[发明专利]一种考虑输入转矩变化的驱动桥动力学特性计算方法

权利要求书

1.一种考虑输入转矩变化的驱动桥动力学特性计算方法，包括以下步骤：

1)定义驱动桥全局坐标系：对驱动桥系统的全局坐标系进行定义，作为系统建模的基础；

2)建立轴系梁单元模型：采用考虑剪切应变的欧拉伯努利空间梁单元对轴系部件进行模拟；

3)建立非线性滚子轴承模型：采用具有耦合非线性刚度特性的轴承单元对滚子轴承进行模拟；

4)建立齿轮模型：采用等效啮合模型对主减速器锥齿轮和轮间差速器齿轮进行建模，对齿轮的载荷传递进行模拟；

5)建立连接部件模型：对驱动桥系统中的连接部件进行模拟；

6)建立壳体有限元模型及缩维模型：建立驱动桥系统中所包含的壳体结构有限元模型，并对壳体的有限元模型进行缩维计算；

7)建立完整的驱动桥系统动力学模型：将轴系模型与壳体缩维模型的相关刚度矩阵和质量矩阵按照节点自由度耦合关系组集，获得系统刚度矩阵和系统质量矩阵，建立包含主减速器总成、差速器总成、轮毂总成和桥壳在内的完整驱动桥系统动力学模型；

8)计算不同输入转矩工况下的轴承刚度：根据驱动桥输入转矩大小的不同定义轻载、中载和重载工况，采用牛顿-拉普森方法迭代求解不同输入转矩下的系统静力学方程，得到静力平衡时的轴承刚度矩阵；

9)计算不同输入转矩工况下的驱动桥系统动力学特性：在不同输入转矩工况下，采用模态叠加法计算单位谐波齿轮传动误差激励下系统的动力学特性。

2.如权利要求1所述的一种考虑输入转矩变化的驱动桥动力学特性计算方法，其特征在于：在所述步骤1)中，采用汽车的车辆坐标系作为驱动桥系统的全局坐标系，车辆前方为x轴正向，左侧为y轴正向，竖直向上为z轴正向，坐标原点为差速器十字轴中心位置。

3.如权利要求1所述的一种考虑输入转矩变化的驱动桥动力学特性计算方法，其特征在于：在所述步骤3)中，滚子轴承的载荷计算公式表示为：

Fx=-KnnsΣj=1ZΣk=1nsδj,k10/9cosαsinψjFy=KnnsΣj=1ZΣk=1nsδj,k10/9cosαcosψjFz=KnnsΣj=1ZΣk=1nsδj,k10/9sinαMx=KnnsΣj=1ZΣk=1ns(Dpw2sinα-xk)δj,k10/9cosψjMy=KnnsΣj=1ZΣk=1ns(Dpw2sinα-xk)δj,k10/9sinψjMz=0]]>

上式中，取轴承的轴线方向为轴承局部坐标系z轴的方向；F_x和F_y分别为沿x方向和y方向的径向力；F_z为沿z方向的轴向力；M_x、M_y和M_z分别为绕x轴、y轴和z轴的力矩；K_n为滚子与内外圈的综合接触刚度系数；n_s为每个滚子沿长度方向上划分的单元数；Z为滚子数；δ_j,k为第j个滚子的第k个单元的法向变形量；α为接触角，对于圆柱滚子轴承为零；ψ_j为第j个滚子的方位角；D_pw为滚子的节圆直径；x_k为每个滚子第k个单元中心与滚子中心的距离；

其中，K_n的计算公式表示为：

Kn=πE1-v2Lwe8/914.2210/9]]>

上式中，E为轴承材料的弹性模量；ν为轴承材料的泊松比；L_we为滚子的有效长度；

δ_j,k的计算公式表示为：

δj,k=[δz+Dpw2(θxcosψj+θysinψj)]sinα+(-δxsinψj+δycosψj)cosα+xk(-θxcosψj-θysinψj)]]>

上式中，δ_x和δ_y分别为轴承内外圈之间沿x轴和y轴的径向变形；δ_z为轴承内外圈之间沿z轴的轴向变形；θ_x和θ_y分别为轴承内外圈之间绕x和y轴的角变形；计算时，对轴承滚子单元的受力状态进行判断，若δ_j,k小于0，则取δ_j,k等于0，表示该轴承滚子单元未发生接触变形，不传递载荷。