一种多节传动轴的模态测试装置及方法

本发明属于汽车振动测试技术领域，特别涉及一种多节传动轴的模态测试装置及方法。

背景技术：

随着汽车工业的发展，现代汽车对传动轴的效率、强度、耐久性和振动噪声等性能方面的要求也越来越高，尤其是振动噪声方面。针对传动轴受到自身及外部激励，在某些频率段范围内会引起较强烈的振动和异响的问题，通过测试分析也给出了一些改进方案，比如：在两节或多节传动轴的轴间万向节处添加带有弹性及阻尼元件的中间支撑，来补偿安装误差及行驶中发动机窜动和车架变形引起的位移；并作为积极的隔振环节，用以阻断或隔离传动轴上的振动激励通向车架和车身。

但多节传动轴中间支撑的添加，使对其模态分析存在一定的困难，因其带有弹性部件，导致传动轴与中间支撑之间存在了刚柔耦合，使传动轴垂直振动时，传动轴在中间支撑处离平衡位置的垂直位移引起的传动轴输入角、输出角变化而产生的附加激励，影响测量结果。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种多节传动轴的模态测试装置，具体技术方案如下：

一种多节传动轴的模态测试装置，包括固定架，所述固定架包括支柱和固定板，所述固定板的底面两端垂直设有支柱，所述固定板的底面中部垂直设有弹性的中部起吊机构，所述固定板的底面两侧垂直对称设有弹性的侧部起吊机构，所述侧部起吊机构吊装于双节传动轴的两端，所述双节传动轴的中部套装有中部弹性套环，所述中部弹性套环的外壁连接中部起吊机构；所述双节传动轴底部安装有升降结构的转移机构；所述固定架的一侧设有力锤，所述力锤用以锤击双节传动轴进而模拟激振器；所述双节传动轴的外壁间隔安装有振动频率检测组件。

进一步的，所述双节传动轴包括第一传动杆、长轴体、中间连接件、短轴体以及第二传动杆；所述长轴体的一端设有第一传动杆、另一端设有中间连接件，所述短轴体的一端设有中间连接件、另一端设有第二传动杆，所述长轴体、短轴体的外壁均套装有振动频率检测组件。

进一步的，所述振动频率检测组件包括第一振动频率检测机构、第二振动频率检测机构、第三振动频率检测机构以及第四振动频率检测机构；所述第一振动频率检测机构、第二振动频率检测机构间隔安装于长轴体上，所述第一振动频率检测机构、第二振动频率检测机构之间错开分布，所述第三振动频率检测机构、第四振动频率检测机构间隔安装于短轴体上。

进一步的，所述第一振动频率检测机构包括绑带，所述绑带系在长轴体的外壁，所述绑带的外壁设有兜袋，所述兜袋的内部嵌入有三向加速度传感器。

进一步的，所述中部起吊机构包括第一弹簧吊绳、第一弹簧吊环，所述第一弹簧吊环系在中部弹性套环的外壁，所述第一弹簧吊环设于第一弹簧吊绳的底端，所述第一弹簧吊绳设于固定板的底面

进一步的，所述侧部起吊机构包括第二弹簧吊绳、第二弹簧吊环，所述第二弹簧吊环套装于第一传动杆或第二传动杆上，所述第二弹簧吊环设于第二弹簧吊绳的底端，所述第二弹簧吊绳设于固定板的底面。

进一步的，所述转移机构包括底板、气动杆、顶板、支杆以及滚轮；所述底板的表面设有气动杆，所述气动杆的顶端设有顶板，所述顶板的表面两端垂直设有支杆，所述支杆的顶端设有托板。

一种多节传动轴的模态测试方法，所述测试方法包括以下步骤：

s1、转移机构将双节传动轴转移至固定架底部；

s2、将第一振动频率检测机构、第二振动频率检测机构安装在长轴体的外壁，将第三振动频率检测机构、第四振动频率检测机构安装在短轴体的外壁；

s3、中部起吊机构装配连接双节传动轴中部的中部弹性套环，侧部起吊机构装配连接双节传动轴的两端；吊装完毕后，分离转移机构；调节双节传动轴为水平悬空状态；

s4、在长轴体、短轴体上分别确定环形敲击区，在双节传动轴上建立虚拟坐标系，双节传动轴的轴线为x方向、竖直方向为z方向、垂直于x轴的水平方向为y方向；

s5、用力锤在y方向敲击各个敲击区，从起始点位置，在每个敲击区对传动轴进行5次敲击并记录三向加速度传动器测得的相应数据；测完y方向后，用力锤在z方向敲击各个敲击区，在每个敲击区对传动轴进行5次敲击并记录三向加速度传动器测得的相应数据；通过计算机对数据进行处理得到一组数据矩阵；

s6、对数据矩阵进行转置得到传动轴的转置矩阵，去掉三向加速度传动器测得的x方向数据；再通过带宽选择、极点筛选以及振型分析，即可确定双节传动轴的长轴体、短轴体的固有频率。

