雙十字軸萬向節(jié)特性分析及仿真優(yōu)化

呂曉明

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京　101300）

Lü Xiaoming

雙十字軸萬向節(jié)特性分析及仿真優(yōu)化

呂曉明

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京101300）

Lü Xiaoming

摘要：某款車在整車評價過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)向力不均現(xiàn)象，針對此項問題，應(yīng)用ADAMS軟件建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雙十字軸萬向節(jié)傳動動力學(xué)仿真模型。仿真結(jié)果表明轉(zhuǎn)向節(jié)相位角空間位置不當(dāng)可造成轉(zhuǎn)向盤力矩波動，觀察萬向節(jié)傳動的諧振運(yùn)動，優(yōu)化相位角使其力矩波動達(dá)到最小。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向力；相位角；雙十字軸

0　引言

在轎車中，車輛上典型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常采用雙十字軸萬向節(jié)傳動，如圖1所示。萬向節(jié)上下2個節(jié)叉之間位置、角度不同，傳遞的力矩變化也不同，在某款轎車上整車評價時出現(xiàn)轉(zhuǎn)向力不均現(xiàn)象，嚴(yán)重影響車輛主觀評價性能，需要合理設(shè)計車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的萬向節(jié)位置和角度。因此，針對此問題，應(yīng)用ADAMS軟件對萬向節(jié)傳動運(yùn)動特性建模和進(jìn)行仿真分析。

1　雙十字軸萬向節(jié)傳動

為避免力矩波動，實際應(yīng)用中多采用雙十字軸式萬向節(jié)。在布置轉(zhuǎn)向節(jié)位置時，受到空間的限制，使同轉(zhuǎn)動軸相連的2個萬向節(jié)不在同一平面內(nèi)，導(dǎo)致傳動系統(tǒng)輸出端產(chǎn)生力矩波動。為了減小力矩波動，可以優(yōu)化萬向節(jié)空間位置，也可以調(diào)整中間軸上主動叉和從動叉之間的相位角。

2　仿真分析及優(yōu)化

2.1仿真模型建立

根據(jù)轉(zhuǎn)向傳動裝置雙十字軸萬向節(jié)模型和硬點位置分別建立主動軸、中間軸、從動軸，在主動軸上施加一個額定轉(zhuǎn)角速度為560o/s的驅(qū)動，節(jié)叉端點的連接如圖2所示，建立2個虎克副時需要注意初始十字軸方向，在數(shù)模中量取各軸線的方向點，設(shè)置虎克副的方向與數(shù)模方向一致，建立空間轉(zhuǎn)向仿真分析模型，如圖3所示。

2.2仿真分析

設(shè)置完成后進(jìn)行仿真計算。初始相位角為72o，在后處理中觀察輸入軸和輸出軸的角速度，其角速度差值如圖4所示。

從圖4可以看出，輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)角差值為周期函數(shù)，且轉(zhuǎn)向管柱在初始相位角下轉(zhuǎn)角差波動較大。

2.3仿真優(yōu)化

模型優(yōu)化目標(biāo)，使輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)角差波動最小。優(yōu)化變量為中間軸相位角，從模型的初始位置開始，主動叉不變，從動叉依次旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，得到仿真趨勢見表1。

表1　相位角與轉(zhuǎn)角差（°）

隨著相位角逐漸減小，從趨勢上看，最小轉(zhuǎn)角差值在[0°，10°]之間，且相位角在依次減小的0°～90°區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)角差值不存在多峰值問題，如圖5所示。

通過轉(zhuǎn)動從動叉角度，在相位角為5°的時候，轉(zhuǎn)角差波動達(dá)到最小。

從圖6可以看出，相位角為5°時，轉(zhuǎn)角差由初始狀態(tài)的9.84下降到2.95，轉(zhuǎn)速波動下降了70％。

3　結(jié)論

利用ADAMS軟件，建立雙十字軸萬向節(jié)模型進(jìn)行仿真分析，以輸出軸力矩波動最小為目標(biāo)，通過優(yōu)化中間傳動軸從動叉與主動叉的相位角，得出最佳的中間軸相位角布置方案。

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收稿日期：2015-06-02

文章編號：1002-4581（2015）05-0009-02

中圖分類號：U463.46

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2015.05.003