一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法与流程

1.本发明涉及传动轴技术领域，具体为一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法。


背景技术：

2.等速万向节在机械工程和汽车工业的发展中起到重要的作用,它是汽车的关键零部件之一,保证了从力轴与主动轴的转速相等"。在前置发动机前置驱动汽车上，由差速器传出的动力经三枢轴式万向节和求笼式万向节传递给车轮轮毂，实现汽车的驱动和旋转，汽车行驶过程中，由于车轮在凹凸路面激励下上下飞动及转向时，三枢轴式万向节与球笼式万向节轴间民角经常发生变化，等速驱动轴零部件间存在滑动与动摩擦,在传递动力过程中产生能量损失,不仅引起，区动力减少增加耗油量甚至引起万向节的磨损，致使传动效率下降，所以研究传动效率很重要,它是评定等速驱动轴性能的主要指标之一。国内很多学者对传动效率作了研究:利用虚拟样机技术仿真的等速驱动轴是全钢体模型，对于实际工况不够准确；只是对固定轴间夹角的等速驱动轴进行仿真,轴间夹角变化不具有连续性。


技术实现要素：

3.本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述和/或现有等速万向节传动轴测试中存在的问题，提出了本发明。
5.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
6.一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法，其包括：
7.s1、通过三维建模软件创建等速万向节三维实体模型；
8.s2、应用工程仿真软件对创建的等速万向节传动轴模型的芯轴作柔性处理，并导入至机械系统力学分析模型中；
9.s3、建立刚柔耦合动力学模型并分析等速万向节传动轴在不同轴间夹角的传动效率。
10.作为本发明所述的一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的一种优选方案，其中，所述步骤s2中，应用工程仿真软件对等速万向节传动轴的芯轴作柔性处理具体步骤如下：
11.对等速万向节传动轴的芯轴作简化处理；
12.为简化处理等速万向节传动轴的芯轴选择单元类型；
13.对选择单元类型后的芯轴定义外部连接点并生成刚性区域，在轴的两端定义两个刚性点，并连接周围节点生成刚性区域，用于与轴毂和星形套添加约束及承受载荷。
14.作为本发明所述的xxx的一种优选方案，其中，所述对等速万向节传动轴的芯轴作
简化处理具体步骤如下：对等速万向节传动轴的芯轴去除花键和圆角。
15.作为本发明所述的一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的一种优选方案，其中，简化处理等速万向节传动轴的芯轴选择单元类型的具体步骤如下：芯轴的实体单元选择solid185、质量单元选择mass21、轴心的材料为40cr，弹性模量e＝2.11x10"n/m2,泊松比μ＝0.277,密度ρ＝7 870kg/m。
16.作为本发明所述的一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的一种优选方案，其中，通过三维建模软件创建等速万向节三维实体模型的具体步骤如下：对等速万向节传动轴的零件进行简化，简化后零件包括:三柱槽壳、轴毂、9个滚针、3个轴承圈、芯轴、星形套、保持架、6个钢球和钟形壳，应用建模软件对简化的零件建模并根据位置关系进行装配，其中钢球与保持架内框间隙为零，然后将装配体模型保存。
17.作为本发明所述的一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的一种优选方案，其中，建立刚柔耦合动力学模型的具体步骤如下：对导入至机械系统力学分析模型中的等速万向节传动轴施加约束与载荷:对三柱槽壳施加相对于大地的转动副并添加旋转驱动为600(
°
)/s,对钟形壳施加相对于星形套的转动副并添加旋转驱动为5(
°
)/s,使得三柱槽壳轴与芯轴无夹角、钟形壳与芯轴有5(
°
)/s夹角,实现轴间夹角的逐渐增加，轴毂与芯轴、星形套与芯轴以花键连接,定义两个零件间通过外部连接点固定在一起，轴毂与滚针也固定在一起。
18.作为本发明所述的一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的一种优选方案，其中，轴承圈与三柱柱槽壳、轴承圈与滚针、保持架与星形套、保持架与钟形壳、钢球与保持架、钢球与星形套、钢球与钟形壳之间定义为接触碰撞的力约束,共32对。
19.作为本发明所述的一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的一种优选方案，其中，所述步骤s3中，分析等速万向节传动轴在不同轴间夹角的传动效率的具体步骤如下：传动轴的传动效率定义为输出功率与输入功率之比,通过分析等速传动轴输入轴(三柱槽壳轴)与输出，轴(钟形壳轴)的转矩和转速,即可按下式计算轴间夹角在0-30
°
传动效率；
[0020][0021]
