段維

摘 要：文章主要研究在驅(qū)動軸的運動分析中加入28個工況的動力總成運動的方法，通過應(yīng)用CATIA中的設(shè)計表功能，創(chuàng)建一個帶有描述動力總成平移和翻轉(zhuǎn)的運動參數(shù)的內(nèi)球籠數(shù)據(jù)模型。在整合進入懸架運動模型后，可以實現(xiàn)懸架運動模型可實時描述動力總成運動的功能，達到簡化分析過程，提高工作效率的目的。結(jié)果表明，該方法應(yīng)用簡便，可提高驅(qū)動軸運動分析的準確性，縮短了開發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動軸;28工況;參數(shù)化;運動分析

中圖分類號：U462.1? 文獻標志碼：A? 文章編號：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，針對驅(qū)動軸的滑移校核與運動分析大部分僅是在動力總成設(shè)計位置進行，比較少考慮因動力總成的運動引起的驅(qū)動軸內(nèi)球籠位置的變化，這使得驅(qū)動軸的運動分析不夠完善。對于考慮動力總成運動的，需要對驅(qū)動軸內(nèi)球籠進行大量的坐標變換，同時還需對懸架DMU運動模型中的驅(qū)動軸軸桿與內(nèi)球籠的約束進行重復(fù)設(shè)置。

本文通過CATIA自帶的設(shè)計表命令，建立一個參數(shù)化的內(nèi)球籠數(shù)據(jù)模型，與參數(shù)化的懸架DMU運動模型進行整合，只需要在設(shè)計表內(nèi)選取某一行參數(shù)，即可自動切換內(nèi)球籠的運動狀態(tài)，并保持和動力總成的某個運動工況相同。同時，并不破壞懸架DMU運動模型原有的運動副和約束，切換完成后，DMU仍可直接使用，無需重新設(shè)置，節(jié)約大量的數(shù)據(jù)處理時間。

1 輸入

為了讓工作更加簡單，我們可以建立一個參數(shù)化的懸架DMU運動模型，即僅通過更改含有硬點坐標的Excel表格，即可更新懸架的DMU運動模型。如果沒有，也不影響此方法的應(yīng)用。首先，我們需要獲得動力總成懸置系統(tǒng)的計算報告。從中，我們可以得到我們的目標項目對應(yīng)的動力總成的質(zhì)心坐標以及動力總成的位移和翻轉(zhuǎn)，即我們俗稱的“28工況”。

參數(shù)表中首行參數(shù)名稱添加單引號與單位，是為了讓CATIA更方便的識別我們的參數(shù)。X、Y、Z表示動力總成沿著對應(yīng)的坐標軸的位移;AX、AY、AZ分別表示動力總成沿著對應(yīng)的坐標軸進行旋轉(zhuǎn)。

2 建立內(nèi)球籠的參數(shù)化模型

2.1 建立內(nèi)球籠初步數(shù)據(jù)模型

新建一個CATpart文件，在此文件中依次進行以下操作：

（1）建面：提取左、右內(nèi)球籠外輪廓面，并存放于該CATpart模型中;

（2）建點、線：創(chuàng)建左、右驅(qū)動軸內(nèi)球籠的硬點，該硬點為驅(qū)動軸軸桿與內(nèi)球籠的鉸接點。連接左、右兩點，兩端分別延長100mm（此值可根據(jù)喜好而定，一般>20，為之后滑移率校核提供滑移量的參考）;

（3）建立動力總成的質(zhì)心坐標，并過此點建立一個與動力總成坐標系相同的軸系。

2.2 引用工況參數(shù)表

使用CATIA的設(shè)計表命令，在上述CATpart文件中引用工況表格。關(guān)聯(lián)并創(chuàng)建代表動力總成位移及翻轉(zhuǎn)的六個參數(shù)。創(chuàng)建成功后，特征樹上將出現(xiàn)相關(guān)的參數(shù)，如圖2。

2.3 坐標變換

因為驅(qū)動軸內(nèi)球籠是隨著動力總成一起運動的，在完成對工況參數(shù)表的引用后，我們需要對驅(qū)動軸的內(nèi)球籠按照動力總成的運動狀態(tài)進行坐標變換。

將2.1中所述的線與面先按照對應(yīng)的坐標進行平移，然后沿著2.1中3）所述軸系分別對平移后的點、線、面進行旋轉(zhuǎn)。平移和旋轉(zhuǎn)的具體值均用CATIA的公式編輯器引用2.2中的參數(shù)，最后得到的結(jié)果即為內(nèi)球籠在該工況下的位置。

3 與DMU進行整合

在搭建懸架的DMU運動模型時，將內(nèi)球籠數(shù)據(jù)用上述參數(shù)化的內(nèi)球籠進行替換。驅(qū)動軸外球籠與轉(zhuǎn)向節(jié)固聯(lián)，外球籠與驅(qū)動軸軸桿為通用結(jié)合，驅(qū)動軸軸桿與內(nèi)球籠為“點-線”結(jié)合，軸桿中心線的端點在內(nèi)球籠中心線上滑動。值得注意的是，這里的內(nèi)球籠中心線應(yīng)選擇2.1中所述的直線進行坐標變換后的結(jié)果。

