球笼式等速万向节的多体动力学仿真分析方法.pdfVIP

第2卷第2期 动力学与控制学报 Vol。2，No．2 2004年6月 Jun．20 4 JOURNALOFDYNAMICSANDCONTROL0 g；；z；‘；；；；目I 1日；‘∞__i；；；i；≈=；；；；_；目_I_∞#；j；；=i；i；；目_目；；目日_j__日_‘女t 球笼式等速万向节的多体动力学仿真分析方法 张云清 覃 刚 任卫群 陈立平 (华中科技大学CAD中心。武汉430074) 摘要球笼式等逮万向节是广泛应用于转向驱动轴和具有独立悬架的驱动轴的关键部件．其工作过程中的 动态特性对其传动性能及寿命有很大影响．本文利用多体系统动力学及解析罚函数法建立了球笼式等速万 向节的多体接触碰撞力学模型，对其动态性能进行了仿真，利用赫兹接触应力进行了动态接触应力分析，并 且考虑了关键制造公差对球笼式等速万向节动态特性及动态接触应力的影响，为球笼式等速万向节的动态 设计提供了一种新方法． 关键词 球笼式等速万向节，多体系统动力学，接触碰撞，接触应力 静态的和离散的，通常只能假设万向节处于一个或 者某几个特殊位置时，进行接触应力的计算和校 引 言 核．这就使得接触应力的计算带有不准确性，在实 际设计时，只能通过提高安全系数来补偿，从而缩 球笼式等速万向节作为汽车传动系的关键零 小了产品的使用范围或增加了产品的重量．由于应 部件之一广泛应用于转向驱动轴和具有独立悬架 力计算的离散性，而且很难考虑制造公差、摩擦力 的驱动轴．其结构如图1所示．其中标号。为万向 和惯性力对性能的影响，若要以接触应力作为目标 节中心，1为主动轴，2为保持架，3为钢球，4为星 函数进行参数优化则很困难．多体系统动力学模型 形套。5为钟形套．星形套与保持架以及保持架与 已经在等速万向节的运动学动力学中应用【7l。但没 钟形壳之间均为球面配合，且星形套外球面、保持 有考虑接触问题．文献[8]介绍了基于多体系统动 架内外球面及钟形壳内球面的球心均重合使万向 力学模型的球笼式等速万向节的仿真系统． 节的中心0保持不变。星形套内滚道中心B与球 形壳外滚道中心A分别位于万向节中心。两边， 且等距，此时钢球球心C到主动轴的距离a和到 从动轴的距离b相等，从而保证了从动轴与主动轴 以相等的角速度旋转【1】．由于球笼式等速万向节的 生产专业性强，并且存在专利保护，发表的文献相 对较少． 球笼式万向节工作时。是依靠钢球和球道相互 啮合(接触碰撞)，将载荷从主动轴传给从动轴的． 在进行万向节的设计时，准确计算钢球和内外球道 的压力和接触应力时至关重要的，因为这是判断强 图1球笼式万向节结构图 度和寿命的依据，也是衡量万向节性能的一个重要 COnstant №．1 BBll∞ge velocityjoint$trucUlre 指标[21．由于其各部件问的配合尺寸对产品性能有 本文在分析球笼式等速万向节各构件问主要 很大影响，因此要求其设计尺寸恰当，其加工制造 受力的基础上，建立了基于接触碰撞的万向节多体 精度高．以往文献[1-6]关于接触应力的计算是准