传动轴共振的案例研究
传动轴振动分析
毕业设计（论文）题目：传动轴振动分析:院别：汽车与交通学院专业班级：交通运输学生姓名：XXX学号：XXXXXXXXX指导老师：XXX2010年5月21日【摘要传动轴作为汽车传动系统的主要部件在汽车行驶过程中起着传递运动及扭矩的作用。
由于传动轴在使用过程中的特点是转速高，并且其结构较为复杂，所以不可避免的存在振动现象。
传动轴的振动存在许多危害，首先会产生噪音，作为汽车部件这会大大地影响汽车舒适性；还会降低传动效率，产生配合松动，乃至于使元件断裂，从而导致事故的发生。
本文的中心内容是利用Solidworks软件来研究传动轴的振动问题，也就是针对某种车型的传动轴这一特定的旋转体，先使用大型CAD软件Solidworks 进行实体建模，利用其自有的计算模块分别计算各个不同部件的质量，然后利用Solidworks 中的Simulation 插件进行有限元分析，建立相应的CAE模型，进行网格化，分成一定数量的单元，再通过计算机的分析计算，经过有限元算法的处理，得出相应的数据结果，最后算出临界速度和固有频率。
通过阅读了大量的国内外相关的技术研究文献，对当前本课题研究的最新状况进行比较全面的、深入的研究。
总结各类结构有限元分析的优点，找出存在的问题，立足于工作中的实际存在的问题和实用性，对其进行分析和研究。
关键词：传动轴；有限元分析；模态分析；临界转速；固有频率ABSTRACTAs the car transmission shaft of the main parts in the process of vehicle movement and torque transmission. Due to the characteristics of transmission is in use process, and its structure of high speed is more complicated, so there are inevitably vibration phenomenon.There are many hazards shaft vibration and noise, first as automobile parts will greatly affect auto comfort, Still can reduce transmission efficiency and cooperate with loose, and even make component fault, causing accidents.This center is to study using Solidworks software shaft vibration problem, also is this particular tothe shaft, large CAD software used for modeling, Solidworks its own calculation module of different components are calculated respectively, and the quality of the Simulation using Solidworks plugin fe analysis, establish corresponding CAE model, the grid, into a certain number of units, through the analysis and calculation of computer, through the finite element algorithm, corresponding data, and finally calculate critical speed and the inherent frequency.Through reading a lot of domestic and foreign relevant technical research literature on this subject, the current situation of the latest research on comprehensive and thorough research. Summarizes the advantages of finite element analysis, find out the existing problems in actual work, based on the existing problems and practical, carries on the analysis and research.KEY WORDS:shaft, Finite element analysis, Modal analysis, The critical speed, Inherent frequency摘要 ............................................................................................. 错误!未定义书签。
