摘要：傳動(dòng)軸是商用車動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵傳動(dòng)部件，對(duì)整車NVH性能有重要影響，文章針對(duì)某商用車傳動(dòng)軸進(jìn)行了模態(tài)CAE和試驗(yàn)研究，C AE分析和試驗(yàn)結(jié)果表明，此商用車傳動(dòng)軸NVH模態(tài)性能滿足目標(biāo)。

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人民的生活水平日益提高，商用車銷量也得到快速發(fā)展，與此同時(shí)，人們對(duì)于整車NVH品質(zhì)要求也越來(lái)越高。傳動(dòng)軸作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件，在實(shí)際的工作過(guò)程中，如果受到自身或其他外部激勵(lì)，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)及噪聲，不僅影響乘車舒適性，更嚴(yán)重的會(huì)引起傳動(dòng)軸及與傳動(dòng)軸連接的變速器和驅(qū)動(dòng)橋會(huì)產(chǎn)生破壞，甚至影響安全駕駛置[1-3]。故研究傳動(dòng)軸NVH模態(tài)性能具有重要的價(jià)值和意義。

本文研究源于某商用車新開(kāi)發(fā)傳動(dòng)軸系統(tǒng)，需確保其NVH模態(tài)性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，通過(guò)有限元方法，基于Nastran軟件，對(duì)某商用車傳動(dòng)軸進(jìn)行了CAE模態(tài)分析，結(jié)合模態(tài)測(cè)試試驗(yàn)，CAE分析結(jié)果和測(cè)試結(jié)果表明此商用車傳動(dòng)軸NVH模態(tài)性能避開(kāi)了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速共振頻率，性能滿足目標(biāo)。

2 傳動(dòng)軸CAE模態(tài)分析

2.1 傳動(dòng)軸FEA模型

本文采用有限元軟件Hyperworks對(duì)某商用車傳動(dòng)軸進(jìn)行了建模，網(wǎng)格大小為4mm，對(duì)應(yīng)材料為40Cr，橡膠在35Hz頻率下軸向動(dòng)剛度：220N/mm，徑向動(dòng)剛度270N/mm，模型質(zhì)量27.3kg，有限元模型如圖1所示。

2.2 傳動(dòng)軸CAE自由模態(tài)分析

本文分析了某商用車傳動(dòng)軸自由模態(tài)，CAE分析結(jié)果如圖2所示，一階Z向彎曲模態(tài)頻率為244.5Hz，二階Y向彎曲模態(tài)頻率為246.9Hz。


圖1 某商用車傳動(dòng)軸FEA模型


圖2 傳動(dòng)軸CAE自由模態(tài)分析結(jié)果

2.3 傳動(dòng)軸CAE約束模態(tài)分析

本文對(duì)某商用車傳動(dòng)軸進(jìn)行了約束模態(tài)分析，約束電機(jī)輸出軸軸承位置及后橋輸出軸軸承支撐位置全自由度，同時(shí)約束中間吊掛支架與車架固定安裝孔位置全自由度，得到如圖3示的傳動(dòng)軸約束模態(tài)CAE分析結(jié)果，其中一階后軸Z向彎曲模態(tài)236.8Hz，二階Y向彎曲模態(tài)頻率為239.4Hz。


圖3 傳動(dòng)軸CAE約束模態(tài)分析結(jié)果

2.4 傳動(dòng)軸CAE臺(tái)架狀態(tài)模態(tài)分析

本文對(duì)某商用車傳動(dòng)軸進(jìn)行了臺(tái)架狀態(tài)模態(tài)分析，約束邊界條件如圖4所示，約束中間支架與車架螺栓連接點(diǎn)的全自由度，約束兩端十字萬(wàn)向節(jié)螺栓孔處全自由度。


圖4 傳動(dòng)軸臺(tái)架CAE模態(tài)分析邊界條件

本文按照上述邊界條件，得到如圖5所示的臺(tái)架狀態(tài)傳動(dòng)軸CAE模態(tài)分析結(jié)果，其中一階后軸Z向彎曲模態(tài)頻率為219.4Hz，二階后軸Y向彎曲模態(tài)頻率為221.8Hz。


圖5 傳動(dòng)軸臺(tái)架CAE模態(tài)分析結(jié)果

3 傳動(dòng)軸模態(tài)試驗(yàn)分析

3.1 傳動(dòng)軸自由模態(tài)試驗(yàn)分析

本文對(duì)某商用車傳動(dòng)軸系統(tǒng)進(jìn)行了自由模態(tài)測(cè)試，如圖6所示。傳動(dòng)軸長(zhǎng)度1.5m，質(zhì)量27.6kg，傳動(dòng)軸直徑10mm。


圖6 傳動(dòng)軸自由模態(tài)試驗(yàn)

按照上述試驗(yàn)邊界條件進(jìn)行測(cè)試，得到圖7傳動(dòng)軸自由模態(tài)測(cè)試結(jié)果，一階頻率為249Hz，振型為Z向S型彎曲模態(tài)，二階頻率為479Hz，振型為Y向W型彎曲模態(tài)。


圖7 傳動(dòng)軸自由模態(tài)測(cè)試結(jié)果

3.2 傳動(dòng)軸臺(tái)架約束模態(tài)試驗(yàn)分析

本文采用LMS信號(hào)采集設(shè)備，通過(guò)力錘對(duì)某商用車傳動(dòng)軸進(jìn)行了臺(tái)架狀態(tài)約束模態(tài)試驗(yàn)，如圖8所示，試驗(yàn)樣本量為2個(gè)，記錄試驗(yàn)過(guò)程中，傳動(dòng)軸振型和頻率。
本文按照上述臺(tái)架約束邊界條件，進(jìn)行了傳動(dòng)軸模態(tài)測(cè)試，得到如圖9 測(cè)試結(jié)果，扭矩0Nmm下，傳動(dòng)軸一階彎曲頻率為240Hz，二階頻率438Hz，與CAE分析對(duì)標(biāo)較好，滿足大于150Hz目標(biāo)。


圖8 傳動(dòng)軸臺(tái)架約束模態(tài)試驗(yàn)


圖9 傳動(dòng)軸臺(tái)架約束模態(tài)測(cè)試結(jié)果

3.3 傳動(dòng)軸整車狀態(tài)下模態(tài)測(cè)試分析

本文對(duì)某商用車傳動(dòng)軸進(jìn)行了整車狀態(tài)下的模態(tài)測(cè)試，得到如圖10的模態(tài)測(cè)試結(jié)果，其中一階Z向彎曲模態(tài)為174.6Hz，二階Y向彎曲模態(tài)為239.4Hz，三階Z向彎曲模態(tài)為256.1Hz。



圖10 傳動(dòng)軸整車狀態(tài)下模態(tài)測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

本文基于NASTRAN有限元仿真分析軟件，對(duì)某商用車傳動(dòng)軸進(jìn)行了CAE自由模態(tài)、約束模態(tài)和臺(tái)架狀態(tài)下模態(tài)分析，同時(shí)結(jié)合模態(tài)測(cè)試試驗(yàn)，進(jìn)行了傳動(dòng)軸自由模態(tài)測(cè)試、臺(tái)架狀態(tài)模態(tài)測(cè)試及整車狀態(tài)下模態(tài)測(cè)試，CAE分析和臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，此商用車傳動(dòng)軸NVH模態(tài)避開(kāi)了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。