JP2009026128A - Method for creating model of drive shaft assy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動解析用のCAEモデルを作成するためのドライブシャフトアッシーのモデル作成方法に関する。 The present invention relates to a drive shaft assembly model creation method for creating a CAE model for vibration analysis.
近年、車両の設計段階において、車両全体のCAE(Computer Aided Engineering)モデルを用いた有限要素解析を用いて車両の振動や騒音の発生状況を評価することがなされている。こうした手法によれば、実機実験の回数を大幅に削減して、設計の期間や工数を低減することができる。車両全体のCAEモデルは、エンジンや変速機、サスペンションといったコンポーネント毎にCAEモデルをそれぞれ個別に作成し、それら各コンポーネントのCAEモデルを統合することで作成されている。 2. Description of the Related Art In recent years, at the vehicle design stage, vehicle vibration and noise generation conditions have been evaluated using finite element analysis using a CAE (Computer Aided Engineering) model of the entire vehicle. According to such a method, the number of actual machine experiments can be greatly reduced, and the design period and man-hours can be reduced. A CAE model of the entire vehicle is created by individually creating a CAE model for each component such as an engine, a transmission, and a suspension, and integrating the CAE models of these components.
さてエンジンからサスペンションに伝達される振動の解析を行う場合、エンジンの動力を駆動輪に伝達するドライブシャフトのモデル化が必要となる。周知のように、ドライブシャフトには、サスペンションによる駆動輪の上下動を許容するための等速ジョイントが設置されており、ドライブシャフトのモデル化は、こうした等速ジョイントも含めたドライブシャフトアッシー全体について行う必要がある。
ところで従来の等速ジョイントのCAEモデルは、当該ジョイントの各構成部品に作用する力を解析するように作成されている。そのため、CAEモデルを作成するには、等速ジョイントの内部構造を詳細に作成するとともに、各構成部品間の隙間や摩擦、接触を定義する必要があり、その作成は工数が多大で難易度の高いものとなっている。 By the way, a CAE model of a conventional constant velocity joint is created so as to analyze forces acting on each component of the joint. Therefore, in order to create a CAE model, it is necessary to create the internal structure of the constant velocity joint in detail, and to define the gaps, friction, and contact between each component, and the creation is difficult and difficult. It is expensive.
なお特許文献1には、軸受や減速機を6自由度のばね要素としてモデル化することで、機械構造物の固有振動を、容易且つ十分な精度で求められるようにすることが記載されている。そこで、これを応用して、ドライブシャフトの等速ジョイントを同様の6自由度のばね要素としてモデル化することも考えられる。しかしながら、そうした場合、モデルにおける各ばねの取り付け位置やばね定数、ねじり剛性等の物性値を如何に適切に定義するかが問題となり、高精度のCAEモデルの作成は困難となってしまう。またモデルには、ドライブシャフト自体の弾性変化も考慮しなければならず、結局、作成されるモデルは複雑なものとなってしまう。 Patent Document 1 describes that a natural vibration of a mechanical structure can be obtained easily and with sufficient accuracy by modeling a bearing and a speed reducer as a 6-DOF spring element. . Therefore, by applying this, it is also conceivable to model the constant velocity joint of the drive shaft as a spring element having the same six degrees of freedom. However, in such a case, it becomes a problem how to properly define the physical property values such as the mounting position of each spring, the spring constant, and the torsional rigidity in the model, and it becomes difficult to create a highly accurate CAE model. In addition, the model must also take into account the elastic change of the drive shaft itself, and eventually the model to be created becomes complicated.
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、振動解析用CAEモデルの作成を容易且つ高精度に行うことのできるドライブシャフトアッシーのモデル作成方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and the problem to be solved is to provide a drive shaft assembly model creation method capable of easily and accurately creating a CAE model for vibration analysis. There is to do.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
請求項1に記載の発明は、等速ジョイントを備えるドライブシャフトアッシーの振動解析用のCAEモデルを作成する方法であって、前記ドライブシャフトの弾性変化分も含めたばね要素として前記等速ジョイントをモデル化することをその要旨とするものである。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
The invention according to claim 1 is a method of creating a CAE model for vibration analysis of a drive shaft assembly having a constant velocity joint, wherein the constant velocity joint is modeled as a spring element including an elastic change of the drive shaft. The gist is to make it.
