某皮卡车排档杆共振问题仿真研究

1 引言

    随着汽车工业的高速发展，汽车在国内的广泛普及，人们越来越多的对汽车有了更加深入的认识和理解。人们已经不再满足于“拥有车”的状态，而是对车的要求更加苛刻，对汽车的“舒适性”越来越有深刻的认识，作为汽车的重要评价指标“NVH（噪声-Noise、振动-Vibration和平顺性-Harshness）”的要求正在逐渐地成为人们购车的重要参考因素。本文以某皮卡的排档杆在汽车熄火工况下的共振问题为基础，进行试验与数值仿真相结合的方法，切实解决了该换档杆的共振问题，降低排档杆的振动，从而提高汽车的舒适性。

2 模型的建立

    2.1 实物模型

    变速箱与排档杆连接部位的实物照片如图1所示：

图1 变速箱与排档杆连接部件（1.拉杆、2.弹簧顶针、3.力传动臂、4.机架、5.排档杆球铰孔）

    其中拉杆1与力传动臂3固连，拉杆可以绕杆的轴向旋转；顶针2为两边各一个，可起到拉杆和力传动臂的位置恢复作用。通过试验（试验仪器设备测试）测得顶针内弹簧的刚度，在变速箱内空档状态下拉杆的径向刚度值。

    顶针内弹簧刚度测试结果如下图2所示：

图2 顶针内弹簧的刚度测试结果（测试报告）

    测得顶针内弹簧刚度（选取图中斜直线线性阶段的斜率）取平均值为 6.2 N/mm。拉杆右端刚度采用 7.5e+4 N/mm，在变速箱档位为空档时几乎类似于全约束，所以刚度值相对较大。

    2.2 数值仿真模型

    变速箱与排档杆连接后整体数值计算模型如图3所示：

图3 排档杆与变速箱连接整体图

    图中粉色采用Cbush单元模拟各个弹性连接处的弹簧，球头上六根Cbush单元为对称分布，且各个单元将球头平面分成六等分，即，单元间夹角为60度，每个单元上端部分别采用六自由度全约束，这样模拟球头的限位弹簧分别具有拉压刚度的自动调整特性，这样对称分布能够很好的模拟此处限位弹弹簧实际工作功能。球头中部带有两边对称的两个圆柱旋转副，端部用1、3、5（X、Z和绕Y轴旋转约束）约束，释放Y向、绕X轴旋转和绕Z轴旋转的自由度，这样使得球头能够与实际工作工况相一致。拉杆中间两边对称的粉色Cbush单元模拟顶针内弹簧（其刚度值试验测得如上图2），其中左右单元的约束采用六自由度全约束，用于模拟顶针与机架（变速箱箱体）的固定连接。拉杆左侧约束采用1、2、4、5（X、Y、绕X轴旋转和绕Y轴旋转约束）约束，释放Z向移动、和绕Z向旋转的自由度（此处Z 向为与拉杆圆柱中心线径向平行的方向）。拉杆右端Cbush为拉杆与变速箱换档插拔向来连接端，其刚度值采用7.5e+4 N/mm，前边已经提到。排档杆球头采用质量集中CONM2单元来模拟，球头质量为0.13kg。