王久奇，李延立，張 琪 Wang Jiuqi，Li Yanli，Zhang Qi

傳動系統(tǒng)零部件對整車振動的影響及改進(jìn)方法

王久奇，李延立，張 琪
Wang Jiuqi，Li Yanli，Zhang Qi

（北汽集團(tuán)越野車有限公司，北京 101300）

針對某型越野車，闡述了車輛傳動系統(tǒng)零部件對整車振動的影響及改進(jìn)方法。通過提升車橋及傳動軸等零部件質(zhì)量并改進(jìn)裝配工藝，如提升旋轉(zhuǎn)零部件的靜平衡和動平衡，提高總成零部件下級件的精度，減小總成零部件中相對運(yùn)動的下級件之間的配合間隙與摩擦，改進(jìn)零部件總成裝配等，提升了該越野車的行駛平順性和乘坐舒適性。

車橋；傳動軸；整車振動；動平衡

0 引 言

隨著消費(fèi)者差異化需求以及消費(fèi)能力的提升，硬派越野車用戶希望獲得轎車般舒適的駕駛和乘坐感受。通過提升傳動系統(tǒng)零部件制造質(zhì)量并改進(jìn)裝配工藝，降低整車傳動系統(tǒng)總體剩余動不平衡量，可以提升整車NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動與聲振粗糙度）性能。驅(qū)動橋、傳動軸是汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)重點改善提升。

1 控制原理

因材料、加工、裝配等環(huán)節(jié)累積的誤差，造成零部件自身相對旋轉(zhuǎn)軸質(zhì)量分布不均，出現(xiàn)零部件重心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸不重合的問題，導(dǎo)致零部件高速旋轉(zhuǎn)時因不平衡離心力產(chǎn)生振動，長期振動會造成零部件磨損和機(jī)械損傷甚至失效。多數(shù)傳動系NVH問題是因為系統(tǒng)整體剩余動不平衡量過大導(dǎo)致，一般采取等效面動平衡控制方法分析[1]。以某型越野車車橋端等效面總動平衡為例進(jìn)行說明。

式中：im為等效面處總動平衡；mass為傳動軸質(zhì)量；im為車橋法蘭盤徑向跳動；im為車橋法蘭盤端面軸向跳動；im為車橋和傳動軸的軸孔配合公差；s為分動器端動平衡對車橋處的交叉影響產(chǎn)生的動平衡；z為傳動軸總成剩余動不平衡量；q為驅(qū)動橋總成剩余動不平衡量。

車橋與前傳動軸裝配總成的動平衡受車橋總成剩余動不平衡量、傳動軸總成剩余動不平衡量、車橋法蘭盤端面跳動、車橋法蘭盤徑向跳動以及傳動軸與車橋連接孔配合公差等因素綜合影響，如圖1所示。

圖1 車橋與傳動軸裝配誤差示意圖

圖2 等效面動平衡矢量合成示意圖

通過圖2可知，隨機(jī)分布在0～360°之間的各影響因素矢量值，綜合決定等效面動平衡位置及大小。

只有等效面的動平衡值最小，整車傳動系統(tǒng)剩余動不平衡量才能最小。根據(jù)力合成和矢量原理，需要將車橋和傳動軸零部件的剩余動不平衡量車橋主減速器法蘭盤的端面跳動、徑向跳動參數(shù)控制在合理的范圍，同時通過精確標(biāo)注零部件輕、重點標(biāo)識，盡量減小驅(qū)動橋和傳動軸的配合公差，降低零部件間交叉影響，使傳動系統(tǒng)的剩余動不平衡量趨近于0。為降低傳動系統(tǒng)整體的剩余動不平衡量，可在傳動軸和車橋等零部件裝配成總成后，再采用動平衡機(jī)去重進(jìn)行整體動平衡量補(bǔ)償，但后期對傳動系統(tǒng)單個零部件進(jìn)行更換維修性較差。

2 問題描述

某型越野車路試檢查環(huán)節(jié)出現(xiàn)部分車輛高速（大于100 km/h）行駛時存在整車共振轟鳴問題。一些車輛共振現(xiàn)象比較輕微，在主駕駛位置，可持續(xù)聽到嗡嗡聲，并伴隨耳膜壓迫的不適感；還有個別車輛共振現(xiàn)象非常明顯，除嗡嗡聲外，駕駛員及乘客可明顯感覺到地板及座椅部位的抖動。

3 原因分析

某型越野車為適時電動四驅(qū)車型，正常高速行駛時為后輪驅(qū)動，其傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。大部分故障車輛在斷開前橋與前傳動軸后故障消失，因此對故障車輛前橋端跳、徑跳以及傳動軸剩余動不平衡量進(jìn)行檢測，結(jié)果均符合設(shè)計要求。通過調(diào)整傳動軸與前橋裝配角度可消除共振，因此判斷裝配精度偏差導(dǎo)致了整體傳動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)件的剩余動不平衡量較大，在車輛高速行駛時，前橋與前傳動軸作為激振源，其共振頻率接近整車的固有頻率，產(chǎn)生共振。

圖3 某型越野車傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

個別車輛在采取上述措施后整車共振無明顯改善，但更換前橋或傳動軸后共振消除；因此判斷除了控制車橋端跳、徑跳參數(shù)和傳動軸剩余動不平衡量外，零部件下級件的精度以及零部件裝配一致性也需要做相應(yīng)的提升。