上記構成では、ドライブシャフトの弾性変化分も含めたばね要素として定義して、等速ジョイントをモデル化するようにしている。この場合、ドライブシャフトそのものは、完全剛体と見做すことができる。そのため、モデルを単純化することができるようになり、ドライブシャフトアッシーの振動解析用CAEモデルの作成を容易且つ高精度に行うことができるようになる。 In the above configuration, the constant velocity joint is modeled by defining it as a spring element including the elastic change of the drive shaft. In this case, the drive shaft itself can be regarded as a complete rigid body. Therefore, the model can be simplified, and the CAE model for vibration analysis of the drive shaft assembly can be created easily and with high accuracy.
なおこうしたドライブシャフトアッシーのモデル化は、最も簡単には、請求項2のように、ドライブシャフトアッシーに設置される前後2つの等速ジョイントのうちの一方を、ドライブシャフトの軸方向の並進ばねと同ドライブシャフトの軸直方向周りの回転ばねとでモデル化し、もう一方をドライブシャフトの軸直方向周りの回転ばねでモデル化する、といった態様で行うことができる。 It is to be noted that the drive shaft assembly is most simply modeled as described in claim 2 in which one of the two constant velocity joints installed on the drive shaft assembly is connected to a translation spring in the axial direction of the drive shaft. Modeling can be performed with a rotary spring around the axial direction of the drive shaft, and the other can be modeled with a rotary spring around the axial direction of the drive shaft.
また上記モデルにおけるばね要素のばね定数は、請求項3に記載のように、ドライブシャフトアッシーの実機を用いた加振試験の結果から容易に算出することができる。例えば請求項2に記載の態様でモデル化を図る場合には、請求項4に記載のように、ドライブシャフトアッシーの実機を用いた加振試験を行って、該ドライブシャフトアッシー全体の軸方向、及び軸直方向のばね定数を算出し、その結果と当該ドライブシャフトアッシーの設計諸元値とから上記並進ばね及び回転ばねの各ばね定数を容易に求めることができる。なお請求項5に記載のように、ドライブシャフトアッシーの設計諸元値として、ドライブシャフトの長さ、重量及び慣性モーメントと、上記2つの等速ジョイントの片持ち剛性とを用いることで、上記ばね定数の算出を高精度に行うことができるようになる。 Further, the spring constant of the spring element in the model can be easily calculated from the result of the vibration test using the actual drive shaft assembly. For example, when modeling in the aspect of claim 2, as described in claim 4, an excitation test using an actual drive shaft assembly is performed to determine the axial direction of the entire drive shaft assembly, Then, the spring constant in the axial direction can be calculated, and the spring constants of the translation spring and the rotary spring can be easily obtained from the result and the design specification values of the drive shaft assembly. In addition, as described in claim 5, by using the length, weight and moment of inertia of the drive shaft and the cantilever rigidity of the two constant velocity joints as design specification values of the drive shaft assembly, the spring The constant can be calculated with high accuracy.
以下、本発明のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法を具体化した一実施形態を、図1〜図3を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ドライブシャフトの弾性変化分も含めたばね要素として等速ジョイントをモデル化して、モデルを単純化することで、振動解析用CAEモデルの作成を容易且つ高精度に行うことができるようにしている。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment embodying a method for creating a drive shaft assembly model according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In this embodiment, the constant velocity joint is modeled as a spring element including the elastic change of the drive shaft, and the model is simplified, so that the CAE model for vibration analysis can be created easily and with high accuracy. I have to.