在CATIA數(shù)字樣機中添加運動副時，CATIA會自動添加相關(guān)的約束，但是在添加部分運動副時，系統(tǒng)不一定會添加相應(yīng)的約束，為了避免切換工況時更新出錯，這里需要手動添加驅(qū)動軸軸桿中心線外側(cè)端點與外球籠鉸接點的相合約束;以及驅(qū)動軸軸桿中心線內(nèi)側(cè)端點與內(nèi)球籠中心線的相合約束，如圖3所示。

在完成懸架DMU運動模型的其他運動副的設(shè)置后，即可對驅(qū)動軸進行運動分析。若要將內(nèi)球籠的運動位置切換到某一個動力總成的運動工況下時，僅需要雙擊參數(shù)化的內(nèi)球籠中特征樹上的數(shù)據(jù)表，在彈出的窗口中選擇所需要的參數(shù)行即可完成運動參數(shù)的切換。之后，需要在根產(chǎn)品文件下進行全局更新，即完成了運動工況的切換，如圖4所示。

4 驅(qū)動軸的運動分析

驅(qū)動軸的運動分析主要包括驅(qū)動軸的運動包絡(luò)分析以及驅(qū)動軸的滑移率分析。兩者均與動力總成的運動相關(guān)聯(lián)。運動總成的極限工況共有28個，我們沒有必要對所有工況進行分析，而是需要篩選出沿三個坐標軸方向平移的最大和最小的工況，以及繞三個坐標軸翻轉(zhuǎn)的最大和最小的工況。如此，大約可以篩選出6-12個工況。以下，分別在本方法下對驅(qū)動軸的兩種運動分析進行說明。

4.1 驅(qū)動軸包絡(luò)制作分析

在制作驅(qū)動軸運動包絡(luò)時，需在CATIA數(shù)字樣機中對懸架DMU的運動進行模擬，插入模擬節(jié)點，一般為4個節(jié)點：內(nèi)、外轉(zhuǎn)向極限與上、下跳動極限的組合。完成驅(qū)動軸極限運動的命令設(shè)置后，再編譯模擬生成懸架所有零部件的運動回放，最后通過掃略命令做出驅(qū)動軸的包絡(luò)。在考慮動力總成運動的28工況時，按照3中所述，每切換一次工況，僅需要進行全局更新，因為驅(qū)動軸位置發(fā)生變化，所以需要重新進行編譯模擬，生成新的回放，再掃略生成該工況下的驅(qū)動軸包絡(luò)。所有極限工況下的驅(qū)動軸包絡(luò)疊加，即為包含有動力總成運動的驅(qū)動軸運動包絡(luò)，如圖5所示。

4.2 驅(qū)動軸滑移率分析

驅(qū)動軸的滑移率分析主要應(yīng)用CATIA數(shù)字樣機中傳感器功能，分別測量驅(qū)動軸外球籠軸線與軸桿軸線的夾角，軸桿軸線與內(nèi)球籠軸線夾角，軸桿軸線內(nèi)側(cè)端點與內(nèi)球籠初始硬點的距離，再跟蹤記錄每一個運動步長下的外球籠測量角度，內(nèi)球籠測量角度以及內(nèi)側(cè)硬點的滑移量。最后輸出表格，制作滑移曲線。

對于內(nèi)側(cè)鉸接點的滑移量，可測量2.1中（2）所述的直線的端點與驅(qū)動軸軸桿中心線內(nèi)側(cè)端點之間的距離，若該距離大于100mm，則為滑入，反之，則為滑出。實際滑移量即為測量距離減去100mm。

當切換運動工況后，處理方式相同，由于驅(qū)動軸軸桿長度不變，動總的運動僅僅是引起初始狀態(tài)時內(nèi)側(cè)鉸接點有一個初始的滑移量。

將所有極限工況處理完成后，即得到相應(yīng)的包含動力總成運動的驅(qū)動軸滑移率曲線，如圖6所示。

5 結(jié)論

在考慮了驅(qū)動軸內(nèi)球籠隨動力總成運動后，其運動包絡(luò)與滑移率曲線均包含了不同的運動極限工況，結(jié)果更加豐滿，更加貼近于實際，更能準確地指導(dǎo)周邊零部件的設(shè)計，同時，更精確的滑移率分析，對驅(qū)動軸本身的設(shè)計校核也具有較大的意義。

雖然考慮動力總成運動后會增加了較大的工作量，但采用了參數(shù)化的內(nèi)球籠數(shù)據(jù)模型后，再整合進懸架DMU運動模型中進行分析，可以極大地降低工作量，同時降低了出錯的概率。在實際的設(shè)計工作中具有一定的應(yīng)用意義。

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