传动轴结构对某轻客NVH影响的研究分析

任思义，张海蓉，续子龙

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心商用车研究院，安徽 合肥 230601）

传动轴结构对某轻客NVH影响的研究分析

任思义，张海蓉，续子龙

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心商用车研究院，安徽 合肥 230601）

本文主要针对某轻型客车传动轴结构对整车 NVH的影响进行分析研究，通过对传动轴长度等不够结构的匹配，并运用CAE对传动轴模态进行分析，通过改变传动轴模态以提升整车NVH性能。接合CAE分析对整车的对比试验检测，对传动轴结构对整车NVH的敏感度进行分析研究，最终确认满足NVH性能要求的传动轴结构及布置。

传动轴；NVH；模态

CLC NO.:U463.2 Document Code:A Article ID: 1671-7988(2015)05-36-04

引言

汽车传动轴，万向节传动应适应所联两轴的夹角及相对应位置在一定范围内的不断变化且能可靠而稳定地传递动力，保证所联两轴能等速旋转，且由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动及噪声应在允许范围内，在使用车速范围内部产生共振现象。此外万向节传动还要求传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易。

随着国内城市物流的快速发展，以及政策、顾客对物流运输的环保、清洁、安全等的要求，欧系轻客未来的市场前景依然会保持高速增长趋势，顾客也越来越关注产品的噪声等因素。

本文主要针对某欧系 VAN的传动轴结构和布置对整车NVH影响进行分析研究，通过CAE等分析工具和方法对传动轴的模态等进行分析研究，以得到满足整车 NVH最优化的方案。并通过对传动轴 的结构的研究，得出传动轴结构因素对整车的NVH的重要度，形成设计数据库。

1、传动轴的激励源分析

某轻型客车在匀速工况 60km/h以下车速行驶时，传动系统在 60Hz存在模态，在低速工况时发动机二阶激励与结构模态发生耦合引起车内后排振动噪声严重；在匀速70km/h、80km/h等工况时，传动轴中间支撑与车身连接侧振动偏大；传动轴在 200Hz附近存在模态，与 WOT工况时200~230Hz共振带存在耦合。

为进一步了解产生上述现象的原因，对传动系进行工作变形测试分析，传动系统的几何模型见图1：

通过测试WOT工况下各测试点的振动级，测试点的振动包络曲线见图2：

通过提取包络线峰值和振动级分析，存在在220Hz的的振动峰值，主要原因为传动轴模态激励产生的。传动轴的模态测试：见表1：

表1 传动轴模态测试表

2、传动轴的结构优化及分析

通过上述分析传动轴弯振是造成车内200-230Hz共振的主要原因，通过对传动轴的模态测试分析主要是通过改变传动轴的模态来转移传动系的频率。

改变传动轴模态主要方案为：（1）改变传动轴的的长度，该车型传动轴两段式结构，通过调节中间支撑后移 150mm改变传动轴的前后段的长度分配以改变传动轴的模态；（2）改变传动轴的链接法兰形式，将第一传的挠性万向节联接结构改为法兰结构；（3）更改传动轴的轴管直径；

以下为传动轴结构优化的几个典型模型下的传动轴模态分析：

2.1 通过改变传动轴结构对传动轴的模态模型见图3：

2.2 通过改变传动轴长度对传动轴的模态分析分布见表2：

2.3 通过改变传动轴挠性联轴器对传动轴的模态分析分布见表3：

法兰联接结构等轴管的模态分析结果见图4：

从上述分析可以得出：

（1）通过对传动轴结构变化，传动轴的模态进行改变以尽量避开与其他系统的共振频率。

（2）传动轴长度更改后，500Hz以内的模态密度增加了一阶，其一阶模态仍出现在长管处，为 135.4Hz，比轴管长度变化前提高了21.1Hz。

（3）已知当发动机运转到最大转速时，传动轴的最大转速为5038rpm/min，此时对应的一阶激励频率为84.0Hz,两者比值为1.61，一般认为，传动轴一阶模态应大于一阶激励频率的1.15倍，在设计范围之内。

