传动轴振动分析

毕业设计（论文）题目：传动轴振动分析

:

院别：汽车与交通学院

专业班级：交通运输

学生姓名：XXX

学号：XXXXXXXXX

指导老师：XXX

2010年5月21日

【

摘要

传动轴作为汽车传动系统的主要部件在汽车行驶过程中起着传递运动及扭矩的作用。由于传动轴在使用过程中的特点是转速高，并且其结构较为复杂，所以不可避免的存在振动现象。

传动轴的振动存在许多危害，首先会产生噪音，作为汽车部件这会大大地影响汽车舒适性；还会降低传动效率，产生配合松动，乃至于使元件断裂，从而导致事故的发生。

本文的中心内容是利用Solidworks软件来研究传动轴的振动问题，也就是针对某种车型的传动轴这一特定的旋转体，先使用大型CAD软件Solidworks 进行实体建模，利用其自有的计算模块分别计算各个不同部件的质量，然后利用Solidworks 中的Simulation 插件进行有限元分析，建立相应的CAE模型，进行网格化，分成一定数量的单元，再通过计算机的分析计算，经过有限元算法的处理，得出相应的数据结果，最后算出临界速度和固有频率。

通过阅读了大量的国内外相关的技术研究文献，对当前本课题研究的最新状况进行比较全面的、深入的研究。总结各类结构有限元分析的优点，找出存在的问题，立足于工作中的实际存在的问题和实用性，对其进行分析和研究。

关键词：传动轴；有限元分析；模态分析；临界转速；固有频率

ABSTRACT

As the car transmission shaft of the main parts in the process of vehicle movement and torque transmission. Due to the characteristics of transmission is in use process, and its structure of high speed is more complicated, so there are inevitably vibration phenomenon.

There are many hazards shaft vibration and noise, first as automobile parts will greatly affect auto comfort, Still can reduce transmission efficiency and cooperate with loose, and even make component fault, causing accidents.

This center is to study using Solidworks software shaft vibration problem, also is this particular tothe shaft, large CAD software used for modeling, Solidworks its own calculation module of different components are calculated respectively, and the quality of the Simulation using Solidworks plugin fe analysis, establish corresponding CAE model, the grid, into a certain number of units, through the analysis and calculation of computer, through the finite element algorithm, corresponding data, and finally calculate critical speed and the inherent frequency.

Through reading a lot of domestic and foreign relevant technical research literature on this subject, the current situation of the latest research on comprehensive and thorough research. Summarizes the advantages of finite element analysis, find out the existing problems in actual work, based on the existing problems and practical, carries on the analysis and research.

KEY WORDS:shaft, Finite element analysis, Modal analysis, The critical speed, Inherent frequency

摘要 ............................................................................................. 错误!未定义书签。ABSTRACT ....................................................................................... 错误!未定义书签。目录 ............................................................................................. 错误!未定义书签。

1 绪论 ........................................................................................... 错误!未定义书签。

课题的来源及研究的目的和意义......................................... 错误!未定义书签。

课题的研究背景及其发展趋势............................................. 错误!未定义书签。

本文研究方法和主要内容 .................................................. 错误!未定义书签。2球笼式等速万向节传动轴 ........................................................ 错误!未定义书签。

传动轴总成介绍..................................................................... 错误!未定义书签。

传动轴振动分析的原理、方法和意义................................. 错误!未定义书签。

传动轴总成的力学分析 ............................................... 错误!未定义书签。

传动轴振动分析的原理 ............................................... 错误!未定义书签。

有限元思想及分析软件介绍 .............................................. 错误!未定义书签。

3 球笼式等速万向节传动轴的设计与建模 ............................. 错误!未定义书签。

传动轴轴杆............................................................................. 错误!未定义书签。

外球笼..................................................................................... 错误!未定义书签。

内球笼..................................................................................... 错误!未定义书签。

传动轴总成............................................................................. 错误!未定义书签。

有限元模型的建立................................................................. 错误!未定义书签。

4 全文总结和展望 ....................................................................... 错误!未定义书签。致谢 ............................................................................................. 错误!未定义书签。参考文献........................................................................................ 错误!未定义书签。

随着经济的发展，私家车的数量也随之上升。人们在追求速度之余，越来越重视汽车的舒适性和可靠性。而本文研究的传动轴——汽车传动系统的主要部件，它的振动严重关系到整车的舒适性和可靠性。本文通过研究计算出其临界转速，避免共振的发生，为有效的改善传动轴的性能提供参考。

本文研究的传动轴是以某种车型的球笼式等速万向节传动轴为例展开研究的。首先，根据传动轴的样品实体得到基本数据和关键参数。利用AutoCAD 绘制出二维图形，然后利用Solidworks 软件建立实体模型，然后利用Simulation 插件进行有限元分析。最后，通过分析得出临界条件。

通过本文的设计分析，得出传动轴的临界条件，有效的减少了震动带来的危害。

课题的来源及研究的目的和意义

汽车工业的发展，及用户对汽车的使用、转向享受追求，要求汽车有更好的动力性、操纵性及舒适性，促使了FF及4WD型车的出现。它们的前轮必须具有转向和驱动两种功能，作为转向轮，要求车轮能在一定的转角范围内任意偏转某一角度；作为驱动轮，则要求半轴在车轮偏转过程中以相同的角速度不断地把动力从主减速器传到车轮。在这样两个轴线不重合，且位置还经常变化的两轴间传递动力的机构就是等速万向节。转向驱动桥半轴不能制成整体而要分段，在车轮和半轴间用等速万向节将两者联接起来。即使采用后轮驱动，由于居住性的要求，使用独立悬挂．车轮和半轴轴线不重合，也需等速万向节传动。

传动轴作为汽车传递转矩和扭矩的重要部件。由于受其使用性能和结构较为复杂等因素的制约，导致在不平衡力的作用下不可避免的存在着振动现象，这种振动对汽车的舒适性和可靠性均有极大的影响。因此，国内外汽车生产厂家向来十分重视对汽车传动轴的振动分析研究，均迫切希望能最大限度的降低传动轴的不平衡量。

在当今的经济体制下，企业之间的竞争主要体现在产品的竞争上。对于产品则体现在开发时间、生产成本、质量水平等各方面。开发一个产品，则需要经过

结构设计、审核、模具验收，小批量试制、进一步检验、大批量生产。以前，进行审核是一个长期又复杂的过程，需要到现场运行，采集数据等等，需要耗费大量的人力、物力和财力。随着科学技术的发展，像Solidworks等软件的运用，它可以模拟实际场景和受力载荷，大大他提高了产品开发的效率，同时也减少人力、物力的消耗。

课题的研究背景及其发展趋势

汽车是一个复杂的多自由度“质量——刚度——阻尼”振动系统，是由多个具有固有振动特性的子系统组成，如车身的垂直振动、纵向角振动和侧倾振动、发动机曲轴的扭转振动、传动系统的振动等。这些不同形式的振动及其耦合，是影响汽车行驶平顺性、舒适性的主要原因，要改善汽车的整体性能，就必须对汽车的各个系统的振动特性进行深入研究。

车辆动力传动系的振动可分为弯曲振动和扭转振动，二者不仅有各自的振动特性，而且还存在一定程度的振动耦合，对车辆行驶平顺性、乘坐舒适性及动力传动系零部件使用寿命有着重要影响，因此对车辆动力传动系的整体振动进行深入细致的研究十分重要。

传动轴作为汽车传动系统的主要部件在汽车行驶过程中起着传递运动及扭矩的作用。由于传动轴在使用过程中的特点是转速高，并且其结构较为复杂，所以不可避免的存在振动现象。

作为汽车传动系的主要部件，传动轴在汽车行驶过程中起着传递运动及转矩的作用。由于传动轴结构本身的运动学、动力学特点，不可避免的存在振动现象。传动轴的振动由许多危害，首先会产生噪声，影响汽车舒适性；其次会降低传动效率，产生配合松动，甚至使元件断裂，从而导致事故的发生。传动轴振动的激励源主要是发动机，当量夹角过大、传动轴自身不平衡、止口跳动量以及任何形式的旋转补平衡也会引起传动轴的振动。

合理的设计汽车传动轴系对解决汽车的振动和噪声问题是十分重要的，特别是我国汽车工业与发达国家差距还很大，随着我国道路条件的改善和车速的提高，汽车的振动、噪声问题将会越来越突出，是提高产品质量和竞争能力所必须解决的问题。

本文的中心内容是利用Simulation插件来研究传动轴的振动问题，也就是针对传动轴这一特定的旋转体，先使用大型CAD软件Solidworks 进行实体建模，利用其自有的计算模块分别计算各个不同部件的质量，在有限元分析软件Simulation中，建立相应的CAE模型，进行网格化，分成一定数量的单元，在通过计算机的分析计算，经过有限元算法的处理，得出相应的数据结果，最后算出临界速度和固有频率。

