基于汽车NVH提升的传动轴优化仿真分析与实验验证

Birfield球笼万向节具有等速传递、附加弯矩平稳等优点。结合传动轴中间支承的振动对传动轴动力性能和车内噪声的影响,提出采用将中间十字轴万向节替换为Birfield球笼万向节的设计方案。通过ADAMS虚拟样机对三段式十字轴万向节传动轴和Birfield球笼万向节传动轴在不同输入转速、不同主轴轴间夹角条件下进行仿真,分析表明Birfield球笼万向节传动轴的中间支承振动加速度变化和转矩波动更趋于平稳。分别对装有两种传动轴的实验样车进行整车车内噪声实验对比分析,实验表明Birfield球笼万向节能有效改善车内噪声,在中低速区域明显低于十字轴万向节传动轴车辆约5dB,提升了整车NVH性能。

球笼式等速万向节设计研究

对球笼式等速万向节滚道截形椭圆的几何形状设计和接触应力计算进行了较详细的分析,提出了较实用的等速万向节寿命估算公式,同时对球笼式等速万向节两个重要参数———偏心距和滚道弧长进行了设计研究。

伯菲尔德(BIRFIELD)角接触等速万向节的设计

Birfield万向节的特点英国制造的Birfield万向节是在Rzeppa万向节的基础上进行了较大的改进。在早期的球笼(Rzeppa)万向节上,球笼是受一导向装置的控制。该导向装置同时作用在球笼的内外构件上,是它把球锁止在轴交角平分面上。经改进后的Birfield万向节更简单更有效。该万向节球的运动轨迹不再严格遵循球面曲率,而是运动在球面弧上。

球笼式等速万向节不同夹角下强度分析

采用准静态接触仿真分析方法,对不同工作夹角的情况下的球笼式等速万向节分别进行应力分析,得到各零件的应力分布和薄弱点,并将仿真结果与试验相对比,验证模型的准确性及合理性。结果表明:当夹角达到30°时,保持架受到钟形壳和星形套的挤压,单侧钢球出现与球道脱离的趋势;当夹角达到45°时,该侧2个钢球与球道几乎完全脱离,同时另外一侧2个钢球与保持架也发生脱离。由于受挤压作用,大夹角下保持架应力主要位于两根筋上。

球笼式等速万向节寿命分析和预测

球笼式等速万向节作为旋转轴之间连接的关键部件,可以克服普通十字轴万向节所存在的不等速问题,同时自身也具备较强的刚度。结合淬火工艺对某型号球笼式等速万向节在特定工况下的寿命进行分析,得到各个零部件的寿命云图以确定不同零件不同位置在该工况下的理论寿命,发现其薄弱点。结果表明,淬硬层的增加使零件寿命大大提高,为万向节的设计改进和优化提供了思路借鉴。