機車傳動軸振動的仿真計算及優(yōu)化

摘 要：傳動軸是影響汽車操縱性和舒適性的主要構件，為了進一步減小傳動軸振動，提升汽車的舒適性，需要采用嚴格的計算方法深入分析傳動軸振動成因。本文主要研究了傳動軸振動成因，并結合相關公式進行仿真計算，總結出優(yōu)化傳動軸的主要方法并評估了在汽車中的可能性。

關鍵詞：傳動軸；仿真計算；結構；優(yōu)化

中圖分類號：TB533+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0299-01

引 言

隨著汽車的不斷普及，社會民眾對汽車的可操控性和舒適性要求不斷提升。汽車結構中的傳動系統(tǒng)傳動軸的振動問題一直是困擾研發(fā)工程師的主要問題之一，為了解決這一關鍵問題，研發(fā)工程師應結合仿真試驗深入分析傳動軸振動成因，進而從根本上對傳動軸進行優(yōu)化，滿足民眾對汽車的更高要求。

1 傳動軸結構

傳動軸是汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，該構件主要起到傳輸動力、扭矩及運動轉向的作用。傳動軸主要由后等速萬向節(jié)、后軸管、中間支撐、前軸管、中間等速萬向節(jié)以及聯(lián)軸器組成，其中后等速萬向節(jié)與后方主減速器對接，中間支撐構件通過螺栓與車架固定，前端的聯(lián)軸器與汽車的分動器對接。傳動軸構件中中間支撐和聯(lián)軸器為橡膠類產(chǎn)品，因為該部位在實際行駛過程中最容易受到?jīng)_擊，采用橡膠類產(chǎn)品能夠減少汽車行駛過程中沖擊荷載對傳動軸造成的損傷。傳動軸結構示意圖如圖1所示。

2 傳動軸振動成因分析及仿真計算

在理論狀態(tài)下，轉子無論是在靜止或是運動狀態(tài)下都應該保持平衡狀態(tài)，結合轉子的運動狀態(tài)，依據(jù)離心力公式進行仿真計算：

在徑向平面內(nèi)，當轉子內(nèi)部質(zhì)量均勻分布時，可得出其平面內(nèi)的矢量和為零，即滿足矢量和公式：

在實際運動過程中，由于機械構件之間存在摩擦、構件尺寸不夠精確，因此轉子平面內(nèi)的矢量和并不為零。依據(jù)力學定理，可將指定點的各項離心力轉移至B點，如圖2所示。B點即為轉子質(zhì)量不平衡量點，轉子離心力由轉子的質(zhì)量不平衡引起，則B點離心力（F0）即為轉子離心力，該點滿足以下公式：

結合轉子的轉動規(guī)律和離心力公式分析，離心力隨傳動軸一同運動，離心力通過軸承結構傳遞至中間支撐，從而使中間支撐構件產(chǎn)生支反力，由于中間支撐構件固定于車架上，因此力與力互斥產(chǎn)生系統(tǒng)共振。因此，可得出引起傳動軸振動的根本原因是其本身的質(zhì)量不平衡。

3 傳動軸振動優(yōu)化方法及適用性分析

上文分析出傳動軸轉子不平衡導致其本身的質(zhì)量不平衡，但現(xiàn)階段的優(yōu)化技術只能將質(zhì)量不平衡問題控制在一定范圍內(nèi)，并不可能完全消除該現(xiàn)象。本段主要從以下幾方面淺談傳動軸振動優(yōu)化的方法：

（1）可采取縮短軸管管徑的方法，緩解傳動軸振動問題，但應結合實際情況慎用該方法。

（2）在軸管內(nèi)部填充阻尼材料，可達成優(yōu)化目的。結合傳動軸振動頻率公式來看，要想降低f數(shù)值，采用填充阻尼材料的方法，會對傳動軸的質(zhì)量產(chǎn)生改變，進而增加整車的重量并增加汽車制造成本。因此，該種優(yōu)化方法并沒有被廣泛應用。

（3）取消傳動軸中聯(lián)軸器的撓性盤設計，要想將該構件取消，就必須采用相同原理改進設計。筆者認為，將原有構件變?yōu)槿f向節(jié)叉能夠提升整個傳動系統(tǒng)的剛度。在實際應用過程中，采用萬向節(jié)叉的設計方式能夠大大減小車內(nèi)的振動共鳴聲。因此，采用第三種方法能夠實現(xiàn)傳動軸振動優(yōu)化，且該優(yōu)化方法不會增加制造成本，具備廣泛推廣的基礎。

4 結 論

總而言之，本文通過對傳動軸結構的研究，分析出造成傳動軸振動的主要原因是傳動軸的質(zhì)量不平衡，并結合仿真計算分析出傳動軸達到系統(tǒng)共振的基本條件。因此，在設計環(huán)節(jié)應該盡量避免傳動軸達到共振的平衡條件，避開其特有的振動頻率，這是解決傳動軸振動的主要途徑。

參考文獻

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收稿日期：2018-9-15