雙十字軸萬向節特性分析及仿真優化

呂曉明

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京　101300）

Lü Xiaoming

雙十字軸萬向節特性分析及仿真優化

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轉向力不均現象，針對此項問題，應用ADAMS軟件建立轉向系統雙十字軸萬向節傳動動力學仿真模型。仿真結果表明轉向節相位角空間位置不當可造成轉向盤力矩波動，觀察萬向節傳動的諧振運動，優化相位角使其力矩波動達到最小。

關鍵詞：轉向力；相位角；雙十字軸

0　引言

在轎車中，車輛上典型的轉向系統常采用雙十字軸萬向節傳動，如圖1所示。萬向節上下2個節叉之間位置、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轉向力不均現象，嚴重影響車輛主觀評價性能，需要合理設計車輛轉向系統的萬向節位置和角度。因此，針對此問題，應用ADAMS軟件對萬向節傳動運動特性建模和進行仿真分析。

1　雙十字軸萬向節傳動

為避免力矩波動，實際應用中多采用雙十字軸式萬向節。在布置轉向節位置時，受到空間的限制，使同轉動軸相連的2個萬向節不在同一平面內，導致傳動系統輸出端產生力矩波動。為了減小力矩波動，可以優化萬向節空間位置，也可以調整中間軸上主動叉和從動叉之間的相位角。

2　仿真分析及優化

2.1仿真模型建立

根據轉向傳動裝置雙十字軸萬向節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角速度為560o/s的驅動，節叉端點的連接如圖2所示，建立2個虎克副時需要注意初始十字軸方向，在數模中量取各軸線的方向點，設置虎克副的方向與數模方向一致，建立空間轉向仿真分析模型，如圖3所示。

2.2仿真分析

設置完成后進行仿真計算。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，輸入軸和輸出軸轉角差值為周期函數，且轉向管柱在初始相位角下轉角差波動較大。

2.3仿真優化

模型優化目標，使輸入軸和輸出軸轉角差波動最小。優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，從動叉依次旋轉相應角度，得到仿真趨勢見表1。

表1　相位角與轉角差（°）

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

通過轉動從動叉角度，在相位角為5°的時候，轉角差波動達到最小。

從圖6可以看出，相位角為5°時，轉角差由初始狀態的9.84下降到2.95，轉速波動下降了70％。

3　結論

利用ADAMS軟件，建立雙十字軸萬向節模型進行仿真分析，以輸出軸力矩波動最小為目標，通過優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。

參考文獻

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[4]陳家瑞.汽車構造[M].北京：人民交通出版社，2005.

收稿日期：2015-06-02

文章編號：1002-4581（2015）05-0009-02

中圖分類號：U463.46

文獻標志碼：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2015.05.003