本发明的有益效果是：

1、弹簧吊环的刚度小，也降低了中间支撑刚度对传动轴固有频率的影响，且用同样的弹簧吊绳，减缓了两轴在中间支撑处因垂直跳动产生的位移差；

2、通过本发明提供的测试方法能够精确得到多节传动轴的模态参数。

附图说明

图1示出了本发明的多节传动轴的模态测试装置的结构示意图；

图2示出了本发明的第一振动频率检测机构结构示意图；

图3示出了本发明的转移机构结构示意图；

图4示出了本发明的双节传动轴的虚拟坐标示意图；

图中所示：1、固定架；101、支柱；102、固定板；2、双节传动轴；21、第一传动杆；22、长轴体；23、中间连接件；24、短轴体；25、第二传动杆；3、第一振动频率检测机构；31、绑带；311、兜袋；32、三向加速度传感器；4、第二振动频率检测机构；5、第三振动频率检测机构；6、第四振动频率检测机构；7、中部起吊机构；71、第一弹簧吊绳；72、第一弹簧吊环；8、侧部起吊机构；81、第二弹簧吊绳；82、第二弹簧吊环；9、转移机构；91、底板；92、气动杆；93、顶板；94、支杆；941、托板；95、滚轮；10、力锤；11、控制主机；12、中部弹性套环。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种多节传动轴的模态测试装置，包括固定架1，所述固定架1包括支柱101和固定板102，所述固定板102的底面两端垂直设有支柱101，所述固定板102的底面中部垂直设有弹性的中部起吊机构7，所述固定板102的底面两侧垂直对称设有弹性的侧部起吊机构8，所述侧部起吊机构8吊装于双节传动轴2的两端，所述双节传动轴2的中部套装有中部弹性套环12，所述中部弹性套环12的外壁连接中部起吊机构7；所述双节传动轴2底部安装有升降结构的转移机构9；所述固定架1的一侧设有力锤10，所述力锤10用以锤击双节传动轴2进而模拟激振器；所述双节传动轴2的外壁间隔安装有振动频率检测组件；力锤用以使得双节传动轴产生激振，模拟实际工作状态；起吊机构均采用弹性结构，是因为起吊机构刚度小，能够降低中间支撑刚度对传动轴固有频率的影响，减缓了双节传动轴在中间支撑处因垂直跳动产生的位移差。

作为上述技术方案的改进，所述双节传动轴2包括第一传动杆21、长轴体22、中间连接件23、短轴体24以及第二传动杆25；所述长轴体22的一端设有第一传动杆21、另一端设有中间连接件23，所述短轴体24的一端设有中间连接件23、另一端设有第二传动杆25，所述长轴体22、短轴体24的外壁均套装有振动频率检测组件；通过将振动频率检测组件布设在长轴体和短轴体上，能够实现对于双节传动轴振动过程的检测，判断长轴体、短轴体之间的频率是否一致。

作为上述技术方案的改进，所述振动频率检测组件包括第一振动频率检测机构3、第二振动频率检测机构4、第三振动频率检测机构5以及第四振动频率检测机构6；所述第一振动频率检测机构3、第二振动频率检测机构4间隔安装于长轴体22上，所述第一振动频率检测机构3、第二振动频率检测机构4之间错开分布，所述第三振动频率检测机构5、第四振动频率检测机构6间隔安装于短轴体上，每个传动柱上的两个振动频率检测机构之间错开间隔设置，可对实现对于传动柱不同位置的检测，两个传动柱上的检测机构位置相同，用以确保两个传动柱上的检测位置统一，保证检测数据的精度。

如图2所示，所述第一振动频率检测机构3包括绑带31，所述绑带31系在长轴体22的外壁，所述绑带31的外壁设有兜袋311，所述兜袋311的内部嵌入有三向加速度传感器32；三向加速度传感器用以检测x、y、z三个方向所受到的激振，兜袋的设计用以储存三向加速度传感器，绑带捆扎在传动柱上，即可实现对于三向加速度传感器的定位。