一个关于传动轴共振的案例研究
一个关于传动轴共振的案例研究作者：重庆长安汽车股份有限公司闵福江摘要：NVH 是汽车研究与设计过程中既需要一定的理论基础，又需要大量实践经验才能解决的应用问题。
文章阐述了汽车动力系统引起整车NVH 问题的原理，以及解决这些NVH 问题的一些方法。
又将振动能量传入腔体，车辆腔体受激共振，产生低频轰鸣声。
同时内万向节及差速器齿轮啮合转动的不稳定性还会引起车辆产生波动式耦合噪音和刺耳的尖叫声音。
3 传动轴在设计中如何避免共振对于传动轴来说，第一阶模态最重要，如果采用不等速万向节的轴，还应该考虑第二阶的激励。
传动轴的最高转速取决于最高的行驶车速，为了避免共振，传动轴的固有频率一定要比临界转速（传动轴最高转速）对应的频率高出15%。
传动轴的最大工作频率与车速的关系：式1 中va-车速fj-传动轴的最大工作频率ig-变速器的传动比io主减速比kj发动机转矩主谐量的阶数r车轮的滚动半径以前述样车为例：该车的最高车速为：190km/h；变速器传动比（5 档）：0.809；主减速比：4.17；发动机转矩主谐量的阶数：2；轮胎周长：2m；经计算传动轴的最大工作频率为178Hz，因此为了避免共振，传动轴的设计目标（一阶固有频率）应该在205Hz（178×（1+15）%）以上。
该样车实测一阶弯曲模态为109Hz（如图一所示），远低于205Hz。
经过发动机激励，引发传动轴共振，造成车内轰鸣声（如图2 所示）。
图1：传动轴一阶弯曲模态图2：车内轰鸣噪声4 当发生传动轴共振时，可采取的控制策略4.1 调整传动轴固有频率根据（1）式中计算出的传动轴最大的工作频率j f ，将传动轴的固有频率设定为不小于j f (1+15)%。
以该样车为例，应将传动轴的固有频率提高到205Hz 以上。
对于长传动轴，提高固有频率的方式主要有两种：第一，采用中间支撑，分段传动；第二，采用空心轴（空心轴可以降低质量，增大管径，有扭转强度高，弯曲强度大的特点）。
大型商用汽车传动系统扭转共振问题探讨
大型商用汽车传动系统扭转共振问题探讨随着商用汽车的快速发展，越来越多的车型被用于物流、工程运输等领域。
然而，在使用过程中，传动系统扭转共振问题成为了一个不可避免的难题。
本文将对大型商用汽车传动系统扭转共振问题进行探讨。
一、传动系统扭转共振问题的定义和原因传动系统扭转共振是指在特定车速下，传动轴自发振荡并引起车辆震颤的现象。
假设一辆商用汽车存在该问题，驾驶员会发现某个特定车速时车辆开始出现抖动，一旦超过该速度，抖动就会自行消失。
传动系统扭转共振的产生原因主要有以下几种：1.传动轴不平衡由于各种因素的影响，如制造误差、装配质量、修理和保养不当等，传动轴可能产生不平衡，导致在高速行驶时出现共振。
2.传动轴过长或过短当传动轴的长度与车辆的轴距和车身长度相差较大时，传动系统也可能会产生共振问题。
过长的传动轴会导致弯曲和扭转，而过短的传动轴将无法完成扭转和承受其他的力量。
3.传动轴与差速器夹角或卡爪角度不当传动轴和差速器之间的夹角或者卡爪的角度也会影响传动系统的共振问题。
如果夹角或角度不当，会导致传动轴在高速行驶时扭转振动并引起共振。
二、传动系统扭转共振的危害传动系统的共振问题会对车辆的性能、寿命和安全性造成很大影响。
1.车辆性能下降传动系统扭转共振问题会导致车辆出现明显的抖动，保持稳定速度和方向将变得十分困难，影响驾驶员对车辆的掌控和操纵。
2.车辆寿命缩短传动系统的震颤会加剧传动轴、万向节和其他相关部件的磨损和损坏。
长期以往，会导致这些部件的寿命缩短，车辆的综合维修成本也随之增加。
3.行驶安全受到威胁传动系统的共振问题还会导致车辆失去控制，严重时发生事故。
在一些恶劣的道路状况下，这种问题尤其危险。
三、传动系统扭转共振问题的解决方法由于传动系统扭转共振问题的原因复杂、多样，解决方法也不同。
目前，以下几种方法被广泛采用：1.平衡传动轴如果传动轴不平衡导致了共振，有必要平衡传动轴。
可以采用动态平衡或静态平衡方法对传动轴进行平衡校正。
传动轴共振问题解析
传动轴共振问题解析摘要：文章针对传动轴振动的源头，提出了解决传动轴共振问题的几种方案，根据车型的实际情况，选择最有的方案。