本文研究方法和主要内容

本文主要是依据Solidworks 软件来进行研究的。以某种车型的传动轴的数据为基础，首先利用AutoCAD 画出各个部件的二维图纸，然后，利用Solidworks 软件进行三维建模，将各个部件建模完成后，再进行装配，装配是一个很重要的步骤，将每一个环节装配合格，不能存在干涉。利用有限元分析的思想对传动轴的轴杆进行振动分析。

1.3.1Solidworks 软件介绍

SolidWorks 提供了技术先进的工具，使得你通过互联网进行协同工作。

通过eDrawings方便地共享CAD文件。eDrawings是一种极度压缩的、可通过电子邮件发送的、自行解压和浏览的特殊文件。

通过三维托管网站展示生动的实体模型。三维托管网站是SolidWorks提供的一种服务，你可以在任何时间、任何地点，快速地查看产品结构。

SolidWorks 支持Web目录，使得你将设计数据存放在互联网的文件夹中，就象存本地硬盘一样方便。

用3D Meeting通过互联网实时地协同工作。3D Meeting是基于微软NetM eeting的技术而开发的专门为SolidWorks设计人员提供的协同工作环境。

装配设计

在SolidWorks 中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体，SolidWorks 的性能得到极大的提高。

SolidWorks 可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。

用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。

镜像部件是SolidWorks 技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。

SolidWorks 用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。

工程图

SolidWorks 提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。工程图是全相关的，当你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。

从三维模型中自动产生工程图，包括视图、尺寸和标注。

增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。

使用RapidDraft技术，可以将工程图与三维零件和装配体脱离，进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。

用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。

零件建模

SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。

通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。

三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。

曲面建模

通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。

钣金设计

SolidWorks 提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。

用户化

SolidWorks 的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。

开发工具包括Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C++，以及其他支持OLE的开发程序。

帮助文件

SolidWork 配有一套强大的、基于HTML的全中文的帮助文件系统。包括超级文本链接、动画示教、在线教程、以及设计向导和术语。

1.3.2分析的思想

多支点传动轴是两支点传动轴、中间支点、联轴器组成的串联系统，中间支点作为串联系统的重要组成部分，影响整个传动轴的动力学计算、振动特性及参

数化结构设计。过去在以往的研究中，是将中间支点在整个系统中进行简化计算，没有独立考虑中间支点的属性是如何影响传动轴的动力学特性。目前，关于中间支点的配置，以及将中间支点作为一个设计变量进行多指点传动轴参数化设计的研究还未见报导。

理论研究是为工程应用打下坚实的基础，理论研究同工程应用应当相互配合，随着信息技术在各领域的迅速渗透，CAD/CAM/CAE技术在设计、制造中广泛的应用，使计算机辅助技术已经涵盖机械零件分析设计的整个过程。目前，多支点传动轴的动力学理论研究尚不完善，应用计算机软件技术的传动轴分析及设计软件的开发也难以系统和完善。因此，随着多支点传动轴动力学的研究不断进展，必须及时将理论研究成果有效的应用于分析设计、加紧对传动轴分析及设计软件的开发。

研究的主要内容包括振动分析的原理、思想和方法，传动轴的介绍和各个组成部件，以及用AutoCAD 、Solidworks软件做出的图形，还有振动分析得出的数据和最后分析结果。

2球笼式等速万向节传动轴

传动轴总成介绍

传动轴是安装在差速器和轮毂之间传递动力和扭矩的主要部件。下图是传动轴总成。 AC + GI Driveshaft (Exploded)1) Fixed Joint Outer race 3) Fixed Joint Cage

5) Fixed Joint Boot

7) Interconnecting barshaft 8) Dynamic absorber (Damper)

9) Boot clamps

6) Fixed Joint Grease

4) Steel balls

10) Plunge Joint Boot

11) Plunge Joint Assembly

12) Plunge Joint Grease

图2-1 传动轴总成

1、钟形壳 5、钟形壳防尘罩 9、卡箍

2、星形套 6、钟形壳润滑油 10、筒形壳防尘罩

3、保持架 7、传动轴 11、筒形壳

4、钢球 8、阻尼环 12、筒形壳润滑油

总成的介绍：

总成轿车底盘关键零部件，由一个外球笼和一个内球笼及轴杆组合而成。

位置和作用：万向节传动轴安

装在变速器输出轴与驱动桥主减

速器输入轴之间或在车轮与差速

器之间。作用是将发动机的动

图2-2 力从变速器传递到两个前车轮，驱动轿车高速行驶，可以转角和传递扭矩。实现等速传递动力、扭矩同时可以形成转角、转向。

万向节可分为不等速万向节、准等速万向节、等速万向节。本文分析研究的是球笼式等速万向节传动轴。以本文研究的传动轴为例，是有外球笼、轴杆、内球笼、防尘罩等构成。外球笼又由钟形壳、星型套、保持架、钢球、垫片等组成；内球笼由筒形壳、三柱销等组成；轴杆可分为实心轴、空心轴。一般是外球笼作为固定端，内球笼作为移动端。

在现代汽车上，等速万向节传动轴是由等速万向节、中间轴和支承组成。等速万向节把两轴连接起来，并使两轴以相同的角速度传递运动。汽车用等速万向节按其性能可分为定心型和轴向滑移型两大类。表1-1列举了现在投入使用的等速万向节及其性能要求。

等速万向传动轴，一般采用定心型等速万向节+轴+轴向滑动型等速万向节的组合形成，这样即可解决运动学上的问题，同时也可用来降低噪音、振动和减少滑动阻力。

球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。早期的Rzeppa型球笼式万向节是带分度杆的，球型壳的内表面和星型套的球表面上各有沿圆周均匀分布的六条同心的圆弧滚道，在它们之间装有六个传力钢球，这些钢球由球笼保持在同一平面内。当万向节两轴之间的夹角变化时，靠比例合适的分度杆拨动导向盘，并带动球笼使六个钢球处于轴间夹角的平分面上。经验表明，当轴间夹角较小时，分度杆是必要的；当轴间夹角大于11°时，仅靠球型壳和星型套上的子午滚道的交叉也可将钢球定在正确位置。这种等速万向节无论转动方向如何，六个钢球全部传递转矩，它可在两轴之间的夹角达35°- 37°的情况下工作。

目前结构较为简单、应用较为广泛的是Birfield型球笼式万向节。它取消了分度杆，球型壳和星型套的滚道做的不同心，令其圆心对称地偏离万向节中心。这样，即使轴间夹角为0°，靠内、外子午滚道的交叉也能将钢球定在正确位置。

由于传递转矩时六个钢球均同时参加工作，其承载能力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便。但是滚道的制造精高，成本较高。

等速万向节包括固定型、滑移型，其结构如图1、2，由于其综合性能较好、重量轻、加工工艺简单而且比较成熟，是现代汽车优先选择的等速万向传动部件之一。对球笼式等速万向节进行振动分析，从其内部结构寻找降低万向节振动的原因，将有助于改进现有的产品设计和制造工艺，提高产品的综合性能。

传动轴振动分析的原理、方法和意义

2.2.1 传动轴总成的力学分析

回转方向间隙

当等速万向节回转方向间隙过大、内部零件之间发生干涉时，等速万向节会产生冲击、噪音，此外，它还会受其它驱动系的影响产生振动。所以，对大幅度减少回转方向间隙的要求比较强烈，在目前批量生产的等速万向节中，只有交叉槽型等速万向节可以没有回转方向间隙，因其传递力矩的钢球在动作时起滚动机构的作用，而其它形式的等速万向节都伴有或大或小的滑动，故回转方向间隙不可能为零。由于回转方向间隙不为零的特性和小的诱发轴向力，将会得到有效的应用，高级车的后独立悬挂采用LJ型等速万向节将会越来越普遍。通过选配来减少内、外圈与钢球之间的游隙是减少等速万向节回转间骧的一种常用的简便方法，为了进一步减少间隙，就耍提高内、外圈的精度，也就是必须提高制造技术水平。文献[1]曾详细研究了球笼式等速万向节配合闻隙问题，定量地给出了零件公差对回转间隙的影响关系。

诱发轴向力

当滑动式等速万向节形成活动角传递动力时，基于内部零件的相对滑动，产生了摩擦力，其轴向分力(也即诱发轴向力)变成了起振力。DOJ(双偏距)型等速万向节，有六个传递力矩的钢球，因而回转一周呈现六次较强烈的振动，GI(三柱

