包含动力总成运动的驱动轴运动分析方法

2020-12-15段维

汽车实用技术 2020年22期

段维

摘要：文章主要研究在驱动轴的运动分析中加入28个工况的动力总成运动的方法，通过应用CATIA中的设计表功能，创建一个带有描述动力总成平移和翻转的运动参数的内球笼数据模型。在整合进入悬架运动模型后，可以实现悬架运动模型可实时描述动力总成运动的功能，达到简化分析过程，提高工作效率的目的。结果表明，该方法应用简便，可提高驱动轴运动分析的准确性，缩短了开发周期。

关键词：驱动轴;28工况;参数化;运动分析

中图分类号：U462.1 文献标志码：A 文章编号：1671-7988（2020）22-40-03

Abstract： This paper mainly studies the method of adding 28 working conditions of the power assembly to the motion analysis of the Driving shaft. It created an inner cage model with motion parameters describing the power assemblys translation and flip， by using the design table feature in CATIA. After integration into the suspension motion model， in real time， it realize the function of describing the power assemblys motion in the suspension motion model. And it simplify the analysis process and improve work efficiency. The result shows that this method is simple to use， and it can improve the accuracy of driving shaft motion analysis， and shorten the development cycle.

Keywords： Driving shaft; 28 working conditions; Parameterization; Motion analysis

CLC NO.： U462.1 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）22-40-03

引言

目前，针对驱动轴的滑移校核与运动分析大部分仅是在动力总成设计位置进行，比较少考虑因动力总成的运动引起的驱动轴内球笼位置的变化，这使得驱动轴的运动分析不够完善。对于考虑动力总成运动的，需要对驱动轴内球笼进行大量的坐标变换，同时还需对悬架DMU运动模型中的驱动轴轴杆与内球笼的约束进行重复设置。

本文通过CATIA自带的设计表命令，建立一个参数化的内球笼数据模型，与参数化的悬架DMU运动模型进行整合，只需要在设计表内选取某一行参数，即可自动切换内球笼的运动状态，并保持和动力总成的某个运动工况相同。同时，并不破坏悬架DMU运动模型原有的运动副和约束，切换完成后，DMU仍可直接使用，无需重新设置，节约大量的数据处理时间。

1 输入

为了让工作更加简单，我们可以建立一个参数化的悬架DMU运动模型，即仅通过更改含有硬点坐标的Excel表格，即可更新悬架的DMU运动模型。如果没有，也不影响此方法的应用。首先，我们需要获得动力总成悬置系统的计算报告。从中，我们可以得到我们的目标项目对应的动力总成的质心坐标以及动力总成的位移和翻转，即我们俗称的“28工况”。

参数表中首行参数名称添加单引号与单位，是为了让CATIA更方便的识别我们的参数。X、Y、Z表示动力总成沿着对应的坐标轴的位移;AX、AY、AZ分别表示动力总成沿着对应的坐标轴进行旋转。

2 建立内球笼的参数化模型

2.1 建立内球籠初步数据模型

新建一个CATpart文件，在此文件中依次进行以下操作：

（1）建面：提取左、右内球笼外轮廓面，并存放于该CATpart模型中;

（2）建点、线：创建左、右驱动轴内球笼的硬点，该硬点为驱动轴轴杆与内球笼的铰接点。连接左、右两点，两端分别延长100mm（此值可根据喜好而定，一般>20，为之后滑移率校核提供滑移量的参考）;

（3）建立动力总成的质心坐标，并过此点建立一个与动力总成坐标系相同的轴系。

2.2 引用工况参数表

使用CATIA的设计表命令，在上述CATpart文件中引用工况表格。关联并创建代表动力总成位移及翻转的六个参数。创建成功后，特征树上将出现相关的参数，如图2。

2.3 坐标变换

因为驱动轴内球笼是随着动力总成一起运动的，在完成对工况参数表的引用后，我们需要对驱动轴的内球笼按照动力总成的运动状态进行坐标变换。

将2.1中所述的线与面先按照对应的坐标进行平移，然后沿着2.1中3）所述轴系分别对平移后的点、线、面进行旋转。平移和旋转的具体值均用CATIA的公式编辑器引用2.2中的参数，最后得到的结果即为内球笼在该工况下的位置。

