输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响

doi:10.3901/JME.2016.02.134

机械工程学报 ›› 2016, Vol. 52 ›› Issue (2): 134-143.doi: 10.3901/JME.2016.02.134

扫码分享

输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响

周驰¹, 王琪¹, 丁炜琦², 桂良进¹, 范子杰¹

1. 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京 100084；
2. 陕西汉德车桥有限公司西安 710201

收稿日期:2015-06-25 修回日期:2015-12-23 出版日期:2016-01-15 发布日期:2016-01-15
通讯作者: 范子杰，男，1958年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为汽车结构分析、优化设计及CAE方法。 E-mail：zjfan@tsinghua.edu.cn
作者简介:周驰，男，1986年出生，博士研究生。主要研究方向为驱动桥系统动力学分析。 E-mail：zhou-c09@mails.tsinghua.edu.cn
基金资助:
校企合作(20142000237)和国家重点实验室重点(ZZ2013-014)资助项目

Dynamics of Drive Axle System with Effects of Input Torque

ZHOU Chi¹, WANG Qi¹, DING Weiqi², GUI Liangjin¹, FAN Zijie¹

1. State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084;
2. Shaanxi Hande Axle Co., Ltd., Xi’an 710201

Received:2015-06-25 Revised:2015-12-23 Online:2016-01-15 Published:2016-01-15

摘要/Abstract

摘要： 在驱动桥系统中，滚子轴承是连接轴系与壳体的关键部件，其刚度具有各向耦合性和非线性特性，且与输入转矩有关。为准确高效地分析输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响，基于非线性轴承理论、有限元法和模态综合方法，建立包含主减速器总成、差速器总成、轮毂总成和桥壳等部件的完整驱动桥系统动力学分析模型，根据输入转矩大小的不同，定义轻载、中载和重载三种典型工况，分别计算各工况下的非线性轴承刚度，分析轴承刚度随输入转矩大小变化的特点，对驱动桥系统进行单位谐波传动误差激励下的动力学分析，研究输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响，分析不同工况下准双曲面齿轮动态啮合力的频响特性。计算结果表明，驱动桥系统动力学特性随输入转矩大小变化具有一定规律，能有效指导驱动桥系统的减振降噪设计，避开危险工况。

关键词: 动力学分析, 非线性刚度, 滚子轴承, 驱动桥, 输入转矩

Abstract: Driveline and housings are connected by roller bearings. The bearing stiffness is nonlinear and coupling in all directions and changes with the input torque of drive axle, which leads to variation in the drive axle system dynamics. Based on the nonlinear bearing theory, the finite element method and modal synthesis method, a drive axle final drive gear transmission system dynamic model with final drive gear transmission assembly, differential gear transmission assembly, hub assembly and housings etc. is built. According to the magnitude of the input torque of the pinion shaft, the load cases are set out into light load, medium load and heavy load. Nonlinear bearing stiffness is calculated corresponding to each load case. The axial stiffness and radial stiffness of final drive roller bearing with load change characteristics are analyzed. Dynamic analysis of the whole drive axle system to a unit harmonic transmission error at the hypoid gear mesh is performed in the case of different input torques. The influence of the input torque on the drive axle is researched. The frequency response characteristics of final drive hypoid gear dynamic meshing force is analyzed when the drive axle system works in different load cases. The results show that the drive axle system dynamics change with the size of the input torque with a certain regularity, and can guide the design of the vibration and noise reduction of drive axle system in order to avoid dangerous conditions effectively.

Key words: drive axle, dynamic analysis, input torque, nonlinear stiffness, roller bearing

中图分类号:

TH132
U463

周驰, 王琪, 丁炜琦, 桂良进, 范子杰. 输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响[J]. 机械工程学报, 2016, 52(2): 134-143.

ZHOU Chi, WANG Qi, DING Weiqi, GUI Liangjin, FAN Zijie. Dynamics of Drive Axle System with Effects of Input Torque[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(2): 134-143.