轴)型等速万向节有三个球面滚子，呈现三次较强烈的振动。虽然扎(交叉槽)型等速万向节边有六个钢球，由于其球滚道轴向相互交叉倾斜，六次振动表现与三次振动相当，其强烈程度小于DOJ 及GI 型。六次诱发轴向力常与四缸发动机的二次谐振，使机罩产生拍音；三次诱发轴向力在汽车低速加速时，使发动机座摇晃而引起车身横摆。

对于DOJ 型诱发轴向力为：

）（θπ-/2cos F F f ⋅= ……………………………………………[2-1] 其中：

F ——诱发轴向力，方向沿万向节内环轴轴线 f F ——保持架、钢球和外环之间摩擦力的合力，方向沿着外环轴线 θ——万向节输入轴与输出轴之间的夹角

由于DOJ 型等速万向节的钢球是传力部件，保持架只是引导作用，可用钢球与外环之间的摩擦力代替整个摩擦力。

参考BJ 型万向节受力分析结果可知，在以外环滚道曲面为中心，外环轴线为j 轴的坐标系，第一个钢

球对外环作用力为： ]

cos cos sin sin sin cos cos sin cos Q[sin k ]cos sin sin sin sin sin cos cos cos Q[-sin j ]sin sin sin cos Q[-cos i Q W Q 1δθφαδθαθφαδθφαδθαθφαδφαδα+++++++=

……………………………………………………………………………[2-2]

六个钢球对外环的合力为： φαcos 6Qsin j Q 61

QW -=∑ ……………………………………[2-3] 式中： Q-钢球的法向力，通过万向节传递的扭矩可求得

θ

φαcos sin cos 6Q Rg M W = …………………………………………[2-4]

W M ——万向节输入转矩

α——钢球与滚道的接触角

δ

——万向节的回转角度 φ——万向节的半锥角

由(1)式，诱发轴向力随活动角及传递力矩等的增大而增大，减少诱发轴向力的最好办法是减小万向节的活动角，但随之要改变汽车的基本设计，实际上几乎不考虑这种方法。因此对等速万向节本身要进行改进，实现的最佳方案是减少等速万向节内部摩擦力即改善润滑方式和减少滑移，增设滚动零件之类的措施进行结构的改进。NTN 公司的等速万向节采用了低摩擦润滑脂和批量生产新结构角接触三柱轴式、游滑环三柱轴式等速万向节，并且正在研制新型TRJ(Triplan)型和K-2型等速万向节[2]。

轴向滑移阻力

滑移阻力是当滑移型DOJ 等速万向节内环与外环有相互位移作用时，万向节产生的反力，当滑动阻力较小时，万向节内部可以吸收发动机的振动，因而可以减轻通过驱动轴传递到车身的振动[3]。由(1)(2)式，只有万向节的活动角为零即φ=90°、θ=0°时，DOJ 型万向节基于摩擦产生的滑移阻力才为零，只要万向节有活动角传递运动及动力，滑移阻力不可能消失，亦即滑移型DOJ 等速万向节不可能消除轴向滑移阻力，只能通过改进以降低滑移阻力。实践证明减少万向节的滑移阻力仅靠低摩擦润滑脂效果不大，必须对结构进行改进，改进之一是加大保持架窗口和钢球之间的配合，即出现间隙配合，NTN 公司开发了DOJ —RPC 型及DOJ —RPCF 型等速万向节，并已形成批量生产[2]。

附加弯矩

如图2-3，万向节的扭矩传递矢量关系图，当万向节输入轴与输出轴之间的夹角不为零时，作用在内、外环轴线上的扭矩显然不能相互平衡，由等速万向节的性质可知，作用在万向节上的力矩在内、外轴线的夹角平分线上是平衡的，为了满足扭矩平衡，必然产生附加弯矩产生，其大小为：

12121)

2/tan(W n n W b b M M M M M M ==⨯=-θ …………………………………[2-5]

其中：

1n M 、2n M ——内、外环传递的扭矩，方向按右螺旋法则

2

1b b M M 、——内、外环上的附加弯矩，方向垂直于内、外环上的扭矩。

图2-3

由[2-5]式可知，球笼式等速万向节的附加弯矩随万向节输入、出轴间夹角一半的正弦成正比变化。

等速万向节的附加弯矩常常会引起振动和噪音。对于BJ 型，在设计上若将其钢球与保持架窗孔之间的过盈配合改为间隙配合，则能大大地改善折弯阻力，但在转向行驶时，这种配合间隙会产生振动、打音[3]，在产品设计上应该综合考虑各个方面的原因以满足不同用户的要求。

等速万向传动轴的临界转速

随着轿车速度的不断提高，对等速万向节转速的要求也越来越高，产品设计上需要对整个万向传动轴系统的振动加以分析研究，确定传动系统的固有频率、振型以及临界转速。

在弯曲振动方面，把球笼式等速万向传动轴看成两端自由支撑的梁，假定传动轴沿全长端面尺寸相等，则梁在两端的曲率为零，即振动方程为：

0dx y d 22 ……………………………………………………………[2-6]

在梁的两端支撑处，其挠度为零。满足这些条件的梁的一种振型为[4]

L x sin

y y m π= ………………………………………………………[2-7] 其中：

y ——梁的挠度，即距平衡位置的距离

m y ——梁的最大挠度，即梁的中心点挠度 L ——梁的长度

整个传动轴以固有频率作横向振动，由能量守恒原理课求得传动轴的弯曲振动的固有频率ω为：

s /rad qL EJg 42π

ω= ………………………………………………[2-8]

其中： E ——材料的弹性模量

J ——传动轴端面的抗弯惯性矩

Q ——梁的单位长度重量

传动轴弯曲振动的临界转速为：n=60πω2/

在扭转振动方面，把等速万向传动轴简化为质量集中在BJ 端和DOJ 端的无阻尼自由扭转振动的力学系统，振动方程为：

0)-K(-J 0)-K(J 21211221==+θθθθθθ

………………………………………[2-9]

可以推导系统的扭转振动的固有频率：

2121J J K

J K J +=Ω …………………………………………………………[2-10]

其中：

K ——传动轴的扭转刚度

1J 、2J ——BJ 端、DOJ 端的转动惯量

传动轴扭转振动的临界转速为：n=60π2/Ω

进行球笼式等速万向传动轴产品设计时，应避免传动轴的固有频率和发动机、汽车经常行驶地面及汽车其他零件的固有频率相互接近；传动轴的最高使用转速应小于其临界转速的70%

2.2.2 传动轴振动分析的原理

单自由度线性振动系统

对于单自由度系统，其振动方程为

t F t F t F kx x c x

m ωsin )()(==++ ………………………………………[2-11]

式中，m 为系统质量，c 、k 分别为系统阻尼和刚度，F(t)为激励力。

该方程的解为：

F H X )(ω=

2122221

2222

)2()1(11)2()1(11)(⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣

⎡+-=ξλλωωξωωωk k H n n

…………………………………………………………………………………[2-12] 式中：.,2,n n M m c m k ωωλωξω===

输出力的相位为

22

112tan )(n n ωωωωξωθ-=-

由式[2-12]可知， 当n ωω<<时， k

F x ≈； 当n ωω=时， n c F k F x ωξ==2；

当ωω<

2ωm F x ≈。

系统的传递率为：

21

202202

20)2()1()2(1)(⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡+-+==ωωξωωωωξωF F T t

…………………………………………………………………………………[2-13] 当n ωω<<时，0.1)(≈ωT ；

当n ωω=时，212)21(1)(⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=ξωT

当ωω<

对于系统激励力，可以将其看作是由不同周期的正弦信号的迭加，即可将随即的激励力近似的表示为一系列正弦力的迭加，课表达为下式的形式：

)

sin(......)sin()sin()(222111n n n t F t F t F t F δωδωδω++++++=

)sin(1r r n r r t F δω+=∑-

…………………………………………………………………………………[2-14]

∑-=+++=n r r n H H H H H 121)

()(......)()()(ωωωωω

…………………………………………………………………………………[2-15]

多自由度线性振动系统

多自由度系统有如下一些特征：

自由度数目等于独立并行的描述运动的数目；

多自由度系统有一个固有频率谱阵（特征频率）和相互联系的谱形阵（特征向量）； 一个响应涉及到各个力带来的振动频率在每个模态上的贡献量；

每个振动响应模态类同于一个蛋自由度系统。

对于多自由度（即多输入多输出）振动系统，系统的振动方程可写为；

)}({}{}{}{t F x K x C x

M =++ ……………………………[2-16] 该方程的解为：

}){(}{F H X ω=，即： ..........