经试验验证效果明显，有效的解决了车内轰鸣声的异响问题，为其它车型的开发及平台化有一定的借鉴意义。
关键词：汽车；传动轴；共振前言随着人们生活水平的提高，汽车开始逐渐的走进千家万户，且人们在追求速度之余，越来越重视汽车的动力性、舒适性及操控性，各汽车厂家也越来越投入更多的精力研究与匹配，其中整车NVH性能是其中主要课题之一。
传动轴由于在使用过程中的特点是转速高，并且结构较为复杂，所以不可避免的存在NVH问题，下面将就某公司一款SUV车型传动轴共振问题进行实例解析。
1传动轴共振的NVH问题汽车在行驶过程中经常会向传动轴传递各种激振，尤其是发动机等动力单元往复惯性力与传动轴不平衡产生的惯性力冲击最为明显。
传动轴的固有频率与传动轴的尺寸、材料特性及边界条件有关。
该公司这款SUV车型在开发试制阶段发动机转速在约2300r/min时有明显的“嗡嗡”共振轰鸣音，初步怀疑可能是传动轴振动导致。
通过对此车型四驱加速噪声振动测试，对试验彩图分析，车内150Hz左右产生共振，通过对传动轴模态分析，传动轴一阶弯曲模态为154Hz左右，此时若被动力总成激起，刚好吻合发动机转速2300rpm的四阶频率。
2传动轴共振问题的解决方案一般传动轴共振问题的解决方案有三个方向：一是消除传动轴的振动激振源；二是调整传动轴的模态，使传动轴的模态避开发动机常用的频率范围；三是传动轴增加吸振装置，消除振动的影响。
而一般传动轴的振动激励源为发动机，更改发动机工作量非常巨大，故只能考虑后两种方案。
2.1调整传动轴模态传动轴临界转速式中，nc：传动轴临界转速，r/min；D：传动轴外径，mm；d：传动轴内径，mm；L：传动轴长度。
通过上述公式可以看出，传动轴临界转速主要与传动轴轴管的内外径、轴管长度有关。
要提高传动轴的一阶弯曲频率需要增加传动轴轴管内外径的尺寸，或者减小轴管的长度的方式实现。
载货汽车传动系统扭转共振问题研究
载货汽车传动系统扭转共振问题研究载货汽车传动系统扭转共振问题研究随着经济的发展以及物流行业的不断壮大，越来越多的货车开始进入人们的生活，扮演着货物运输的角色。
然而，在车辆行驶过程中，载货汽车传动系统常常会出现扭转共振的问题，不仅导致车辆行驶不稳定，还会对车辆的安全乃至生命安全造成威胁。
因此，对这一问题的研究显得非常必要。
传动系统是车辆的重要组成部分，它主要由发动机、变速器、传动轴、驱动桥等部分组成。
扭转共振指的是在传动系统中，发动机的扭矩被传递至驱动桥的过程中，由于系统的特性参数匹配不良，会产生系统振动，并在一定范围内不断增强。
这种振动会对车辆行驶产生影响，影响车辆的操纵性以及驾驶员的驾驶体验。
尤其在高速公路上，速度较快的运输过程中，更容易引发扭转共振现象。
针对这一问题，研究人员对传动系统进行了深入的研究，并提出了相应的解决方案。
首先，在设计阶段，应注意选用合适的传动组件和合适的匹配参数以减少共振的出现。
其次，在使用过程中，需要注意保持传动系统组件的完好状态，定期进行维修和保养。
另外，对于高速运输的货车，采用电子控制技术，调节发动机输出扭矩，以达到防止共振的目的。
总之，对载货汽车传动系统扭转共振问题的研究，不仅是对车辆行驶安全的保障，也是对物流行业的提升。
未来的研究中，我们将更加注重传动系统设计与优化、检测与监测技术以及防止共振控制等方面的研究，努力提高车辆行驶的稳定性和安全性。
在技术的不断提升和创新的推动下，任何困难都能够被克服，我们也有着足够的信心和勇气去迎接未来的挑战！除了传动系统设计、维护以及控制技术的研究，还有一些其他方面的研究也是十分必要的。
例如，研究不同驾驶员在不同道路条件下，对扭转共振的影响，以及对车辆行驶稳定性的影响。
此外，研究货车的负载、车速等因素对于传动系统扭转共振的影响，从而选择合适的操作条件，尽可能的避免结果的发生。
这些研究将有助于更加深入的了解扭转共振的机理和产生的原因，为解决扭转共振问题提供更加具体和有效的方法和手段。
传动轴共振实例解析
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３ 调整传 动轴模态 ，提高传 动轴一 阶弯 曲
频率
传动轴 临界转速 一 ．ｘＯ一 ２ ｄ ｌ＂ｆ ＋ ２ － ｘ Ｄ 式 中：ｎ：传动轴 临界转速 ，ｒ ｍ ｎ ：传 动轴 ／ ｉ ：Ｄ
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汽车设计论文 16,传动轴模态共振问题的解决方案与实例
传动轴模态共振问题的解决方案与实例摘要通过对整车Ⅲ-WOT工况对车内噪音、轮毂端振动测试，以及对传动轴模态测试，由噪声、振动数据分析，确定车内噪音根源为传动轴模态共振导致。
