并联式滚珠丝杠馈能减振器设计及模态分析

端与车轮端相连接 。如图 １所示 ，是并联式滚珠丝杠 固有频率和振型 ，它们是结构承受动态载荷设计 中
馈能减振器基本结构 ，国内有很多学者都设计 出了 的重要参数［４１。
这种结构。但本文的设计有几点改进 ：（１）转子和螺 母采用螺纹式连接 ，使结构更加 简单 ；（２）永磁式定 子 采 用 片式 ，减 轻 了馈 能 减 振 器 的 重 量 ；（３）在 这 种 结 构 中丝杠 螺 母 和转 子 固定 ，是 一个 整 体 ，定 子 和外 壳 固定一起 ，是一个 固定部分。该结构的基本原理 是 ：当汽 车【２］在 不 平 的路 面颠 簸 时 ，汽 车 上下 振 动 ，滚 珠丝杠就会上下移动 ，螺母和电机转子就会发生旋 转 ，切割定子磁感线产生 电流 ，电机就会储存能量 ， 这 部 分 能量 将 用 于 汽车 其 他 用 电器 使 汽 车 达 到节 能 效 果 。
模态分析基本理论方程四为嗍 ｛五｝＋【ｑ｛ ｝＋
｛ ）＝０，其中嗍 是质量矩阵 ；［ｃ］为阻尼矩阵 ； 为刚
度矩阵；｛五｝为节点加速度矢量；｛／Ｚ‘｝为节点速度矢量；
ｆ／，｝为节点位移矢量 。本文用 ＣＡＴＩＡ对丝杠进行建 模 ，并将 模 型 导 人 到 ＡＮＳＹＳ对 滚 珠 丝杠 进 行模 态 分 析 ，如 图 ２—３所 示 。选 择滚 珠丝 杠材 料［６１为钢 ，弹 性模 量为 ２．１ Ｘ １０ ＭＰａ，泊松 比 ｅ＝３，密度 ７ ８５０ ｋｇ／ｍ２， 许用应力为 １．４７ Ｘ １０ Ｎ／ｍ２振动频率 １０ ０００ Ｈｚ，扩 展频 率 １０ ０００ Ｈｚ．
《装备制造技术）２０１６年第 ０５期
并联式滚珠 丝杠馈 能减振器设计及模态分析
黄燕飞 ，李柏姝
（沈 阳理 工 大学 汽 车 与交 通学 院 ，辽 宁 沈 阳 １１０１５９）
摘 要 ：滚珠丝杠式馈 能减振 器有 串联 式和 并联 式 两种 ，但 是并联式 结构能减少馈能减振 器的 总体安装 长度 ，能增加 实 际应 用的前景 。设计 了一种并联式滚珠 丝杠 式馈能减振 器，并对馈能减振 器的核 心元件 滚珠丝杠进行有限元分析 ，用 ＡＮＳＹＳ模 拟分析 了丝杠在静载荷 下的变形 以及模 态分析 ，论证 了并联式馈能减振 的可行性 。 关键词 ：并联式 ；滚珠 丝杠 ；有 限元 分析 ；模 态分析
中图分类号 ：０４６：３．３：３
文献标 识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６７２—５４５Ｘ（２０１ ６）０５—００９９—０２
１ 并联 式馈能减振器 结构 设计
随着用户对汽车节约能源要 求的不断提高 ，馈 能减 振 器 得 到不 断 的 发展 ，特 别是 滚 珠 丝 杠 式馈 能
：
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一一 ； 囊 －
参考文献 ：
［１】姚 卫星 ．结构 疲 劳寿命 分 析【Ｍ】．北 京：国防工 业 出版 社 ，
２００３：ｌ１—２５．
【２】俞 凡 ，林 逸 ．汽车 系统 动力学 ［Ｍ］．北 京 ：机 械工 业 出版
社 ，２００５：７—４４．
【３］何 仁 ，陈士安 ，陆森林 ．馈 能型悬架 的工作原理 与结构方
相比，需要保证支撑部分 的精度刚性 ；整个系统 的刚 性 不 足也 会影 响滚 珠丝 杠 副 的振 动 与噪声 ［７１。
３ 结束语
图 ２ 滚珠 丝杠模态 分析 图一
本 文 首 先 设 计 了并 联 式 滚 珠 丝 杠 馈 能 减 振 器 ， 分析了并联式滚珠丝杠馈能减振器工作原理 。并用 ＣＡＴＩＡ对 并 联 式滚 珠 丝 杠建 模 ，然后 用 ＡＮＳＹＳ对 并 联 式 滚珠 丝 杠 馈能 减 振 器 的核 心原 件 滚珠 丝 杠 进 行 了有限元分析 ，进行了模态分析 ，分析 了滚珠丝杠在 不同模态下 的变形情况 ，为减振器设计 的可行性［８］奠 定基 础 。
案评价［Ｊ］．农业机械学报 ，２００６，３７（５）：５—９．
【４］李 志 成 ．汽 车馈 能悬 架 的结 构选 型 与性 能仿 真 【Ｄ１．长春 ：
图 ３ 滚 珠 丝 杠 模 态 分 析 图 二
通 过 ＡＮＳＹＳ对 滚 珠 丝 杠 在 旋 转 过 程 中 的 模 态
吉林 大学汽车学 院，２００９． ［５】于长淼 ．混合 动力 汽车馈 能式 悬架 的方 案设 计及 仿真 分
收稿 日期 ：２０１６—０２—０８ 基金项 目：辽 宁省教育厅科学技术研究一般项 目（Ｌ２０１５４５７） 作者简介 ：黄燕飞 （１９８９一），男 ，河南信 阳人 ，本科 ，硕士在读 ，研究方 向 ：汽车先进设计与制造技术。
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．０５，２０１６
析【Ｄ］．长春 ：吉林大学汽车学 院，２００８．
进行 分 析 。如 图 ２～３所 示 ，发 现 随着 转 速 的增 大 ，滚 珠丝杠模态上升的幅度越大 ，滚珠丝杠变形也越大 。 因此 通 过 分 析 得 到 根 据 上 文 选 定 的 滚 珠 丝 杠 材 料 ， 在 旋 转 频 率低 于 １０ ０００ Ｈｚ时 ，满 足 一 般 汽 车 的要 求 。通过以上分析还可以发现 ，丝杠在远离支撑部分 变 形 程 度增 大 ，因此 ，在保 证 滚 珠 丝杠 副 的 正 常结 构
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减振器受到更多设计者的关注 ，由于滚珠丝杠式馈
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能减振器结构简单【１］，能量转化率高 ，因此得到迅速 发 展 。滚 珠 丝杠 式馈 能 减振 器分 为并 联 式 和 串联 式 ， 串联式结构设计相 比较 于并联式更加简单 ，因此发 展 的比较成熟 。但是并联式结构更加 紧凑 ，更能符合 小 型 汽车 的要 求 ，因此 发 展前 景更 加 广 阔。
并联式馈 能减振器结构是指滚珠丝杠置于中空
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图 １ 并联式馈能减振器局剖视 图
２ 滚 珠丝杠模态分析
的馈能 电机转子 内部 ，滚珠 丝杠与转子“并联”，滚珠
螺母与馈能电机转子连接 的结构 。馈能 电机定子镶
丝杠是馈能减振器［３１的核心支撑原件 ，对丝杠模
嵌在馈能减振器外壳体 内与车身端相连接 ，丝杠末 态分 析 主要 是 为 了确 定 丝 杠 的振 动 特性 ，即结构 的