双十字轴万向节特性分析及仿真优化

吕晓明

（北京汽车股份有限公司汽车研究院，北京　101300）

Lü Xiaoming

双十字轴万向节特性分析及仿真优化

吕晓明

（北京汽车股份有限公司汽车研究院，北京101300）

Lü Xiaoming

摘要：某款车在整车评价过程中出现转向力不均现象，针对此项问题，应用ADAMS软件建立转向系统双十字轴万向节传动动力学仿真模型。仿真结果表明转向节相位角空间位置不当可造成转向盘力矩波动，观察万向节传动的谐振运动，优化相位角使其力矩波动达到最小。

关键词：转向力；相位角；双十字轴

0　引言

在轿车中，车辆上典型的转向系统常采用双十字轴万向节传动，如图1所示。万向节上下2个节叉之间位置、角度不同，传递的力矩变化也不同，在某款轿车上整车评价时出现转向力不均现象，严重影响车辆主观评价性能，需要合理设计车辆转向系统的万向节位置和角度。因此，针对此问题，应用ADAMS软件对万向节传动运动特性建模和进行仿真分析。

1　双十字轴万向节传动

为避免力矩波动，实际应用中多采用双十字轴式万向节。在布置转向节位置时，受到空间的限制，使同转动轴相连的2个万向节不在同一平面内，导致传动系统输出端产生力矩波动。为了减小力矩波动，可以优化万向节空间位置，也可以调整中间轴上主动叉和从动叉之间的相位角。

2　仿真分析及优化

2.1仿真模型建立

根据转向传动装置双十字轴万向节模型和硬点位置分别建立主动轴、中间轴、从动轴，在主动轴上施加一个额定转角速度为560º/s的驱动，节叉端点的连接如图2所示，建立2个虎克副时需要注意初始十字轴方向，在数模中量取各轴线的方向点，设置虎克副的方向与数模方向一致，建立空间转向仿真分析模型，如图3所示。

2.2仿真分析

设置完成后进行仿真计算。初始相位角为72º，在后处理中观察输入轴和输出轴的角速度，其角速度差值如图4所示。

从图4可以看出，输入轴和输出轴转角差值为周期函数，且转向管柱在初始相位角下转角差波动较大。

2.3仿真优化

模型优化目标，使输入轴和输出轴转角差波动最小。优化变量为中间轴相位角，从模型的初始位置开始，主动叉不变，从动叉依次旋转相应角度，得到仿真趋势见表1。

表1　相位角与转角差（°）

随着相位角逐渐减小，从趋势上看，最小转角差值在[0°，10°]之间，且相位角在依次减小的0°～90°区间内转角差值不存在多峰值问题，如图5所示。

通过转动从动叉角度，在相位角为5°的时候，转角差波动达到最小。

从图6可以看出，相位角为5°时，转角差由初始状态的9.84下降到2.95，转速波动下降了70％。

3　结论

利用ADAMS软件，建立双十字轴万向节模型进行仿真分析，以输出轴力矩波动最小为目标，通过优化中间传动轴从动叉与主动叉的相位角，得出最佳的中间轴相位角布置方案。

参考文献

[1]王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]MSC.Software.MSC.ADAMS/View高级培训教程[Z].

[3]耶尔森.赖姆帕尔.汽车底盘基础[M].张洪欣，译.北京：科学普及出版社，1992.

[4]陈家瑞.汽车构造[M].北京：人民交通出版社，2005.

收稿日期：2015-06-02

文章编号：1002-4581（2015）05-0009-02

中图分类号：U463.46

文献标志码：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2015.05.003