影响汽车传动轴动平衡精度的因素及控制方法*

许超楠

（长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车技术研究中心）

大多数情况下，汽车底盘的噪声和振动源于传动轴旋转时的不平衡跳动，而动平衡精度是衡量传动轴不平衡跳动的关键性指标，所以传动轴动平衡精度的高低对于减少汽车底盘的噪声和振动起着至关重要的作用[1]。现阶段汽车传动轴动平衡精度一般控制在G40等级，有些高档车应用的传动轴动平衡精度会达到G16等级或者更高。由于传动轴的动平衡精度无法直观地用设备或者仪器进行测试和读取，为了方便衡量传动轴动平衡精度等级的高低，常将传动轴的动平衡精度等级转化为传动轴的剩余许用不平衡量。这样既可以直观地了解传动轴的动平衡精度水平，又可以实现用仪器设备进行测试校准。文章主要从传动轴结构设计来分析动平衡的影响因素及控制方法，对于校准动平衡的仪器设备影响因素不再做相关阐述。

1 动平衡精度的影响因素

1.1 质量

由于传动轴可以看作是一个转子，所以在旋转过程中由不平衡造成的振动最终可以用受力来解释，转子受力分析图，如图1所示[2]。图1中，r为质点与质心的距离；F为转子产生的离心力；m为质点的质量；ω为转子旋转的角速度。

绝对均匀的转子在转动时径向是不受力的，而当转子在某个部位出现一个不平衡的质量，将会在该质点与质心连线的径向方向产生一个不平衡的离心力，离心力的表达式为：F=mω2r。其中mr定义为许用不平衡量，其表达式为：

式中：Uper——许用不平衡量，kg·mm；

G——传动轴的动平衡精度等级，g·mm/kg；

M——转子的质量，kg。

从上式可以看出，传动轴作为转子，它的质量越大，Uper越大。因此在设计方案时，要充分考虑传动轴质量对动平衡的影响。目前汽车传动轴的常用设计质量在8～20kg，对应的剩余许用不平衡量范围在 8～18g·cm。

1.2 结构

传动轴的结构按长短组合特点可分为2种，如图2所示。由于多段式的结构较单段式的结构复杂，回转均匀性较差，因此多段式结构的传动轴动平衡精度不如单段式好。但是单段式的传动轴轴管长度较长，对应的1阶临界转速较低[3]，为了避免传动轴在汽车行驶过程中发生1阶共振，又需要设计为多段式结构，具体取舍关系需要根据实际情况择优选取。

节型结构对传动轴动平衡精度的影响也不容忽视。目前传动轴常用节型分为2种，如图3所示。由于等速节为均匀回转体结构，所以与十字节相比采用等速节形式的传动轴动平衡精度会有明显的提升。

1.3 装配

传动轴本身是由各个零部件装配而成的总成零件，如图4所示，每个零件都可看成是一个单独的回转体，而实际上由于无法避免加工制造误差，这些零件都会存在一定的不平衡量。为了最大限度地降低传动轴总成的剩余不平衡量，可以采用轻点配重点的组装方式，这样就可以最大限度地抵消单个零件的不平衡量，从而获得最优的传动轴总成的动平衡精度[4]。

2 动平衡控制及优化

为了直观地理解质量、节型及装配对传动轴动平衡的影响，特选取某SUV车型作为试验车，通过在副驾驶位置用分贝测试仪记录不同车速下的分贝值来进行对比。

优化后的传动轴总成质量（12.158 9 kg）较原状态（15.412 5 kg）约减轻3.3 kg，经分贝测试仪测试，转速在4 000 r/min左右，峰值噪声下降约12 dB（A），整体噪声曲线波动趋势基本不变，如图5所示。

经测试，转速在3 000 r/min左右，等速节传动轴总成较十字节传动轴总成峰值噪声下降约10 dB（A），整体噪声曲线波动趋势基本不变，如图6所示。

经测试，安装方式优化后相比优化前，峰值噪声降低约12 dB（A），但是优化后与优化前在中低速段存在多处重合位置，整体降噪水平相比质量和节型改善不是很明显，如图7所示。

经测试，转速在3 500 r/min左右，优化后的传动轴总成较优化前峰值噪声下降约26 dB（A），优化后的整体噪声曲线波动趋势较优化前波动缓和平稳，在2500～5000r/min对噪声的抑制最为明显，如图8所示。

3 结论

结合理论分析和实际测试结果可以得出，汽车传动轴动平衡精度对于驾驶室内噪声的影响有重要的作用。由于噪声产生的因素有很多，提升传动轴动平衡精度只是其中一个解决方案，并不是降低传动系统1阶能量的唯一方法。传动轴动平衡对于汽车底盘振动的影响已经经过大量的数据和试验得到确认，但对于车内噪声的抑制还处于研究探索阶段，文章阐述了影响传动轴动平衡精度的因素及实际应用的控制方法，试验测试数据清楚地表明了传动轴动平衡优化前后对于车内噪声的影响，为解决部分汽车驾驶室内噪声过大的问题提供了参考和借鉴。