摘要：傳動軸是商用車動力系統(tǒng)關(guān)鍵傳動部件，對整車NVH性能有重要影響，文章針對某商用車傳動軸進行了模態(tài)CAE和試驗研究，C AE分析和試驗結(jié)果表明，此商用車傳動軸NVH模態(tài)性能滿足目標。

1 引言

隨著國家經(jīng)濟高速發(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，人們對于整車NVH品質(zhì)要求也越來越高。傳動軸作為汽車傳動系統(tǒng)的重要部件，在實際的工作過程中，如果受到自身或其他外部激勵，會產(chǎn)生振動及噪聲，不僅影響乘車舒適性，更嚴重的會引起傳動軸及與傳動軸連接的變速器和驅(qū)動橋會產(chǎn)生破壞，甚至影響安全駕駛置[1-3]。故研究傳動軸NVH模態(tài)性能具有重要的價值和意義。

本文研究源于某商用車新開發(fā)傳動軸系統(tǒng)，需確保其NVH模態(tài)性能滿足設(shè)計目標要求，通過有限元方法，基于Nastran軟件，對某商用車傳動軸進行了CAE模態(tài)分析，結(jié)合模態(tài)測試試驗，CAE分析結(jié)果和測試結(jié)果表明此商用車傳動軸NVH模態(tài)性能避開了發(fā)動機怠速共振頻率，性能滿足目標。

2 傳動軸CAE模態(tài)分析

2.1 傳動軸FEA模型

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

2.2 傳動軸CAE自由模態(tài)分析

本文分析了某商用車傳動軸自由模態(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 某商用車傳動軸FEA模型


圖2 傳動軸CAE自由模態(tài)分析結(jié)果

2.3 傳動軸CAE約束模態(tài)分析

本文對某商用車傳動軸進行了約束模態(tài)分析，約束電機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 傳動軸CAE約束模態(tài)分析結(jié)果

2.4 傳動軸CAE臺架狀態(tài)模態(tài)分析

本文對某商用車傳動軸進行了臺架狀態(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的全自由度，約束兩端十字萬向節(jié)螺栓孔處全自由度。


圖4 傳動軸臺架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所示的臺架狀態(tài)傳動軸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 傳動軸臺架CAE模態(tài)分析結(jié)果

3 傳動軸模態(tài)試驗分析

3.1 傳動軸自由模態(tài)試驗分析

本文對某商用車傳動軸系統(tǒng)進行了自由模態(tài)測試，如圖6所示。傳動軸長度1.5m，質(zhì)量27.6kg，傳動軸直徑10mm。


圖6 傳動軸自由模態(tài)試驗

按照上述試驗邊界條件進行測試，得到圖7傳動軸自由模態(tài)測試結(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 傳動軸自由模態(tài)測試結(jié)果

3.2 傳動軸臺架約束模態(tài)試驗分析

本文采用LMS信號采集設(shè)備，通過力錘對某商用車傳動軸進行了臺架狀態(tài)約束模態(tài)試驗，如圖8所示，試驗樣本量為2個，記錄試驗過程中，傳動軸振型和頻率。
本文按照上述臺架約束邊界條件，進行了傳動軸模態(tài)測試，得到如圖9 測試結(jié)果，扭矩0Nmm下，傳動軸一階彎曲頻率為240Hz，二階頻率438Hz，與CAE分析對標較好，滿足大于150Hz目標。


圖8 傳動軸臺架約束模態(tài)試驗


圖9 傳動軸臺架約束模態(tài)測試結(jié)果

3.3 傳動軸整車狀態(tài)下模態(tài)測試分析

本文對某商用車傳動軸進行了整車狀態(tài)下的模態(tài)測試，得到如圖10的模態(tài)測試結(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 傳動軸整車狀態(tài)下模態(tài)測試結(jié)果

4 結(jié)論

本文基于NASTRAN有限元仿真分析軟件，對某商用車傳動軸進行了CAE自由模態(tài)、約束模態(tài)和臺架狀態(tài)下模態(tài)分析，同時結(jié)合模態(tài)測試試驗，進行了傳動軸自由模態(tài)測試、臺架狀態(tài)模態(tài)測試及整車狀態(tài)下模態(tài)測試，CAE分析和臺架試驗結(jié)果表明，此商用車傳動軸NVH模態(tài)避開了發(fā)動機怠速頻率，滿足設(shè)計目標。