4 改進(jìn)方法

4.1 車橋?qū)φ囌駝拥挠绊懠案倪M(jìn)方法

零部件制造方面，車橋振動噪聲主要來源于齒輪振動噪聲和軸承振動噪聲。通過提升車橋下級零部件精度，加強(qiáng)其控制要求，能有效提升整車NVH性能。通過試驗分析，針對該型越野車的車橋振動問題，對前橋下級件給出改進(jìn)措施,具體見表1。

表1 車橋下級件改進(jìn)措施

車橋裝配方面，車橋主減速器法蘭盤端跳和徑跳是體現(xiàn)車橋整體配合精度的重要參數(shù)，通過測量法蘭盤端面跳動和徑向跳動數(shù)值，矢量計算后確定主減速器法蘭盤綜合跳動量重點位置。主減速器法蘭盤重點位置標(biāo)記的準(zhǔn)確性，對后期車橋裝配到整車與傳動軸匹配尤為重要。前橋供應(yīng)商實際采用將法蘭盤端面跳動高點近似作為綜合跳動重點，未經(jīng)過矢量計算，精度誤差較大。通過采用綜合跳動工裝模擬傳動軸裝配到驅(qū)動橋上，如圖4所示，用千分表直接檢測確定法蘭盤重點，實現(xiàn)了重點標(biāo)識的精確標(biāo)記，提升了后期整車裝配的準(zhǔn)確性。

圖4 主減綜合跳動檢測工裝示意圖

經(jīng)過上述措施，前橋質(zhì)量水平得到了提升，經(jīng)檢測，前橋端跳、徑跳合格率以及平均值均較改善之前明顯提升，對比結(jié)果見表2。

表2 前橋改進(jìn)前、后數(shù)據(jù)對比

4.2 傳動軸對整車振動的影響及改進(jìn)方法

傳動軸是傳動系統(tǒng)的重要零部件，主要作用是傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩。傳動軸工作轉(zhuǎn)速高，其自身結(jié)構(gòu)、裝配誤差以及總成剩余動不平衡量，均對整車振動造成影響，與車輛行駛平順性和乘坐舒適性密切相關(guān)。

車輛行駛中，當(dāng)傳動軸轉(zhuǎn)動頻率與傳動軸固有頻率相同時，會產(chǎn)生車輛共振，為避開此問題，通常設(shè)計傳動軸固有頻率比傳動軸最高工作轉(zhuǎn)速頻率高出15%[2]。通過傳動軸工作頻率推導(dǎo)出車速為

式中：a為車速；j為傳動軸的最大工作頻率；g為變速器的傳動比；0為主減速比；j為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量的階數(shù)；為車輪的滾動半徑。

該型越野車最高車速為160 km/h，變速器傳動比（6擋）為0.586，主減速比為4.1，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量階數(shù)為2，輪胎滾動半徑為0.388 m。

通過式（2）推導(dǎo)出某型越野車傳動軸的最大工作頻率為88 Hz，該車型傳動軸的1階固有頻率應(yīng)大于101.2 Hz（88 Hz×（1+15%）=101.2 Hz）。經(jīng)產(chǎn)品工程師確認(rèn)該車型傳動軸的固有頻率為116.7 Hz，高于101.2 Hz，避開了共振頻率。

零部件制造方面，傳動軸總成動不平衡的原因主要有：傳動軸相對自身對稱中心質(zhì)量分布不均，傳動軸質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心不重合，傳動軸下級零部件之間裝配間隙控制不當(dāng)。綜合以上因素，傳動軸供應(yīng)商采用小模數(shù)多齒尼龍涂覆工藝，如圖5所示，以提高其耐磨性和穩(wěn)定性，提升配合精度，降低傳動軸初始剩余動不平衡量。

圖5 花鍵尼龍涂覆示意圖

傳動軸裝配方面，供應(yīng)商將傳動軸軸管焊接從二保焊接改為摩擦焊接，如圖6所示。摩擦焊接溫度低，高溫持續(xù)時間僅為2.5 s，熱變形和熱影響區(qū)范圍小，減小了傳動軸軸管焊接部位變形，傳動軸總成質(zhì)量對稱性、均勻性有效提升，降低了傳動軸初始剩余動不平衡量。

圖6 摩擦焊設(shè)備示意圖

經(jīng)過上述措施，傳動軸質(zhì)量水平得到了提升，焊接叉端和花鍵副端剩余動不平衡量初校值水平高于標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)果見表3。

3 結(jié) 論

針對越野車道路使用特點，建立了適用于越野車車架耐久性能的28種極限及典型工況，通過對車架進(jìn)行剛度及強(qiáng)度有限元分析，預(yù)測車架的危險薄弱位置，為設(shè)計部門提供優(yōu)化改進(jìn)方案，提升研發(fā)設(shè)計效率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提升了產(chǎn)品的可靠耐久性能。

[1]美國汽車工程師學(xué)會鋼鐵技術(shù)委員會第四組疲勞設(shè)計分委員會.零件疲勞設(shè)計手冊[M]. 孟少農(nóng)，譯. 北京：人民交通出版社，1984.

[2]王霄峰.汽車可靠性工程基礎(chǔ)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3]張繼君.基于MSC.NASTRAN的汽車車架結(jié)構(gòu)的仿真研究[D].長春：吉林大學(xué)，2003.

[4]吳仲華. 慣性釋放原理在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)，2016（6）：1-3.

2020-07-31

U463.2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.04.009

1002-4581（2020）04-0035-04