汽车传动轴NVH 案例研究及改进

摘要: 传动轴作为底盘主要零件之一，对于整车的动力传动系统的NVH 有着非常显著的影响。单个传动轴除了本身产生

NVH 外，也会传递和放大整车传动系统NVH，许多整车传动系统都是通过改变传动轴的结构实现NVH 的优化。列举几例传动轴常见的NVH 现象及所作的改进，为传动轴今后的开发提供一定的参考。

关键词: 传动轴; NVH; 改进

0 引言

现代汽车的技术发展方向主要包括: 安全、环保、信息化、低成本和舒适性。其中，乘坐舒适性成为现今评判车辆性

能、划分汽车档次的重要依据之一，它的提高主要依赖汽车NVH 技术的发展和支持。如果把汽车作为一个系统来研究，汽

车本身就是一个具有质量、弹簧和阻尼的振动系统。但汽车又是由多个系统组成的复杂的振动系统，每个系统都存在振动问

题，文中研究的是传动系统。

十字轴式万向传动轴由于具有结构简单，传递功率大，效率高，主从动轴间夹角允许变化范围大等优点，因此在汽车等车辆上获得了广泛的应用。以四轮驱动( 4WD) 和全轮驱动( AWD) ( 见图1) 的汽车为例，其底盘布置采用前置发动机四轮驱动形式，变速箱与后驱动桥之间需要传动轴进行联接和传递扭矩，其中传动轴对底盘NVH 起着不容忽视的影响。本人就此归纳几种常见的与传动轴相关的NVH 现象及解决方法。

1 传动轴异响

传动轴异响主要表现在: 在万向节、伸缩部件及中间支承状况良好的情况下，传动轴在车辆行驶过程中发出异响。

( 1) 问题描述及分析

问题描述: 某SUV 在车速10 ～ 20 km/h 时出现清脆、高频率、时有间断的异响; 在经过一段时间高速路试后，部分SUV

的异响消失。

问题分析: 该SUV 是4WD，以后传动轴为主驱动轴。该传动轴为两段式带中间支承，轴管内加减震衬，中间部分使用的是十字万向节，如图2 所示。经过仔细辨别，声音来自传动轴，主要是中间部分。

2) 问题推测及论证

推测1: 中间支承安装有偏置，导致中间支承内外圈橡胶与钢球接触状态不理想。但检查了防尘罩与橡胶圈，即使在偏置状态下也无法干涉，况且清脆、高频率、时有间断的异响不符合金属与橡胶之间的发声特点，因此该推测被推翻。

推测2: 轴管内减震衬松动发出声响。将一根在车上发生异响的传动轴总成轴管锯开，发现减震衬并未松动，而且即使松动，发出的声音也并非清脆，因此该推测被推翻。

推测3: 鉴于中间十字万向节的扭动手感比两边的紧，而且该部位路试后温度高，再联想到该十字万向节总成轴承碗内无尼龙垫片，判断可能是十字万向节轴颈端面与轴承碗内底面干磨发出的声音。

支持证据:

① 锯开发生异响传动轴中间的十字万向节，发现十字万向节轴颈端面已有烧伤痕迹;

② 异响声音间断/高频，符合传动轴转速/十字万向节轴颈与轴承碗相对摆动频率;

③ 传动轴装在车上，行驶一段时间后，手感紧的十字万向节会逐渐变松，减少十字万向节轴颈端面与轴承碗内底面的摩擦，使部分异响消失。

因此，该推测成立。

( 3) 解决方案及验证

解决方案: 发生该问题的原因是十字万向节摆动扭矩过大，造成装配后过紧，在车辆运行中容易出现磨损，因此将十字万向节手工击松以减小摆动扭矩后再使用，异响就会消失。

验证试验: ① 收集10 件在车辆形式中出现异响的产品，将中间十字万向节手工击松后装车行驶，异响消失;

② 另选10 件产品，将十字万向节人为击紧后装车行驶，有异响出现; 拆下击松后再装车行驶，异响消失。

目前状况: 现有的传动轴经过击松装车后，基本消除异响; 更新传动轴的设计，将十字万向节的摆动扭矩控制在合理的范围内，异响没有出现。

2 共振

在所有振动分量中，占主要成分的是传动轴的1 阶振动，即传动轴的转速与其1 阶固有频率一致而发生共振。一定直径和长度的轴，转速提高到某一限度时，会剧烈振动而损坏。这样的损坏转速称为传动轴的危险转速或临界转速。

( 1) 问题描述及分析

问题描述: 客户抱怨某手动SUV 在道路试验中高速行驶时有震感，主要是在时速120 km/h，底板振动明显。

问题分析: 由于该问题发生在SUV 高速运行时，因此需要到汽车道路试验场，坐在车内亲身体验震动的感觉。在车辆行驶过程中，尝试在不同车速挂不同的挡位，发现只有当SUV 处于时速120 km/h 时，才明显感到震动，低于或超过这个速度时基本没有感觉，初步判断是零部件之间的频率接近，产生了共振。

( 2) 论证

支持依据: 第二次来到道路试验场，与NVH 工程师一起检测了传动轴的装在整车上的固有频率，结果显示在150 ～ 160

Hz 上出现一个频率的尖峰，如图3 所示。

同时客户提供了他们检测的底盘频率波形图，在发动机处于4 600 r /min 的转速时系统同样有个尖峰，如图4 所示。可以

计算得发动机在4 600 r /min 时的2 阶频率为4 600 × 2 ÷ 60 =153. 3 Hz。由此得出结论: 传动轴在发动机处于4 600 r /min 时受迫振动，其固有频率与发动机的2 阶频率接近而发生共振，判断成立。

( 3) 解决方案及验证

解决方案: 最理想解决该问题的方法是错开发动机4 600 r /min 的2 阶频率与传动轴的固有频率。问题发生的源头是发动机，传动轴是受迫振动，起到了放大NVH 的效果。更改发动机的频率难度相当大，涉及到更改发动机的结构，因此通常情况下是更改传动轴的结构从而错开两者的频率。

① 方法1: 在轴管内增加减震衬。图5 是增加减震衬后测量的传动轴固有频率图，可以看出，1 阶频率仅增加到168. 8Hz，实际效果不明显，因此该方法不可行。

② 方法2: 将两段传动轴的轴管外径由63. 5 mm 增加至70 mm，轴管壁厚不变。经过测试，固有频率显著升高至187. 5Hz，如图6 所示。

将改后的传动轴总成安装在整车上跑道路试验，测试得底盘频率波形图( 见图7) ，发动机在4 600 r /min 转速时，尖峰已经消失。

目前状况: 改进后的传动轴安装在整车上运行时底盘无振动现象，售后反应良好。

3 总结

随着生活质量的提高，人们追求的是更快速、舒适的交通工具，所以对十字万向传动轴的要求就更高。文中列举了2 个

关于传动轴NVH 的案例以及改进方法，希望能各位解决一些汽车NVH 问题提供一定的帮助和参考。