(2121222)

211121121⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡n nn n n n n n F F F H H H H H H H H H X X X

系统的每一个响应为：

n in i i i F H F H F H X )(......)()(2211ωωω+++=

j

n j ij F H ∑-=1)(ω………………………………………………………[2-17]

因此，多自由度系统的振动，可以看作为许多单自由度系统振动的选加，这有助于振动问题的解决。

隔振基本原理

隔振就是在振源和振动体之间设置隔振系统或隔振装置，以减少或隔离振动传递。进行隔振设计时，最重要的是振动传递率A T 的大小。A T 越小，表明通过隔振系统传递的力或运动越小，隔振效果越好。隔振问题的核心就是设计适当的隔振装置，选取适当的ξ和、C K ，取得较小的传递率。下图给出了线性振动系统在各种阻尼ξ情况下传递率A T 随频率比n ωω/变化的曲线。

总之，通过对球笼式等速万向节以及整个传动轴的振动分析，不仅可以帮助改进现有的产品设计和制造，而且对迸一步深入研究球笼式等速万向节振动、噪音和啸声提供了一定的基础。

有限元思想及分析软件介绍

在当前的工程技术领域中，复杂结构（包括复杂的几何形状、复杂的载荷作用和复杂的支撑约束等）越来越多。当对这些复杂问题进行静、动态力学性能分析时，往往可以很方便地写出基本方程和边界条件，但却求不出解析解。这是因为大量的工程实际问题非常复杂，有些构建的形状甚至不可能用简单的数学表达式表达。对于这类工程实际问题，通常有两种分析和研究途径；一是对复杂问题进行简化，提出种种假设，最终简化为一个能够处理的问题。这种方法由于太多的假设和简化，将导致不准确乃至错误答案。另一种方法是尽可能保留问题的各种实际工况寻求近似的数值解。在计算机技术和计算机理论飞速发展的今天，这已经成为较为现实而有非常有效的选择。在众多的近似分析方法中，有限元分析

传动轴振动分析

毕业设计（论文）题目：传动轴振动分析 : 院别：汽车与交通学院 专业班级：交通运输 学生姓名：XXX 学号：XXXXXXXXX 指导老师：XXX 2010年5月21日 【 摘要

传动轴作为汽车传动系统的主要部件在汽车行驶过程中起着传递运动及扭矩的作用。由于传动轴在使用过程中的特点是转速高，并且其结构较为复杂，所以不可避免的存在振动现象。 传动轴的振动存在许多危害，首先会产生噪音，作为汽车部件这会大大地影响汽车舒适性；还会降低传动效率，产生配合松动，乃至于使元件断裂，从而导致事故的发生。 本文的中心内容是利用Solidworks软件来研究传动轴的振动问题，也就是针对某种车型的传动轴这一特定的旋转体，先使用大型CAD软件Solidworks 进行实体建模，利用其自有的计算模块分别计算各个不同部件的质量，然后利用Solidworks 中的Simulation 插件进行有限元分析，建立相应的CAE模型，进行网格化，分成一定数量的单元，再通过计算机的分析计算，经过有限元算法的处理，得出相应的数据结果，最后算出临界速度和固有频率。 通过阅读了大量的国内外相关的技术研究文献，对当前本课题研究的最新状况进行比较全面的、深入的研究。总结各类结构有限元分析的优点，找出存在的问题，立足于工作中的实际存在的问题和实用性，对其进行分析和研究。 关键词：传动轴；有限元分析；模态分析；临界转速；固有频率

ABSTRACT As the car transmission shaft of the main parts in the process of vehicle movement and torque transmission. Due to the characteristics of transmission is in use process, and its structure of high speed is more complicated, so there are inevitably vibration phenomenon. There are many hazards shaft vibration and noise, first as automobile parts will greatly affect auto comfort, Still can reduce transmission efficiency and cooperate with loose, and even make component fault, causing accidents. This center is to study using Solidworks software shaft vibration problem, also is this particular tothe shaft, large CAD software used for modeling, Solidworks its own calculation module of different components are calculated respectively, and the quality of the Simulation using Solidworks plugin fe analysis, establish corresponding CAE model, the grid, into a certain number of units, through the analysis and calculation of computer, through the finite element algorithm, corresponding data, and finally calculate critical speed and the inherent frequency. Through reading a lot of domestic and foreign relevant technical research literature on this subject, the current situation of the latest research on comprehensive and thorough research. Summarizes the advantages of finite element analysis, find out the existing problems in actual work, based on the existing problems and practical, carries on the analysis and research. KEY WORDS:shaft, Finite element analysis, Modal analysis, The critical speed, Inherent frequency

常见的汽车传动轴故障及修复技巧

常见的汽车传动轴故障及修复技巧传动轴是汽车传动系统中的重要组成部分，负责将发动机的动力传递给车轮，使车辆实现前进和变向。然而，在汽车的使用过程中，传动轴也会出现故障，给驾驶带来不便。本文将介绍一些常见的汽车传动轴故障，并提供对应的修复技巧。 一、异响 在行驶过程中，如果传动轴发出嘎吱嘎吱或者咯吱咯吱的异响声，很可能是由于润滑不足引起的。此时，我们可以采取以下修复措施： 1. 检查润滑油：传动轴通常都有专门的润滑装置，我们需要检查润滑油的量和质量，确保传动轴充分润滑。 2. 更换润滑油：如果发现润滑油已经污浊或者过期，应及时更换新的润滑油，以保证传动轴的正常运作。 3. 添加润滑剂：如果仅仅是润滑油不足，可以在指定的注油口添加适量润滑剂，提高润滑效果。 二、振动 当汽车行驶时，传动轴产生强烈的震动，这可能是由以下原因导致的，我们可以采取对应措施进行修复： 1. 传动轴不平衡：传动轴安装不平衡或者已经磨损，会引起振动。这时，我们可以通过对传动轴重新进行平衡或更换来解决问题。

2. 节气门过小：如果发动机的节气门过小，会导致发动机工作不稳定，从而引起传动轴振动。调整节气门大小，可以减小振动。 3. 后桥问题：如果振动主要来自车辆后部，可能是后桥存在问题。此时需要对后桥进行维修或更换。 三、松动 传动轴松动可能会导致车辆行驶时出现顿挫感或异响。以下是一些修复技巧： 1. 检查固定螺栓：传动轴连接固定的螺栓可能会松动，我们需要检查并紧固它们，以确保传动轴的稳定。 2. 更换螺栓：如果螺栓已经损坏或无法紧固，需要及时更换新的螺栓。 3. 制动系统故障：传动轴松动也可能与制动系统有关，检查制动系统是否正常运作并及时修复。 四、磨损 长时间的使用和摩擦会引起传动轴的磨损，这可能会导致传动轴失效。下面是一些修复技巧： 1. 检查磨损程度：通过检查传动轴的磨损程度，可以判断是否需要更换传动轴。 2. 修复磨损部位：某些情况下，我们可以通过对磨损部位进行修复来延长传动轴的使用寿命。

传动轴的扭振抖动原因分析及诊断

传动轴的扭振抖动原因分析及诊断 作者：王永刚 来源：《农机使用与维修》2015年第03期 摘要农用运输车行驶中，传动轴要承受很大的扭矩和冲击载荷，同时做高速转动，伴随不断的振动，其润滑条件较差，容易产生磨损、变形和损坏，并会出现扭振抖动等故障。本文针对传动轴产生扭振抖动的原因进行了分析，并介绍了该故障的诊断方法。 关键词农用运输车传动轴扭振抖动故障分析 传动轴在农用运输车上用来连接变速器的输出轴和主传动器的主动轴。农用运输车行驶中，传动轴要承受很大的扭矩和冲击载荷，同时做高速转动，伴随不断的振动，其润滑条件较差，容易产生磨损、变形和损坏，并会出现扭振抖动等故障。发生传动轴振抖这种故障，主要是传动轴失去动平衡而引起的，因此，车速达到某一速度时会产生共振。传动轴的振动存在许多危害，会产生噪音，还会降低传动效率，产生配合松动，乃至于使元件断裂，从而导致事故的发生。 一、故障原因 1. 传动轴细长，两端支承点相离较远，刚度不大，经长期使用（或大修后），在自重的作用下，传动轴中部会产生微量弯曲变形，使传动轴的质量中心与旋转中心线发生偏移。由于偏移量的存在，在运转中产生离心力，离心力又加剧了轴的弯曲。传动轴在高速旋转时，本身振动周期和外力作用周期同时发生共振，由此在高速运转时引起扭转振抖现象，同时伴有噪声发出。 2.长期使用后，常因轴的旋转中心与其中心线不重合，或材料质量分布不均匀（管壁厚薄不一），及安装不正确或平面块脱落等原因，引起的不平衡将产生很大的离心力，这个离心力就能促使轴弯曲。当转速增至一定数值时，轴的弯曲变形将接近无穷大，致使传动轴折断，此时的转速则为“危险转速”。“危险转速”是传动轴最危险的状态，有人也把“危险转速”称为“临界转速”。 3.由于传动轴的转速很高，其转动时刻都在发生变化，不平衡产生大小和方向都在变化的较大的离心力，轻者产生振动，重则会引起弯扭变形，使传动轴花键、中间轴承、万向节十字轴轴颈等磨损加剧，严重时会使车身振抖，传动轴还会产生强烈的噪声，方向盘发颤麻手，使车辆无法高速行驶。 4.传动轴总成各零件磨损、变形或安装不当，均会使传动轴的径向跳动量增加，传动轴就会产生抖动、异响，如不及时排除，就会造成断轴事故。