3 与DMU进行整合

在搭建悬架的DMU运动模型时，将内球笼数据用上述参数化的内球笼进行替换。驱动轴外球笼与转向节固联，外球笼与驱动轴轴杆为通用结合，驱动轴轴杆与内球笼为“点-线”结合，轴杆中心线的端点在内球笼中心线上滑动。值得注意的是，这里的内球笼中心线应选择2.1中所述的直线进行坐标变换后的结果。

在CATIA数字样机中添加运动副时，CATIA会自动添加相关的约束，但是在添加部分运动副时，系统不一定会添加相应的约束，为了避免切换工况时更新出错，这里需要手动添加驱动轴轴杆中心线外侧端点与外球笼铰接点的相合约束;以及驱动轴轴杆中心线内侧端点与内球笼中心线的相合约束，如图3所示。

在完成悬架DMU运动模型的其他运动副的设置后，即可对驱动轴进行运动分析。若要将内球笼的运动位置切换到某一个动力总成的运动工况下时，仅需要双击参数化的内球笼中特征树上的数据表，在弹出的窗口中选择所需要的参数行即可完成运动参数的切换。之后，需要在根产品文件下进行全局更新，即完成了运动工况的切换，如图4所示。

4 驱动轴的运动分析

驱动轴的运动分析主要包括驱动轴的运动包络分析以及驱动轴的滑移率分析。两者均与动力总成的运动相关联。运动总成的极限工况共有28个，我们没有必要对所有工况进行分析，而是需要筛选出沿三个坐标轴方向平移的最大和最小的工况，以及绕三个坐标轴翻转的最大和最小的工况。如此，大约可以筛选出6-12个工况。以下，分别在本方法下对驱动轴的两种运动分析进行说明。

4.1 驱动轴包络制作分析

在制作驱动轴运动包络时，需在CATIA数字样机中对悬架DMU的运动进行模拟，插入模拟节点，一般为4个节点：内、外转向极限与上、下跳动极限的组合。完成驱动轴极限运动的命令设置后，再编译模拟生成悬架所有零部件的运动回放，最后通过扫略命令做出驱动轴的包络。在考虑动力总成运动的28工况时，按照3中所述，每切换一次工况，仅需要进行全局更新，因为驱动轴位置发生变化，所以需要重新进行编译模拟，生成新的回放，再扫略生成该工况下的驱动轴包络。所有极限工况下的驱动轴包络叠加，即为包含有动力总成运动的驱动轴运动包络，如图5所示。

4.2 驱动轴滑移率分析

驱动轴的滑移率分析主要应用CATIA数字样机中传感器功能，分别测量驱动轴外球笼轴线与轴杆轴线的夹角，轴杆轴线与内球笼轴线夹角，轴杆轴线内侧端点与内球笼初始硬点的距离，再跟踪记录每一个运动步长下的外球笼测量角度，内球笼测量角度以及内侧硬点的滑移量。最后输出表格，制作滑移曲线。

对于内侧铰接点的滑移量，可测量2.1中（2）所述的直线的端点与驱动轴轴杆中心线内侧端点之间的距离，若该距离大于100mm，则为滑入，反之，则为滑出。实际滑移量即为测量距离减去100mm。

当切换运动工况后，处理方式相同，由于驱动轴轴杆长度不变，动总的运动仅仅是引起初始状态时内侧铰接点有一个初始的滑移量。

将所有极限工况处理完成后，即得到相应的包含动力总成运动的驱动轴滑移率曲线，如图6所示。

5 結论

在考虑了驱动轴内球笼随动力总成运动后，其运动包络与滑移率曲线均包含了不同的运动极限工况，结果更加丰满，更加贴近于实际，更能准确地指导周边零部件的设计，同时，更精确的滑移率分析，对驱动轴本身的设计校核也具有较大的意义。

虽然考虑动力总成运动后会增加了较大的工作量，但采用了参数化的内球笼数据模型后，再整合进悬架DMU运动模型中进行分析，可以极大地降低工作量，同时降低了出错的概率。在实际的设计工作中具有一定的应用意义。

参考文献

[1] 王瑞林，吴保玉，王彧，等.一种汽车悬架DMU模型参数化设计方法[EB].2015.

[2] 罗朗，梁林.动力总成运动分析及包络绘制软件开发[J].汽车实用技术，2017（7）：37-38.

[3] 刘宏新，宋微微，史玉红.CATIA数字样机运动仿真详解[M].北京：机械工业出版社，2012.