図1に、本実施形態のモデル作成方法にて作成されるドライブシャフトアッシーの振動解析用CAEモデルを示す。ここでモデル化の対象となったドライブシャフトアッシーは、そのドライブシャフト10のエンジン側の端部に入力側の等速ジョイント11が、そのサスペンション側の端部に出力側の等速ジョイント12がそれぞれ設置された構成となっている。同図に示すように、このモデルでは、ドライブシャフト10のエンジン側端部に設置される入力側の等速ジョイント11を、ドライブシャフト10の軸方向の並進ばね13と同ドライブシャフト10の軸直方向周りの回転ばね14と見做すようにしている。またドライブシャフト10のサスペンション側端部に設置される出力側の等速ジョイント12を、ドライブシャフト10の軸直方向周りの回転ばね15と見做すようにしている。さらにこのモデルでは、ドライブシャフト10そのものの弾性変化分は、上記各ばね要素(並進ばね13、回転ばね14,15)に含まれるものと考えるようにしている。すなわち、このモデルでは、ドライブシャフト10は、完全な剛体であると見做されるようになっている。
FIG. 1 shows a CAE model for vibration analysis of a drive shaft assembly created by the model creation method of this embodiment. The drive shaft assembly that is the object of modeling here has an input-side constant velocity joint 11 at the engine-side end of the
さて、こうしたCAEモデルを振動解析に利用するには、上記各ばね要素のばね定数を求める必要がある。本実施形態のモデル作成方法では、それらのばね定数を、ドライブシャフトアッシーの実機を用いた加振試験の結果に基づいて算出するようにしている。より詳しくは、加振試験を行ってドライブシャフトアッシーの軸方向及び軸直方向のばね定数K* を算出するとともに、その算出結果とドライブシャフトアッシーの設計諸元値とから、上記各ばね要素のばね定数を算出するようにしている。 Now, in order to use such a CAE model for vibration analysis, it is necessary to obtain the spring constant of each spring element. In the model creation method of this embodiment, those spring constants are calculated based on the result of the vibration test using the actual machine of the drive shaft assembly. More specifically, a vibration test is performed to calculate the spring constant K * in the axial direction and the axial direction of the drive shaft assembly. From the calculation results and design specification values of the drive shaft assembly, The spring constant is calculated.
図2は、ドライブシャフトアッシーの実機を用いた上記加振試験の実施態様を示している。この加振試験は、各等速ジョイント11,12でのシャフトの折れ角を既定の試験角θに設定した状態で、ドライブシャフトアッシーのエンジン側端部より捻りトルクを印加しながら行われる。そしてドライブシャフトアッシーのエンジン側端部(加振部)より、軸方向、或いは軸直方向の振動を入力するとともに、ドライブシャフトアッシーのサスペンション側端部(応答部)における振動の伝達態様を6分力計20にて測定することで、加振試験が行われるようになっている。
FIG. 2 shows an embodiment of the vibration test using an actual drive shaft assembly. This vibration test is performed while applying a twisting torque from the engine side end of the drive shaft assembly in a state where the shaft bending angle at each of the
図3は、こうした加振試験における振動伝達特性の測定結果の一例を示している。同図では、加振試験によって求められた、軸方向及び軸直方向のそれぞれにおけるドラブシャフトアッシーのばね定数K* とトルクとの関係が示されている。上記モデルでの並進ばね13のばね定数は、ここでの軸方向におけるドライブシャフトアッシーのばね定数K* とトルクとの関係より求めることができる。 FIG. 3 shows an example of measurement results of vibration transfer characteristics in such an excitation test. In the figure, the relationship between the spring constant K * of the drive shaft assembly and the torque in each of the axial direction and the direction perpendicular to the axis determined by the vibration test is shown. The spring constant of the translation spring 13 in the above model can be obtained from the relationship between the spring constant K * of the drive shaft assembly in the axial direction and the torque.
一方、上記モデルにおける回転ばね14,15のばね定数Kは、以下の関係式(1)、(2)を解くことで求めることができる。 On the other hand, the spring constant K of the rotary springs 14 and 15 in the above model can be obtained by solving the following relational expressions (1) and (2).