汽车设计论文 16,传动轴模态共振问题的解决方案与实例

传动轴模态共振问题的解决方案与实例 摘要通过对整车Ⅲ-WOT工况对车内噪音、轮毂端振动测试，以及对传动轴模态测试，由噪声、振动数据分析，确定车内噪音根源为传动轴模态共振导致。为解决该问题，常用加粗驱动轴方法并不可行，无法避开共振频率，在此背景下，通过采用在该传动轴上增加动态阻尼器的方法，对动态阻尼器进行原理分析及参数优化，合理设定动态阻尼器参数，从而抵消传动轴模态共振振幅，消除车内该频率段噪音，改善整车NVH性能。 关键词传动轴；模态共振；动态阻尼器 1引言 随着物质生活水平提高，消费者对汽车舒适性要求不断提高，主机厂在对于汽车NVH 性能提升方面投入加大。其中，解决汽车零部件共振在汽车NVH性能提升方面占重要比重。传动轴激振来自于发动机激励、齿轮啮合冲击、轮胎路面激励。通常情况下，当传动轴的一阶弯曲模态被激发时，才会引起明显的共振。因此本文是通过试验测试手段分析，并采用在传动轴上安装动态阻尼器，解决传动轴模态共振问题，提升汽车NVH性能。 2 噪声源分析及优化方案选择 2.1 噪音及振动测试分析 为了消除路面激励对传动轴影响，采用在转鼓测试车内驾驶员右耳、副驾左耳噪音声压级，以及轮毂端振动测试，测试工况是整车进行Ⅲ-WOT加速工况（发动机转速由1000rpm/min 增加至5000rpm/min）。测试噪声结果如图1 所示。在3300rpm/min时，整车声压级存在 峰值，导致车内存在轰鸣，同时从频谱分析 可知，主要由于二阶次噪声导致，且二阶次 频率为110Hz，同时轮毂端振动测试数据在 3300rpm/min也存在大振幅， 排除进、排气是噪声产生的原因，故初步判 断该车内二阶次噪声峰值由传动系导致，进 一步对传动轴模态做测试确认。 图1 驾驶员右耳噪声（总声压、二阶次噪音） 2.2噪声源确认及优化方案选择 在实车状态下，对整车约束下传动轴进行模态测试。测试结果为一阶弯曲模态为113Hz，与车内二阶次110Hz噪声峰值相接近，故确认为传动轴其一阶弯曲模态113Hz与发动机二阶频率110Hz（对应转速3300rpm/min）发生模态共振，导致该噪声产生。 通常解决模态共振问题，常采用避开频率措施，现发动机激励二阶频率最高为167Hz（发动机最高转速5000rpm/min），故可通过加粗传动轴、两段式驱动轴更改为三段式方案，将传动轴固有频率提升至167Hz以上，则可以避免模态共振问题产生，但由于该车型已处于小

万向传动轴径向全跳动计算

万向传动轴径向全跳动计算 万向传动轴是一种常见的机械传动装置，用于将动力从一个位置传递到另一个位置。它通常由两个万向节和一根轴组成，可以在不同的角度和位置上传递扭矩。 在传动轴的运行过程中，径向全跳动是一个重要的参数。径向全跳动是指万向传动轴在转动过程中，两个万向节之间的径向距离的变化。这种跳动会对传动轴的运行稳定性和传动效率产生影响，因此需要进行准确的计算和分析。 要计算万向传动轴的径向全跳动，我们首先需要了解万向节的结构和工作原理。万向节通常由两个十字形的轴头和一个十字形的中心轴组成。当传动轴转动时，轴头和中心轴之间会产生一定的相对角度，从而引起径向距离的变化。 为了准确计算万向传动轴的径向全跳动，我们需要确定一些关键参数。首先是万向节的角度范围，即两个轴头之间可以扭转的最大角度。其次是轴头的尺寸和形状，这会影响径向全跳动的大小和特性。还需要考虑传动轴的转速和扭矩，以及传动轴的工作环境和使用条件。 根据这些参数，我们可以进行径向全跳动的计算。一种常用的计算方法是基于几何关系和角度的变化。首先，我们可以利用几何关系确定轴头之间的初始径向距离。然后，根据转动角度和轴头的尺寸，

计算出转动过程中径向距离的变化量。最后，将初始径向距离和变化量相加，得到最终的径向全跳动。 除了几何计算，还可以使用数值模拟和计算机辅助设计软件进行径向全跳动的分析。这些方法可以更准确地模拟和预测传动轴的运行情况，以及不同参数对径向全跳动的影响。通过这些分析，我们可以优化传动轴的设计和参数选择，使其在工作过程中具有更好的性能和稳定性。 在实际应用中，径向全跳动的控制是非常重要的。过大的跳动会导致传动轴的不稳定性和振动，甚至可能导致传动系统的故障。因此，在设计和制造传动轴时，需要合理选择材料、加工工艺和装配精度，以控制径向全跳动的大小和变化范围。 万向传动轴径向全跳动的计算是传动系统设计和分析的重要内容。通过准确计算和分析，可以优化传动轴的设计和参数选择，提高传动效率和稳定性。在实际应用中，需要合理控制径向全跳动的大小，以确保传动系统的正常运行和长寿命。

内燃机车电机传动轴机械振动的处理措施

内燃机车电机传动轴机械振动的处理措 施 摘要：文章主要研究了内燃机电机运行过程中的传动轴机械振动及其处理措施。包括内燃机车电机及其传动轴机械振动问题概述、振动问题的主要原因及其 主要的处理措施。希望通过本次的分析，可以为此类故障的有效处理和内燃机车 运行质量的提升提供一定参考。 关键词：内燃机车；电机传动轴；机械振动；处理措施 前言：在内燃机车电机的运行过程中，传动轴机械振动是较为常见的一种故 障类型。针对此类故障，具体处理中，技术人员首先需要明确其主要的形成原因，然后再结合实际情况，采取合理的措施进行故障处理。通过这样的方式，才可以 实现此类故障的科学处理，满足内燃机车的实际应用需求。 一、内燃机车电机及其传动轴机械振动问题概述 （一）内燃机车电机概述 现代的内燃机车通常都具有非常紧凑的结构，且在运行时的马力很大。当内燃机启动时，为使其运转保持平稳，就需要将其传动轴连接到发动机上。通常情况下，内燃机主要由发电机与电动机进行驱动，各个部件之间主要通过轴 系实现紧凑连接，以此来为内燃机车提供驱动。其中的发动机传动轴并非单独设置，而是应该和其他的轴机构和齿机构配合到一起设置，这样才可以达到良好的 传动效果。 （二）内燃机车电机传动机械振动概述 当内燃机车电机中的传动轴工作时，由于受到其他轴构造以及传动 机构的影响作用，其发动机实际的工作状态很容易发生变化。如果发生了轴向偏差，便会对传动轴的正常工作状况产生严重的不良影响，从而使其恢复至原来位

