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基于HyperStudy传动轴减振圈优化设计

2013/12/7    来源:Altair    作者:石朝亮  王希诚  史建鹏      
关键字:减振圈优化设计  HyperStudy  
减振圈的设计通常根据经验设计相关参数与传动轴进行匹配,到达降低振动峰值的目的,如果参数设计不合适,则需要进行反复尝试。本文以减振圈主要参数:质量、三向刚度及三向阻尼为设计变量,对某款车型横向传动轴减振圈进行优化分析,得到各参数的最优化分布,减少减振圈匹配的开发周期。

1 前言

    随着汽车技术的不断发展和物质生活水平的提高,人们对汽车乘坐舒适性的要求也越来越高,解决好NVH(噪声、振动、异响)问题是改善汽车乘坐舒适性的重要内容。作为汽车传动系统的主要部件,传动轴在汽车行驶中起着传递运动及动力的作用,由于传动轴本身的运动学和动力学特点,不可避免地存在着振动现象。调控汽车传动轴的异常振动是解决NVH问题的关键环节之一,而安装减振圈就是调控传动轴异常振动的主要手段。

    减振圈是一个质量弹簧阻尼系统,其作用是调控传动轴一阶弯曲模态引起的异常振动,但不会影响传动轴的平衡、扭转等特性。恰当调节减振圈的质量、刚度、阻尼等参数,可以阻断异常振动的传播途径,取得优异的降噪防振效果。

    本文以减振圈质量、三个方向刚度及三个方向阻尼为设计变量,以最低峰值对应频率大于某经验值为约束函数,以最高峰对应的频率最大为优化目标,对某款车型横向传动轴减振圈进行优化分析。

2 优化模型的建立

    传动轴的响应与传动轴的尺寸规格、材料特性和边界条件有关,而且理论上是一个拥有无数模态的连续结构。不过通常情况下,只有当传动轴的一阶弯曲模态受到激发时才能引起明显的共振问题,此时外界激励的频率与传动轴本身的一阶固有频率重合,在传动轴中部引起较大的动态位移。这种由传动轴一阶弯曲模态共振造成的汽车NVH问题可以通过在传动轴上安装减振圈来解决。图1表明,减震圈显著的改变并调控了传动轴的振动特性曲线。与传动轴一样,由钢铁质量、橡胶弹簧组成的减振圈也是一个具有本身固有频率的振动系统。减振圈与传动轴构成的组合系统将具有两个共振频率,分别位于原传动轴共振点两侧,而且组合系统的两个新共振频率及振动幅度可以通过减振圈的质量、刚度和阻尼系数来控制。

减振圈对传动轴动刚度曲线的影响

图1 减振圈对传动轴动刚度曲线的影响

    有限元模型为采用HyperMesh进行前处理,单元类型为实体四面体单元和六面体单元,限制轴和轴套的3个方向位置自由度及轴向旋转自由度,计算减振圈处Z向动刚度,以减振圈主要参数:质量、三个方向刚度值及三个方向阻尼比的值为设计变量,以最低峰值对应频率大于某经验值为约束函数,以最高峰对应的频率最大为优化目标,采用HyperStudy进行优化分析,优化分析流程如图3所示,设计变量如表1所示:

传动轴有限元模型

图2 传动轴有限元模型

Hyperstudy优化分析流程图

图3 Hyperstudy优化分析流程图

表1 优化分析所用设计变量

优化分析所用设计变量

责任编辑:程玥
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