为解决该问题，常用加粗驱动轴方法并不可行，无法避开共振频率，在此背景下，通过采用在该传动轴上增加动态阻尼器的方法，对动态阻尼器进行原理分析及参数优化，合理设定动态阻尼器参数，从而抵消传动轴模态共振振幅，消除车内该频率段噪音，改善整车NVH性能。
关键词传动轴；模态共振；动态阻尼器1引言随着物质生活水平提高，消费者对汽车舒适性要求不断提高，主机厂在对于汽车NVH 性能提升方面投入加大。
其中，解决汽车零部件共振在汽车NVH性能提升方面占重要比重。
传动轴激振来自于发动机激励、齿轮啮合冲击、轮胎路面激励。
通常情况下，当传动轴的一阶弯曲模态被激发时，才会引起明显的共振。
因此本文是通过试验测试手段分析，并采用在传动轴上安装动态阻尼器，解决传动轴模态共振问题，提升汽车NVH性能。
2 噪声源分析及优化方案选择2.1 噪音及振动测试分析为了消除路面激励对传动轴影响，采用在转鼓测试车内驾驶员右耳、副驾左耳噪音声压级，以及轮毂端振动测试，测试工况是整车进行Ⅲ-WOT加速工况（发动机转速由1000rpm/min 增加至5000rpm/min）。
测试噪声结果如图1所示。
在3300rpm/min时，整车声压级存在峰值，导致车内存在轰鸣，同时从频谱分析可知，主要由于二阶次噪声导致，且二阶次频率为110Hz，同时轮毂端振动测试数据在3300rpm/min也存在大振幅，排除进、排气是噪声产生的原因，故初步判断该车内二阶次噪声峰值由传动系导致，进一步对传动轴模态做测试确认。
图1 驾驶员右耳噪声（总声压、二阶次噪音）2.2噪声源确认及优化方案选择在实车状态下，对整车约束下传动轴进行模态测试。
测试结果为一阶弯曲模态为113Hz，与车内二阶次110Hz噪声峰值相接近，故确认为传动轴其一阶弯曲模态113Hz与发动机二阶频率110Hz（对应转速3300rpm/min）发生模态共振，导致该噪声产生。
传动轴共振问题解析
传动轴共振 问题进 行实例解 析。
１传动轴共振 的 Ｎ Ｖ Ｈ问题
阶频率 。
户，且人 们在追求 速度 之余，越 来越 重视汽车的动力性 、舒
适 性 及 操 控 性 ，各 汽 车 厂 家 也越 来越 投 入 更 多 的 精 力 研 究 与
匹配 ，其中整车 Ｎ ＶＨ 性能是其中主要课题之一 。传动轴 由 于在 使用 过程 中的特 点是转速高，并且结构较为复杂 ，所 以
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一个关于传动轴共振的案例研究
闵福江
重庆长安汽车股份有限公司
汽车工程研究院
【摘要】NVH是汽车研究与设计过程中既需要一定的理论基础，又需要大量实践经验才能解决的应用问题。
文章阐述了汽车动力系统引起整车NVH问题的原理，以及解决这些NVH问题的一些方法。
【主题词】传动系 共振 汽车 轰鸣声
A Case Study on the Syntony of Drive shaft
Min Fujiang
Chongqing Changan Automobile Stock CO . LTD
Automotive Engineering Institute
【Abstract】NVH is a application problem to be solved with certain theoretical basis and much practical experience .This paper describes the complete vehicle NVH problem principally caused by power system ,and introduce some ways how to solve this problem。
【Key Words】Transmission system , Syntony , Vehicle , Booming Noise
1前言
某新研发的车辆，在样车试制期间，发现当车辆在行驶过程中发动机转速达到3300转/分时，车内产生明显的轰鸣声（Booming Noise）,该车型如果投放市场，必然引起顾客抱怨，影响市场销售。
经诊断分析确定为传动轴一阶弯曲共振导致，必须针对传动轴采取措施，解决轰鸣噪声。
本文系统地阐述了该问题的分析和解决过程。
2传动轴共振引发的NVH问题
汽车的动力系统时刻向传动轴施加各种激振，尤其以发动机的往复惯性力与传动轴不平衡产生的惯性力冲击最为显著。
传动轴的响应与传动轴的尺寸规格、材料特性和边界条件相关，而且在理论上是一个拥有无数模态的连续结构。
由于传动轴最主要的激振力为发动机往复惯性力与传动轴不平衡产生的惯性力，因此，传动轴的一阶弯曲模态更容易受到激发产生共振。