其中，t1和t2为输入轴和输出轴转矩,n1和n2输入轴和输出轴转速。
[0022]
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明构建了由三枢轴式万向节和球笼式万向节组成的汽车等速驱动轴总成的三维实体模型,应用ansys对芯轴做柔性处理并导入adams中,建立了刚柔耦合动力学模型对其进行动力学仿真,通过对等速驱动轴进行模拟,结果表明,等速驱动轴具有等速性,而且随着轴间夹角增大,传动效率降低,能量损失越严重。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0024]
图1为本发明一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的芯轴的钢性区域图；
[0025]
图2为本发明等速万向节传动轴的钢性耦合模型；
[0026]
图3为本发明一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的输入轴与输出轴轴间夹角的转矩差；
[0027]
图4为本发明一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的不同轴间夹角的转速差；
[0028]
图5为本发明一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法的不同轴间夹角的传动效率。
具体实施方式
[0029]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0030]
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0031]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
[0032]
本发明提供一种等速万向节传动轴传递效率的预测方法，其包括：
[0033]
s1、通过三维建模软件创建等速万向节三维实体模型，具体的，对等速万向节传动轴的零件进行简化，简化后零件包括:三柱槽壳、轴毂、9个滚针、3个轴承圈、芯轴、星形套、保持架、6个钢球和钟形壳，应用建模软件对简化的零件建模并根据位置关系进行装配，其中钢球与保持架内框间隙为零，然后将装配体模型保存。
[0034]
s2、应用工程仿真软件对创建的等速万向节传动轴模型的芯轴作柔性处理，并导入至机械系统力学分析模型中，具体的，对等速万向节传动轴的芯轴作简化处理；为简化处理等速万向节传动轴的芯轴选择单元类型，对选择单元类型后的芯轴定义外部连接点并生成刚性区域，在轴的两端定义两个刚性点，并连接周围节点生成刚性区域，如图1所示，用于与轴毂和星形套添加约束及承受载荷，所述对等速万向节传动轴的芯轴作简化处理具体步骤如下：对等速万向节传动轴的芯轴去除花键和圆角，简化处理等速万向节传动轴的芯轴选择单元类型的具体步骤如下：芯轴的实体单元选择solid185、质量单元选择mass21、轴心的材料为40cr，弹性模量e＝2.11x10"n/m2,泊松比μ＝0.277,密度ρ＝7 870kg/m。
[0035]
s3、建立刚柔耦合动力学模型并分析等速万向节传动轴在不同轴间夹角的传动效率。刚柔耦合动力学模型如图2所示，具体的，建立刚柔耦合动力学模型的具体步骤如下：对导入至机械系统力学分析模型中的等速万向节传动轴施加约束与载荷:对三柱槽壳施加相对于大地的转动副并添加旋转驱动为600(
°
)/s,对钟形壳施加相对于星形套的转动副并添加旋转驱动为5(
°
)/s,使得三柱槽壳轴与芯轴无夹角、钟形壳与芯轴有5(
°
)/s夹角,实现轴间夹角的逐渐增加，轴毂与芯轴、星形套与芯轴以花键连接,定义两个零件间通过外部连接点固定在一起，轴毂与滚针也固定在一起，轴承圈与三柱柱槽壳、轴承圈与滚针、保持架与星形套、保持架与钟形壳、钢球与保持架、钢球与星形套、钢球与钟形壳之间定义为接触碰撞的力约束,共32对。析等速万向节传动轴在不同轴间夹角的传动效率的具体步骤如下：传动轴的传动效率定义为输出功率与输入功率之比,通过分析等速传动轴输入轴(三柱槽壳
轴)与输出，轴(钟形壳轴)的转矩和转速,即可按下式计算轴间夹角在0-30
°
传动效率；
[0036][0037]
其中，t1和t2为输入轴和输出轴转矩,n1和n2输入轴和输出轴转速。
[0038]
由图3可以看出随着轴间夹角增大,转矩差逐渐增大。通过图4看出:轴间夹角在0-30
°
,输入轴与输轴的转速差在0位置上下波动,验证了等速驱动轴的等速性。设定输入轴与输出轴转速相等，通过式计算等速驱动轴轴间夹角在0
°
,10
°
,20
°
,30
°
的传动效率并绘制如图5所示的传动效率图。由图5可以得出,随着等速驱动轴轴间夹角增大,传动效率最大,为98.722％。由此可知，应用ansys对汽车等速驱动轴的芯轴做柔性处理，并应用adams软件对处理的等速驱动轴模拟可以使得等速驱动轴输入轴与输出轴转速差大致为0,验证了等速驱动轴具有等速性，等速驱动轴随着轴间夹角增大,传动效率逐渐。降低
[0039]
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。