置。同时，在此类机械振动的影响下，内燃机车在运行过程中也会出现一定程度 的磨损情况，电机齿轮啮合、汽缸凸缘都将很容易失败[1]。因此，在实际应用中，为避免此类情况的发生，运维技术人员就需要对此类故障的主要原因展开科学分析，并以此为依据，通过合理的措施来处理这些故障。 二、内燃机车电机传动轴机械振动问题的主要原因 （一）齿轮转动不稳定 在机械振动作用下，内燃机车发动机在运行过程中将很容易出现轴 向位移情况，从而对其啮合紧密性产生不良影响，其所受的荷载也将发生变化。 在这样的情况下，啮合轴向冲击将会使传动轴出现机械振动问题，并使其在运行 中产生较大的马达噪声。此类问题如果得不到有效解决，便会损伤发动机中的零 部件。通常情况下，传动轴机械振动的严重程度会受到传动轴自身的轴向间隙影响。当电机处在工作状态时，轴向偏移所导致的机械振幅会随着传动轴间隙宽度 的增加而变小。而在发动机开始运行之前，如果轴向间隙超出了一定限度，便会 导致更大的机械振动问题产生。因此，在判定发动机实际的运转状态时，运维人 员可将传动轴的轴向间隙用作重要的判断参数。 （二）喷油与燃烧受到不良影响 内燃机车的主要动力源是电机和发动机，就其工作与换挡过程而言，发动机会通过传动轴将动力传递给电机，从而使电机旋转，这样便可为内燃机车 的运行提供驱动力。在发生机械振动问题时，发动机中的燃油喷射及其燃烧都会 受到一定程度的不良影响，发动机也将无法稳定运行。而在发动机的运行过程中，其燃油喷射以及燃烧都将会受到汽缸实际的工作状况影响，如果汽缸出现了运行 故障，将很容易引发内轴轴向偏转问题，从而使传动轴出现一定程度的振动，并 使其恢复到正常状态[2]。虽然传动轴在此种情况下依然可以恢复正常，但是其机 械振动将会对燃油喷射的均匀性产生不利影响，导致燃油无法充分燃烧。这样的 情况也会对发动机自身产生一定程度的损害，比如出现喷油孔堵塞、发动机积灰 等问题，并对发动机的正常维护产生不利影响。 三、内燃机车电机传动轴机械振动问题的主要处理措施

【最新】传动轴各种异响的原因与诊断排除

【最新】传动轴各种异响的原因与诊断排除 一、观察故障现象1、汽车起步时或行驶中变速换挡时传动轴都有撞击声出现，尤其是在高速挡位上作低速行驶时响声更加明显。2、汽车起步时传动轴无异响，而汽车行驶时传动轴有撞击声响。3、汽车起步时传动轴无异响，而汽车滑行时传动轴有异响。4、汽车在整个行驶过程中声响不断。 二、分析故障原因1、传动轴各凸缘连接处(或连接螺栓)松动，引起异响。2、各处润滑脂嘴(俗称黄油嘴)、十字轴油道堵塞而注不进润滑脂、未按期加注润滑脂、十字轴油封损坏而漏油等原因，造成十字轴滚针轴承在长期缺少润滑油的条件下工作，使十字轴颈、滚针和套筒磨损过大，形成松旷而引起异响。3、万向十字轴装配过紧。4、套筒与万向节叉孔配合松旷、支承片螺栓松脱导致套筒转动，使万向节叉孔磨损过大，松旷而引起异响。5、变速器第二轴花键与凸缘内花键磨损过大，形成松旷而引起异响。6、传动轴中间支承支架固定螺栓松动，中间支承与中间传动轴轴颈配合松旷，中间传动轴后端花键与凸缘键槽配合松旷以及后端螺母松动。7、传动轴中间支承轴承散架、轴承滚道损伤、轴承润滑不良，磨损过量而松旷。8、传动轴中间支承支架安装位置偏斜、轴承预紧度调整不当、橡胶垫环隔套损坏，中

间支承支架固定螺栓拧紧扭力过大或过小而引起支架位置 的偏斜等原因，而引起异响。9、传动轴两端的万向节叉不处于同一平面，使等速排列遭到破坏而引起异响。三、诊断与排除故障1、汽车行驶中突然改变速度，传动轴出现一种金属敲声，则可说明个别凸缘或万向节十字轴轴承磨损过大而松旷，引起传动轴异响。2、汽车起步时传动轴出现“刚噹”一声或响声杂乱。汽车在缓坡上向后倒车时，发出“格叭”的断续响声，则可说明是滚针折断或碎裂，应更换滚针轴承。 3、汽车起步或变速换挡时，传动轴有明显金属撞击声，而低速挡比高速挡更加明显，多为中间支承内圈与轴过盈配合减小而松旷引起异响。 4、汽车起步或行驶中，传动轴始终有明显“喀啦”异响，并伴有振动，则说明中间支承支架固定螺栓松动而引起异响。 5、汽车低速行驶时传动轴出现清脆而有节奏的金属撞击声，汽车脱挡滑行时存在清晰声响。多系万向节轴承壳压紧力过大，使轴承不能灵活转动。 6、汽车行驶时传动轴声响随车速增加而增大，中间支承轴承发出沉闷而连续的混浊声响，则说明中间支承轴承因磨损过大而散架。汽车行驶中传动轴发出连续的“呜……”声，首先检查中间支承轴承支架橡胶垫环隔套紧固螺栓是否过紧或过松(没有按规定的扭紧力矩要求)，使轴承支架位置发生偏斜。可调整轴承盖螺栓的松紧度来排除异响故障，若调整轴承预紧度后仍有响声，则应检查轴承的润滑状况，如果轴承润滑

基于ADAMS的汽车传动轴振动现象仿真分析

基于ADAMS的汽车传动轴振动现象仿真分析Chapter 1 Introduction In recent years, with the development of automotive technology, the design concept of cars has gradually shifted from performance-oriented to comfort-oriented. Improvements in ride comfort have become increasingly important for vehicle manufacturers, and the transmission shaft vibration phenomenon has received much attention. Vibration of the transmission shaft can cause not only noise and discomfort for passengers but also damage to the vehicle. Therefore, it is important to analyze the transmission shaft vibration using simulation methods. This paper aims to simulate and analyze the transmission shaft vibration phenomenon using the ADAMS software. Chapter 2 Transmission Shaft Dynamics Analysis The transmission shaft dynamics analysis is the foundation of the simulation and analysis of transmission shaft vibration. The dynamics analysis includes the determination of the natural frequency, modal shape, and mode of vibration of the transmission shaft. After the modal analysis of the transmission shaft, the dynamics model is established using the ADAMS software to simulate the vibration of the transmission shaft. Chapter 3 Simulation of Transmission Shaft Vibration In this chapter, a simulation of the transmission shaft vibration is carried out using the ADAMS software. The simulation includes the determination of the vibration displacement, acceleration, and speed of the transmission shaft at different speeds. The simulation also includes the analysis of the vibration frequency and the transfer of force to other components. The results of the simulation

齿轮传动系统的动态特性分析

齿轮传动系统的动态特性分析 齿轮传动系统是工业生产中常用的传动结构，它可以将高速旋转的电机输出的 转矩和转速传递到负载端。传动效率高、可靠性强、传动比较稳定等优点使得齿轮传动系统被广泛应用于机械制造、船舶、航空、汽车等领域。齿轮传动系统除了静态特性外，其动态特性也对系统的工作效率和运行稳定性有着至关重要的影响。一、齿轮传动系统的动态特性主要指什么？ 齿轮传动系统的动态特性包括振动、噪声、动态挠曲、动态拉弯等因素。在齿 轮传动系统中，传动较大的功率，齿轮所承受的载荷很大，会产生许多不同的振动现象。齿轮对振动和噪声的抵抗能力是衡量齿轮传动系统重要参数之一。齿轮传动系统的动态挠曲和动态拉弯特性是评价齿轮传动系统稳定性与承载能力的重要因素。 二、齿轮传动系统的振动特性分析 1、齿轮共振的原因 由于齿轮的放大系数较大，齿轮的不平衡质量、制造误差和装配误差成为齿轮 共振的主要原因。齿轮共振不仅会产生强烈的振动和噪声，而且还会引起齿轮的疲劳断裂。 2、齿轮的振动及其种类 齿轮在传动时，因为本身的不平衡或者传动轴的离心率等问题，都会导致齿轮 的径向、轴向、盘动及旋转振动等不同种类的振动，这些振动都会对齿轮传动系统造成不同程度的影响。 3、齿轮传动系统的振动控制方法有哪些？

齿轮传动系统的振动控制方法一般有去杠杆技术、防共振措施、齿轮销齿措施、减震与降噪等方法。其中减震与降噪方法最为普遍，也是目前应用最为成熟的一种技术。 齿轮传动系统的动态特性对于机械工程师而言是一个重要的研究领域，其分析 需要不断深入了解机械传动结构中的物理现象以及机械运动学和动力学等方面的相关知识。只有综合考虑齿轮传动系统的各项因素，才能更好地解决齿轮传动系统中出现的动态特性问题。

