张震亚

摘 要：针对市场上汽车前端的驱动系统会因振动而产生的噪音，随着人们对汽车质量要求的提高，人们需要一种更静音、可靠性更好的前端附件驱动系统。本文主要介绍了振动噪音产生的问题及原因，并在此基础上，从系统的设计原则、设计流程以及设计方法等方面对驱动系统的振动性能进行分析。

关键词：汽车发动机；振动噪音；振动性能；设计方法

前端附件驱动系统作（以下简称FEAD 系统）为发动机的重要部分，其设计的安静性能、低振性能以及可靠性能都直接决定了整车发动机质量的好坏，比如好的驱动系统可以有效地减少皮带的磨损、降低因系统产生共振而产生的噪音以及前端部件的失效等问题的发生几率，所以系统的振动性能已经成为了各大开发商在发动机设计领域最为关注的问题之一。

1.振动噪音产生及原因

针对上述问题，经过国内外汽车发动机附件研发领域有关人士的多年经验，总结出，发动机前端附件传动系统产生系统振动噪音的原因有很多种，比如皮带由于横向振动而产生的机械噪音；由于采用多楔带作为传动枢纽，其与之接触的皮带轮之间而产生的打滑噪音；或者由于安装或者系统轮系外形尺寸差异而产生的皮带轮之间的平整度误差，最终导致因多楔带再输入楔时发出的噪音；再比如因为整个轮系设计时，张紧力较小，从而会导致皮带在高速运行时，会产生很大的抖动现象，这时不仅仅会产生很大的噪音，而且还会极大地损害系统的使用寿命；再者由于安装误差导致轮系之间的主要承载受力的轮系间距过大，这就导致传动过程中皮带的支撑载荷的轮系跨度较大，这样也会导致系统发生异响，其实在设计时，传动皮带的双边振动幅度值大概控制在300mm以内，最大不会超过310mm，如果因客观原因，实在达不到这个范围时，就需要在超标的轮系之间增加惰轮，从而最大限度的降低因皮带抖动而产生的噪音问题；此外最严重的一种情况就是轮系振动与发動机做功时产生的振动发生共振，从而会极大地让皮带产生抖动，一般情况下，当发动机处于怠速时，其运行频率应该高于所设计的驱动系统的振动频率，这样就不会出现，汽车刚发动时，因共振而产生的抖动问题。

2.附件驱动系统设计

由于系统共振产生的振动噪音不仅仅会对驱动系统本身造成很大的机械损伤，较少使用年限，同时，也影响了使用者的使用感受，为了更好的降低由于驱动系统振动带来的问题，在设计最初时，就应该对系统的整体振动进行噪音控制，而为了降低振动带来的振动噪音，现在比较流行采用的是使用自动张紧器，所以，对系统的振动性能进行研究设计，就必须对附件驱动系统中用来进行皮带张紧的装置进行研究。

2.1附件驱动系统的设计原则

在进行附件驱动系统的设计时，考虑到实际运用中，必须在保证系统工作的稳定性、可靠性的基础上，进行振动性能的噪音控制研究，所以，应该坚持以下原则：1、工作稳定、具有较强的可靠性能；2、在有限的空间里，可以合理的进行布局；3、产生较小的噪音及振动。系统设计的整体思路基本上就是，在前期进行全部零部件的空间布局时，由于不同的零部件摆放顺序会导致系统的共振频率发生很大的变化，会对整个系统在实际运行时的稳定状态产生影响，所以初期就需要考虑到系统零部件的安装顺序，以及驱动系统中零部件的相对空间坐标，基本上是以曲轴带轮为一个平面中心，然后以此为基准，按照涉及顺序，进行系统零部件空间布局的原则。

2.2附件驱动系统的设计步骤

针对系统振动性问题进行设计时，首先就需要在不存在系统零部件发生干涉以及重叠的前提下，把静态设计的几个关键因素考虑进去。首先我们参考已经有的经验数据，对驱动系统的带轮外形尺寸、相对带轮之间的空间坐标进行初步设定，从而得到一个初步的设计方案；然后根据这个方案求出系统的关键数据，例如带轮的包角、带轮之间的间隙大小、相互轮系之间的传动比等参数；然后再根据所设计的张紧器所需要的皮带负载，计算出在空间各个位置的带轮的轴承受力大小以及受力的角度大小；然后再根据系统轮系各个零部件之间的转速大小、运行功率等参数计算皮带的打滑率以及移动值，然后在对其皮带的使用寿命进行预估计算；最后为了保证发动机附件驱动系统具有足够的驱动扭矩、以及发动机附件系统动态驱动系统稳定，在静态布置设计完成后，还需要使用动态仿真软件进行了此款发动机附件驱动系统的动态仿真计算，，其仿真分析的主要内容包括：曲轴皮带轮的转速、驱动系统中张紧器所施加张紧力的极限有效范围、以及张紧器在有效作用下的摆动幅度范围，以及其他带轮的转速、带轮角度大小等有关参数；然后对整个系统进行综合评估，评估此款发动机的附件带轮的打滑极限、轮系之间的位置干涉情况、惰轮的轴向最大承受范围、附件轮系的最常使用时间以及附件轮系易发生共振噪音的振动频率，并且为了避免附件驱动系统在发动机的升速过程的系统共振带来的零部件过早失效风险，需要进行了发动机附件驱动系统的测试工作，根据测试结果调整传动带的弹性刚度从而避开了系统的低频振动，优化轮系的NVH性能。

2.3附件驱动系统的参数计算方法

因为本文采用的是使用皮带张紧器对系统提供静态张紧力的，所以，在初期设计时，需要根据经验和标准设定一下张紧器的有关参数，比如在进行张紧臂长的计算时，需要提供张紧器的空间坐标，以及皮带轮的中心坐标，然后再对处在张紧器有效范围内轮系中的轴承受力、受力的角度，皮带的包角大小等参数进行计算，从而计算出所设计的驱动系统产生振动或者打滑的危险范围值，然后由于皮带的带楔数量是影响皮带使用寿命的主要参数依据，所以根据皮带系统中楔带每楔的最大静态允许张力，确定出皮带的带楔数量，从而计算出驱动系统的使用寿命，最后根据所设计分析得出的数据分析，以此确定驱动系统的振动设计是否达到设计要求。然后为了对系统进行动态分析，需要运用SIMDRIVE 3D软件对所设计的驱动系统进行仿真分析，同时，根据仿真的结果，对初期的设计方案进行修正、改进，如此反复进行多次，只有在模拟仿真中得到，其系统的振动幅度都处在可控范围内时，才可以验证分析计算的正确性。

3.结束语

本文首先对发动机前端附件驱动系统振动问题产生的原因进行分析，然后对其系统进行静态分析的原则、步骤、主要注意事项进行阐述，指出静态设计需要计算的关键参数，比如带轮包角、轮系间隙、各轮系轴承所承受载荷的大小等参数计算，然后对其进行动态仿真分析，从而优化驱动系统的振动性能，这也为以后发动机附件驱动系统的研究提供了一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]陈链.发动机前置附件驱动系统振动性能的研究[D].上海交通大学，2014.

[2]林浩挺.发动机前端附件驱动系统带横向振动的建模计算与实测分析[D].华南理工大学，2013.

[3]陈强.发动机前端附件驱动系统性能计算与实测分析[D].华南理工大学，2015.