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弹性联轴器对车辆动力传动系统扭振特的影响

2021-03-19 14:51:20

弹性联轴器对车辆动力传动系统扭振特性影响研究

   车辆动力传动系统是车辆底盘的核心组成部分。目前,对其动态特性的研究主要是从理论和实验两个方面研究如下两类内容:(1)稳定工况下的动态特性研究,也称为扭振特性研究。车辆稳定工况是指车辆在某种路面上,以某一排挡、某一确定发动机转速行驶的工况。扭振特性研究内容主要包括计算系统的固有频率、振型等模态参数,计算系统在承受来自发动机、路面及系统内部(如齿轮啮合冲击、离合器的带排力矩、惯性力矩等)等诸多激励作用下的强迫振动响应。(2)过渡工况下的动态特性研究。车辆过渡工况又称为非稳定工况,是指车辆从一种稳定工况向另一种稳定工况的过渡过程,包括车辆的起步、加速、减速、换档、制动、转向等。下面结合某大功率动力传动系统在研制过程中对弹性联轴器的选择过程,研究弹性联轴器对动力传动系统扭振特性的影响规律。弹性联轴器具有缓冲和吸振性能,主要与其刚度K和阻尼C有关。(1)较大联轴器阻尼C,发动机经联轴器后输入传动系统的谐振力矩振幅减小,尤其是系统共振振幅减小更显著。(2)调整联轴器刚度可以改变动力传动系统的固有频率,可以将系统的主要共振转速移出系统工作转速范围,避免系统发生强烈共振。实验表明,通过液力变矩器后,扭转振动的振幅可降低50,降低了其后的传动系统尖峰载荷,延长了传动系统的使用寿命,但发动机激励对液力变矩器泵轮之前的分支系统的振动还有较大影响。

车辆动力传动系统属于多自由度扭转振动系统,其轴系的扭转振动是影响其系统安 全的重要因素之一。文中通过建立某车辆动力传动系统的多自由度质量—弹性—阻尼动力学模型,根据振动理论并依托系统扭振实验研究了3种弹性联轴器对该系统扭振特性的影响规律,着重分析联轴器刚度和阻尼对系统固有频率、固有振型、强迫振动响应等模态参数的影响。通过对比研究获得如下结论,匹配的弹性联轴器可以调整系统的低阶固有频率、避免系统发生共振、衰减共振振幅和发动机输出力矩的幅值不均匀性,即改良动力传动系统的扭振特性。

因此,本文在系统扭振计算中仅对液力工况下液力变矩器泵轮之前的分支系统和机械工况下整个动力传动系统进行分析。建立正确的动力传动系统的扭振模型是研究动力传动系统扭振的基础。实际的车辆动力传动系统是一连续的、复杂的多自由度质量系统,为简化分析和计算,常简化为多自由度集中质量—弹性—阻尼离散化近似分析模型,其适用性已经被大量的计算和试验分析所证实。同时,动力传动系统基本上是一非线性系统,其中较常见的两种非线性是刚度非线性、阻尼非线性。车辆动力传动系统中,存在典型的非线性部件如齿轮副、弹性联轴器、减振器等,对于含有这些部件的系统,系统刚度矩阵和阻尼矩阵为时变矩阵,在求解其扭振特性时,按线性系统假设,结果必然含有相对误差。但对于大功率军用车辆动力传动系统来说,目前主要还是采用线性系统的分析方法,主要是因为系统具有较高的制造精度,因而对齿轮副等引起的非线性问题予以次要化。

本文在分析弹性联轴器对某军用车辆动力传动的扭振特性的影响中,也采用线性系统的分析方法,通过理论分析与台架实验及行车实验对比发现,理论分析的结果能揭示弹性联轴器对该系统的影响规律,具有较高的可信度,并成功指导了该动力传动系统中联轴器的选择问题。下面着重阐述理论与实验分析的过程。假设条件在建立动力传动系统的扭振模型时所做的假设:(1)忽略系统间隙,齿轮啮合按刚体啮合计算,将动力传动系统转化为线性多自由度系统。(2)对于旋转件以其回转平面中 心线为部件的质量集中点,简化为集中的转动惯量。相互啮合的齿轮副按其传动比合并为一个质量,以该轮系的主动齿轮的中 心线为质量集中点。湿式摩擦片离合器接合时,认为是刚性连接;分离时,当量为内鼓和外鼓两个集中转动惯量。(3)对于弹性轴简化为无质量的弹性杆件,其质量按势能相等的原则简化到与之相邻的两个转动惯量上。(4)系统阻尼主要考虑发动机阻尼、联轴器阻尼、液力变矩器阻尼、湿式换档离合器带排阻尼(带排阻尼是指湿式离合器在分离状态时,处于分离状态的离合器摩擦副之间,虽然没有结合但仍然会产生相对的拖滞力矩所引起的阻尼)等摩擦阻尼。