某款車型傳動軸振動發(fā)響分析

候玉榮，錢俊

(1.湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北十堰 442000；2.三環(huán)集團(tuán)有限公司，湖北十堰 442000)

0 引言

汽車振動容易使駕駛員疲勞，精神不能集中而導(dǎo)致交通事故發(fā)生；造成零部件松動，加速汽車配合部件間的磨損與疲勞，達(dá)不到正常使用周期；降低了傳動效率，增加車輛的使用成本。隨著湖北某公司昊龍車型產(chǎn)量的不斷增加，該車型近期不斷出現(xiàn)整車振動現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)并對銷售產(chǎn)生了負(fù)面影響。

汽車是一個(gè)具有質(zhì)量、彈性和阻尼的復(fù)雜振動系統(tǒng)，是由多個(gè)具有固有振動特性的子系統(tǒng)組成，當(dāng)這些子系統(tǒng)產(chǎn)生的振動頻率接近或一致時(shí)，就會造成整車共振。而由動力總成、傳動軸、驅(qū)動橋總成組成的動力傳動系統(tǒng)是車輛振動的重要激振源，動力傳動系統(tǒng)的振動可分為彎曲振動系統(tǒng)和扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)，當(dāng)來自發(fā)動機(jī)、路面以及由于車輪不平衡產(chǎn)生的周期性扭轉(zhuǎn)激勵的頻率與動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的固有頻率一致時(shí), 便會發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振。引起彎曲振動的原因有發(fā)動機(jī)運(yùn)動部件往復(fù)慣性力、傳動軸的不平衡、止口跳動量等任何形式的旋轉(zhuǎn)不平衡和不同軸度[1]。

查找共振源是解決汽車振動的關(guān)鍵，產(chǎn)生共振的因素有很多，而昊龍車型模塊化移植原成熟車型的底盤設(shè)計(jì)，變動最大部分就是整車的傳動系統(tǒng)。為了盡快找準(zhǔn)昊龍車型振動的原因，在湖北某公司質(zhì)管部配合下，將同一批次路試發(fā)抖的6臺昊龍汽車底盤進(jìn)行試驗(yàn)，將振動主要因素排列出來并逐項(xiàng)試驗(yàn)，排查試驗(yàn)工作的重點(diǎn)安排在傳動系統(tǒng)上進(jìn)行。

1 分析現(xiàn)象及排查共振原因

(1)會同湖北某公司技術(shù)中心車型設(shè)計(jì)人員對昊龍車型傳動系統(tǒng)的當(dāng)量夾角進(jìn)行驗(yàn)算，確認(rèn)了傳動系統(tǒng)布置合理。

(2)將6臺試驗(yàn)車輛開上整車檢測線，將變速器速比設(shè)定為i=1，試驗(yàn)得出:發(fā)生共振的汽車車速集中為55～70 km/h，該車速所對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 600～2 100 r/min，對應(yīng)的發(fā)動機(jī)輸出扭矩為最高值范圍。下線繼續(xù)路試，試驗(yàn)車輛在出現(xiàn)發(fā)振現(xiàn)象后脫擋滑行，發(fā)振現(xiàn)象依然存在，排除了發(fā)動機(jī)扭矩輸出變化與汽車的共振有直接關(guān)系。

(3)將發(fā)生共振的6臺試驗(yàn)車輛的傳動軸做好安裝標(biāo)記后卸下,在動平衡機(jī)上進(jìn)行校驗(yàn),確認(rèn)剩余不平衡量在合格范圍內(nèi)，排除了傳動軸不平衡的可能。

(4)隨著整車振動時(shí)，中間傳動軸上軸承支承橡膠墊會出現(xiàn)劇烈的振動。

通過對6臺試驗(yàn)車輛的傳動軸重做動平衡，標(biāo)準(zhǔn)提高一倍，單根傳動軸剩余不平衡量控制在50 g·cm以內(nèi)，按標(biāo)記裝配在試驗(yàn)車輛上重新路試，整車振抖現(xiàn)象依然存在，重新上線檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中間支撐橡膠墊振動依然存在，針對這一現(xiàn)象，假設(shè)中間傳動軸的前花鍵與中間突緣不垂直，對傳動軸總成進(jìn)行分析(如圖1所示)。

當(dāng)圖中傳動軸突緣上的點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)到點(diǎn)A′時(shí)[如圖1(b)所示]，傳動軸總成上的萬向節(jié)帶花鍵套管被拉伸；當(dāng)點(diǎn)A′再旋轉(zhuǎn)到點(diǎn)A時(shí)[如圖1(a)所示]，傳動軸總成上的萬向節(jié)帶花鍵套管被壓縮，傳動軸每轉(zhuǎn)一圈，萬向節(jié)帶花鍵套管被拉伸壓縮一次[2]。這種萬向節(jié)帶花鍵套管的往復(fù)運(yùn)動將會產(chǎn)生一個(gè)外加力反作用在中間傳動軸上，使中間支撐橡膠墊出現(xiàn)振動。為此在6臺試驗(yàn)昊龍汽車上對中間傳動軸的中間突緣進(jìn)行了檢測(如圖2所示)。

