[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆传动领域中的零部件动力学特性计算方法，特别是关于一种考虑输入转矩变化的驱动桥动力学特性计算方法。

背景技术

驱动桥的振动噪声是汽车噪声的主要来源，其主减速器锥齿轮的传动误差是造成驱动桥振动噪声问题的根本原因。驱动桥是由轴、轴承、齿轮和壳体组成的动力学系统，齿轮的传动误差会产生动态激励，经过轴-轴承传递至壳体，形成整个系统的振动噪声问题。建立准确高效的驱动桥系统动力学模型是研究驱动桥系统动力学特性的有效方法，可以大幅缩短驱动桥产品的研发周期，节约成本。在驱动桥系统中，滚子轴承是连接轴系与壳体的关键部件，由于滚子和轴承内外圈通过接触作用传递载荷，轴承刚度具有各向耦合性和非线性特性，会随系统输入转矩的不同而变化，进而影响系统的动力学特性。

现有研究方法在进行驱动桥动力学计算时，大多采用简化的集中参数模型，将系统部件处理为集中质量，并将轴承处理为弹簧，一端与轴的集中质量点相连，一端接地，轴承刚度为常数，没有考虑轴承刚度受驱动桥输入转矩变化的影响，从而无法体现输入转矩变化对驱动桥系统动力学特性的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种准确高效的考虑输入转矩变化的驱动桥动力学特性计算方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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。

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。

在所述步骤3)中，滚子轴承的载荷计算公式表示为：