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載貨汽車傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)共振問題
2019-09-14 18:15:47· 來源：EDC電驅(qū)未來 作者：楊允輝
在載貨汽車長期運行過程中傳動系統(tǒng)異響問題較為突出，其中長軸距中表現(xiàn)更為突出。某輛載貨汽車以40至60km/h車速通過5擋進行加速，在傳動軸中存在較為明顯的異響
在載貨汽車長期運行過程中傳動系統(tǒng)異響問題較為突出，其中長軸距中表現(xiàn)更為突出。某輛載貨汽車以40至60km/h車速通過5擋進行加速，在傳動軸中存在較為明顯的異響。主要是軸管傳輸金屬敲擊聲響，從試驗中能看出，傳動系統(tǒng)中扭轉(zhuǎn)共振問題較為常見。
1 現(xiàn)場分析
對異常傳出位置進行判定，主要是從變速箱后第一節(jié)傳動軸中發(fā)生異常聲響，對換擋加速轉(zhuǎn)速進行分析。結(jié)合故障發(fā)生具體現(xiàn)象，相關(guān)技術(shù)人員要選取故障排除措施，但是此類故障未能全面消除。技術(shù)人員要對傳動軸動平衡進行分析，對動齒輪間隙進行探查，及時更換加強版?zhèn)鲃虞S，相同車型傳動軸之間能相互交換，選取相應(yīng)材料對傳統(tǒng)軸進行包裹，在傳動軸中要添加相應(yīng)的填充材料。針對故障采取排除控制措施之后，要對傳動系統(tǒng)采取專項測試檢驗，對噪聲信號、轉(zhuǎn)速變動波動信號等進行分析。通過試驗初步判定產(chǎn)生異響主要問題是傳統(tǒng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)共振。
圖1 發(fā)動機和變速器輸出軸轉(zhuǎn)速波動曲線
2 理論分析
2.1 計算參數(shù)
以此載貨汽車傳動系統(tǒng)為例，通過AMESim軟件能建立相應(yīng)的系統(tǒng)模型。在傳動系統(tǒng)模型中，主要是剛?cè)峄旌夏Ｐ?，對傳統(tǒng)系統(tǒng)各個部件進行簡化，能組成為不同剛體。其中半軸以及傳動軸是柔性體，整車傳動質(zhì)量等效是當量轉(zhuǎn)動慣量。
2.2 計算工況
當前對傳動系統(tǒng)進行有效匹配能對共振問題進行有效控制，對過去傳動系統(tǒng)模態(tài)進行全面優(yōu)化，能對扭轉(zhuǎn)共振進行控制，降低各項影響。結(jié)合問題發(fā)生具體現(xiàn)象，可以在5擋基礎(chǔ)上進行優(yōu)化計算，將不同變量都設(shè)為1，確定相對取值范圍。
圖2 傳動系統(tǒng)扭振計算模型
圖3 發(fā)動機外特性曲線
對表1相關(guān)數(shù)據(jù)分析可知，當前為了保障傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動固有頻率能有效控制，可以應(yīng)用調(diào)節(jié)離合器扭轉(zhuǎn)減震器剛度措施。還能應(yīng)用擴大動盤慣量、變速器輸出軸總成慣量，對左右半軸基本剛度進行控制。在離合器基本扭轉(zhuǎn)減震器剛度保持不變狀態(tài)下，可以結(jié)合變量趨勢對靈敏度進行分析，獲取系統(tǒng)基本頻率。將低離合器扭轉(zhuǎn)減振器剛度進行適度控制，能獲取系統(tǒng)基本固化頻率。此外，還要對傳動系統(tǒng)重要部件進行調(diào)節(jié)，能對低離合扭轉(zhuǎn)減振器剛度進行控制。但是將系統(tǒng)重要部件進行改造對傳動系統(tǒng)會產(chǎn)生較大影響，燃油經(jīng)濟性也會發(fā)生影響。所以當前對傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動固有頻率進行控制可以應(yīng)用通過降低離合器減振器剛度值來實現(xiàn)。
2.3 離合器基本定義
傳動系統(tǒng)是由多個彈性軸以及集中質(zhì)量體構(gòu)成的扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)，自身存在相應(yīng)的固有頻率，在長期行駛過程中會產(chǎn)生激勵頻率，此頻率與扭轉(zhuǎn)振動頻率能相互吻合之后將會使得系統(tǒng)產(chǎn)生共振問題。離合器扭轉(zhuǎn)減振重要作用就是對傳統(tǒng)系統(tǒng)以及發(fā)動機中的共振頻率進行轉(zhuǎn)移，將載貨汽車傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生的齒輪噪聲進行控制，全面降低怠速階段噪聲與扭振問題，對多種工況中沖擊荷載進行有效緩合。
表1 靈敏度分析結(jié)果