在采用不等速万向节时，还应该考虑二阶激励。
传动轴的振动通过外万向节、轮毂、悬挂将激振能量传递至车身，车身覆盖件受激共振后又将振动能量传入腔体，车辆腔体受激共振，产生低频轰鸣声。
同时内万向节及差速器齿轮啮合转动的不稳定性还会引起车辆产生波动式耦合噪音和刺耳的尖叫声音。
3 传动轴在设计中如何避免共振
对于传动轴来说，第一阶模态最重要，如果采用不等速万向节的轴，还应该考虑第二阶的激励。
传动轴的最高转速取决于最高的行驶车速，为了避免共振，传动轴的固有频率一定要比临界转速（传动轴最高转速）对应的频率高出15%。
传动轴的最大工作频率与车速的关系：
3.62j a g o j r f v i i k π××=
（1）
式1中 a j g o j v f i i k r →→→→→→车速
传动轴的最大工作频率
变速器的传动比
主减速比
发动机转矩主谐量的阶数
车轮的滚动半径
以前述样车为例：
该车的最高车速为：190km/h ；
变速器传动比（5档）：0.809；
主减速比：4.17；
发动机转矩主谐量的阶数：2；
轮胎周长：2m ；
经计算传动轴的最大工作频率为178Hz ，因此为了避免共振，传动轴的设计目标（一阶固有频率）应该在205Hz （178×（1+15）%）以上。
该样车实测一阶弯曲模态为109Hz （如图一所示），远低于205Hz 。
经过发动机激励，引发传动轴共振，造成车内轰鸣声（如图2所示）。
图1： 传动轴一阶弯曲模态
Fig 1: 1order bending modal of driveshaft
图2：车内轰鸣噪声
Fig 2: Inter Booming Noise
4 当发生传动轴共振时，可采取的控制策略
4.1 调整传动轴固有频率
根据（1）式中计算出的传动轴最大的工作频率j f ，
将传动轴的固有频率设定为不小于j f (1+15)%。
以该样车为例，应将传动轴的固有频率提高到205Hz 以上。
对于长传动轴，提高固有频率的方式主要有两种：第一，采用中间支撑，分段传动；第二，采用空
心轴（空心轴可以降低质量，增大管径，有扭转强度高，弯曲强度大的特点）。
针对该样车的安装布置情况，采用空心轴方案比较切实可行。
根据我们传动轴的长度、扭转刚度、弯曲刚度，在CAE 优化分析（图3-a~图3-d ）后，结合传动轴的重量、刚度以及固有频率等相关因素，最终我们选择管径（外径）40mm ，壁厚3mm 的空心轴方案，该传动轴固有频率为216Hz ，高于205Hz ，能够避免共振的产生。
图3-a：优化频率
Fig 3-a : Modified Frequency
图3-b：最大剪应力衰减
Fig 3-b : Max Shear Stress Reduction
图3-c：质量削减
Fig 3-c: Mass Reduction
图3-c：最优化结果
Fig 3-c: Weight optimization result , generalized
4.2 对传动轴增加动态吸振器
车内的轰鸣声与激振力能量、频率有关，也与车身自身的振动响应有关，如果能够改变激振力的能量与振动频率，则可能会消除车内的轰鸣噪声，因此也可以采用在传动轴上增加动态吸振器来解决车内轰鸣噪声。
在传动轴上增加动态吸振器，可以消除共振峰值，但带来的问题是在共振转速的低转速与高转速段会产生两个相对较小的峰值（如图4）。
此时车内的轰鸣声有可能会由一个较大的轰鸣声变成两个较小的，
或者一个较小的，或者轰鸣声消失，这需要试验进行验证。
为此，参考相关文献在该样车传动轴中间1/3区域增加了一个重0.45kg，频率为109Hz的动态吸振器（结构如图5）。
经过试验验证，3300转/分的车内轰鸣噪声消除，6000转/分时车内噪声增大（图6），而这基本上超出了正常驾驶速度区域，因此可以采用本方案。
图4 ：动态吸振器作用效果
Fig 4 ：The Effect of Damper
图5 ：动态吸振器构造
Fig 5 :The Structure of Damper
图6：动态吸振器效果验证
Fig 6 ：The Effect of Damper Confirmed
备注：绿色为原状态，红色为增加动态吸振器后状态。
5 结论
本文针对样车传动轴振动的源头，提出了调整传动轴固有频率和在传动轴上增加动态吸振器
两种解决方案，经试验验证效果明显，解决了车内轰鸣声的问题，同时在其它车型开发中也有借鉴意义。
参考文献
1 刘惟信 汽车设计 清华大学出版社 2001（1）；
2 庞剑 谌刚 何华 汽车噪声与振动－理论与应用 北京理工大学出版社 2006（1）
3 朱卓选（上海纳铁福传动轴有限公司） 减振圈解决汽车传动轴NVH问题 上海汽车 2003。