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1、使用维修汽车传动轴力矩传递分析宁波市汽车运输公司张介民A加tr aetAst atieanalysisontheto rqu etran sfe rina ut omo tiv eProp el ler shaft s15Pres ented inthisPa-p er.Fo urmajo rreas on sPr ob ablyc au seProp el le rshaftvibr atio n:1.mas su n比la n eeofPr op el le rshaftit self,2.dyn amieinertiamomentc au se db yva rie drotatings
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3、 eher eu闪nProp ose dl摘要】介绍了汽车传动轴力矩传递静力分析。传动轴产生振动主要 由4种原因引起:传动轴 本身质量不平衡;由传动轴 的从动叉转速变化产 生的惯性动力矩; 横向力偶;有关 因素引起的传动轴自激振动。分析了横向力偶产生原因及其量的变化关系,提 出了减少各轴横向力偶的措施。主题词:汽车传动轴力矩分析一、前言汽车传动轴担负着变速器(或分动器)到减速器的力矩传递任务,它是一 个 重要的汽车部件。如果汽车轴距较短,就用 一段传动轴二个十字万向节完成力矩传递;如 果汽车轴距较长,就要将传动轴加长,并将传动轴制成二段或多段。汽车出厂后,有的要改装成适合各种运输用途(轴距不同
4、)的车辆,这就要改变轴矩,变动中间支架的位 置,这 种位 置变动必 须 符合传动轴扭矩传递的特性,否则会引起传动轴的振动。能与,及q,整除,则,或q,不能被分解,需重新经过循环向下寻找一 个渐近分数,直至尹,、仍都被分解为止。分解得到的A、B、c、D中,A、B是机床中备有的齿数,而c、D就不 一定是机床备有的,且常常小于2 0。此时,需将C、刀同时乘以一个适当的正 整数二,且需保证n c、。D与DA TA语句中的数据相符。若还是找不到合适的树、n D,则需 再进行一次循环,重新寻找下 一个渐近分数,并将之分解,直到有合适的A、月、c,D。程序运算后将输出4个挂轮的齿数月、力、c、D及实际传动比
5、误差:。29 92年第12期五、实例计算及比较以Y38滚齿机滚切x6130一10 0 6一0 19惰轮为例,进行挂轮的精密计算。输入值为( . -2 5/二,无一1,m。=2.75,刀一23.55638 9( o ),s一0.0000 5,齿宽6一40 m m。运算后输出摊一97.B一55,C=40,D一6,z一1.0728 8 4X10一6在 我 厂的现 生 产中,挂轮是按照普通 近似分数37/32来选配的,算得A一45、B一3 0、=37、力=48,一0.0 0 0 23。通过误差分析计算得,仅传动比误 差一项,就将使齿向误 差增加0.0叫mm,占7级精度齿轮整个齿向公差一49一二、十字万
6、向节力矩传递静力分析1.主动又受力分析如图1所示,主 动轴I )与从动轴d相交成一角度a,当主动轴尹转动时,与主动叉连接的十字轴端月、方就以。为中心,画出一个圆:,这 个 圆平面与阴。垂直。同理,与被动轴d连接的十字轴端c、D也 画 出一个圆犷,x、y二平面夹角为a,二 平 面 的交线是貂,习垂直于o t ),与oK二轴所组成的平面。轴的被动轴绕被动轴d转过的角度仰的 关系为:tg卿,=tgq ) dc os a(l)为叙述简便起见,我们只分析十字轴的o 月与阴的受力情况。若由c点向?圆平面作一垂线交于l,对 于十字轴的阴、c ) A,其 瞬间 的传力,可想象在 圆 平面:上 有 一 刚性联接
7、的垂直杆l ( v,主动叉给圆平面了上A、方点的作用力为一对方向相反的力1 )、其大小为:(2)Ml ,一价 一一M, .一D 一一Ml ,一A B一一式中M,p轴的驱 动 力矩D圆平面x的直径 一一圆平面了的半径因p.是x圆平 面 的 圆周力,于是 在I点上就作用 了一个尸:力,尸:土 们且在:平 面 内,其大小为:p。一塑O I根据几何关 系可推导:尸2一些j一eosZ沪,sinZa(3)图】设十字轴的4个端点起始位置分 别为川、尸、c l、l , l,当主 动轴,转过 一角度尹,后,这4个点分别转到 了A、打、C、D点。十字轴上的主动轴AB绕主动轴夕转过的沪,角与十字尸2力经I点传给了十
8、字轴 的C端,这 个力就是作用在被动叉点的尸:力,由于pZ力由I沿川平移到 了点,所以对,:圆盘来说要 产生 一个横向力偶M 卜,其大 小为:M卜一2已Cl按 儿何关 系可推导得:的3 6 %。因此,传动比误 差太大是该惰轮目前齿向精度超差 的一个重要原因。若差动链传动比采用连分数退近 的方法求得,其传动比误 差为1.07 2 88 4又 10一6,所 产生 的齿 向误差为1.8 9又10一sm m,为齿 轮齿 向公 差 的0.1 7%。因此,该方法大大提高了斜齿轮加工的齿向精度。六、结束语对于该挂轮精密计算程序,如变换输入m,、刀后,可适应加工不同齿轮的挂轮计算;变换G,可适应不 同 型号滚
