周海超，翟輝輝，楊 建

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

基于ADAMS的傳動軸-橋殼系統(tǒng)的振動分析

周海超1，翟輝輝2，楊 建1

(1. 江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2. 鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校 汽車工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

根據(jù)某車型傳動系參數(shù)和橋殼數(shù)模，利用ADAMS軟件建立了傳動軸-橋殼系統(tǒng)動力學(xué)模型。分析了傳動軸當(dāng)量夾角和轉(zhuǎn)速的變化對驅(qū)動軸和橋殼的振動響應(yīng)。結(jié)果表明，增加傳動軸當(dāng)量夾角和轉(zhuǎn)速不僅會加劇左右半軸的振動響應(yīng)，也會影響到驅(qū)動橋殼表面的振動響應(yīng)，研究結(jié)果為進一步優(yōu)化傳動系參數(shù)匹配奠定基礎(chǔ)。

車輛工程；ADAMS；傳動軸；后橋；動力學(xué)模型；振動響應(yīng)

0 引 言

汽車動力傳動系統(tǒng)是汽車重要的組成部件之一，其性能匹配參數(shù)對車輛燃油經(jīng)濟性、平順性、NVH等整體性能有決定性的影響[1-2]。傳動系的扭轉(zhuǎn)振動是車內(nèi)振動噪聲的重要根源之一。

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

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

1 ADAMS模型建立及約束

1.1 傳動軸-橋殼系統(tǒng)參數(shù)獲取

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

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

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

1.2 傳動軸-橋殼系統(tǒng)模型建立

ADAMS軟件不僅能夠進行剛體動力學(xué)建模分析，也可用來研究車輛零部件的振動分析[8]。傳動軸-橋殼系統(tǒng)多體動力學(xué)仿真模型包括以下幾個部件：傳動軸、主減速器主動齒輪、主減速器從動齒輪、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 傳動軸-橋殼系統(tǒng)多體動力學(xué)仿真模型Fig.1 Multi-body dynamic model of the propeller shaft and axle housing system

依據(jù)實車中各個部件的鏈接狀況，在傳動軸-橋殼系統(tǒng)多體動力學(xué)仿真模型中設(shè)置共計18個約束副，分別為7個旋轉(zhuǎn)副，5個齒輪副，2個花鍵副，1個固定副，1個萬向節(jié)副以及2個柔性連接等，如圖2，圖3；坐標(biāo)選擇如圖2。

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

圖3 傳動軸-橋殼系統(tǒng)多體動力學(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 傳動軸當(dāng)量夾角變化的影響

當(dāng)傳動軸轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時，分析傳動軸當(dāng)量夾角變化對驅(qū)動軸和橋殼振動影響。

2.1.1 對驅(qū)動軸角加速度的影響

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

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

2.1.2 對驅(qū)動軸和橋殼振動的影響

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

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

2.2 傳動軸轉(zhuǎn)速的變化

當(dāng)傳動軸當(dāng)量夾角為6°時，分析傳動軸轉(zhuǎn)速變化對驅(qū)動軸和橋殼振動的影響。

2.2.1 對驅(qū)動軸角加速度的影響

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

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

2.2.2 對驅(qū)動軸和橋殼振動加速度的影響

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

圖7 傳動軸轉(zhuǎn)速變化對驅(qū)動軸和橋殼振動加速度影響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)隨著傳動軸當(dāng)量夾角的增大，驅(qū)動軸的角加速度也增大，驅(qū)動軸以及橋殼的振動加速度也隨之增大。也就是說隨著傳動軸當(dāng)量夾角的增大，驅(qū)動軸和橋殼的振動也隨之劇烈。但是，橋殼的振動響應(yīng)對傳動軸當(dāng)量夾角變化小于驅(qū)動軸振動響應(yīng)。

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

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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

江蘇省汽車工程重點實驗室開放基金項目(QC201303)；江蘇省2013年度普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃項目(CXLX13_676)

周海超(1984—)，男，河南許昌人，博士，講師，主要從事車輛動態(tài)控制及汽車現(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