車輛動力傳動系統(tǒng)中側(cè)隙仿真及測試方法簡介

摘 要：文章對扭轉(zhuǎn)剛度做了闡述，引入了胡克定律，從單個軸、差速器到整個傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度仿真方法介紹到實際臺架測試驗證，為傳動系統(tǒng)側(cè)隙設計與NVH問題優(yōu)化提供了方法。

關鍵詞：Romax Designer;扭轉(zhuǎn)剛度;側(cè)隙

0 前言

傳動系統(tǒng)噪音（Clonk）是較為常見且是較難解決的問題之一，本文重點介紹了車輛動力傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度的仿真與臺架測試方法，為變速箱Clonk異響等NVH問題優(yōu)化提供思路和方法。

1 扭轉(zhuǎn)剛度

（1）軸扭轉(zhuǎn)剛度。扭轉(zhuǎn)變形理論：扭轉(zhuǎn)角沿桿長的變化率：，其中：G—材料的切變模量;鋼材的切變模量G=80 GPa;相距L的兩橫截面間相對扭轉(zhuǎn)角為：。等直圓桿僅兩端截面受外力偶矩Me作用時：（單位：rad）。

稱為扭轉(zhuǎn)胡克定律。GIp稱為等直圓桿的扭轉(zhuǎn)剛度。

松齒輪：圖2的輸出軸上松齒輪，扭矩輸入端的位置為齒轂與軸上花鍵的剛性連接位置。與軸剛性連接的固定齒輪：圖2輸出軸上固定齒輪，齒輪與軸通過2個或3個剛性聯(lián)接連接在一起。扭矩輸入端的位置為最左端的剛性聯(lián)接。雖然romax在齒輪扭矩輸入/輸出端位置處理時與理論要求有些差異，但整體的差異比較小，為了計算方便，在計算軸的扭轉(zhuǎn)剛度時，可以忽略這些差異，直接取軸的扭轉(zhuǎn)角=romax定義的各檔位時扭矩輸入端和輸出端扭轉(zhuǎn)角的差值，即各檔位最大扭轉(zhuǎn)角與最小扭轉(zhuǎn)角的差值。軸的扭轉(zhuǎn)剛度=Torque input（本軸的輸入扭矩）/扭轉(zhuǎn)角的差值，即K=T/。

（2）差速器的扭轉(zhuǎn)剛度。由于差速器殼體結(jié)構的非對稱性，在計算差速器殼體扭轉(zhuǎn)剛度時，固定扭矩輸出端即Node4，得到主減大齒輪32個節(jié)點處的扭轉(zhuǎn)角，取其平均值再計算扭轉(zhuǎn)剛度。

（3）系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度。在計算系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度時，圖3計算了整個變速箱系統(tǒng)從輸入軸到半軸工裝（非實際半軸）的扭轉(zhuǎn)剛度，完整的變速箱系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度計算一定要包含差速器內(nèi)部零件。Romax定義扭矩輸出端位置角為一個接近0 mrad的值，視作該處固定，得到輸入軸扭矩輸入端的系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角。

由于變速箱系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度為非線性的，且需排除側(cè)隙對扭轉(zhuǎn)角的影響，所以輸出的系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度為：。

2 側(cè)隙測量試驗

將兩根半軸固定，當輸入軸輸入扭矩為±45Nm時，測量扭矩輸入端的扭矩轉(zhuǎn)角，從而等到±45Nm范圍內(nèi)的變速箱系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度試驗數(shù)據(jù)，可以與分析結(jié)果相對比參照。試驗結(jié)果得到Zero backlash 和Backlash at ±20Nm的系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度，Zero backlash：在未加扭情況下，整個變速箱系統(tǒng)消除側(cè)隙能轉(zhuǎn)動的角度。Backlash at ±20Nm：在加扭-20Nm 至 20Nm情況下整個變速箱系統(tǒng)能轉(zhuǎn)動的角度。

-20Nm 至 20Nm，消除側(cè)隙后系統(tǒng)總的扭轉(zhuǎn)角度：

0 至 20Nm時的扭轉(zhuǎn)剛度：

-20至0Nm時的扭轉(zhuǎn)剛度：

由于變速箱系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度為非線性的，故一般只考慮±20Nm時的平均扭轉(zhuǎn)剛度。圖4為某變速箱傳動系統(tǒng)的側(cè)隙仿真與試驗結(jié)果，從數(shù)據(jù)上可以看出，低檔齒輪速比較大，在相同的輸入扭矩下扭轉(zhuǎn)角較大，對測試數(shù)據(jù)的精確度的敏感性更小，扭轉(zhuǎn)剛度結(jié)果差異小。而高檔齒輪速比較小在相同的輸入扭矩下扭轉(zhuǎn)角較小，對測試數(shù)據(jù)的精確度的敏感性更大，扭轉(zhuǎn)剛度結(jié)果差異更大。

3 結(jié)論

利用Romax Designer建立動力學模型，可以在設計初期仿真計算傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度與Backlash值，能夠較早的了解變速器各子系統(tǒng)模塊的扭轉(zhuǎn)剛度，了解傳動系統(tǒng)設計的NVH水平，為后續(xù)項目開發(fā)節(jié)省了大量時間與精力，提升了動力傳動系統(tǒng)的品質(zhì)。后期用專用臺架進行測試，并結(jié)合整車駕駛性能表現(xiàn)，更進一步驗證了產(chǎn)品的最終NVH水平。

作者簡介：李榮廷（1990-），男，甘肅武威人，學士，工程師，從事變速箱開發(fā)工作。