三球銷式萬(wàn)向節(jié)受力及仿真分析.pdf

1、三球銷式萬(wàn)向節(jié)是驅(qū)動(dòng)軸總成滑移端中最常用的一種萬(wàn)向節(jié)。在汽車轉(zhuǎn)向和路面不平上下顛簸時(shí),球環(huán)會(huì)沿著滑槽產(chǎn)生軸向滑移,這可以彌補(bǔ)驅(qū)動(dòng)軸在軸線方向上長(zhǎng)度的變化[1]。但在傳遞運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,萬(wàn)向節(jié)內(nèi)部各零部件之間不可避免的存在受力接觸和摩擦,進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng),這會(huì)直接影響汽車行駛過(guò)程中的振動(dòng)和噪音,也會(huì)嚴(yán)重影響到驅(qū)動(dòng)軸總成的性能和使用壽命。所以,研究滑移端三球銷式萬(wàn)向節(jié)的運(yùn)動(dòng)性能、內(nèi)部的接觸力和摩擦力及其變化規(guī)律是很有必要的。
　　本文

2、首先基于三球銷式萬(wàn)向節(jié)的空間結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)模型,利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法,分析了三球銷式萬(wàn)向節(jié)在等速和非等速情況下,主要幾何參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化規(guī)律,包括:等速情況下,偏心距和球環(huán)回轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系解析式;非等速情況下,三銷架軸線與三柱槽殼軸線間擺角隨轉(zhuǎn)角的波動(dòng)關(guān)系式;在固定擺角條件下,偏心距以及輸出角與輸入角之差隨轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律;三銷架中心相對(duì)于三銷架平面和三柱槽殼平面的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　其次,對(duì)球環(huán)進(jìn)行了接觸壓力和摩擦力的分析。在分析中,通

3、過(guò)球環(huán)與滑槽和銷軸的接觸,將作用在三柱槽殼上的扭矩和運(yùn)動(dòng)傳遞給三銷架,這樣球環(huán)與銷軸、與滑槽間會(huì)存在接觸壓力,以及通過(guò)解析法分析了接觸力隨擺角和轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。同時(shí),還分析了球環(huán)在沿著滑槽滑進(jìn)和滑出時(shí)球環(huán)與滑槽間的摩擦力,球環(huán)沿著銷軸軸線滑動(dòng)和滾動(dòng)時(shí)的摩擦力,進(jìn)而推導(dǎo)了由摩擦力所引起的萬(wàn)向節(jié)軸向竄動(dòng)力以及三銷架所受徑向力的解析式。為了便于理解,通過(guò)M a tla b圖形可視化功能,分析了軸向力和徑向力隨轉(zhuǎn)角和擺角的變化規(guī)律。
　　

4、然后,利用Solidworks對(duì)三球銷式萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行參數(shù)化幾何建模,再導(dǎo)入到A dam s中建立了含間隙的多體動(dòng)力學(xué)模型,為了更真實(shí)的描述萬(wàn)向節(jié)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),球環(huán)與滑槽、球環(huán)與銷軸間是通過(guò)接觸碰撞力和摩擦力相互關(guān)聯(lián)的,接觸碰撞力采用的是非線性等效彈簧阻尼模型,摩擦力采用的是修正的庫(kù)倫摩擦模型。
　　最后,基于A dam s中建立的三球銷式萬(wàn)向節(jié)含間隙的多體動(dòng)力學(xué)模型,在虛擬樣機(jī)中首先對(duì)萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行了等速性測(cè)試、輸出角角速度測(cè)試以及三

5、銷架中心和球環(huán)中心位置曲線測(cè)試,驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性和可靠性。然后將球環(huán)與滑槽、球環(huán)與銷軸間的法向接觸力和切向接觸力進(jìn)行了仿真分析,并將仿真結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析兩組結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因。其次,對(duì)三球銷式萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行了振動(dòng)性能的分析,發(fā)現(xiàn)軸線方向的振動(dòng)要遠(yuǎn)大于徑向方向的振動(dòng),這與三球銷式萬(wàn)向節(jié)是軸向滑移式萬(wàn)向節(jié)是相匹配的。
　　分析結(jié)果表明:三球銷式萬(wàn)向節(jié)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非等速萬(wàn)向節(jié),擺角隨轉(zhuǎn)角呈周期性變化規(guī)律,同時(shí)隨著擺角的波動(dòng)

6、,偏心距e、輸入角與輸出角之差中-0也會(huì)隨轉(zhuǎn)角呈周期性變化,變化周期均為這與三個(gè)球環(huán)在三銷架平面上的均布有關(guān)。球環(huán)與滑槽間的摩擦力是引起三球銷式萬(wàn)向節(jié)軸向竄動(dòng)的主要原因之一,球環(huán)和銷軸間的摩擦力是引起三銷架徑向振動(dòng)和偏轉(zhuǎn)扭矩的主要原因,并且三銷架軸線方向的振動(dòng)遠(yuǎn)大于徑向方向的振動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)減小摩擦系數(shù)、減小擺角,來(lái)減小軸向力、徑向力和偏轉(zhuǎn)扭矩等,進(jìn)而減小三球銷式萬(wàn)向節(jié)在汽車轉(zhuǎn)彎、啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)。該研究結(jié)果為三球銷式萬(wàn)向節(jié)的結(jié)