礦 用 汽 車 傳 動 軸 的 受 力 分析

1、礦用汽車傳動軸［摘要］［摘要］萬向節(jié)傳動裝置由萬向節(jié)、傳動軸及中間支承組成。在礦用汽車上廣泛應(yīng)用剛性十字軸式雙萬向節(jié)傳動軸。對于傳動軸的使用、故障分析、維護(hù)保養(yǎng)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。敘詞：礦用汽車敘詞：礦用汽車傳動軸傳動軸應(yīng)用應(yīng)用維護(hù)維護(hù)傳動軸的受力分析傳動軸的受力分析在汽車上，萬向傳動裝置最重要的使用場合是連接變速器第二軸（或分動器輸出軸）與主減速器的輸入軸。另外，有的汽車由于總體布置重要，在發(fā)動機(jī)和變速箱之間不直接連接而離開一定距離，為避

2、免因安裝不準(zhǔn)確和車架變形，使名義上同心的兩軸之間可能出現(xiàn)的傾角和偏移，也使用萬向傳動裝置。萬向傳動裝置由萬向節(jié)、傳動軸及中間支承所組成。萬向節(jié)按鈕轉(zhuǎn)方向是否有明顯的彈性可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)兩類。剛性萬向節(jié)又分為不等速萬向節(jié)（常用的為普通十字軸式）、等速萬向節(jié)和準(zhǔn)等速萬向節(jié)三種。本文僅討論普通十字軸式剛性萬向節(jié)傳動裝置。礦用汽車由于軸距較短，在變速箱輸出軸和后驅(qū)動橋主減速器輸入間普遍采用沒有中間支承的單軸普通雙剛性萬向節(jié)傳動軸的總

3、成傳動。當(dāng)被連接的兩根軸不在同一直線上而采用一個十字軸式萬向節(jié)傳動時，從動軸旋轉(zhuǎn)的角度是不均勻的。其運(yùn)動學(xué)特點(diǎn)簡單分析如下。設(shè)主動叉軸與從動叉軸夾角為α主動叉軸以等角速度ω1旋轉(zhuǎn)，十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)動半徑為r。先看兩個特殊位置的速度：（1）主動叉在垂直位置，并且十字軸平面與主動軸垂直，如圖1a）所示。主動叉與十字軸連接點(diǎn)a的線速度Va在十字軸平面內(nèi)，Va=ω1r從動叉與十字軸連接點(diǎn)b的線速度Vb在與主動叉平行的平面內(nèi)，并且垂直于從動軸，點(diǎn)b

4、的線速度Vb可分解為在十字軸平面內(nèi)的速度Vb和垂直于十字軸平面的速度V“b。由速度直角三角形可看出在數(shù)值上VbVb。十字軸是對稱的，oa=ob。當(dāng)萬向節(jié)傳動時，十字軸是繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動的，其上a、b兩點(diǎn)于十字軸平面內(nèi)的線速度在數(shù)值上應(yīng)相等，即Vb=Vα因此VbVa。因此可知，當(dāng)主從動叉轉(zhuǎn)到所述位置時，從動軸的轉(zhuǎn)速大于主動軸的轉(zhuǎn)速。（2）主動叉在水平位置，并且十字軸平面與從動軸垂直，如圖1b）所示。此時主動叉與十字軸連接點(diǎn)a的線速度在平行于從動

5、叉的平面內(nèi)，并且垂直于主動軸。線速度Vα可分解為在十字軸平面內(nèi)的速度Vα和垂直于十字軸平面的速度V“α，根據(jù)同樣道理，在數(shù)值上VaVα而Vα=Vb，因此，Vα=Vb即當(dāng)主從動叉轉(zhuǎn)到所述位置時，從動軸轉(zhuǎn)速小于主動軸轉(zhuǎn)速。其向量互成一角度而不能自行封閉。只有在主動叉與從動叉對十字軸的力矩作用平面同十字軸平面共平面時，十字軸才能平衡。主動叉對十字軸的作用力矩，除主動扭矩M1之外，還有作用在主動叉平面的彎曲力矩M1。同理，從動叉對十字軸也作用有

6、從動軸反扭矩M2和作用在從動叉平面的彎曲矩M2。設(shè)萬向節(jié)主動叉處于垂直位置，十字軸平面與主動軸垂直是，如圖3a)所示，由于M1作用在十字軸平面，M1必為零，因M2的作用平面與十字軸不共平面，必有M2存在。向量M2是垂直于M2的，合向量M2M2指向十字軸平面的法線方向，而與M1方向相反，大小相等。由力矩向量三角形可知M1=M1sinα。當(dāng)萬向節(jié)主動叉處于水平位置，十字軸平面與從動軸垂直時，同理可知M2=0主動叉上的附加彎曲力矩M=M1tg

7、α如圖3b）所示。由此可見，附加彎曲力矩的數(shù)值零與以上兩公式所表示的最大值之間變化的，其變化周期為180度。即每轉(zhuǎn)變化兩次。附加彎矩可在萬向節(jié)主、從動軸支承上引起周期性變化的徑向載荷，并有可能激起支承的振動。圖3十字軸萬向節(jié)的力矩平衡兩端連接萬節(jié)向的傳動軸是一個細(xì)而長的零件，在自身的重力F作用下，傳動軸中部會產(chǎn)生微量彎曲，使傳動軸中心(即質(zhì)量中心)相對旋轉(zhuǎn)心線有一偏移(初撓度)a如圖4所示，如果考慮到部件各部軸與孔的間隙，傳動軸品質(zhì)的不

8、均勻，則a將再增大。在傳動軸旋轉(zhuǎn)時，在質(zhì)量中心所示產(chǎn)生的離心力將引起傳動軸的進(jìn)一步彎曲，產(chǎn)生附加撓度y。由于重力的大小和方向是不變的，而離心力的大小和方向是改變的，故使傳動軸彎曲的合力(重力和離心力的向量和)也周期性的變化，使傳動軸的撓度也隨之變化。即傳動軸的旋轉(zhuǎn)將伴隨有彎曲振動(強(qiáng)迫振動)它的頻率即等于傳動軸的轉(zhuǎn)速。對于兩端自由支隨(開式傳動軸)的空心傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速為：圖4傳動軸的彎曲振動式中：E—材料彈性模數(shù)J—抗彎慣性矩D—傳動