动力吸振器在后桥振动控制中的应用

    后桥是汽车传动系的主要组成部分，也是车辆的主要振动噪声源之一［１－２］，模态分析是振动分析的基础［３］，然而对后桥模态分析的研究却很少，且大都仅是对后桥壳体的模态分析。后桥的齿轮和半轴组成的旋转系统通过轴承与桥壳相连［４］，由于轴承预紧度的存在，致使单独做桥壳的模态分析不够准确。在后桥的传动系台架试验过程中发现后桥在某一频率范围处振动幅值明显大于其他频率处。通过对包含所有零部件的后桥总成的模态计算和模态试验发现，此频率是后桥总成的一阶弯曲模态频率。本文针对此共振频率设计了一款动力吸振器，并通过虚拟样机模拟验证其效果良好，且有效频带较宽，进而根据设计参数进行加工制造，台架试验结果也证明了动力吸振器的有效性。

    １　后桥台架试验

    在对某轻型客车做整车振动噪声试验测试时发现后桥噪声异常，故对此后桥做传动系台架试验，试验在美国Ｂｕｒｋｅｅ公司生产的汽车电控动力传动系试验台上进行，后桥在试验台上的连接状态如图１所示。

    在后桥主减速器壳上表面布置加速度传感器以测量后桥在试验过程中的振动情况，后桥与电机连接的三端在试验开始之前都用激光对中仪对中，以避免传动轴万向节的二阶振动影响测量的准确性。

    对试验后桥按照实车运行工况进行试验，在轮边加载，输入端施以匀加速的转速。图２为后桥匀加速试验中加速度传感器信号的频域曲线，可见，振动频率为１６５Ｈｚ左右幅值异常突出，其带宽约为３０Ｈｚ。

    汽车后桥主减速器大多选用准双曲面齿轮传动，主减速齿轮对的啮合冲击便成为后桥振动和噪声的根源［５－６］，故后桥在某些车速下的异常振动和噪声就是齿轮啮合冲击频率与后桥固有频率一致导致的后桥共振［７］。振动频率为１６５Ｈｚ左右处振动异常突出，推测此频率为后桥总成的某一阶固有频率，故进而对后桥总成做模态分析。

    ２　后桥总成模态分析

    ２．１　有限元模态计算

    通过三维立体成像技术对后桥各零部件进行扫描，基于反求理论在Ｃａｔｉａ中建立后桥各零部件的三维数字化模型，并根据图纸工艺要求进行装配，得到的三维总成模型如图３所示。

    在Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中建立有限元模型。把Ｃａｔｉａ中建立的后桥三维几何模型导入Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中，并进行适度几何清理。继而对后桥各部件分别划分网格，建立有限元模型。在后桥总成中，划分网格最困难的部分是主减速器齿轮对。该齿轮对大多选用格里森制准双曲面齿轮］，主要是由于其重叠系数高，且啮合过程是由齿的一端连续而平稳地转向另一端，故振动噪声较小。六面体单元相比于四面体单元既能缩短计算时间又能提高计算精度，故将齿轮、轴承等复杂零件均划分为六面体单元。包含轴承的齿轮系统是后桥总成的关键，图４为后桥的主减速器及差速器齿轮轴承系统的有限元模型。