孫萌，陳明亮，吳靜

基于Nastran某商用車傳動軸NVH模態(tài)性能仿真和試驗(yàn)研究

孫萌，陳明亮，吳靜

（江西五十鈴汽車有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330010）

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(jìn)行了模態(tài)CAE和試驗(yàn)研究，C AE分析和試驗(yàn)結(jié)果表明，此商用車傳動軸NVH模態(tài)性能滿足目標(biāo)。

商用車；傳動軸；模態(tài)

1 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)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(shí)，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(shí)際的工作過程中，如果受到自身或其他外部激勵(lì)，會產(chǎn)生振動及噪聲，不僅影響乘車舒適性，更嚴(yán)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(jià)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(jì)目標(biāo)要求，通過有限元方法，基于Nastran軟件，對某商用車傳動軸進(jìn)行了CAE模態(tài)分析，結(jié)合模態(tài)測試試驗(yàn)，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(jī)怠速共振頻率，性能滿足目標(biāo)。

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(jìn)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

2.3 傳動軸CAE約束模態(tài)分析

本文對某商用車傳動軸進(jìn)行了約束模態(tài)分析，約束電機(jī)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(shí)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。

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(jìn)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(diǎn)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。

3 傳動軸模態(tài)試驗(yàn)分析

3.1 傳動軸自由模態(tài)試驗(yàn)分析

本文對某商用車傳動軸系統(tǒng)進(jìn)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(yàn)

按照上述試驗(yàn)邊界條件進(jìn)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)。

3.2 傳動軸臺架約束模態(tài)試驗(yàn)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(jìn)行了臺架狀態(tài)約束模態(tài)試驗(yàn)，如圖8所示，試驗(yàn)樣本量為2個(gè)，記錄試驗(yàn)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(jìn)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(biāo)較好，滿足大于150Hz目標(biāo)。

圖8 傳動軸臺架約束模態(tài)試驗(yàn)

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(jìn)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。

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(jìn)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(shí)結(jié)合模態(tài)測試試驗(yàn)，進(jìn)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(yàn)結(jié)果表明，此商用車傳動軸NVH模態(tài)避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

[1]尹榮棟.基于Optistruct的某型汽車傳動軸模態(tài)分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2018(7):31-36.

[2] 趙生蓮.基于有限元的汽車傳動軸模態(tài)參數(shù)優(yōu)化研究[J].機(jī)電工程,2020,6(1):14-18.

[3] 付朋磊.汽車傳動軸振動分析、優(yōu)化及仿真系統(tǒng)開發(fā)[D].武漢:華中科技大學(xué),2019.

Simulation and Experimental Study on NVH Modal Performance of a Commercial Vehicle Transmission Shaft with NASTRAN

Sun Meng, Chen Mingliang, Wu Jing

( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330010 )

The transmission shaft is the key transmission component of the commercial vehicle power system, which has an important impact on the NVH performance of the vehicle. In this paper, the modal CAE and experimental research are carried out for the transmission shaft of a commercial vehicle. The CAE analysis and test results show that the NVH modal performance of the drive shaft of the commercial vehicle meets the target.

Commercial vehicle; Transmission shaft; Modal performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.028

U463.216+.2

A

1671-7988(2021)03-93-03

U463.216+.2

A

1671-7988(2021)03-93-03

孫萌，就職于江西五十鈴汽車有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心。