轿车驱动轴扭转动力减震器的设计

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1、轿车驱动轴扭摆动力减震器的设计（华福林编写）在开发新款小轿车的过程屮，传动系共振问题往往会给设计师们带來困扰。在解决问题的过程中，当改变现有结构参数很困难时，设计师别无选择只好求助于扭摆动力减震器，借以消除或减轻传动系共振对汽车带来的负面影响。传动系共振往往发生在发动机某个转速范围内，扭摆动力减震器的工作原理就是要在此共振转速下产生相反的振动力（相位差180度）来抵消或衰减共振力。解决问题的方法可通过理论分析和计算来确定动力减震器的参数拟或通过实验法来实现。本文着重从理论分析和计算入手。A・橡胶扭摆式动力减震器的理论分析A・1首先要建立传动系的力学

2、模型：为简化分析起见，将轿车传动系统简化为双扭摆模型，即将离合器、变速驱动箱、驱动轴、车轮及整车简化为一单扭摆，在此基础上加上动力减震器成为双扭摆。该模型基本反映了系统的扭振特性（见图1及图2）。图1驱动轴动力减震器力学模型hl1图2式中：JdJt动力减震器质量的转动惯量自变速驱动箱输出端至车轮各旋转件的总转动惯量和整车平移质量转换到驱动轴上的当量转动惯量之和Kd动力减震器的橡胶件的扭转角刚度Kt驱动轴的当量扭转角刚度Cd动力减震器的橡胶件的线性阻尼A-2第二步，我们耍建立数学模型以确定减震器的三个基本参数，即减震器的惯性元件的转动惯量Jd；弹性元

3、件（橡胶件）的刚度kd；以及阻尼Cd。图2所显示的双扭摆模型实际上是在驱动轴上强迫振动的力学模型，系统的激振力通过发动机输给驱动轴的。假定它是在等速情况下，而口具有周期性变化的输出扭矩M严。因此可将该系统简化为线性强迫振动系统。该系统的数学模型为：丿傀-厂kQ=0J®+c®-cded+&+《)&,-kdet=m严由常微分方程理论得知该方程组的解为:(2)兀和壮为复数振幅，分别将它们和它们的一、二阶导数（3）代入式（1）中@=iGJ0（玄=iGJ0d&=-0檢（3）玄=-殒乞得：(&+kd-GJ2Jt+iCdGJ)^t-{kd+©57)0〃=Me一也

4、+©0)0/+(^-GJ2Jd+iCdGJ)(/)d=0解的复数振幅为-k,-GJ2J.+iC.GJ(b—Me(&一0丁)(褊-GJ2Jd)-kdJdGJ2+iCdGJ[kt+打)]丄*k.+iC^(h—_"'(kr-G72Jt)(kti-GJ2Jd)-kdJdGJ2+iCdGJ[kt-Gy(J{+J^)]由此可得传动系驱动轴上的实振幅A(At=W=Me伙d—02丿d）2+（C（e）2［&SjJ（kd-02打）一侖打02『+Cd方一02（人+打）］2(5)B讨论：B・1当减震器阻尼Cd为零时：系统就变成无阻尼双扭摆系统，则式（5）可改写为（6）式

5、：A=Meg-bjJ'JtJd^~Udkd+Jdkt+JtkdW+ktkd—&）B-l-1若想使驱动轴系统的振幅A（=0,则k（1-GJ2Jd=O,即：6=如果定义动力减震器的固有频率=I—=0时，则动力减震器就V丿d能消除驱动轴的共振。B-1-2当系统在发动机某个转速下产生共振时，由于系统处于无阻尼状态，其振幅将达到无穷大，式（6）的分母应为零。B

6、J：J〔JjGJ—（J“kd+J（［k（+Jik&）^7+—0ooooooooooooooo（7）改写后z呛计兮A。令:GJ】—原系统的固有圆频率动力减震器的固有圆频率“=转动惯量比(Jd+人)(11

7、)代入式（8）后得:574一（〃©；+0；+龙府+研研=0解频率方程（9）后可得出系统的两个固有频率，见式（10）。+GJ；+研）即高频3丨和低频32当发动机达到每分钟转速n时所引起的点火频率n7T（弧度/秒）与高频3］或低频（乃吻合时，则无阻尼的驱动轴振动系统其振幅将会达到无穷大。B-2当减震器阻尼Cd=oe时：系统就变成无阻尼单扭摆系统（见图3）,即减震器惯性元件Jd与主动惯性元件Jt合成一体J二Jd+J（。系统的固有频率-457远单扭摆简化系统图3在这种情况下，系统不再有动力扭转减震器的作用，仅仅增加了系统的转动惯量，从而降低了系统的固有频率

8、以躲避共振现象。然而在结构和系统受力状态方面将付出代价。C.讨论：C-1最佳阻尼值的选择（见图4）：在上述两种情况下，A（的共振曲线见图4曲线所示。两根共振曲线相交于A、B两点。同样方法可以证明：当减震器阻尼Cd在零与无穷大之间任意变化时，所有共振曲线都会通过A和B两点。该两点的频率及相应的幅值为：Mc&+0;（打+Jt）（12）❻+斫（丿〃+4）At的共振曲线图图4适当选择阻尼Cd值可使系统共振曲线的两个共振峰恰好在A、B两点上，则该阻尼值无异是最佳选择（通过对动力减震器橡胶弹性元件配方的调整）。C-2A、B两点的频率和幅值的大小与系统参数之间的

9、关系：C-2-1在Cd=oo的条件下如果惯量比u=Jd/Jt不变时，根据式（11）可知频率3的值也不会变，即共振曲线的位置