以上により、入力側及び出力側の等速ジョイント11,12を並進ばね13及び回転ばね14,15からなるばね要素としてモデル化したドライブシャフトアッシーの振動解析用CAEモデルを作成することができる。こうして作成されたCAEモデルは、エンジンやサスペンションといった他の車両コンポーネントのCAEモデルと合わせて車両の振動や騒音の発生状況の評価に使用される。
As described above, the CAE model for vibration analysis of the drive shaft assembly in which the input-side and output-side
以上説明した本実施形態では、ドライブシャフト10の弾性変化分も含めたばね要素として入力側及び出力側の等速ジョイント11,12をモデル化して、ドライブシャフトアッシーの振動解析用CAEモデルを作成ようにしている。より詳しくは、ドライブシャフト10の軸方向の並進ばね13と同ドライブシャフト10の軸直方向周りの回転ばね14とで入力側の等速ジョイント11をモデル化し、ドライブシャフト10の軸直方向周りの回転ばね15で出力側の等速ジョイント12をモデル化するようにしている。そして実機を用いた加振試験を行って、ドライブシャフトアッシー全体の軸方向、及び軸直方向のばね定数K* を算出し、その結果と当該ドライブシャフトアッシーの設計諸元値であるドライブシャフト10の長さL、重量M、慣性モーメントJ、及び入力側及び出力側の等速ジョイント11,12の片持ち剛性k1 ,k2 とから、上記並進ばね13及び回転ばね14,15のばね定数を求めるようにしている。この場合、ドライブシャフト10そのものは、完全剛体と見做すことができ、モデルが単純化されるようになる。そのため、本実施形態のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法によれば、振動解析用CAEモデルの作成を容易且つ高精度に行うことができる。
In the present embodiment described above, the input-side and output-side
なお上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、入力側の等速ジョイント11を並進ばね13と回転ばね14とからなるものとしてモデル化し、出力側の等速ジョイント12を回転ばね15としてモデル化するようにしていたが、並進ばね要素を出力側の等速ジョイント12の側に持たせるようにモデル作成を行うこともできる。すなわち、入力側の等速ジョイント11を回転ばねとしてモデル化し、出力側の等速ジョイント12を並進ばねと回転ばね15とからなるものとしてモデル化するようにすることもできる。また入力側、出力側の等速ジョイント11,12の双方に並進ばね要素を持たせるようにモデルを作成するようにしても良い。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
In the above embodiment, the input side constant velocity joint 11 is modeled as a translation spring 13 and a rotation spring 14, and the output side constant velocity joint 12 is modeled as a rotation spring 15. It is also possible to create a model so that the translation spring element is provided on the constant velocity joint 12 side on the output side. That is, the input side constant velocity joint 11 can be modeled as a rotation spring, and the output side constant velocity joint 12 can be modeled as a translation spring and a rotation spring 15. A model may be created so that both the input side and output side constant velocity joints 11 and 12 have translation spring elements.
・CAEモデルにおける各ばね要素のばね定数の算出は、上記実施形態で示したもの以外の態様で行うようにしても良い。例えば、上式(1)、(2)以外に適切な関係式があるのであれば、その関係式を用いて、各ばね要素のばね定数の算出を行うようにするようにしても良い。いずれにせよ、ドライブシャフト10の弾性変化分も含めたばね要素として等速ジョイント11,12をモデル化して、ドライブシャフトアッシーの振動解析用CAEモデルを作成すれば、ドライブシャフト10を完全剛体と見做して単純化することが可能となり、振動解析用CAEモデルの作成を容易且つ高精度に行うことができるようになる。
The calculation of the spring constant of each spring element in the CAE model may be performed in a mode other than that shown in the above embodiment. For example, if there is an appropriate relational expression other than the above expressions (1) and (2), the spring constant of each spring element may be calculated using the relational expression. In any case, if the constant velocity joints 11 and 12 are modeled as spring elements including the elastic change of the
10…ドライブシャフト、11…入力側の等速ジョイント、12…出力側の等速ジョイント、13…並進ばね(入力側の等速ジョイント)、14…回転ばね(入力側の等速ジョイント)、15…回転ばね(出力側の等速ジョイント)、20…6分力計。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ドライブシャフトの弾性変化分も含めたばね要素として前記等速ジョイントをモデル化する
ことを特徴とするドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。 A method of creating a CAE model for vibration analysis of a drive shaft assembly having a constant velocity joint,
A method for creating a model of a drive shaft assembly, wherein the constant velocity joint is modeled as a spring element including an elastic change of the drive shaft.
請求項1に記載のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。 One of the two front and rear constant velocity joints installed on the drive shaft is modeled by a translation spring in the axial direction of the drive shaft and a rotary spring around the axis of the drive shaft, and the other is modeled on the shaft. The method for creating a model of a drive shaft assembly according to claim 1, wherein modeling is performed with a rotary spring around a straight direction.
請求項1又は2に記載のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。 The method for creating a drive shaft assembly model according to claim 1 or 2, wherein a spring constant of the spring element is calculated from a result of an excitation test using an actual drive shaft assembly.
請求項2に記載のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。 Perform an excitation test using the actual drive shaft assembly to calculate the axial direction of the entire drive shaft assembly and the spring constant in the direction perpendicular to the axis, and the calculation results and design specification values of the drive shaft assembly The drive shaft assembly model creation method according to claim 2, wherein each spring constant of the translation spring and the rotary spring is obtained from the model.
請求項4に記載のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。 The drive shaft assembly model creation method according to claim 4, wherein the design specification value includes a length, a weight, and a moment of inertia of the drive shaft and a cantilever rigidity of the two constant velocity joints.
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