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原文传递三球销式万向节受力及仿真分析

论文题名：	三球销式万向节受力及仿真分析
关键词：	三球销式万向节;运动学;受力分析;Adams仿真分析;振动性能
摘要：	三球销式万向节是驱动轴总成滑移端中最常用的一种万向节。在汽车转向和路面不平上下颠簸时,球环会沿着滑槽产生轴向滑移,这可以弥补驱动轴在轴线方向上长度的变化[1]。但在传递运动的过程中,万向节内部各零部件之间不可避免的存在受力接触和摩擦,进而会产生轴向窜动,这会直接影响汽车行驶过程中的振动和噪音,也会严重影响到驱动轴总成的性能和使用寿命。所以,研究滑移端三球销式万向节的运动性能、内部的接触力和摩擦力及其变化规律是很有必要的。　　本文首先基于三球销式万向节的空间结构以及运动模型,利用坐标转换的方法,分析了三球销式万向节在等速和非等速情况下,主要几何参数及运动参数的变化规律,包括:等速情况下,偏心距和球环回转半径的关系解析式;非等速情况下,三销架轴线与三柱槽壳轴线间摆角随转角的波动关系式;在固定摆角条件下,偏心距以及输出角与输入角之差随转角的变化规律;三销架中心相对于三销架平面和三柱槽壳平面的运动轨迹。　　其次,对球环进行了接触压力和摩擦力的分析。在分析中,通过球环与滑槽和销轴的接触,将作用在三柱槽壳上的扭矩和运动传递给三销架,这样球环与销轴、与滑槽间会存在接触压力,以及通过解析法分析了接触力随摆角和转角的变化规律。同时,还分析了球环在沿着滑槽滑进和滑出时球环与滑槽间的摩擦力,球环沿着销轴轴线滑动和滚动时的摩擦力,进而推导了由摩擦力所引起的万向节轴向窜动力以及三销架所受径向力的解析式。为了便于理解,通过M a tla b图形可视化功能,分析了轴向力和径向力随转角和摆角的变化规律。　　然后,利用Solidworks对三球销式万向节进行参数化几何建模,再导入到A dam s中建立了含间隙的多体动力学模型,为了更真实的描述万向节内部的运动状态,球环与滑槽、球环与销轴间是通过接触碰撞力和摩擦力相互关联的,接触碰撞力采用的是非线性等效弹簧阻尼模型,摩擦力采用的是修正的库伦摩擦模型。　　最后,基于A dam s中建立的三球销式万向节含间隙的多体动力学模型,在虚拟样机中首先对万向节进行了等速性测试、输出角角速度测试以及三销架中心和球环中心位置曲线测试,验证了仿真模型的准确性和可靠性。然后将球环与滑槽、球环与销轴间的法向接触力和切向接触力进行了仿真分析,并将仿真结果与理论结果进行对比,分析两组结果产生误差的原因。其次,对三球销式万向节进行了振动性能的分析,发现轴线方向的振动要远大于径向方向的振动,这与三球销式万向节是轴向滑移式万向节是相匹配的。　　分析结果表明:三球销式万向节实质上是一个非等速万向节,摆角随转角呈周期性变化规律,同时随着摆角的波动,偏心距e、输入角与输出角之差中-0也会随转角呈周期性变化,变化周期均为这与三个球环在三销架平面上的均布有关。球环与滑槽间的摩擦力是引起三球销式万向节轴向窜动的主要原因之一,球环和销轴间的摩擦力是引起三销架径向振动和偏转扭矩的主要原因,并且三销架轴线方向的振动远大于径向方向的振动。可以通过减小摩擦系数、减小摆角,来减小轴向力、径向力和偏转扭矩等,进而减小三球销式万向节在汽车转弯、启动和制动过程中产生的振动。该研究结果为三球销式万向节的结构设计提供了理论依据,同时对其转配工艺、今后的摩擦磨损研究和振动分析有一定的参考价值。
作者：	郑娇娇
专业：	机械制造及其自动化
导师：	郭常宁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文