汽車原有的離合器扭轉(zhuǎn)減振器選取的是單級線性減振器，不能高效應(yīng)對發(fā)動機不同階段的運行條件要求，將會導致傳動系統(tǒng)發(fā)生共振問題。要對不同離合器產(chǎn)品應(yīng)用性能進行對比，對原有的減震器進行全面優(yōu)化。通過不同級別剛度能全面適應(yīng)車輛不同運行工況基本要求，將原有的一級減振轉(zhuǎn)為三級減振。第一級傳動系統(tǒng)基本固有頻率最低，能消除不同檔位變速器齒輪沖擊過程中產(chǎn)生的噪聲。第二級角剛度正好，發(fā)動機常用工況適宜。最后第三級是大扭矩減振級，能在負荷變化較為明顯的階段應(yīng)用，對傳統(tǒng)系統(tǒng)瞬時動荷載進行控制。在傳統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計過程中，相關(guān)人員要從不同角度對扭轉(zhuǎn)減振器剛度提出更多要求。
表2 離合器扭轉(zhuǎn)減振器剛度要求
3 改進方案
當前要對基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)用性能、成本要素等進行分析，使得離合器能全面適應(yīng)傳動能力各項要求，要對扭轉(zhuǎn)減振器基本結(jié)構(gòu)進行全面優(yōu)化，可以應(yīng)用不同級別以及廣角減振器，通過優(yōu)化之后的離合器相關(guān)性能如表3所示。
要對怠速工況中傳動系統(tǒng)模態(tài)進行全面分析，能獲取系統(tǒng)基本模態(tài)頻率，各項數(shù)據(jù)如表4所示。當前怠速工況中模態(tài)頻率的發(fā)動機轉(zhuǎn)速要低于怠速中的轉(zhuǎn)速，所以減振器基本怠速級匹配較為合理。
表3 優(yōu)化之后離合器性能參數(shù)
對變速器各個檔位扭轉(zhuǎn)模態(tài)要進行深入分析，整合分析離合器第二級剛度，能有效獲取不同檔位傳動系統(tǒng)模態(tài)頻率分布情況，各項數(shù)據(jù)如表5所示，其中五檔振型所對應(yīng)的發(fā)動機基本轉(zhuǎn)速要達到798r/min。系統(tǒng)在第二階段模態(tài)主要是扭轉(zhuǎn)模態(tài)，通過檢測能獲知，其共振轉(zhuǎn)速范圍主要是在750至1000r/min之間，能進行應(yīng)用。與原有的減振器方案相比較與實踐可知，最新設(shè)計的方案離合器扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計更趨于規(guī)范性。當前相關(guān)技術(shù)人員要結(jié)合各個檔位扭轉(zhuǎn)模態(tài)變化實際情況，對各項變化問題進行分析，在離合器第三級剛度中錄入相應(yīng)剛度，能得到不同檔位中各個模態(tài)頻率變化與分布情況。
表4 怠速級模態(tài)分析
表5 大扭矩減振級模態(tài)頻率
從發(fā)動機外特性曲線中能獲取相關(guān)信息，在保持穩(wěn)定加速以及長時期勻速行駛，發(fā)動機基本輸出扭矩不會超出規(guī)定范圍值，所以對后續(xù)沖擊工況能起到重要的保護作用?？偠灾瑢㈦x合器進行全面優(yōu)化設(shè)計之后，對傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動進行分析，在全新的離合器方案中能有效降低傳動系統(tǒng)基本共振頻率，怠速模態(tài)以及主減振模態(tài)處于相應(yīng)運行狀態(tài)中，全新的扭轉(zhuǎn)減振性能設(shè)計更加科學化。最后要對之前存在傳動系統(tǒng)異響的樣車進行改造，然后添加相應(yīng)離合器，對不同工況進行試驗，對比不同測量時期傳動軸噪聲基本變化情況，整合變化趨勢以及相關(guān)數(shù)據(jù)。在汽車5擋加速工況中，當傳動軸產(chǎn)生異常聲響問題之后，對離合器進行改進，能促使傳動軸的噪聲逐步降低，整輛車經(jīng)過一段時間運行無任何異響問題。
4 結(jié)語
綜合上述，載貨汽車在長期運行過程中傳動系統(tǒng)會發(fā)生不同異常問題，當前要對故障車輛具體故障位置進行分析。擬定相關(guān)試驗對傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)共振問題進行分析，計算相關(guān)參數(shù)值。制定對應(yīng)的改進措施，對轉(zhuǎn)速系統(tǒng)整體模態(tài)深入分析，對變速器不同檔位變化情況進行探究，使得離合器扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計更加規(guī)范，相關(guān)人員要對剛度進行記錄，對不同模態(tài)頻率變化情況進行分析。對傳動系統(tǒng)異響問題進行優(yōu)化，采取具體應(yīng)對試驗，整合噪聲變化情況，使得各項問題能有效解決。
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