如图1所示，所述中部起吊机构7包括第一弹簧吊绳71、第一弹簧吊环72，所述第一弹簧吊环72系在中部弹性套环12的外壁，所述第一弹簧吊环72设于第一弹簧吊绳71的底端，所述第一弹簧吊绳71设于固定板102的底面；弹簧吊环的刚度小，也降低了中间支撑刚度对传动轴固有频率的影响，且用同样的弹簧吊绳，减缓了两轴在中间支撑处因垂直跳动产生的位移差。

如图1所示，所述侧部起吊机构8包括第二弹簧吊绳81、第二弹簧吊环82，所述第二弹簧吊环82套装于第一传动杆21或第二传动杆25上，所述第二弹簧吊环82设于第二弹簧吊绳81的底端，所述第二弹簧吊绳81设于固定板102的底面；侧部起吊机构用以吊起双节传动轴的两端。

如图3所示，所述转移机构9包括底板91、气动杆92、顶板93、支杆94以及滚轮95；所述底板91的表面设有气动杆92，所述气动杆92的顶端设有顶板93，所述顶板93的表面两端垂直设有支杆94，所述支杆94的顶端设有托板941；所述底板91的底面四角处安装有滚轮95；滚轮的设计方便移动，气动杆能够驱动双节传动轴的升降运动，托板能够托起长轴体、短轴体，便于稳定移送双节传动轴。

一种多节传动轴的模态测试方法，所述测试方法包括以下步骤：

s1、转移机构将双节传动轴转移至固定架底部；将双节传动轴2置于转移机构9上，两个托板941分别置于长轴体22底部、短轴体24底部，整体移动转移机构9，使得双节传动轴2置于起吊机构底部；

s2、将第一振动频率检测机构3、第二振动频率检测机构4安装在长轴体22的外壁，将第三振动频率检测机构5、第四振动频率检测机构6安装在短轴体24的外壁；此步骤用以安装各个三向加速度传动器，具体的为：将三向加速度传感器置于兜袋内，然后将绑带31捆绑在长轴体22或短轴体24上，实现三向加速度传感器固定在传动柱外壁；

s3、中部起吊机构装配连接双节传动轴中部的中部弹性套环，侧部起吊机构装配连接双节传动轴的两端；吊装完毕后，分离转移机构；调节双节传动轴为水平悬空状态；吊装时，将第一弹簧吊环72置于中部弹性套环12的外部，第二弹簧吊环82吊装于双节传动轴两端的第一传动杆21和第二传动杆25上；

s4、如图4所示，在长轴体22、短轴体24上分别确定环形敲击区位置，长轴体22上的敲击区个数较短轴体24多，在双节传动轴上建立虚拟坐标系，双节传动轴的轴线为x方向、竖直方向为z方向、垂直于x轴的水平方向为y方向；示例性的长轴体22环形敲击区为8个，短轴体24为5个；环形设计用以保证锤击点即可为z轴锤击、又可为y轴方向；

s5、用力锤在y方向敲击各个敲击区，从起始点位置，在每个敲击区对传动轴进行5次敲击并记录三向加速度传动器测得的相应数据；测完y方向后，用力锤在z方向敲击各个敲击区，在每个敲击区对传动轴进行5次敲击并记录三向加速度传动器测得的相应数据；最终会得到一组数据矩阵；y、z方向的锤击能够实现两个方向的检测，增加检测范围，提高检测精度，在锤击时，应保证y方向、z方向在敲击区上的敲击点一致；

s6、对数据矩阵进行转置得到传动轴的转置矩阵，去掉三向加速度传动器测得的x方向数据；再通过带宽选择、极点筛选以及振型分析，即可确定双节传动轴的长轴体、短轴体的固有频率；三向加速度传感器接受激励和振动响应信号，再通过模/数转换和快速傅里叶变换处理相关数据，计算出各种函数，得到多节传动轴的各阶固有频率、阻尼比和振型等参数；上述分析计算过程由控制主机11完成。

为了验证上述方法的准确性，进行如下验证试验：在数据采集软件内建立双节传动轴模态测试模型。将双节传动轴的三维模型进行有限元模态分析来验证测试结果。先对其进行有限元网格的划分，添加各零件材料属性，刚性连接模拟十字轴万向节的连接，中间支撑部分则用弹簧单元来模拟，通过这种方法计算出了传动轴的固有频率和位移云图，跟测试方法的结果相比较，发现双节传动轴一、二阶的固有频率十分接近，这样也证明了此测试方法在一定误差内的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。