傳動系統(tǒng)振動.docx

汽車動力傳動系振動分析摘要 綜述了車輛動力傳動系振動的研究進(jìn)展 從振動的角度看 ,車輛動力傳動系可分為彎曲振動系統(tǒng)和扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng) 目前主要采用試驗?zāi)B(tài)分析和有限元等研究方法對動力傳動系彎曲振動特性進(jìn)行研究 ,建立了較為理想的彎曲振動分析模型 在動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動的研究方面 ,許多學(xué)者對此進(jìn)行了有益探索研究 ,并取得了一定的進(jìn)展 但限于分析條件 ,車輛動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合的研究尚不十分完善 ,尤其在國內(nèi) ,這一研究尚處于起步階段 因此 ,在動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動的研究已相對成熟的基礎(chǔ)上 ,動力傳動系的彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合對其振動特性影響的研究將是今后一段時間的主要研究內(nèi)容車輛是一個復(fù)雜的振動系統(tǒng) ,它是由多個具有固有振動特性的子系統(tǒng)組成 ,作為子系統(tǒng)之一的動力傳動系 ,即包括動力總成、傳動軸、驅(qū)動橋總成組成的系統(tǒng)是車輛振動和噪聲的重要激勵源 從振動的角度看 ,車輛動力傳動系可分為兩個振動系統(tǒng) :彎曲振動系統(tǒng)和扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng) 車輛動力傳動系的彎曲振動系統(tǒng)和扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)不僅有各自的固有振動特性 ,而且還存在一定程度的振動耦合 這些不同形式的振動及其耦合 ,是影響車輛行駛平順性 ,乘坐舒適性及動力傳動系零部件使用壽命的主要原因之一 ,因此對車輛動力傳動系的整體振動進(jìn)行深入細(xì)致的研究 ,顯得十分必要 1動力傳動系彎曲振動研究車輛動力傳動系彎曲振動在很大的頻率段內(nèi)對車輛振動和噪聲有著重要影響 ,動力傳動系低頻段內(nèi)的剛體振動直接影響車輛的乘坐舒適性 ,而較高頻段內(nèi)的彈性振動將會引起車輛的結(jié)構(gòu)共振和聲學(xué)共振 近年來 ,隨著對提高乘坐舒適性、減小汽車振動要求的提高 ,對動力傳動系彎曲振動特性的進(jìn)一步研究 ,已顯得十分迫切 ,國內(nèi)外對動力傳動系彎曲振動的研究起步較早 ,在理論研究方面取得一定進(jìn)展 ,試驗研究也較為成熟 建立由離散的集中質(zhì)量、彈簧、阻尼器組成的力學(xué)模型是對動力傳動系彎曲振動特性進(jìn)行研究分析的一種行之有效的方法 後藤進(jìn)1 建立了具有 1 1個自由度的動力傳動系的彎曲振動力學(xué)模型 ,并通過試驗驗證 ,試驗結(jié)果和計算結(jié)果取得較好一致 文獻(xiàn) 2 也建立了動力傳動系彎曲振動多自由度力學(xué)模型 ,指出系統(tǒng)的彎曲振動是由發(fā)動機運動部件往復(fù)慣性力、傳動軸的不平衡等引起的 ,并通過實驗測定有關(guān)參數(shù)值 ,計算系統(tǒng)的固有頻率、振型 隋軍3、4建立包括動力總成及傳動軸的 5個自由度的彎曲振動力學(xué)模型 ,計算系統(tǒng)的固有振動特性和響應(yīng) ,指出動力總成的彎曲振動是汽車飛輪殼損壞的主要原因 這種建模方法及其實用性已為大量的計算和試驗分析結(jié)果所證實 ,并且已總結(jié)出了確定模型集中質(zhì)量、彈性和阻尼的一般原則 ,能有效地用于分析解決車輛動力傳動系彎曲振動問題 日臻完善的試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù) ,在動力傳動系彎曲振動特性的研究中得到廣泛應(yīng)用 試驗?zāi)B(tài)分析在動力傳動系彎曲振動特性研究中的應(yīng)用 ,經(jīng)歷了從單個總成發(fā)展到多個總成直至整個動力傳動系的過程 隋軍4、張建文5對動力傳動系動力總成進(jìn)行了試驗?zāi)B(tài)分析 ,認(rèn)為動力總成的彎曲振動是造成汽車離合器殼開裂的主要原因 余齡6利用試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)測定了包括動力總成及傳動軸的組合系統(tǒng)的一階彎曲振動頻率 ,張金換7則通過模態(tài)試驗分析研究動力傳動系傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速 孫方寧8, 9、俄延華1 0 在整車條件下 ,對動力傳動系彎曲振動進(jìn)行模態(tài)試驗 ,得到整個動力傳動系彎曲振動的模態(tài)參數(shù) 高云凱1 1 在臺架及整車條件下 ,對汽車動力總成彎曲振動試驗?zāi)B(tài)分析中的非線性特性進(jìn)行研究 ,結(jié)果表明這一非線性特性僅存在于整車條件下的試驗?zāi)B(tài)分析 試驗?zāi)B(tài)分析具有快速、簡便地識別結(jié)構(gòu)固有特性的特點 ,但其精度主要取決于試驗者的經(jīng)驗和所使用的測試儀器、分析程序 模態(tài)綜合法是對動力傳動系彎曲振動進(jìn)行分析的有效方法 ,其基本思想是將動力傳動系分為若干個子系統(tǒng) ,在完成對各子系統(tǒng)的模態(tài)分析后 ,建立自由模態(tài)的綜合方程 ,再利用平衡條件和約束條件將自由度簡化 ,最后獲得一個自由度大為縮減又保持了系統(tǒng)特性的運動方程 ,即組合系統(tǒng)方程 孫方寧8, 9將一大型客車動力傳動系劃分為五個子系統(tǒng) ,通過試驗?zāi)B(tài)分析獲得各子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù) ,然后利用模態(tài)綜合方法建立整個系統(tǒng)的理論分析模型 ,編制計算程序 ,對該大型客車動力傳動系彎曲振動的固有振動特性進(jìn)行計算 ,并在激振試驗臺上進(jìn)行整個動力傳動系彎曲振動的試驗?zāi)B(tài)分析 ,結(jié)果表明理論計算和試驗結(jié)果具有很好的一致性 應(yīng)用模態(tài)綜合方法 ,只需獲得動力傳動系各子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù) ,就可以通過計算分析給出整個動力傳動系的模態(tài)參數(shù) ,而不必對整個動力傳動系進(jìn)行模態(tài)試驗 ,但各子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)還需通過計算或模態(tài)試驗獲得 在車輛動力傳動系彎曲振動的研究中 ,有限元方法也逐步引起人們的重視 ,應(yīng)用有限元方法不僅可以獲得較精確的力學(xué)模型和充分的分析信息 ,便于進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析 ,而且能在結(jié)構(gòu)設(shè)計和改進(jìn)設(shè)計階段預(yù)估其振動特性 ,提出改進(jìn)設(shè)計方案 隋軍3、4應(yīng)用有限元方法建立了飛輪殼及離合器殼的有限元模型 ,計算了飛輪殼及離合器殼的等效螺旋彈簧剛度 高云凱1 2 , 1 3 建立了一種輕型客車動力傳動系彎曲振動有限元模型 ,計算分析了其彎曲振動固有頻率和固有振型 ,并進(jìn)行動力總成彎曲振動固有頻率對離合器殼厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度分析 ,為結(jié)構(gòu)修改提供了依據(jù) 但由于車輛動力傳動系的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,許多邊界條件難以確定 ,目前有限元分析方法 ,還僅局限于動力傳動系的各總成彎曲振動分析 ,建立整個動力傳動系彎曲振動的有限元分析模型還較困難 2動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動研究車輛動力傳動系又是一個多自由度的扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng) 當(dāng)來自發(fā)動機、路面以及由于車輪不平衡產(chǎn)生的周期性扭轉(zhuǎn)激勵的頻率與動力傳動系扭振系統(tǒng)的固有頻率一致時 ,便會發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振 ,此時在動力傳動系中的某些區(qū)段往往產(chǎn)生很大的共振載荷 ,甚至在齒輪副、花鍵副間出現(xiàn)敲擊 ,從而影響車輛動力傳動系零部件的工作可靠性和產(chǎn)生令人不適的噪聲 ,同時還可能引起車身垂向和縱向振動 ,影響乘坐的舒適性 因此 ,建立動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動分析模型 ,揭示其扭振特性 ,尋求降低扭振影響措施 ,是車輛工程的重要研究課題之一 動力傳動系的扭振特性研究 ,目前仍以傳統(tǒng)的理論計算分析為主 ,即根據(jù)簡化前后系統(tǒng)的動能和勢能保持不變的原則 ,將系統(tǒng)簡化為由無彈性的慣性盤和無質(zhì)量的彈性軸組成的當(dāng)量系統(tǒng) ,建立相應(yīng)的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型 ,測定系統(tǒng)各零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù) ,計算扭轉(zhuǎn)振動固有特性 近年來 ,伴隨測試技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的迅速發(fā)展 ,動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動的研究也取得明顯進(jìn)展1 4-1 7 所建模型由最初的 3個自由度簡單模型發(fā)展到現(xiàn)在的多個自由度的更接近實際系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動分析模型 ,考慮的激勵也由過去的單個確定性激勵發(fā)展到現(xiàn)在的多個確定性激勵和隨機性激勵 進(jìn)行車輛動力傳動系扭振固有特性和強迫扭振計算 ,還必須確定系統(tǒng)振動分析模型中的各參數(shù) ,而阻尼參數(shù)的確定一直是難以解決的問題 ,原因是目前對阻尼的機理尚未研究透徹 ,阻尼受許多因素的影響 ,而到目前為止沒有一種公認(rèn)可靠的方法 ,因此在確定阻尼時往往先作出某種假設(shè)來簡化或綜合阻尼 在車輛動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動阻尼的研究中 ,對發(fā)動機的粘性阻尼研究較多 ,并提出了以發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)來確定發(fā)動機各缸線性外阻尼的經(jīng)驗公式 ,然而動力傳動系其他部件總成阻尼系數(shù)的確定更為困難 ,絕大多數(shù)的阻尼研究僅僅停留在理論探討以及對模態(tài)坐標(biāo)下阻尼比的識別 ,而物理坐標(biāo)下的阻尼系數(shù)往往是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)來選取 ,這給動力傳動系扭振固有特性和強迫扭振計算帶來一定的局限性和不確定性 目前車輛動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動特性的理論計算分析方法已較為成熟 ,所建模型具有較高的精度 ,所采用的計算程序快捷高效 ,基本能夠分析、解決車輛動力傳動系的扭轉(zhuǎn)振動問題 ,如果能在模型的阻尼系數(shù)等參數(shù)的確定方面有新的突破 ,該理論計算分析法將得到更為廣泛的應(yīng)用 近年來 ,國內(nèi)一些學(xué)者也在嘗試將試驗?zāi)B(tài)分析和模態(tài)綜合技術(shù)應(yīng)用于車輛動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動的研究 張準(zhǔn)1 8、彭玉鶯1 9探討將試驗?zāi)B(tài)分析用于軸的扭振特性研究 ,并對內(nèi)燃機曲軸飛輪系統(tǒng)扭振進(jìn)行復(fù)模態(tài)分析 ,建立了系統(tǒng)的模態(tài)模型 ,研究結(jié)果表明將試驗?zāi)B(tài)分析用于軸的扭振特性研究是可行的 ,但由于試驗?zāi)B(tài)分析所需的扭轉(zhuǎn)振動激勵的產(chǎn)生和響應(yīng)信號的采集較困難 ,所以試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)在軸的扭振特性研究中并未得到廣泛應(yīng)用 車輛動力傳動系各總成的聯(lián)結(jié)形式十分復(fù)雜 ,其邊界條件難以確定 ,故試驗?zāi)B(tài)分析和模態(tài)綜合技術(shù)在動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動研究的運用 ,還沒取得實質(zhì)性的進(jìn)展 動力傳動系扭振特性的試驗研究 ,目前主要采用路試法和轉(zhuǎn)鼓試驗臺法 動力傳動系扭振特性研究的路試法1 4,是利用負(fù)荷拖車或使車輛在坡道上掛上某檔緩慢加速到該檔的最高車速 ,通過處理所記錄的動力傳動系特定軸段的扭矩信號 ,利用共振原理 ,來識別動力傳動系在該檔的扭轉(zhuǎn)固有頻率 路試法雖可在真實使用條件下測定動力傳動系的扭振特性 ,但如無負(fù)荷拖車 ,則因發(fā)動機負(fù)荷較小 ,激振力矩較弱 ,動力傳動系的扭振響應(yīng)微弱 ,不易分析出明顯的共振工況 動力傳動系扭振特性研究的轉(zhuǎn)鼓試驗臺法2 0 ,是在轉(zhuǎn)鼓試驗臺上做動力傳動系扭振特性試驗 ,由于加減負(fù)荷等試驗條件容易控制 ,因此可方便地測定不同檔位、各種轉(zhuǎn)速下對應(yīng)不同強度的穩(wěn)態(tài)響應(yīng) ,較為精確地識別出系統(tǒng)的固有頻率 轉(zhuǎn)鼓試驗臺法的缺點是 :當(dāng)轉(zhuǎn)鼓試驗臺的固有頻率在動力傳動系一階固有頻率附近時 ,會擴大低頻區(qū)的激振頻率范圍 ,不利于研究車輪不平衡對動力傳動系扭振的影響 3動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合研究所謂車輛動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合 ,是指其彎曲振動系的彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動系的扭轉(zhuǎn)振動之間的相互影響 車輛動力傳動系的彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動不僅有各自的固有振動特性 ,而且存在振動耦合現(xiàn)象 ,隨著動力傳動系振動特性研究的進(jìn)一步深入 ,動力傳動系的彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合對其振動特性的影響 ,已開始為人所關(guān)注 ,成為又一個研究發(fā)展方向 車輛動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合機理是很復(fù)雜的 後藤進(jìn)1 認(rèn)為動力傳動系彎曲振動系和扭轉(zhuǎn)振動系在驅(qū)動橋主減速器處形成耦合 ,當(dāng)主減速器主動齒輪將驅(qū)動扭矩傳到從動齒輪上時 ,由于扭矩的反作用 ,主動齒輪在旋轉(zhuǎn)的同時兼作上下方向的運動 ,使驅(qū)動橋圍繞半軸作回旋振動 ,反之 ,當(dāng)驅(qū)動橋由于外部激勵產(chǎn)生回旋振動時 ,也同樣會對動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動施加扭轉(zhuǎn)激勵 魯統(tǒng)利2 1 、樓黎明2 2 認(rèn)為由于路面激勵等因素引起驅(qū)動橋垂向振動 ,使得驅(qū)動輪和路面間垂向作用力變化 ,地面對驅(qū)動輪的切向作用力也相應(yīng)變化 ,從而通過驅(qū)動輪對扭轉(zhuǎn)振動施加扭轉(zhuǎn)激勵力矩 ,因此 ,驅(qū)動橋等的垂向振動與動力傳動系的扭轉(zhuǎn)振動形成耦合 對于車輛動力傳動系這樣一個復(fù)雜的振動系統(tǒng) ,同時它又受發(fā)動機、路面激勵等多種激勵的影響 ,動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動存在各種不同形式的耦合 ,目前對于動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合機理還有待進(jìn)一步深入研究 建立全面考慮彎曲、扭轉(zhuǎn)振動及其相互間振動耦合的動力傳動系振動綜合分析模型 ,是掌握分析整個動力傳動系振動特性的前提 ,目前有關(guān)動力傳動系綜合分析模型是采用理論建模方法建立的 後藤進(jìn)1 等認(rèn)為動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動在驅(qū)動橋主減速器處形成耦合 ,并在此基礎(chǔ)上建立了包括具有 1 1個自由度的彎曲振動系統(tǒng)和具有 4個自由度的扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的動力傳動系振動綜合模型 計算該模型的固有頻率、振型 ,并通過試驗加以驗證 南孝則2 3 、鈴木康郎等人2 4也基于動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動在驅(qū)動橋主減速器處形成耦合的假設(shè) ,建立了考慮彎曲、扭轉(zhuǎn)振動及其相互間耦合的動力傳動系振動的多自由度模型 目前有關(guān)的動力傳動系模型 ,都是基于彎曲、扭轉(zhuǎn)振動在驅(qū)動橋主減速器處形成耦合的假設(shè) ,且所考慮的外界激勵不全面 ,建模方法單一 ,未能取得令人滿意的精度 4動力傳動系振動研究的發(fā)展方向綜觀車輛動力傳動系振動的國內(nèi)外研究概況可知 :對動力傳動系彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動特性的研究已相對成熟 ,傳統(tǒng)的理論計算、試驗?zāi)B(tài)分析、模態(tài)綜合方法和有限元法得到了綜合應(yīng)用 ,所建模型具有一定的精度 ,結(jié)合試驗研究 ,能解決一些與動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動相關(guān)的實際問題 動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合的問題是很復(fù)雜的 ,目前在這方面的研究還不夠深入 ,對彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合機理的了解也很不全面 ,所建立的考慮彎曲、扭轉(zhuǎn)振動及其相互間振動耦合的動力傳動系振動綜合分析模型的精度不高 ,因此 ,對于動力傳動系的彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合問題 ,在耦合機理和系統(tǒng)建模等方面尚待深入研究 綜上所述 ,車輛動力傳動系振動的研究 ,在今后一段時間內(nèi)將主要集中在以下幾個方面 :(1 )動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動的研究已相對成熟 ,動力傳動系振動特性的進(jìn)一步研究 ,應(yīng)注重動力傳動系的彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合對其振動特性的影響 (2 )在動力傳動系振動的建模方面 ,應(yīng)考慮將理論建模技術(shù)和試驗建模技術(shù)相結(jié)合 ,提出更有效的新的建模方法 (3 )深入探索動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動的耦合機理 ,建立高精度、高效率的考慮彎曲、扭轉(zhuǎn)振動及其相互間振動耦合的模型 ,結(jié)合試驗研究 ,完整地揭示動力傳動系的固有模態(tài)特性、激勵特性和響應(yīng)特性(4)動力傳動系作為車輛振動系統(tǒng)的一個子系統(tǒng) ,在研究其振動特性時 ,也要考慮其它振動子系統(tǒng) (如車輛承載系統(tǒng) )對其振動特性的影響 參考文獻(xiàn) 1 後藤進(jìn) 變動驅(qū)動系曲連成振動 自動車技術(shù) ,1 965,1 9(1 1 ) :851 -856 2 小林明 .汽車工程手冊 .北京 :機械工業(yè)出版社 ,1 980 .3隋軍 .1 41汽車傳動系彎曲振動分析及飛輪殼強度研究 .長春 :吉林工業(yè)大學(xué) ,1 991 .4隋軍 ,王學(xué)義 ,魏德永 .傳動系的彎曲振動及其對汽車飛輪殼強度影響的研究 .汽車技術(shù) ,1 994(6) :1 4-2 2 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