朱釗，黃巨成，張海源，滕杰

摘 要：針對(duì)某電動(dòng)汽車(chē)在40km/h到60km/h速度下，全油門(mén)加速產(chǎn)生的整車(chē)振動(dòng)問(wèn)題，運(yùn)用噪聲階次和振動(dòng)分析，確定為驅(qū)動(dòng)軸三階振動(dòng)，產(chǎn)生原因?yàn)槿烷T(mén)加速時(shí)，驅(qū)動(dòng)扭矩增大產(chǎn)生的軸向派生力（GAF），使整車(chē)產(chǎn)生Y向振動(dòng)，即橫擺振動(dòng)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)軸軸向派生力的影響因素，通過(guò)采用無(wú)震顫式萬(wàn)向節(jié)（AAR），降低軸向派生力，解決整車(chē)橫擺振動(dòng)。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)軸;振動(dòng);橫擺;軸向派生力

中圖分類(lèi)號(hào)：U463 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）23-127-03

Research And Solution Of Swing Vibration Of Drive Shaft

Zhu Zhao， Huang Ju Cheng， Zhang Haiyuan， Teng Jie

（ Chery Commercial Vehicle （ Anhui ） Co.， Ltd.， Engineerring Research Institute Chassis， Anhui Wuhu 241006 ）

Abstract： Aiming at the vibration problem of a electric vehicle caused by acceleration offull throttle at speeds ranging from 40 km/h to 60 km/h， the third-order vibration of driving shaft is determined by noise order and vibration analysis. The reason is that when acceleration of fullthrottle， increased driving torque has generated axial force（GAF）， which makes the whole vehicle produce Y-direction vibration， i.e. yaw. Vibration. According to the influencing factors of the generated axial force of the drive axle， the generated axial force is reduced and the yaw vibration of the vehicle is solved by using the non-vibration universal joint.

Keywords： Drive shaft; Vibration; Yaw; Generated axial force

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-127-03

前言

某前驅(qū)電動(dòng)車(chē)型，在40km/h-60km/h加速時(shí)，整車(chē)Y向橫擺嚴(yán)重，主觀評(píng)價(jià)無(wú)法接受，而相同型號(hào)燃油車(chē)型，未發(fā)現(xiàn)有此問(wèn)題。電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)相比，動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)存在較大差異，即電機(jī)代替了發(fā)動(dòng)機(jī)，減速器代替了變速箱，取消了離合器，如此，電機(jī)的動(dòng)力直接通過(guò)減速器傳遞給驅(qū)動(dòng)軸。因此，懷疑驅(qū)動(dòng)軸突變的力矩波動(dòng)會(huì)加大橫擺振動(dòng)的影響。

通過(guò)檢測(cè)座椅導(dǎo)軌振動(dòng)，Y向振動(dòng)較劇烈，階次分析為0.33階振動(dòng)，即驅(qū)動(dòng)軸三階振動(dòng)。Y向振動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)如下圖1所示：

圖1 ?座椅導(dǎo)軌振動(dòng)colormap圖

驅(qū)動(dòng)軸的三階振動(dòng)，通過(guò)文獻(xiàn)1的描述，是由移動(dòng)節(jié)三樞軸與三柱槽殼之間的摩擦力導(dǎo)致的，因此，解決整車(chē)橫擺振動(dòng)問(wèn)題，可以先從驅(qū)動(dòng)軸優(yōu)化開(kāi)始。

1 原因分析

在某一角度下，驅(qū)動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況如下圖所示：

圖2 ?三樞軸與三柱槽殼運(yùn)轉(zhuǎn)情況

一般芯軸軸線與三柱槽殼夾角范圍為23°之內(nèi)，此時(shí)，芯軸軸線與三柱槽殼軸線夾角為8.5°，屬于常規(guī)工作角度。三樞軸上每個(gè)軸承圈球心用OA、OB、OC來(lái)表示，由圖可已看出，三個(gè)點(diǎn)軸向位置不同，OA靠最內(nèi)側(cè)，OC靠最外側(cè)，OB在中間位置，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，OA點(diǎn)經(jīng)過(guò)OB、OC、回到OA位置，同樣，另外兩個(gè)球心點(diǎn)也經(jīng)過(guò)了其他兩個(gè)位置回到原點(diǎn)。如此三個(gè)點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，都會(huì)與三柱槽殼存在滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦，這種摩擦力，我們一般稱作軸向派生力。有摩擦就會(huì)有振動(dòng)，由此摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)，即形成了三階振動(dòng)。

根據(jù)庫(kù)倫摩擦理論可知，摩擦力與壓力有關(guān)，與接觸面積無(wú)關(guān)，因此，摩擦力公式可表示為：

F=μ*P ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：F為摩擦力，μ為摩擦系數(shù)，P為壓力。壓力越大，摩擦力越大，即動(dòng)力扭矩越大，產(chǎn)生的軸向派生力和振動(dòng)就越大。