3、传动轴结构对NVH影响的验证

针对传动轴结构的改变改变传动轴模态，根据上述分析结果，主要对下述几个结构下的传动轴结构进行实物的测试和分析：

3.1 传动轴加阻尼对 NVH的影响，通过在传动轴内部吸引装置改变传动轴的模态；

下图为WOT工况，驾驶员座椅和二排乘员座椅的噪声谱测试结果和对比：

从上图可以看出增加阻尼的传动轴，驾驶员处的噪声在203Hz有所下降，但是在二排乘员处噪声有上升；从上述匀速行驶工况在200Hz的峰值没有变化。

3.2 变轴径的传动轴测试分析，将传动轴的前后轴径做等截面和变截面两种状态进行对比验证分析：

从上图（左图为匀速60km/h工况，右图为匀速80km/h工况）可以得出减小轴径后203Hz附件的峰值明显降低，但是220Hz附件的峰值没有改善；

3.3 变化传动轴长度，通过对传动轴中间支撑位置的变化来改变前后段传动轴的长度，以下为传动轴长度的对比测试分析：

从上图可以得出更换传动轴前后对噪声未有明显效果，对车内共振峰值影响较小，在3000rpm附近出现一个小的峰值。

3.4 更换传动轴法兰联接

通过改变传动轴和变速器后桥法兰的联接方式，主要是对比挠性万向节和法兰万向节两个状态的对比分析：

从上述测试分析可以得出：

（1）WOT工况2400rpm转速附近车内噪声变差，出现峰值，尤其是后排位置。

（2）匀速工况整体效果变优，尤其是后排噪声明显降低。

（3）匀速工况70/80km/h工况效果变差，80km/h更为严重，此时对应转速为2400rpm附近，对应为80Hz频率（分析原因为其他部件导致在此不作详述）；总体来说改变传动轴连接效果较好。

3.5 传动轴不同结果整车噪声测试对比表4：

表4 传动轴结构对应整车噪声对比表

通过上表的测试数据分析可得：

（1）通过对传动轴结构的优化，对传动轴模态的改变，避免传动轴模态和整车其他系统模态改善整车噪声；

（2）通过上述的传动轴结构改进，法兰等截面面的方式对整车噪声改善较好；

（3）通过传动轴结构优化，整车噪声基本达到设计目标值，对于未达到目标项主要从其他系统进行改善在此不作详述。

4、结束语

本文主要针对传动轴不同结构对模态的影响进行分析，通过结果的改变改变传动轴模态，以达到和整车系统的最优匹配，改善整车的噪声。主要是通过运用CAE对模态的分析，并结合实际的试验测试手段，通过对数据的对比分析，得到匹配某欧系轻型客车的合理的传动轴结构，使整车噪声基本达到设计要求。

通过上述对传动轴结构对模态和整车噪声的影响，建立了改车型的整车传动轴的模态规划图，建立了基于该系列车型的不同传动轴结构的模态数据库。

[1] 刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2001.7.

[2] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2006.5.

Shaft structure on theVehicle NVH Sensitivity Analysis

Ren Siyi, Zhang Hairong, Xu Zilong
（Commerical Vehicle Research Institute, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601）

This paper ,research the drive shaft structure on the impact of NVH ,for a VAN, and by matching the length of the drive shaft is not enough structure, and the use of CAE on the drive shaft modal analyzed by changing the mode to enhance the whole drive shaft vehicle NVH performance. Comparative tests on the vehicle to detect joining CAE analysis, the sensitivity of the vehicle NVH transmission shaft structure were analyzed, the final confirmation to meet the drive shaft structure and layout of NVH performance requirements.

shaft；NVH；modal

U463.2

A

1671-7988(2015)05-36-04

任思义，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心商用车研究院。