导出引用管理器 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

链接本文: http://www.cjmenet.com.cn/CN/10.3901/JME.2016.02.134

http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2016/V52/I2/134

参考文献

[1] DONLEY M G，LIM T C，STEYER G C. Dynamic analysis of automotive gearing system[R]. SAE，920762，1992.
[2] CHENG Y P，LIM T C. Dynamics of hypoid gear transmission with nonlinear time-varying mesh characteristics[J]. Trans ASME Journal of Mechanical Design，2003，125(6)：373-382.
[3] YANG J，LIM T C. Dynamics of coupled nonlinear hypoid gear mesh and time-varying bearing stiffness systems[J]. SAE International Journal of Passenger Cars- Mechanical Systems，2011，4(2)：1039-1049.
[4] 张健. 汽车驱动桥振动噪声研究[D]. 重庆：重庆大学， 2005. ZHANG Jian. Study on automobile real axle vibration and noise[D]. Chongqing：Chongqing University，2005.
[5] 晏慧. 重型商用车驱动桥振动噪声预测研究[D]. 重庆：重庆大学，2010. YAN Hui. Analysis of noise and vibration for heavy-duty commercial vehicle axle[D]. Chongqing：Chongqing University，2010.
[6] 刘文军. 某中型客车驱动桥振动噪声分析与试验研究[D]. 长春：吉林大学，2013.
LIU Wenjun. Analysis and test study of vibration and noise for a medium bus drive axle[D]. Changchun：Jilin University，2013.
[7] 徐弘毅，张晨辉. 基于塑性材料模型的滚动轴承有限元分析[J]. 机械工程学报，2010，46(11)：29-35. XU Hongyi，ZHANG Chenhui. Finite element analysis of roller bearing based on the plastic material models[J]. Journal of Mechanical Engineering，2010， 46(11)：29-35.
[8] 付圆宁，姚廷强，黄雅成. 空心圆锥滚子轴承接触特性分析[J]. 机械传动，2015，39(1)：114-117. FU Yuanning，YAO Tingqiang，HUANG Yacheng. Analysis of contact characteristic of hollow tapered roller bearing[J]. Journal of Mechanical Transmission，2015，39(1)：114-117.
[9] PRZEMIENIECKI J S. Theory of matrix structural analysis[M]. New York：McGraw-Hill，1968.
[10] YOKOYAMA T. Vibrations of a hanging Timoshenko beam under gravity[J]. Journal of Sound and Vibration，1990，141(2)：245-258.
[11] 曾攀. 有限元分析及应用[M]. 北京：清华大学出版社，2004. ZENG Pan. Finite element analysis and application[M]. Beijing：Tsinghua University Press，2004.
[12] HARRIS T A，KOTZALAS M N. 罗继伟，马伟译. 滚动轴承分析[M]. 5版. 北京：机械工业出版社，2010. HARRIS T A，KOTZALAS M N. Translated by LUO Jiwei，MA Wei. Rolling bearing analysis[M]. 5th ed. Beijing：China Machine Press，2010.
[13] LIM T C，SINGH R. Vibration transmission through rolling element bearings，part I：Bearing stiffness formulation[J]. Journal of Sound and Vibration，1990，139(2)：179-199.
[14] PALMGREN A. Ball and roller bearing engineering[M]. 3rd ed. Philadelphia：SKF Industries Inc.，1959.
[15] SUN Z H，STEYER G C，MEINHARDT G，et al. NVH robustness design of axle systems[R]. SAE，2003-01-1492，2003.
[16] International Standard Organization. ISO 6336-1. Calculation of load capacity of spur and helical gears-part 1：basic principles，introduction and general influence factors[S]. Geneva：ISO copyright office，2006.
[17] CRAIG JR R R，BAMPTON M C C. Coupling of substructures for dynamic analysis[J]. AIAA Journal，1968，6(7)：1313-1319.

输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响

Dynamics of Drive Axle System with Effects of Input Torque

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	林撼昕, 刘才山. 运载火箭机构动力学分析方法综述[J]. 机械工程学报, 2026, 62(1): 41-58.
[2]	侯铭轩, 刘德柱, 王哲, 任守志, 徐坤, 丁希仑. 三棱柱桁架式空间伸展臂的设计与分析[J]. 机械工程学报, 2025, 61(9): 302-313.
[3]	刘世伟, 李龙, 吕胜男, 丁希仑. 基于面对称Bricard单元的弹性空间过约束机构运动分岔与输出特性分析[J]. 机械工程学报, 2025, 61(21): 48-59.
[4]	李潇, 史创, 闫凤霄, 郭宏伟, 李冰岩, 王浩威, 刘荣强. 空间轻质高刚度展开臂结构设计及动力学分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(23): 43-52.
[5]	刘紫檀, 马帅军, 闫柯, 方斌, 洪军. 滚子类轴承接触精确建模及其瞬态力学响应分析方法[J]. 机械工程学报, 2024, 60(21): 112-121.
[6]	吴宏宇, 牛文栋, 宋扬, 郝宇星, 王树新, 阎绍泽. 受最速降线启发的水下滑翔机运动轨迹设计[J]. 机械工程学报, 2024, 60(21): 243-253.
[7]	张鑫, 池茂儒, 罗贇, 代亮成. 二系垂向多功能减振器对铁道车辆动力学的影响研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(18): 258-265.
[8]	赵宏跃, 史创, 郭宏伟, 刘荣强. 空间大型可展开环形张拉机构动力学特性分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(12): 344-354.
[9]	陈再刚, 唐亮, 杨吉忠, 陈志辉, 翟婉明. 考虑齿轮齿条动态激励的山地齿轨车辆-轨道耦合动力学特性分析[J]. 机械工程学报, 2023, 59(8): 163-173.
[10]	吴宏宇, 牛文栋, 张玉玲, 王树新, 阎绍泽. 水下滑翔机多点探测能耗最低路径的规划方法[J]. 机械工程学报, 2023, 59(5): 156-166.
[11]	王钦, 贺迪, 桂良进, 范子杰. 考虑系统变形的电驱动桥齿轮啮合效率研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(3): 66-75.
[12]	贺媛媛, 王琦琛, 张航, 杨炫, 李傲. 扑旋翼飞行器机构动力学建模与功率优化[J]. 机械工程学报, 2023, 59(17): 33-43.
[13]	郝旭, 李宁, 于长鑫, 翟敬宇. 考虑热效应的圆柱滚子轴承内外圈位移及滚道应力特性分析[J]. 机械工程学报, 2022, 58(5): 151-160.
[14]	黄健, 李朝阳, 陈兵奎. RV减速器用新型交错滚子主轴承承载能力分析与试验研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(7): 68-77.
[15]	吝水林, 孙建亮, 彭艳. 高速板带轧机四列滚动轴承非均匀接触力学性能及修形优化研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(19): 128-137.