考虑接触几何的三球销式等速万向节多维动力学特性研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.12.015

摘要/Abstract

摘要：

为探究接触对几何形状对三球销式等速万向节多维度动力学特性的影响，本文提出了一种考虑接触几何的动态行为分析方法。首先，基于共轭曲面原理，建立了球环-滚道副的接触几何模型，求解了二者间的约束关系；随后，基于ADAMS软件平台，建立了集成接触几何特性的多体动力学模型，并通过融合接触点自动检测算法与几何投影约束方程，提升了球环-滚道接触点位置的计算精度，以更精确地模拟二者间的接触力学特性。通过台架试验，验证模型的准确性。结果表明，球环与滚道间的接触压力角增至20°时，可在不增加万向节尺寸的前提下，降低约29%的轴向派生力，显著减少对汽车横向振动的激励。本文为解决三球销式等速万向节高NVH性与轻量化之间的矛盾提供了新思路。

关键词: 三球销式等速万向节, 接触几何, 多维度, 多体动力学

Abstract:

In order to investigate the influence of geometries of contact pairs on the multi-dimensional dynamic characteristics of tripod joints， in this paper a dynamic performance analysis method considering contact geometry is proposed. Firstly， based on the principles of conjugate surface， the contact geometry model of a roller-track pair is established， and the constraint relationship between them is solved. Subsequently， a multi-body dynamics model integrating contact geometry characteristics is developed using ADAMS software. And by combining the automatic contact point detection algorithm with geometric projection constraint equations， the computational accuracy of the positions of contact points between rollers and tracks is improved， enabling more precise simulation of their contact mechanics properties. The accuracy of the model is validated through bench tests. The results show that when the contact pressure angle between rollers and tracks increases to 20°， the generated axial force can be reduced by approximately 29% without increasing the joint size， significantly mitigating the excitation of vehicle lateral vibration. This study provides a new approach to resolving the conflict between high NVH performance and lightweight design in tripod constant velocity joints.

Key words: tripod joint, contact geometry, multi dimension, multi-body dynamics

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参考文献 27

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符号	定义
D	三柱槽壳内腔底面中心
O	滚道轴线与三柱槽壳内腔底面的交点
O′	球环中心

坐标系	原点	j轴	k轴
O-ijk	O	平行于DO	滚道轴线
O′-i′j′k′	O′	球环轴线	任意垂直于球环轴线的向量

符号	单位	定义
r_is	mm	滚道圆柱面半径
r_os	mm	球环外球面半径
α_p	（°）	接触压力角
x， y， z	mm	坐标系O-ijk下球环中心的i、j、k坐标值

参数	数值
万向节传动轴总成中心距/mm	446.7
滚道节圆半径/mm	26.8
球环外表面半径/mm	19.39
滚道表面的半径/mm	19.42
接触压力角/（°）	10

参数	数值
参数	55#	GCr15
弹性模量/Pa	2.01×10¹¹	2.06×10¹¹
泊松比	0.30	0.29