2 三階振動(dòng)的影響因素

文獻(xiàn)2和文獻(xiàn)3描述了三階軸向派生力與三柱槽殼的外徑、傳遞扭矩、布置角度、潤(rùn)滑脂型號(hào)和轉(zhuǎn)速有關(guān)。通過(guò)臺(tái)架測(cè)試分析結(jié)果顯示，三柱槽殼半徑越大，三階軸向派生力越小，扭矩、角度和轉(zhuǎn)速與軸向派生力呈遞增關(guān)系，潤(rùn)滑脂的摩擦系數(shù)越小，三階軸向派生力則越小。關(guān)系圖如圖3所示。

圖3 ?三柱槽殼外徑的影響

圖4 ?傳遞扭矩的影響

圖5 ?布置角度的影響

由圖可知，三階軸向派生力受布置角度和傳遞扭矩影響較大，呈線性分布，因此，減小布置角度和降低傳遞扭矩是降低三階軸向派生力的重要手段。降低傳遞扭矩即將電機(jī)限扭，但會(huì)導(dǎo)致整車(chē)動(dòng)力性減弱，影響整車(chē)性能，無(wú)法實(shí)施，只能通過(guò)減小布置角度來(lái)解決。該車(chē)左右移動(dòng)節(jié)布置角度為5.6°，若調(diào)整布置角度，則對(duì)動(dòng)力總成位置改動(dòng)較大，無(wú)法快速實(shí)施。因此，采用一種適用角度更大的無(wú)震顫式萬(wàn)向節(jié)（AAR節(jié)）來(lái)弱化布置角度的影響，結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖6 ?AAR節(jié)外形圖

這種萬(wàn)向節(jié)是在傳統(tǒng)的三銷(xiāo)式萬(wàn)向節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，球環(huán)和三樞軸在現(xiàn)有的自由度基礎(chǔ)上，增加了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，使得其靈活度大大增加。這種結(jié)構(gòu)可以顯著地降低傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的噪音、振動(dòng)和不平順性，能夠改善整車(chē)NVH性能;另一方面相比傳統(tǒng)的三銷(xiāo)式萬(wàn)向節(jié)提高了最大運(yùn)行角度，最大角度能力能達(dá)到26°。該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)三銷(xiāo)節(jié)最大的差異是當(dāng)軸桿與三柱槽殼呈一定角度時(shí)，球環(huán)可與三柱槽殼的角度保持不變，因此，弱化了布置角度對(duì)三階軸向派生力的影響，使其具有良好的NVH效果。

3 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

在實(shí)車(chē)更換AAR節(jié)之前，先在臺(tái)架上進(jìn)行摸底驗(yàn)證，與傳統(tǒng)的三銷(xiāo)式萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。將驅(qū)動(dòng)軸固定在臺(tái)架上，初始狀態(tài)固定節(jié)和移動(dòng)節(jié)的角度均為0°，對(duì)軸節(jié)進(jìn)行15分鐘預(yù)熱，加載扭矩300N·m，轉(zhuǎn)速200r/min，角度從0°掃描至15°，循環(huán)4次，使移動(dòng)節(jié)內(nèi)的潤(rùn)滑脂均勻分布。然后加載扭矩至600N·m，轉(zhuǎn)速200r/min，移動(dòng)節(jié)角度從0°變化到16°，間隔2°，每個(gè)角度運(yùn)行時(shí)間為90秒，記錄各角度下的三階軸向派生力測(cè)試結(jié)果，繪制軸向派生力與夾角關(guān)系曲線圖，將原移動(dòng)節(jié)與AAR節(jié)顯示在同一曲線圖內(nèi)，結(jié)果如下圖所示：

圖7 ?軸向派生力對(duì)比

由圖可知，AAR節(jié)三階軸向派生力隨角度的增加，變化不大，相比TJ節(jié)較小，理論上會(huì)取得很好的減振效果。將原車(chē)左右驅(qū)動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)更換為AAR節(jié)裝車(chē)驗(yàn)證，采集座椅導(dǎo)軌振動(dòng)，Y向振動(dòng)階次如下圖所示：

圖8 ?更換后座椅導(dǎo)軌振動(dòng)colormap圖

通過(guò)采集數(shù)據(jù)對(duì)比，AAR節(jié)的振動(dòng)優(yōu)于原移動(dòng)節(jié)，0.33階的振動(dòng)明顯消除，主觀評(píng)價(jià)可以接受，整車(chē)橫擺振動(dòng)問(wèn)題得到解決。

4 總結(jié)

影響驅(qū)動(dòng)軸軸向派生力的因素有三柱槽殼的外徑、傳遞扭矩、布置角度、潤(rùn)滑脂型號(hào)和轉(zhuǎn)速有關(guān)，設(shè)計(jì)初期可通過(guò)控制布置角度，選取摩擦系數(shù)小的潤(rùn)滑脂型號(hào)來(lái)主動(dòng)降低軸向派生力，但是當(dāng)設(shè)計(jì)定型以后，實(shí)車(chē)驗(yàn)證階段再降低軸向派生力就會(huì)處于被動(dòng)狀態(tài)，本文通過(guò)更換采用AAR節(jié)，實(shí)現(xiàn)了整車(chē)NVH目標(biāo)的達(dá)成，對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和問(wèn)題處理都具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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