基于ADAMS的傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)的振動(dòng)分析

周海超，翟輝輝，楊 建

(1. 江蘇大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2. 鎮(zhèn)江高等專(zhuān)科學(xué)校 汽車(chē)工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

基于ADAMS的傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)的振動(dòng)分析

周海超1，翟輝輝2，楊 建1

(1. 江蘇大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2. 鎮(zhèn)江高等專(zhuān)科學(xué)校 汽車(chē)工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

根據(jù)某車(chē)型傳動(dòng)系參數(shù)和橋殼數(shù)模，利用ADAMS軟件建立了傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。分析了傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角和轉(zhuǎn)速的變化對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和橋殼的振動(dòng)響應(yīng)。結(jié)果表明，增加傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角和轉(zhuǎn)速不僅會(huì)加劇左右半軸的振動(dòng)響應(yīng)，也會(huì)影響到驅(qū)動(dòng)橋殼表面的振動(dòng)響應(yīng)，研究結(jié)果為進(jìn)一步優(yōu)化傳動(dòng)系參數(shù)匹配奠定基礎(chǔ)。

車(chē)輛工程；ADAMS；傳動(dòng)軸；后橋；動(dòng)力學(xué)模型；振動(dòng)響應(yīng)

0 引 言

汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)重要的組成部件之一，其性能匹配參數(shù)對(duì)車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性、平順性、NVH等整體性能有決定性的影響[1-2]。傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是車(chē)內(nèi)振動(dòng)噪聲的重要根源之一。

許在文等[3]建立傳動(dòng)系扭振仿真模型，發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)系中存在較為明顯的扭振成分，采用參數(shù)靈敏度分析修改對(duì)扭振有重要作用的部件，實(shí)現(xiàn)扭振降低。胡乃杰等[4]以傳動(dòng)軸中間支撐力和位移響應(yīng)為約束，優(yōu)化分析傳動(dòng)軸的布置形式。郭彥穎等[5]利用矢量分析方法獲得了后橋上、下跳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度和角度的變化特性，為整車(chē)總布置設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。驅(qū)動(dòng)橋殼是傳動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，在受到傳動(dòng)軸振動(dòng)和不平路面的沖擊及懸架的共同作用下產(chǎn)生振動(dòng)，從外向外輻射噪聲。孟慶華等[6]研究表明驅(qū)動(dòng)橋噪聲根本原因是主從動(dòng)錐齒輪在傳動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)下嚙合時(shí)產(chǎn)生的嚙合沖力和振動(dòng)引起的，噪聲產(chǎn)生的直接原因是驅(qū)動(dòng)橋表面受到各種動(dòng)態(tài)力的激勵(lì)而產(chǎn)生的振動(dòng)。陳亮[7]對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼振動(dòng)噪聲進(jìn)行了分析，提出了增加后蓋厚度和在橋弓上設(shè)置加強(qiáng)筋來(lái)降低振動(dòng)噪聲。

傳動(dòng)軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于本身質(zhì)量的不平衡、剛度不足以及傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角和轉(zhuǎn)速的變化等都會(huì)引起驅(qū)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋殼的振動(dòng)。筆者主要研究了傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角的變化和轉(zhuǎn)速變化對(duì)傳動(dòng)軸和橋殼振動(dòng)響應(yīng)的影響。

1 ADAMS模型建立及約束

1.1 傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)參數(shù)獲取

建立傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)模型中所需要的幾何參數(shù)是由某面包車(chē)企業(yè)提供，其主要參數(shù)如表1。

構(gòu)件及其性能參數(shù)由該面包車(chē)企業(yè)試驗(yàn)測(cè)試所提供(如彈簧剛度、減震器的特性參數(shù)、傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)等)。

表1 傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)參數(shù)Table 1 Systerm parameters of the propeller shaft and the rear axle

1.2 傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)模型建立

ADAMS軟件不僅能夠進(jìn)行剛體動(dòng)力學(xué)建模分析，也可用來(lái)研究車(chē)輛零部件的振動(dòng)分析[8]。傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)仿真模型包括以下幾個(gè)部件：傳動(dòng)軸、主減速器主動(dòng)齒輪、主減速器從動(dòng)齒輪、行星齒輪、行星齒輪軸、左半軸齒輪、右半軸齒輪、左半軸、右半軸、橋殼等，如圖1。模型中除了橋殼由CATIA模型導(dǎo)入外，其余各部件都在ADAMS/view模塊下創(chuàng)建。

圖1 傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)仿真模型Fig.1 Multi-body dynamic model of the propeller shaft and axle housing system

依據(jù)實(shí)車(chē)中各個(gè)部件的鏈接狀況，在傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)仿真模型中設(shè)置共計(jì)18個(gè)約束副，分別為7個(gè)旋轉(zhuǎn)副，5個(gè)齒輪副，2個(gè)花鍵副，1個(gè)固定副，1個(gè)萬(wàn)向節(jié)副以及2個(gè)柔性連接等，如圖2，圖3；坐標(biāo)選擇如圖2。

圖2 傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)仿真模型的約束Fig.2 The constraints of the multi-body dynamic model

圖3 傳動(dòng)軸-橋殼系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)仿真模型約束示意Fig.3 The scheme of the model constraints

2 仿真結(jié)果分析

2.1 傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角變化的影響

當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)，分析傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角變化對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和橋殼振動(dòng)影響。

