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汽車驅動橋NVH分析及優化

瀏覽    發布時間:2019-04-20

  驅動橋模態分析

2022年澳门美人鱼论坛-美人鱼澳门正版资料免费公开-123156美人鱼论坛-138383美人鱼中特-美人鱼玄机138383   對驅動橋進行模態分析,其模型如圖1所示,驅動橋噪聲頻率主要分布在2 000 Hz以內,故用蘭索士法計算固有頻率從1~2 000 Hz的模態。考慮到實際影響的頻率范圍,下面只列出一至四階模態。

  計算后橋模態的目的是為了避開模態,防止產生共振,來自路面的隨機激勵一般為幾赫茲到十幾赫茲,而該后橋最低固有頻率為102.2 Hz,因此后橋模態不會被路面激勵激起產生共振,而該微車發動機怠速為750 r/s,故發動機怠速工況下二階激勵頻率為25 Hz,不會激起后橋模態。
                                                        汽車驅動橋NVH分析及優化

  由供應商提供的輪胎滾動半徑為292 mm,主減主動齒輪齒數為10,被動齒輪齒數為43,通過計算,在42.5 km/h勻速直線工況時,主減嚙合頻率為277 Hz。可以看出,主減一階嚙合頻率與橋殼的第三階模態重合,發生了共振,這也就是該微車在低速43 km/h左右勻速直線工況下后橋噪聲較大的根本原因。

  試驗模態分析驗證

  為了驗證建模的準確性,對后橋橋殼進行模態試驗,將該微車停放在溝渠上,拆除主減齒輪、差速器及傳動軸的連接,保證試驗狀態與分析狀態一致,在半軸套管、橋弓、主減殼上一共布置6個測點,為了減少加速度傳感器附加質量對模態的影響,用3個加速度傳感器分2次測量,采用錘擊法對橋殼進行模態試驗。前三階主要振型的模態結果如圖3、圖4、圖5所示,與仿真分析對比,前三階主要模態振型一致,模態頻率也非常接近,可以認為此次仿真建模比較準確,為后續分析打下了良好的基礎。

  橋殼的輻射噪聲分析

2022年澳门美人鱼论坛-美人鱼澳门正版资料免费公开-123156美人鱼论坛-138383美人鱼中特-美人鱼玄机138383   采用非耦合直接邊界元對驅動橋殼進行外聲場輻射噪聲分析,聲學模型所示,通過前述分析已經找出該驅動橋噪聲較大的原因,即主減的嚙合頻率與277 Hz模態頻率耦合導致共振產生。因此,本文在分析聲場時,重點關注277 Hz時聲場的分布及聲壓級大小。

2022年澳门美人鱼论坛-美人鱼澳门正版资料免费公开-123156美人鱼论坛-138383美人鱼中特-美人鱼玄机138383   頻率為277 Hz時橋殼表面聲場分布云圖,可以看出,主減殼和橋弓區域的聲輻射較大,是主要的輻射區域。對比橋殼的振動響應,振動響應較大處也是這2個區域,再對比橋殼在277 Hz時的模態振型發現,這2個區域表現出了主要的振型,說明在277 Hz激勵下引起了共振,使橋殼產生較大的振動響應,然后輻射出較大的噪聲,最大聲壓級達到了69.9 dB。是頻率為277 Hz時場點聲場分布云圖,橋弓上、下附近區域聲壓級較大,此外主減殼附近區域的聲壓級也較大,與橋殼表面聲場分布也是一致的,最大聲壓級為54.6 dB。

  基于模態的拓撲優化及結構改進 驅動橋

2022年澳门美人鱼论坛-美人鱼澳门正版资料免费公开-123156美人鱼论坛-138383美人鱼中特-美人鱼玄机138383   為解決共振問題,對橋殼進行拓撲優化,首先將該橋殼的第三階模態上、下限分別設為250 Hz和200 Hz,既降低了模態,又不至于模態過低而引起其他匹配問題,然后在主減殼和橋弓上加一層殼單元,以這一層殼單元和后蓋為設計變量空間,最后優化計算得到圖9。

2022年澳门美人鱼论坛-美人鱼澳门正版资料免费公开-123156美人鱼论坛-138383美人鱼中特-美人鱼玄机138383   根據結果可以看出,主減前端需要加強,可以對其進行擴大,橋弓上、下、中間部分也需要加強,在上、下、中間部分起筋條,后蓋也需要加厚,通過更改得到的結構所示。

  將基于模態拓撲優化下改進的結構進行模態分析,根據前面的分析結果,這里只著重考慮第三階振型的模態,第三階模態由原來的277 Hz降到247 Hz,說明該結構的改進措施是有效的。

2022年澳门美人鱼论坛-美人鱼澳门正版资料免费公开-123156美人鱼论坛-138383美人鱼中特-美人鱼玄机138383   對改進后的結構進行輻射噪聲分析,對比原結構第三階模態頻率處橋殼表面聲場和場點聲場分布,第三階模態頻率處比原結構降低了3.2 dB,再考慮到由于頻率的降低使實際工況下的嚙合沖擊減少,說明該優化取得了較好的效果。

2022年澳门美人鱼论坛-美人鱼澳门正版资料免费公开-123156美人鱼论坛-138383美人鱼中特-美人鱼玄机138383   為改進后的結構在277 Hz處橋殼表面聲場分布圖,由于在該頻率處沒有模態振型,橋殼表面聲場最大聲壓級為59.7 dB,相比原結構減少了10.2 dB。為改進后的結構在277 Hz處場點聲場分布圖,與表面聲場分布類似,最大聲壓級有了明顯的降低,降到46 dB。因此,在43 km/h勻速直線工況下橋殼輻射噪聲有了較大的降低。

  結論

  本文根據問題對后橋進行了模態及輻射噪聲分析,然后進行基于模態的拓撲優化,最終解決了后橋在43 km/h勻速直線工況下噪聲過大的問題。考慮了主減殼、橋弓鑄造結構,對結構改進的可塑性較強,并且有指導性的優化提高了效率。在進行基于模態的拓撲優化時,采用加一層殼單元作為設計變量空間,保證了結果的可用性。

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