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汽车驱动系统弯曲振动解决方案

时间:2023-08-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:驱动系统引起车体振动的主要激励源,是发动机的上下惯性力和传动轴的旋转1次不平衡力。另外,在动力总成弯曲固有模态的构成要素中,如前所述,发动机、变速器的壳体刚度以及壳体间的连接刚度的影响最大,再者,发动机的主运动系统,曲轴、飞轮系的弯曲刚度也有很大的影响。另外,对壳体和内部的主运动系,即曲轴、飞轮的弯曲振动特性的影响加以调查,二者的弯曲固有振动频率多数是比较接近的,相互之间有很大的影响。

汽车驱动系统弯曲振动解决方案

驱动系统引起车体振动的主要激励源,是发动机的上下惯性力传动轴的旋转1次不平衡力。对于发动机的上下惯性力,常用4缸发动机的主要激励是2阶成分,搭载在乘用车上的高性能汽油发动机,发动机工作转速高,经常在高转速时激起动力总成的弯曲共振。另一方面,搭载柴油发动机的货车,发动机转速低,如果动力总成的弯曲固有振动模态设计较高的话,那么在常用的发动机转速范围内不容易引起共振。而对于大型货车,多搭载4气缸以上的多气缸发动机,发动机的上下往复惯性力小。由驱动系统的旋转不平衡引起的激励与发动机类型无关,如果在旋转方向上的不平衡不完善,那么就很容易引起驱动系统的弯曲共振,进而造成很严重的问题。特别是,目前的货车有高速化发展的趋势,在超速档位上传动轴的转速高,对传动轴旋转方向的激励频率提高,很容易接近传动轴的弯曲共振模态,产生问题。

大型货车的动力总成弯曲固有模态一般在100Hz以下,那么在发动机高速运转时,传动轴的旋转1次不平衡力很容易引起动力总成的弯曲共振,加剧驾驶室的振动,使乘坐舒适性恶化,同时,对动力总成及一些关键零部件的疲劳强度性能方面也带来不利的影响。

动力总成的弯曲振动通过悬置引起车体的振动,还可以通过驾驶室悬置引起驾驶室的振动。如果驾驶室的振动过大,有可能与驾驶室内的声腔耦合,产生轰鸣噪声,给乘员带来不舒适的感觉

乘用车的发动机激励通过悬置直接作用到地板、前围板等处。而货车车体受到的发动机激励,中间会经过比乘用车更多的减衰途径,如驾驶室悬置、座椅悬置等,而这些中间的环节,在设计过程中都需要逐一加以论证。

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图8-62 动力总成弯曲模态

图8-62为动力总成的弯曲模态,一般发动机和变速器相连接处是模态的反节点,二者连接处的刚度往往是决定动力总成弯曲模态的关键性因素。如果再仔细观察刚体模态,发动机和变速器连接位置附近有两处因弯曲刚度弱而形成的变形过大的点。其中的一个在发动机侧,还有一个在变速器侧。发动机侧的弯折点是曲轴箱与飞轮盘外罩的接合面附近。这是因为相对于曲轴箱而言,飞轮盘外罩形成了过长的悬臂梁效果。另一方面,位于变速器侧的弯折点在离合器壳体与变速器壳体的前端,和发动机侧的结构一样,其内部结构只是简单的筒状断面,缺少必要的加强,因此形成了弯折点。从以上分析可知,飞轮盘外罩和离合器壳体的刚度对动力总成的弯曲模态影响很大,但是对这些部位单独强化很困难,有的发动机在设计时采取二者的一体化设计,或者在必要的部位追加补强结构。

货车用动力总成的弯曲固有模态如图8-63所示。从大型车到小型车,由于排气量等诸多因素,或者上下方向和左右方向结构的不同,左右方向的共振频率有降低的倾向。

另外,在动力总成弯曲固有模态的构成要素中,如前所述,发动机、变速器的壳体刚度以及壳体间的连接刚度的影响最大,再者,发动机的主运动系统,曲轴、飞轮系的弯曲刚度也有很大的影响。对这些系统的分析,一般采用有限元(FEM)法,其模型如图8-64所示。

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图8-63 动力总成垂向和横向弯曲

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图8-64 动力总成FEM模型

通过FEM分析,选择弯曲刚度高的壳体及接合面连接构造的方案,并反映到设计中去。在此之前,壳体所表现出的振动特性对发动机、变速器其他内部构成单元的影响要有明确的分析。另外,对壳体和内部的主运动系,即曲轴、飞轮的弯曲振动特性的影响加以调查,二者的弯曲固有振动频率多数是比较接近的,相互之间有很大的影响。图8-65是分析结果与试验结果的比较。(www.xing528.com)

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图8-65 动力总成弯曲模态的影响因素

图8-66所示为飞轮在旋转方向存在着两个不同的弯曲模态。动力总成的弯曲固有模态除了与曲轴、活塞、齿轮等的质量相关外,还和曲轴、飞轮系的动态举动有关,曲轴与飞轮之间的连接刚度也有一定的影响。图8-67、图8-68是连接刚度对振动的影响。

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图8-66 动力总成弯曲模态

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图8-67 飞轮和曲轴刚度的影响

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图8-68 接合刚度的影响

对动力总成弯曲固有模态的测试,主要有静态激振试验和工作状态下在底盘测控机上的运转试验两种,而静态激振试验测试得到的固有模态要高一些,这是由于静态时没有曲轴与轴承之间油膜的影响。在用FEM分析时,为了考虑油膜的影响,在模型中导入油膜弹性系数,可以提高分析结果的精度。

动力总成的弯曲振动幅度一般用变速器后端部的振动加速度评价,并结合驾驶室的振动,设定允许的幅值范围和固有振动模态的频率,如图8-69所示。

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图8-69 动力总成弯曲振动的评价

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