圖1 傳動軸帶滑動叉總成分析

圖2 中間傳動軸的突緣檢測

檢測的6根中間傳動軸的中間突緣的止口徑向跳動量為0.50～0.90 mm，中間突緣端面跳動量為0.60～1.12 mm。較大的端面跳動量使后傳動軸的萬向節(jié)帶花鍵套管往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生一個(gè)外加力；較大的徑向跳動量使后傳動軸的萬向節(jié)帶花鍵套管產(chǎn)生一個(gè)徑向的離心力，這2個(gè)方向上的力反作用在中間傳動軸上，會使中間支承橡膠墊產(chǎn)生劇烈的振動，這個(gè)力就是使汽車產(chǎn)生共振的加振力。由于中間突緣的跳動量較大所產(chǎn)生的外加力，對前花鍵軸上的中間支撐總成帶花鍵軸進(jìn)行受力分析。F伸、F壓為傳動軸萬向節(jié)帶花鍵套管產(chǎn)生的徑向力F1與花鍵套管及花鍵軸之間的摩擦力F2(F2伸和F2壓)的合力。合力的大小取決于突緣跳動量的大小及后傳動軸花鍵套管與花鍵軸之間的摩擦力。合力的方向在以中間傳動軸為軸線的F伸、F壓旋轉(zhuǎn)形成的圓錐面上，取決于中間突緣的偏擺方向及傳動軸的安裝。

為驗(yàn)證以上判斷，重新制作6根相同的中間傳動軸，制作時(shí)將加工工藝進(jìn)行更改，將中間突緣安裝在傳動軸焊接總成上精車突緣的端面及止口園，保證加工、測量、裝車的基準(zhǔn)統(tǒng)一，確保中間傳動軸花鍵連接盤的跳動量不大于0.2 mm(如圖3所示)。

圖3 改進(jìn)后的中間傳動軸突緣檢測

經(jīng)過裝配及動平衡，將6根相同的重新制作的中間傳動軸裝配在試驗(yàn)車輛上，重新路試發(fā)現(xiàn)：其中5臺車輛振動消失，另1臺車輛有輕微振動。上整車檢測線試驗(yàn)，得出以上相同結(jié)果，觀察到中間支撐總成橡膠墊不再劇烈振動。

結(jié)合售后人員反饋其他車型整車振動，通過更換中間傳動軸的中間突緣后大部分車輛振動現(xiàn)象消失或減輕，確認(rèn)了由于中間傳動軸上的中間突緣端面及止口園跳動公差較大時(shí)產(chǎn)生的激振力，使傳動軸彎曲振動，傳動軸的振動通過萬向節(jié)、輪轂、懸掛將激振力傳遞至車身，當(dāng)車速在55～70 km/h時(shí)，傳動軸產(chǎn)生振動的頻率與汽車自身的固有頻率接近，從而造成整車共振。

2 昊龍車型整車共振的解決辦法

目前昊龍車型所采用的153新式中間傳動軸總成裝配工藝為：

前壓裝→前校正→軸管焊接→后校正→裝配十字軸及突緣叉總成→動平衡→裝配中間支撐及中間突緣→總成油漆

(1)從現(xiàn)有的工藝分析153新式中間傳動軸總成中間突緣跳動量超標(biāo)的原因：

①傳動軸中間突緣安裝在前花鍵上，由于為間隙配合，存在著部件間中心軸線不重合的情況，安裝后以前花鍵中心軸線為基準(zhǔn)，測量顯示中間突緣端面及止口園跳動會出現(xiàn)超差(如圖4所示)。

圖4 傳動軸總成中心軸線不重合

②傳動軸總成加工、測量基準(zhǔn)與裝車基準(zhǔn)不統(tǒng)一，加工、測量基準(zhǔn)為頂針孔，而裝車基準(zhǔn)為裝配中間支撐的支承圓柱面，具體如圖5所示。

圖5 傳動軸總成測量基準(zhǔn)與裝車基準(zhǔn)

③傳動軸總成主要由傳動軸及其兩端焊接的花鍵和萬向節(jié)叉組成，雖然為解決焊接變形的問題都會進(jìn)行校直，但冷卻后存放一段時(shí)間，傳動軸總成會因?yàn)楹附討?yīng)力及熱變形而回彈。因注重效益，車間在加工時(shí)會在較短時(shí)間內(nèi)完成總成裝配，造成傳動軸總成實(shí)際中心軸線彎曲，與基準(zhǔn)軸線不重合。

(2)解決辦法

為保證基準(zhǔn)的一致性，對上述6臺試驗(yàn)車輛在中間傳動軸總成裝配工藝上進(jìn)行了調(diào)整，增加分總成機(jī)加工，取得了較好的效果，但在實(shí)際生產(chǎn)中，湖北某公司的現(xiàn)有設(shè)備在工藝上無法保證大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)系統(tǒng)難以承受，只有立足現(xiàn)有設(shè)備及加工工藝，另找解決辦法，原則是保證加工基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)、裝車基準(zhǔn)一致或接近，保障中間突緣端面及止口園的跳動量小于0.2 mm。

依據(jù)以上原則，對前花鍵及中間突緣圖紙更改，將兩部件的配合由間隙配合更改為小過盈配合，減少兩部件軸線同軸偏差，工藝部門增加傳動軸總成焊裝焊后冷卻時(shí)間，在總成焊接冷卻后再進(jìn)行校正，消除熱變形造成的后續(xù)回彈，對中間突緣零件加工增加精車工序，采用漲緊花鍵芯軸、精車端面及止口園。

通過以上技術(shù)改進(jìn)及工藝調(diào)整，進(jìn)行了多次小批量加工及驗(yàn)證，中間傳動軸總成上的中間突緣端面及止口跳動較未調(diào)整前小了許多，基本達(dá)到技術(shù)要求；小批量裝車驗(yàn)證，昊龍車型發(fā)振發(fā)響現(xiàn)象明顯下降，效果明顯。

3 結(jié)論

通過各種試驗(yàn)，找出了造成整車共振的原因，經(jīng)過修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、調(diào)整工藝方法，解決了部分昊龍車型因中間傳動軸總成中間支撐跳動量較大形成的加振力使汽車產(chǎn)生共振的現(xiàn)象。