传动轴动平衡检验报告

传动轴动平衡检验报告 一、引言 本文档是针对传动轴的动平衡检验所进行的报告。传动轴是机械设备中的重要 组成部分，其作用是将动力从发动机传递到其他机械部件，因此其平衡性对机械设备的运转和使用寿命有着重要影响。 二、背景 传动轴在运转过程中可能会出现不平衡的情况，这会导致机械设备产生振动和 噪音，甚至损坏设备。因此，对传动轴进行动平衡检验是非常必要的。 三、检验方法 传动轴的动平衡检验可以采用以下步骤进行： 1. 准备工作 在进行动平衡检验之前，需要进行一些准备工作。首先，确保传动轴的表面清洁，并检查是否有明显的损坏或缺陷。其次，选取合适的检验设备和工具，如动平衡机、传感器等。 2. 安装传动轴 将传动轴安装在动平衡机上，确保其稳定性和正确的位置。根据传动轴的长度 和直径，选择合适的夹具和支撑点，以保证传动轴的均衡悬挂。 3. 测试传动轴 启动动平衡机，将传感器安装在传动轴上，以便采集振动数据。根据测试要求，设置合适的测试参数，如转速、测试时间等。 4. 数据分析 根据采集到的振动数据，进行数据分析和处理。可以使用专业的数据处理软件，计算传动轴的不平衡量和相位，以及振动频谱等。 5. 调整传动轴 根据数据分析的结果，对传动轴进行调整。调整的方法可以采用在传动轴上加 重或去重的方式，以达到平衡的目的。在调整过程中，需注意调整的位置和数量，以防止调整过度或不足。

6. 重新测试 在对传动轴进行调整后，重新进行测试，以确认调整效果。如果调整后传动轴的动平衡达到了要求，则可以结束检验流程；如果还未满足要求，则可以进行进一步的调整和测试。 四、结果与讨论 根据以上步骤进行了传动轴的动平衡检验，得到了如下结果：通过调整后，传动轴的动平衡符合要求，振动量和噪音得到了有效控制。这意味着传动轴在工作时能够平稳传递动力，减少了机械设备的振动和噪音，提高了设备的使用寿命。 五、结论 动平衡检验是保证传动轴平衡性的重要方法。通过以上步骤的检验和调整，能够有效地控制传动轴的不平衡，提高机械设备的运转质量和使用寿命。因此，在生产制造和维修过程中，对传动轴进行动平衡检验是非常必要的。 六、参考文献 无

滚动轴承的振动信号特征分析报告

南昌航空大学实验报告 课程名称：数字信号处理 实验名称：滚动轴承的振动信号特征分析实验时间： 2013年5月14日 班级： 100421 学号： ******** **：*** 成绩：

滚动轴承的振动信号特征分析 一、实验目的 利用《数字信号处理》课程中学习的序列运算、周期信号知识、DFT 知识，对给定的正常轴承数据、内圈故障轴承数据、外圈故障轴承数据、滚珠故障轴承数据进行时域特征或频域特征提取和分析，找出能区分四种状态（滚动轴承的外圈故障、内圈故障、滚珠故障和正常状态）的特征。 二、实验原理 振动机理分析：机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。 振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。 幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。 在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。 提取振动信号的幅域、时域、频域、时频域特征，根据特征进行故

障有无、故障类型和故障程度三个层次的判断。 三、 实验内容 Step1、使用importdata （）函数导入振动数据。 Step2、把大量数据分割成周期为单元的数据，分割方法为： 设振动信号为{x k }(k =1,2,3,…,n )采样频率为f s ，传动轴的转动速率为V r 。 采样间隔为： 1 s t f ∆= （1） 旋转频率为： 60r r V f = （2） 传动轴的转动周期为： 1 r T f = （3） 由式（1）和（3）可推出振动信号一个周期内采样点数N ： 1 1s r r s f f T N t f f = ==∆ （4） 由式（2）可得到传动轴的转动基频f r =29.95Hz ，再由式（3）可得到一个周期内采样点数N=400.67，取N =400。 Step3、提取振动信号的特征，分析方法包括： 1、时域统计分析指标（波形指标(Shape Factor)、峰值指标(Crest Factor)、脉冲指标(Impulse Factor)、裕度指标(Clearance Factor)、峭度指标(KurtosisValue) ）等，相关计算公式如下： （1）波形指标： P f X WK X = (5) 其中， P X 为峰值，X 为均值。p X 计算公式如下：

机械设计中的轴系稳定性分析与优化研究

机械设计中的轴系稳定性分析与优化研究 一、引言 在机械设计中，轴系的稳定性是一个重要的考虑因素。轴系的稳定性直接关系 到机械系统的工作效率和寿命。因此，研究轴系的稳定性分析与优化具有重要的理论和实际意义。 二、轴系的稳定性分析 1. 轴系的力学模型 在进行轴系的稳定性分析时，首先需要建立轴系的力学模型。轴系的力学模型 由各个部件的刚度和质量所组成。通过对力学模型的建立，可以求解轴系的振动特性和稳定性边界。 2. 轴系的振动分析 轴系的振动分析是稳定性分析的重要一部分。通过对轴系的振动特性的分析， 可以了解轴系在不同工况下的振动情况。轴系的振动分析包括自由振动和强迫振动两个方面。 3. 轴系的稳定性评价指标 对于轴系的稳定性评价，可以使用多个指标进行综合分析。常用的指标包括振 动幅值、振动频率、振动形态等。通过对这些指标的分析，可以评估轴系的稳定性，发现潜在的问题，并提出相应的改进方案。 三、轴系稳定性优化研究 1. 材料优化

轴系的材料是直接影响其稳定性的因素之一。因此，在进行轴系设计时，需要选取合适的材料。常用的材料有钢、铝合金、碳纤维等，不同材料的性能不同，可以根据实际需求进行选择。 2. 结构优化 轴系的结构是影响其稳定性的关键因素之一。通过优化轴系的结构，可以提高其稳定性。结构优化的方法有很多，可以通过减小轴系各部件的质量、改变轴系的几何形状等方式来提高轴系的稳定性。 3. 润滑优化 润滑是保证轴系正常运转的重要条件。因此，在进行轴系设计时，需要优化润滑方式。常用的润滑方式有干摩擦和液体润滑。在选择润滑方式时，需要考虑轴系的工作环境和要求等因素。 四、轴系稳定性优化实例分析 以某型号汽车的传动轴系为例，进行轴系稳定性优化的实例分析。通过对传动轴系的力学模型进行建立，得到传动轴系的振动特性。然后，结合实际工况，对传动轴系的稳定性进行评估。最后，提出相应的优化方案，如提高轴系的刚度、改变轴系的结构等。 五、结论 通过对机械设计中的轴系稳定性分析与优化的研究，可以提高轴系的工作效率和寿命。轴系的稳定性分析是设计过程中必不可少的一部分，可以通过建立轴系的力学模型和振动分析等方法来进行。轴系的稳定性优化是一个复杂的过程，需要综合考虑材料、结构和润滑等方面的因素。通过合理的优化方案，可以提高轴系的稳定性，提升整个机械系统的性能。

汽车动力传动系统振动问题及解决方法综述

汽车动力传动系统振动问题及解决方法 综述 摘要：发动机的动力经过汽车传动系传给驱动轮的同时,也把振动传送给了整个汽车。汽车的振动和噪声的来源之一是汽车动力传动系。弯曲振动和扭转振动除了自己的固有振动特性外还存在振动耦合。弯曲振动、扭转振动及弯-扭振动藕合，影响车辆行驶平顺性，影响乘坐舒适性和缩短零部件使用寿命。现代汽车正向着速度高、功率大的方向发展,然而，发动机震动幅度的增大是使汽车产生振动的主要原因，因此，探索汽车动力传动系的振动，对改变汽车的振动和噪声具有非常重要的实际意义。 关键词：汽车动力；传动系统振动；解决方法； 前言：汽车动力传动系统作为汽车重要的组成部分，其基本功能是将发动机的动力传递给车轮，使汽车能够在一定速度下正常行驶，并努力提高汽车的动力性与经济性。与此同时，传动系统的振动也是导致整车振动的重要因素。 一、汽车动力传动系统振动的研究现状 上世纪六十到八十年代，由于汽车结构向轻量化、大功率发展的需求以及人们对汽车乘坐舒适性和可靠性要求的日益提高，由扭振引起的事故频繁发生，加之相关法规也对汽车室内室外噪声的限制也越来越严格，使得人们对开始对汽车扭振进行全方面的研究。另外，计算机技术的快速发展和广泛应用，也为扭振在计算方面的研究提供了可能。近年来，国内学者对动力传动系统扭振特性研究也提出了自己的观点，并尝试着将传统的模态综合分析理论与试验模态分析技术相结合，进一步分析扭振产生的机理以及探讨相应的解决办法。 二、汽车动力传动系统振动问题研究

