǎn)介：某后驅(qū)商用車在空載105km/h以上時(shí)勻速或者帶檔滑行時(shí)，駕駛員耳旁存在明顯噪聲問(wèn)題，且不隨檔位的變化而改變。其傳動(dòng)系及輪胎參數(shù)如下表：

為了明確激勵(lì)源，首先利用LMS Test.lab測(cè)試設(shè)備，對(duì)五檔帶檔滑行工況下駕駛員耳旁位置處的噪聲進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 五檔駕駛員耳旁噪聲階次跟蹤圖

表1 各部位關(guān)注階次下的振動(dòng)加速度

由圖3可以看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3400-3550 r/min區(qū)間，車內(nèi)噪聲出現(xiàn)明顯的峰值區(qū)域，最大值達(dá)到了76.51dB。由測(cè)試出來(lái)的2.39階次及五檔的傳動(dòng)比(0.839)，可以初步推斷出引起噪聲的激勵(lì)源為傳動(dòng)軸的2階激勵(lì)。由此在傳動(dòng)軸前端吊掛、傳動(dòng)軸中間吊掛、后橋等處布置了三向加速度傳感器，測(cè)得各部位的振動(dòng)加速度如表1，傳動(dòng)軸中間吊掛處的Z向振動(dòng)階次跟蹤圖如圖4所示。

圖4 中間吊掛處處X向振幅

3、問(wèn)題車型的整改及效果

通過(guò)以上測(cè)試及數(shù)據(jù)分析，判斷傳動(dòng)軸二階激勵(lì)是引起駕駛員耳旁噪聲的主要激振源。為了進(jìn)一步的驗(yàn)證并解決該問(wèn)題，通過(guò)在中間吊掛處增加墊片的方式，將中間吊掛沿Z軸向下降低了17mm，從而減小了傳動(dòng)軸的夾角，并進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：

圖5 五檔駕駛員耳旁噪聲階次跟蹤圖（改制后）

由圖5可以看出，傳動(dòng)軸夾角減小后，駕駛員耳旁噪聲最大值在70dB以下，同時(shí)，在問(wèn)題轉(zhuǎn)速區(qū)間和頻率附近存在的峰值區(qū)域消失，車內(nèi)噪聲問(wèn)題得到了解決。同時(shí)，各部位的振動(dòng)加速度也明顯降低，中間吊掛處的振動(dòng)加速度如圖6所示，不同位置處改進(jìn)前后振動(dòng)總級(jí)值變化如圖7-9所示。

圖6 中間吊掛Z向振動(dòng)階次跟蹤圖（改制后）

圖7 中間吊掛Z向振動(dòng)總級(jí)值對(duì)比圖

圖8 變速箱后端振動(dòng)總級(jí)值對(duì)比圖

圖9 后橋振動(dòng)總級(jí)值對(duì)比圖

4、結(jié)論

傳動(dòng)軸是汽車振動(dòng)噪聲問(wèn)題的主要激勵(lì)源之一，通過(guò)嚴(yán)格控制其動(dòng)平衡及夾角可以有效控制其一、二階激勵(lì)，提升汽車的NVH性能。但是受材料、制造工藝、檢測(cè)手段、整車空間等條件的制約，不可能做到完全的動(dòng)平衡或者各工況下均保證較小夾角，這樣就需要從傳遞路徑上對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行分析，減小駕駛室振動(dòng)和噪聲對(duì)傳動(dòng)軸振動(dòng)的靈敏度來(lái)提升汽車的NVH性能，如增加傳動(dòng)軸中間吊掛橡膠、發(fā)動(dòng)機(jī)和駕駛室懸置的隔振性能等。

[1] 《汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì)》.汽車工程手冊(cè)，設(shè)計(jì)篇.北京：人民交通出版社，2001.6,427-436.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出社,2000.4,132.

[3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出社,2009.2,102-103.

[4] 比利時(shí)LMS Test.lab培訓(xùn)手冊(cè)[M].北京LMS公司，2007.

表2 白車身模態(tài)分析與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2.2 白車身彎曲剛度分析與驗(yàn)證

表3 白車身彎曲剛度分析與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2.3 白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析與驗(yàn)證

表4 白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3、結(jié)論

本文對(duì)某車型的白車身模態(tài)、白車身彎曲剛度、白車身扭轉(zhuǎn)剛度作了詳細(xì)的分析和驗(yàn)證，結(jié)果表明，理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果是一致的，同時(shí)也說(shuō)明，前期的理論分析方法在汽車設(shè)計(jì)階段的NVH性能開(kāi)發(fā)方面起到了非常重要的作用，它可以高效地指導(dǎo)汽車NVH性能的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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The Influence to Vibration and Noise of the Shaft

Shen Baoshan, Zhao Dongping, Wang Yiwen
(Xugong Automobile Manufacturing CO., LTD, Jiangsu Xuzhou 221000)

On the basis of the structure and requirements of shaft analized，the problem of interior noise is tested, analized and improved which is caused by the vibration of truck’s shaft more than 105 km/h. The results show that the second order incentive is the result of the problem of interior noise,and the reduced angle of the shaft can effectively reduce or eliminate the interior noise.

LMS Test.lab testing; Angle of the shaft; The second order incentive; NVH

U463.1

A

1671-7988 (2016)12-63-03

沈保山（1979.12），男，山東棗莊人，碩士研究生，工程師，主要從事汽車CAE分析及NVH測(cè)試方面的研究。