基于ADAMS振动仿真的动传系统振动问题整改

发表时间:2019/6/26   来源:《基层建设》2019年第9期   作者:冯哲 张德华 王伟
[导读] 摘要:某牵引车在重载10Km/h左右车速爬坡时出现变速箱抖动大问题,需要整改。
        东风柳州汽车有限公司  广西柳州  541007
        摘要:某牵引车在重载10Km/h左右车速爬坡时出现变速箱抖动大问题,需要整改。在ADAMS中建立仿真模型,复现了问题,并确定了整改目标。通过仿真对比分析,确定最佳措施,实车整改验证显示整改措施有效,问题得以解决。该案例是运用ADAMS仿真分析技术成功解决了该振动问题。
        关键词:动力传动系统;ADAMS;振动
        前言*
        某牵引车在重载以10km/h左右车速爬坡时出现变速箱振动大的问题。实车现场测试结果如下图1所示(变速箱上振动加速度,单位:m/s²,下同):
 
        图1故障工况测试结果
        结果显示故障工况下Z向的振动加速度有明显峰值,且远大于X、Y向振动峰值;相同车速下平路工况进行测试,结果显示振动峰值仅为爬坡时峰值的1/5~1/6。
        1  理论分析
        此车型的传动轴采用不等速万向节连接,传动轴转动时会产生2阶振动,2阶振动大小跟传动轴夹角及传递的扭矩大小有关[2],在固有模态分析的基础上,进行激励频域响应分析,提取变速箱的振动各方向响应。频率响应分析结果如下图2所示。
 
        图2系统振动频域响应分析结果
        上图显示变速箱的z向振动在7.8Hz处出现了大的峰值,且Z向的响应远大于X、Y向响应;与实际测试结果(见图1)也一致。
        采用如下计算公式可以计算出1阶频率。
 
        式中,n传动轴理论平均转速;R驱动轮滚动半径 0.496 m;V行车速度10Km/h;i是驱动桥总传动比:4.11。2阶为一阶频率的2倍:约为7.34Hz,此频率与测试出现的振动频率7.5Hz非常接近。
        经计算在相同车速下,爬坡时传动轴输出扭矩是平路工况11倍左右,因此会导致爬坡时变速箱振动加速度明显加大。
        同时由于在此频率下出现了振动峰值,判断动力传动的悬置系统某一阶固有频率可能接近于此7.5Hz。
        2  系统固有模态仿真分析
        在ADAMS中建立如下的振动仿真分析模型如图3所示。
 
        图3动力传动系统振动仿真分析模型
        如上图所示,在ADAMS中建仿真分析模型已经实际的动力传动及模型参数(发动机、变速箱、传动轴质量及惯性参数和悬置参数,及传动轴夹角)。
        对建立的仿真模型进行系统固有模态分析,分析结果如下表1所示.
        表1  系统固有模态分析结果
        结果显示动力传动系统存在7.83Hz模态,与传动轴输入到变速箱的振动激励频率7.34Hz非常接近,会导致变速箱振动响应增大。以降低7.34Hz左右频率下频域响应为目标,寻找最优整改措施。
        3  各整改方案仿真分析对比
        基于理论分析和动力学振动仿真分析,提出如下的改进思路:
        措施1、减少传动轴万向节传动夹角,以此减少变速箱受到的激励输入;
        措施2、改变变速箱处的悬置软垫支撑,优化其固有模态频率,避开7.8Hz,从而改善变速箱在此频率下的隔振效果;
        措施3、综合应用措施1和措施2;
        各整改措施频域响应对比分析如下:
 
        a.措施1与原状态对比   b.措施2与原状态对比 c.措施3与原状态对比
        4  各整改方案实车测试验证
        基于仿真分析结果,按措施3进行实车整改,整改后与原方案测试结果对比如下:
 
        测试结果显示原7.5Hz对应的最大振动峰值已消除,实车上原故障已不存在。该措施实施后,客户对整改后状态表示认可。
        结束语
        在ADAMS中建立仿真分析模型,仿真再现了实际测试中的问题现象。通过对问题的理论分析并在ADAMS中建立改进后模型进行振动仿真分析对比,验证了整改措施。依据仿真分析结果对实车整改并进行验证测试,测试结果与振动仿真分析结果效果一致,显示整改措施有效,原车问题得以解决。案例显示通过ADAMS的振动仿真分析,可以有效的帮助我们解决动力传动系统的相关振动问题。
        参考文献:
        [1]庞剑,何华等.卫汽车噪声与振动理论与应用[M].北京理工大学出版社,2006 23(1):293-296
        [3]M.Zhou,N.Pagaldipti,H.L.Thomas.2000;An Integrated Approach For Topology,sizing And shape Optimization,AIAA-2000-4946
        [4]冯志华.基于灵敏度分析的机械结构动力学修改[J].苏州丝绸工学院学报,2000,20(4):46-50.
        [5]Voth,B.1999:Using automatically generated shape variables to optimize stamped plates.Technical Memorandum,Altair Engineering,Inc,Troy,MI

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