1.对于汽车动力传动系统减振技术的研究，一般可以按照以下几个步骤进行：(1)根据所研究车型的振动问题，以该车型动力传动系统作为研究对象，根据该 车型传动系统的特点，确定具体的研究方案，如建模方法和计算仿真方法等。(2)对所研究车型传动系统的振动问题，在不同的工况下进行特征试验，得到该车型 传动系统在振动问题上的各项试验数据以及某些建模所需的相关参数。(3)对该 车型传动系统相关部件进行结构参数和基础数据的测量和计算，并对传动系统进 行简化和抽象，建立动力学模型。(4)对所建立的动力学模型进行各个工况下的 仿真试验分析，并将仿真结果与特征试验得到的各项结果进行比较。(5)若对比 结果相差较大，则对仿真模型及参数进行调整，直到得到可靠的动力学模型；若 对比结果相差不大，说明仿真模型可靠，则可通过改变与振动问题相关的动力学 参数，在理论上得到优化方案。(6)搭建所研究车型的传动系统试验台，并在该 实验台对理论上的优化方案进行试验验证，若传动系统的振动问题得到了优化， 则证明该方案是可行的；若无效，则需要通过仿真模型重新制定优化方案。 2.对传动系统减振技术的研究大致可以分为特征试验、仿真分析以及验证试 验3个步骤。特征试验主要是为了得到研究车型振动现象的特征，并作为参照对 象来判断所建立仿真模型的可靠与否；仿真分析通过建立实际的传动系统模型， 对实际传动系统进行试验研究，通过观察传动系统模型各变量变化对传动系统振 动问题的影响，寻求传动系统最优结构和参数；验证试验则是按照仿真分析中提 出的优化方案，在所建立的传动系统试验台上进行模拟，以验证优化方案的有效性。通过以上汽车传动系统减振研究过程，不仅可以大大缩短对传动系统振动问 题的研究时问，同时也可以降低研究成本。 三、解决方法 1.弯曲振动。当动力传递系统的固有振动频率与激励频率一样或相差不多时 就会产生弯曲共振，这就是动力传动系的弯曲振动。发动机的一、二阶转速是产 生弯曲振动的主要激励因素。传动轴产生弯曲、止口跳动等会使传动轴的旋转平 衡度和同轴度不符合要求也是引起弯曲振动的原因。提高加工精度可以减小和消 除旋转不平衡和不同轴度。汽车的动力传递过程永远会产生引起弯曲振动的激励。所以，探索汽车动力传动系弯曲振动特性的有效措施就是建立力学模型。多自由

传动轴动平衡检验报告

传动轴动平衡检验报告 一、背景介绍 传动轴是机械传动系统中重要的组成部分，用于传递动力和扭矩。传动轴一旦失去平衡，将引发严重的振动和噪音问题，同时还会导致传动系统的寿命缩短和故障率增加。因此，对传动轴的动平衡进行检验是确保机械运行平稳和安全的必要步骤。 二、检验目的 本次检验旨在验证传动轴的动平衡状态，判断其是否符合设计要求，并找出可能的不平衡原因，提供改进建议。 三、检验方法 四、检验步骤 1.安装检测设备：使用专业的动平衡机设备，将传动轴安装在支撑架上，并连接测量系统以便进行数据采集和分析。 2.执行静态平衡：通过测量不同点的轴的重量，计算出不平衡量，并在相应位置安装各种规格的平衡块进行校正。 3.执行动态平衡：将传动轴旋转至工作速度，并测量振动和振幅。通过比较检测数据与规定标准，判断是否存在失重区域，并记录各测试点的振动情况以供后续分析。 4.数据分析与报告撰写：根据检测数据和实测曲线，对检测结果进行分析和判断，并撰写检验报告。 五、检验结果与分析

通过本次动平衡检验，我们得到了以下结果： 1.传动轴的静态平衡状态良好，各测点的不平衡量在设计要求范围内。 2.传动轴的动态平衡状态存在一定问题，部分测点的振动超过了规定 标准。通过分析，发现失重区域主要集中在轴的其中一段，可能是由于工 艺制造或装配过程中的误差导致的。 六、改进建议 根据检验结果和分析 1.对于静态平衡问题，不需要额外的调整措施，可以继续使用。 2.对于动态平衡问题，建议进行精细调整。可以通过增加或减少相应 位置的平衡块来达到动态平衡。同时，还需要关注传动轴的加工工艺和装 配工艺，提高精度和减小误差，防止不平衡现象的再次发生。 七、结论 本次传动轴动平衡检验结果表明传动轴的静态平衡状态良好，但动态 平衡存在一定问题。根据分析结果，提出了相应的改进建议。通过实施改 进措施，可以进一步提高传动轴的动平衡状态，保障机械传动系统的平稳 运行和安全性。

汽车传动系统故障的分析和解决方法

汽车传动系统故障的分析和解决方法 一、引言 汽车传动系统是保证汽车正常行驶的重要组成部分，当传动系统出 现故障时，会严重影响汽车的性能和安全。本文旨在分析常见的汽车 传动系统故障原因，并提供相应的解决方法。 二、故障原因与分析 1. 异常振动 当汽车传动系统发生异常振动时，可能的原因包括： - 传动轴不平衡：传动轴失衡会导致振动，可通过动平衡技术进行 修复。 - 传动系统配件松动：检查传动系统的螺栓和连接件是否紧固，如 松动则紧固。 - 传动系统配件磨损：检查传动系统的零部件，如发现磨损严重， 需更换。 解决方法：修复或更换受损配件，保证传动系统平稳运行。 2. 漏油 传动系统出现漏油是常见故障之一，可能的原因有： - 密封件老化失效：检查传动系统的各个密封件，如发现老化失效，需更换。

- 油封磨损：传动系统的油封磨损严重时会导致漏油，需更换损坏的油封。 解决方法：更换受损密封件和油封，并定期检查是否有漏油情况。 3. 排挡困难 当汽车传动系统出现排挡困难现象时，可能的原因包括： - 换挡杆机械故障：检查换挡杆及相关机械连接是否正常，如发现异常，进行修复或更换。 - 离合器故障：检查离合器的工作状态，如压盘变形或打滑等，需修复或更换离合器。 解决方法：修复或更换受损的部件，并确保换挡杆和离合器的正常工作。 4. 异常噪音 汽车传动系统出现异常噪音可能由以下原因引起： - 传动轴不平衡：需进行传动轴的动平衡处理，消除振动产生的噪音。 - 齿轮磨损：检查传动系统的齿轮，如有磨损则需更换受损齿轮以消除噪音。 解决方法：修复或更换引起噪音的传动系统零部件。 三、预防与维护措施

汽车传动轴故障现象-原因分析及故障排除

汽车传动轴故障现象\原因分析及故障排除 [摘要]本文介绍了汽车传动轴的故障原因、分析和判断以及排除的方法。 [关键词]传动轴；中间支承；传动轴凸缘；万向节十字轴 前言：新岭煤矿是露天煤矿，生产运输方式是采用汽车运输。全矿有运岩石车辆25台（北京中环：15台、豪威：10台），运煤车辆4台（豪沃）以及生产服务车辆22台，总计达47台车辆。减少车辆故障，使车辆在完好技术状态下运行，是确保新岭煤矿安全生产的关键。 汽车传动轴的功能，是将不同心的部件连接起来并传递动力。一般说来，各部件的连接并不在一条直线上，而且在工作时，不断改变相互位置，传动轴是传递扭矩的，它同时解决了各连接部件不同心的问题以及它们之间距离不断变化的问题。当两个部件（发动机与变速器或变速器与后桥）发生相对位移时，它们仍然能够继续转动。 传动轴的常见故障有：传动轴、万向节和花键松旷；传动轴不平衡以及万向节十字轴及轴承过早磨损等。 1、传动轴不平衡、发响 1.1故障现象 车辆传动轴的不平衡，在行驶中会出现一种周期性的声响，车速度越高，响声越大，达到一定速度时，车门窗玻璃、方向盘均有强烈振响，手握方向盘有麻木的感觉。脱档行驶振动更强烈，降到中速，抖振消失，但响声仍然存在。 1.2故障原因： 传动轴弯曲、凹陷，运转中失去平衡；传动轴安装不当，破坏了平衡条件，或原来安装的平衡块丢失；各连接或固定螺栓松动；曲轴飞轮组合件动不平衡超差；万向节十字轴回转中心与传动轴不同轴度超差；传动轴花键套磨损过量。 1.3故障的判断与排除 传动轴不平衡，危及安全行车。如果出现传动轴不平衡的故障，可以采用下述方法判断：将车前轮用垫木塞紧，用千斤顶起一侧的中、后驱动桥；将发动机发动，挂上高速档，观察传动轴摆动情况。观察中注意转速下降大时，若摆振明显增大，说明传动轴弯曲或凸缘歪斜。传动轴弯曲都是轴管弯曲，大部分是由于汽车超载造成的。运岩石车辆由于经常超载运行，传动轴弯曲断裂的故障较多。更换传动轴部件，校直后，应进行平衡检查。不平衡量应符合标准要求。万向节叉及传动轴吊架的技术状况也应详细检查，如因安全不符合要求，十字轴及滚柱