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載貨汽車傳動(dòng)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(yùn)行過程中傳動(dòng)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(jìn)行加速，在傳動(dòng)軸中存在較為明顯的異響
在載貨汽車長期運(yùn)行過程中傳動(dòng)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(jìn)行加速，在傳動(dòng)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(yàn)中能看出，傳動(dòng)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(jìn)行判定，主要是從變速箱后第一節(jié)傳動(dòng)軸中發(fā)生異常聲響，對換擋加速轉(zhuǎn)速進(jìn)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(dòng)軸動(dòng)平衡進(jìn)行分析，對動(dòng)齒輪間隙進(jìn)行探查，及時(shí)更換加強(qiáng)版?zhèn)鲃?dòng)軸，相同車型傳動(dòng)軸之間能相互交換，選取相應(yīng)材料對傳統(tǒng)軸進(jìn)行包裹，在傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)采取專項(xiàng)測試檢驗(yàn)，對噪聲信號(hào)、轉(zhuǎn)速變動(dòng)波動(dòng)信號(hào)等進(jìn)行分析。通過試驗(yàn)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(dòng)機(jī)和變速器輸出軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線
2 理論分析
2.1 計(jì)算參數(shù)
以此載貨汽車傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)模型中，主要是剛?cè)峄旌夏Ｐ停瑢鹘y(tǒng)系統(tǒng)各個(gè)部件進(jìn)行簡化，能組成為不同剛體。其中半軸以及傳動(dòng)軸是柔性體，整車傳動(dòng)質(zhì)量等效是當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
2.2 計(jì)算工況
當(dāng)前對傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有效匹配能對共振問題進(jìn)行有效控制，對過去傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)進(jìn)行全面優(yōu)化，能對扭轉(zhuǎn)共振進(jìn)行控制，降低各項(xiàng)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(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，將不同變量都設(shè)為1，確定相對取值范圍。
圖2 傳動(dòng)系統(tǒng)扭振計(jì)算模型
圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線
對表1相關(guān)數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)前為了保障傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)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(kuò)大動(dòng)盤慣量、變速器輸出軸總成慣量，對左右半軸基本剛度進(jìn)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(jìn)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(jìn)行適度控制，能獲取系統(tǒng)基本固化頻率。此外，還要對傳動(dòng)系統(tǒng)重要部件進(jìn)行調(diào)節(jié)，能對低離合扭轉(zhuǎn)減振器剛度進(jìn)行控制。但是將系統(tǒng)重要部件進(jìn)行改造對傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大影響，燃油經(jīng)濟(jì)性也會(huì)發(fā)生影響。所以當(dāng)前對傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率進(jìn)行控制可以應(yīng)用通過降低離合器減振器剛度值來實(shí)現(xiàn)。
2.3 離合器基本定義
傳動(dòng)系統(tǒng)是由多個(gè)彈性軸以及集中質(zhì)量體構(gòu)成的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)，自身存在相應(yīng)的固有頻率，在長期行駛過程中會(huì)產(chǎn)生激勵(lì)頻率，此頻率與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率能相互吻合之后將會(huì)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(dòng)機(jī)中的共振頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)移，將載貨汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的齒輪噪聲進(jìn)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(jìn)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(jí)線性減振器，不能高效應(yīng)對發(fā)動(dòng)機(jī)不同階段的運(yùn)行條件要求，將會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)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(jìn)行對比，對原有的減震器進(jìn)行全面優(yōu)化。通過不同級(jí)別剛度能全面適應(yīng)車輛不同運(yùn)行工況基本要求，將原有的一級(jí)減振轉(zhuǎn)為三級(jí)減振。第一級(jí)傳動(dòng)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(jí)角剛度正好，發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況適宜。最后第三級(jí)是大扭矩減振級(jí)，能在負(fù)荷變化較為明顯的階段應(yīng)用，對傳統(tǒng)系統(tǒng)瞬時(shí)動(dòng)荷載進(jìn)行控制。在傳統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jìn)方案
當(dāng)前要對基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)用性能、成本要素等進(jìn)行分析，使得離合器能全面適應(yīng)傳動(dòng)能力各項(xiàng)要求，要對扭轉(zhuǎn)減振器基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化，可以應(yīng)用不同級(jí)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(dòng)系統(tǒng)模態(tài)進(jìn)行全面分析，能獲取系統(tǒng)基本模態(tài)頻率，各項(xiàng)數(shù)據(jù)如表4所示。當(dāng)前怠速工況中模態(tài)頻率的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速要低于怠速中的轉(zhuǎn)速，所以減振器基本怠速級(jí)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(gè)檔位扭轉(zhuǎn)模態(tài)要進(jìn)行深入分析，整合分析離合器第二級(jí)剛度，能有效獲取不同檔位傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)頻率分布情況，各項(xiàng)數(shù)據(jù)如表5所示，其中五檔振型所對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)基本轉(zhuǎn)速要達(dá)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(jìn)行應(yīng)用。與原有的減振器方案相比較與實(shí)踐可知，最新設(shè)計(jì)的方案離合器扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)更趨于規(guī)范性。當(dāng)前相關(guān)技術(shù)人員要結(jié)合各個(gè)檔位扭轉(zhuǎn)模態(tài)變化實(shí)際情況，對各項(xiàng)變化問題進(jìn)行分析，在離合器第三級(jí)剛度中錄入相應(yīng)剛度，能得到不同檔位中各個(gè)模態(tài)頻率變化與分布情況。
表4 怠速級(jí)模態(tài)分析
表5 大扭矩減振級(jí)模態(tài)頻率
從發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)期勻速行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)基本輸出扭矩不會(huì)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(hù)作用?？偠灾瑢㈦x合器進(jìn)行全面優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，對傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行分析，在全新的離合器方案中能有效降低傳動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)中，全新的扭轉(zhuǎn)減振性能設(shè)計(jì)更加科學(xué)化。最后要對之前存在傳動(dòng)系統(tǒng)異響的樣車進(jìn)行改造，然后添加相應(yīng)離合器，對不同工況進(jìn)行試驗(yàn)，對比不同測量時(shí)期傳動(dòng)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(dāng)傳動(dòng)軸產(chǎn)生異常聲響問題之后，對離合器進(jìn)行改進(jìn)，能促使傳動(dòng)軸的噪聲逐步降低，整輛車經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行無任何異響問題。
4 結(jié)語
綜合上述，載貨汽車在長期運(yùn)行過程中傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生不同異常問題，當(dāng)前要對故障車輛具體故障位置進(jìn)行分析。擬定相關(guān)試驗(yàn)對傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)共振問題進(jìn)行分析，計(jì)算相關(guān)參數(shù)值。制定對應(yīng)的改進(jìn)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(jìn)行探究，使得離合器扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)更加規(guī)范，相關(guān)人員要對剛度進(jìn)行記錄，對不同模態(tài)頻率變化情況進(jìn)行分析。對傳動(dòng)系統(tǒng)異響問題進(jìn)行優(yōu)化，采取具體應(yīng)對試驗(yàn)，整合噪聲變化情況，使得各項(xiàng)問題能有效解決。
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