基于Nastran某商用車傳動軸NVH模態性能仿真和試驗研究

孫萌，陳明亮，吳靜

基于Nastran某商用車傳動軸NVH模態性能仿真和試驗研究

孫萌，陳明亮，吳靜

（江西五十鈴汽車有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330010）

傳動軸是商用車動力系統關鍵傳動部件，對整車NVH性能有重要影響，文章針對某商用車傳動軸進行了模態CAE和試驗研究，C AE分析和試驗結果表明，此商用車傳動軸NVH模態性能滿足目標。

商用車；傳動軸；模態

1 引言

隨著國家經濟高速發展，人民的生活水平日益提高，商用車銷量也得到快速發展，與此同時，人們對于整車NVH品質要求也越來越高。傳動軸作為汽車傳動系統的重要部件，在實際的工作過程中，如果受到自身或其他外部激勵，會產生振動及噪聲，不僅影響乘車舒適性，更嚴重的會引起傳動軸及與傳動軸連接的變速器和驅動橋會產生破壞，甚至影響安全駕駛置[1-3]。故研究傳動軸NVH模態性能具有重要的價值和意義。

本文研究源于某商用車新開發傳動軸系統，需確保其NVH模態性能滿足設計目標要求，通過有限元方法，基于Nastran軟件，對某商用車傳動軸進行了CAE模態分析，結合模態測試試驗，CAE分析結果和測試結果表明此商用車傳動軸NVH模態性能避開了發動機怠速共振頻率，性能滿足目標。

2 傳動軸CAE模態分析

2.1 傳動軸FEA模型

本文采用有限元軟件Hyperworks對某商用車傳動軸進行了建模，網格大小為4mm，對應材料為40Cr，橡膠在35Hz頻率下軸向動剛度：220N/mm，徑向動剛度270N/mm，模型質量27.3kg，有限元模型如圖1所示。

2.2 傳動軸CAE自由模態分析

本文分析了某商用車傳動軸自由模態，CAE分析結果如圖2所示，一階Z向彎曲模態頻率為244.5Hz，二階Y向彎曲模態頻率為246.9Hz。

圖1 某商用車傳動軸FEA模型

2.3 傳動軸CAE約束模態分析

本文對某商用車傳動軸進行了約束模態分析，約束電機輸出軸軸承位置及后橋輸出軸軸承支撐位置全自由度，同時約束中間吊掛支架與車架固定安裝孔位置全自由度，得到如圖3示的傳動軸約束模態CAE分析結果，其中一階后軸Z向彎曲模態236.8Hz，二階Y向彎曲模態頻率為239.4Hz。

2.4 傳動軸CAE臺架狀態模態分析

本文對某商用車傳動軸進行了臺架狀態模態分析，約束邊界條件如圖4所示，約束中間支架與車架螺栓連接點的全自由度，約束兩端十字萬向節螺栓孔處全自由度。

圖4 傳動軸臺架CAE模態分析邊界條件

本文按照上述邊界條件，得到如圖5所示的臺架狀態傳動軸CAE模態分析結果，其中一階后軸Z向彎曲模態頻率為219.4Hz，二階后軸Y向彎曲模態頻率為221.8Hz。

3 傳動軸模態試驗分析

3.1 傳動軸自由模態試驗分析

本文對某商用車傳動軸系統進行了自由模態測試，如圖6所示。傳動軸長度1.5m，質量27.6kg，傳動軸直徑10mm。

圖6 傳動軸自由模態試驗

按照上述試驗邊界條件進行測試，得到圖7傳動軸自由模態測試結果，一階頻率為249Hz，振型為Z向S型彎曲模態，二階頻率為479Hz，振型為Y向W型彎曲模態。

3.2 傳動軸臺架約束模態試驗分析

本文采用LMS信號采集設備，通過力錘對某商用車傳動軸進行了臺架狀態約束模態試驗，如圖8所示，試驗樣本量為2個，記錄試驗過程中，傳動軸振型和頻率。

本文按照上述臺架約束邊界條件，進行了傳動軸模態測試，得到如圖9 測試結果，扭矩0Nmm下，傳動軸一階彎曲頻率為240Hz，二階頻率438Hz，與CAE分析對標較好，滿足大于150Hz目標。

圖8 傳動軸臺架約束模態試驗

3.3 傳動軸整車狀態下模態測試分析

本文對某商用車傳動軸進行了整車狀態下的模態測試，得到如圖10的模態測試結果，其中一階Z向彎曲模態為174.6Hz，二階Y向彎曲模態為239.4Hz，三階Z向彎曲模態為256.1Hz。

4 結論

本文基于NASTRAN有限元仿真分析軟件，對某商用車傳動軸進行了CAE自由模態、約束模態和臺架狀態下模態分析，同時結合模態測試試驗，進行了傳動軸自由模態測試、臺架狀態模態測試及整車狀態下模態測試，CAE分析和臺架試驗結果表明，此商用車傳動軸NVH模態避開了發動機怠速頻率，滿足設計目標。

[1]尹榮棟.基于Optistruct的某型汽車傳動軸模態分析[J].農業裝備與車輛工程,2018(7):31-36.

[2] 趙生蓮.基于有限元的汽車傳動軸模態參數優化研究[J].機電工程,2020,6(1):14-18.

[3] 付朋磊.汽車傳動軸振動分析、優化及仿真系統開發[D].武漢:華中科技大學,2019.

Simulation and Experimental Study on NVH Modal Performance of a Commercial Vehicle Transmission Shaft with NASTRAN

Sun Meng, Chen Mingliang, Wu Jing

( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330010 )

The transmission shaft is the key transmission component of the commercial vehicle power system, which has an important impact on the NVH performance of the vehicle. In this paper, the modal CAE and experimental research are carried out for the transmission shaft of a commercial vehicle. The CAE analysis and test results show that the NVH modal performance of the drive shaft of the commercial vehicle meets the target.

Commercial vehicle; Transmission shaft; Modal performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.028

U463.216+.2

A

1671-7988(2021)03-93-03

U463.216+.2

A

1671-7988(2021)03-93-03

孫萌，就職于江西五十鈴汽車有限公司產品開發技術中心。