2.1.1 對(duì)驅(qū)動(dòng)軸角加速度的影響

由圖4可看出，傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角為0°時(shí)，左右半軸的最大角加速度為197.74 deg/s2，當(dāng)量夾角為1.5°時(shí)，左右半軸角加速度為699.42 deg/s2，隨著傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角的增大，驅(qū)動(dòng)軸的角加速度也增大。

圖4 傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角變化對(duì)驅(qū)動(dòng)軸角速度影響Fig.4 Effects of propeller shaft angle variation on driving shaft’s angular speed

2.1.2 對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和橋殼振動(dòng)的影響

圖5為傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角的變化對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和橋殼振動(dòng)加速度的影響曲線。由圖5可知：當(dāng)傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角為0°時(shí)，左右半軸的最大振動(dòng)加速度分別為0.391 8 m/s2和0.366 2 m/s2，橋殼的最大振動(dòng)加速度為0.192 8 m/s2；傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角為1.5°時(shí)，左右半軸的最大振動(dòng)加速度分別為0.392 4 m/s2和0.363 9 m/s2，橋殼最大振動(dòng)加速度為0.192 4 m/s2，隨著傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角的增大，左右半軸以及橋殼的振動(dòng)加速度都有不同程度的增大。也就是說(shuō)隨著傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角的增大驅(qū)動(dòng)軸和橋殼的振動(dòng)也隨之加劇，但是，橋殼的振動(dòng)響應(yīng)對(duì)傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角變化小于驅(qū)動(dòng)軸振動(dòng)響應(yīng)。

圖5 傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角變化對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和橋殼振動(dòng)加速度影響Fig.5 Effects of propeller shaft angle on the propeller shaft and the rear axle housing’s vibration acceleration

2.2 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的變化

當(dāng)傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角為6°時(shí)，分析傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速變化對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和橋殼振動(dòng)的影響。

2.2.1 對(duì)驅(qū)動(dòng)軸角加速度的影響

由圖6可知，當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為1 311 r/min時(shí)，左右半軸的最大角加速度均為4 468.82 deg/s2，當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)，左右半軸的最大角加速度為10 399.19 deg/s2，隨著傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速增大，左右半軸的角加速度也隨之增大。也就是說(shuō)隨著傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的增大驅(qū)動(dòng)軸和橋殼的振動(dòng)也隨之劇烈。

圖6 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速變化對(duì)驅(qū)動(dòng)軸角速度影響Fig.6 Effects of propeller shaft’s rotating speed variation on the driving axle’s angular speed

2.2.2 對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和橋殼振動(dòng)加速度的影響

由圖7可知，當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為1 311 r/min時(shí)，左右半軸的最大振動(dòng)加速度分別為0.267 1 m/s2和0.249 2 m/s2，橋殼最大振動(dòng)加速度為0.131 3 m/s2；當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)，左右半軸的最大振動(dòng)加速度分別為0.421 8 m/s2和0.394 2 m/s2，橋殼最大振動(dòng)加速度為0.207 5 m/s2。隨著傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速增大，左右半軸以及橋殼的振動(dòng)加速度也隨之增大。也就是說(shuō)隨著傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的增大驅(qū)動(dòng)橋的振動(dòng)也隨之劇烈。

圖7 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速變化對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和橋殼振動(dòng)加速度影響Fig.7 Effects of propeller shaft’s rotating speed variation on the vibration acceleration of propeller shaft and the rear axle housing

3 結(jié) 論

1)隨著傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角的增大，驅(qū)動(dòng)軸的角加速度也增大，驅(qū)動(dòng)軸以及橋殼的振動(dòng)加速度也隨之增大。也就是說(shuō)隨著傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角的增大，驅(qū)動(dòng)軸和橋殼的振動(dòng)也隨之劇烈。但是，橋殼的振動(dòng)響應(yīng)對(duì)傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角變化小于驅(qū)動(dòng)軸振動(dòng)響應(yīng)。

2)隨著傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的增大，驅(qū)動(dòng)軸的角加速度也增大，驅(qū)動(dòng)軸以及橋殼的振動(dòng)加速度也隨之增大，也就是說(shuō)隨著傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的增大驅(qū)動(dòng)軸和橋殼的振動(dòng)也隨之劇烈。

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Propeller Shaft and Rear Axle Housing System Vibration Analysis Based on ADAMS

ZHOU Haichao1，ZHAI Huihui2，YANG Jian1

(1. School of Automotive and Traffic Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, Jiangsu, P. R.China;2. College of Automotive Engineering, Zhenjiang College, Zhenjiang 212000, Jiangsu, P. R.China)

According to the powertrain parameter and numerical model simulating axle housing of some motorcar type , a dynamic model simulating propeller shaft-Rear Axle Housing system was established by ADAMS and an analysis was made on the impact of variations of equivalent angle and rotational speed of propeller shaft on vibration response of driving shaft and rear axle housing. The results show that increasing of propeller shaft angle and rotational speed may not only intensify the vibration response of the half axles left and right but also may affect the vibraton response of surface of driving axle housing. The study result lays a foundation for further optimization of powertrain parameters matching.

vehicle engineering; ADAMS; propeller shaft; rear axle; dynamic model; vibration response

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.02.35

2014-10-31；

2015-05-19

江蘇省汽車(chē)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(QC201303)；江蘇省2013年度普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(CXLX13_676)

周海超(1984—)，男，河南許昌人，博士，講師，主要從事車(chē)輛動(dòng)態(tài)控制及汽車(chē)現(xiàn)代輪胎學(xué)方面的研究。E-mail: haichaozhou999@163.com。

U463.2

A

1674-0696(2016)02-174-05