9、齿机 的挂轮计算。对本程序略加修改后,可适应任意其它挂轮的选配计算。(责任编辑丈天)汽车技术M 补“M,tg能in必(4)从公式(4 )可看出,M补是按正弦曲线变化,其幅值是在M,tg a 到0之间变化,a越小,幅值也越小。该力偶可使主动轴尸产生垂直及水平方向的振动。2 .被动叉受力分析如 上所述,被动叉的C点 作用着 力几(见图1),将几分解为代、尸;两个分力,尸妥就是推动被动叉转动的作用力,所以被动轴上的驱 动力矩M才一2尸妙,由几何 关 系可推导出,的异侧在这种情况中(见图2),轴2两端又平面是在同 一平面内,当轴2转 过 一角度竹时,其扭矩可按公式(6 )计算为,COS曰12l一sin
10、Z沪,sinZa一:(8)轴3所受的扭矩按公式(5 )计算为,一eo sZ沪2、inZa23COS“23肘一盯,上二竺全丝幽将( 8 )式代人上式,并注意轴2_ 仁。又与r ) J叉为同平面,即 上 式中的02叉超前了.,叉90 0,上式中沪2应 再上90 0;若使“, ,一伪。,则(5)COS 理1?l一sinZ沪ZsinZal:l二些二望些业丝_MM=M尸 一sinZ哟sinZa(6)从公式(5)、(6)可知,M是 在好,eo sa到盯,/c o s a之间变化。由图l所示的姚对O所产生的力矩,就是作用在被动轴上的横向力偶,其大小M 汤一2凡,由几何关系可知,M奋=M,sln“Co s叭l
11、一sinZ外sinZa(7)从公式(7 )中可看出,M妥是在MI , s in a到O之间变化,a值越小,M奋幅值也越小。同样,该力偶可使被动轴产生垂直及水平 方向的振动。三、一节传动轴传递力矩的分析 只有一节传动轴的力矩传递,可分为以下几种情况。1.轴19 92年图2轴1、轴3在异侧与轴3共面,且轴l与轴3在轴第1 2期CO Sa23上 式说明,当输出轴、输入轴与中间传动轴所夹的角a相等,即轴l与轴3平行,则输入轴与输出轴扭矩相等,且不 会 产生角加 速 度 引起的惯性力矩 振 动。由上分析,轴l与轴3承受了横向 力偶。对车体来说,这二力偶是平衡的,但由于车体是一质量巨大的物体,且变速 器、
12、减速器都是由弹性元件 与车体联接的,所以轴1与轴3上 的二力偶在 车体上引起的振 幅都有了变化;由于轴l与轴3支座 的距离较远,这二 力偶引起的振动 互相传到对 方 支座 时,无 论 振幅还是相位都变化 了,所以这 二 振 动对车体来说是很难平衡的。由上说明,采用十字万向节传动,横向力偶振 动是 不能 完全消除的。2.轴1与轴3共面,且轴1与轴3在轴2同侧这种传动布置 及受力分析见图3。其中,传 动 轴2所 承受的 总横 向力偶为M盗一M、.:+M汽2。若a l z一鲡,则轴3所受的扭矩M3一M;轴2与轴1、轴3的交角a相等,则由轴1传给轴3的 扭矩 不变,但传动轴2却受较大的横向力偶作用,所
13、以这种传动布置型式 在设计中应该避免。3.轴3与轴l的二轴线互为异面直线该种传动布置及受力分析见图4。O,对一5 !一轴2的横向力偶为M孔.2,仇对轴2的横向力偶为M今。如果将轴2二端叉平面做成共面,则M;,JZ与M今方向相反或相同,但由于异面交角夕的存在,即使a;2一灸3,按公式(4)、公式(7 )推导,M;)12与M沙的数值也不可能相等。也就是说,轴3与轴l在异 面情况下,其横向力偶不可能平衡,所以输出轴与输入轴互为异面布置应尽 量避免。图3轴l、轴3在同侧T T T, ,月月. . . 介介图4轴l、轴3互为异面直线四、二节传动轴传递力矩的分析有二节传动轴的传动见图5。轴2一端用中间支架
14、通过轴承 固定在车架上,轴2的二端叉平面互成 9 0。角,轴3的二端叉平面共面,其中轴3的传动性质与前述情况相同。下面分析轴2的横 向力偶:当轴2从图示位置转过甲:角时,十字轴o,给轴2的横向力偶M十及十字轴仇给轴2的横向力偶M今都画在垂直轴2的平面 上,如图6所示。从 图中可看 出M孙,2与M奋矢径互相垂直,轴2所受总横向力偶M 、一丫M找2十M汽2。所以,当轴2与轴l、轴3交成a,2、伪3角度时,在传动时将受到较大的横向力偶,这将使 中间支架及变速器输出轴受到较大的作用力。为避免轴2与轴1、轴3同时出现二个交 角a lZ、内3的情况,在 一般的配置中都布置成如 图7(a )或图7(b)的型
15、式。一52一图7( a)是将轴2与轴1布置成一条直线,所以在力矩传递时,O,给轴1、轴2的横向力偶均为零,轴l与轴2的扭矩相等。轴3的传力性质与用一节传动轴的情况相同(其二端叉平面必须共面),轴2的二端叉平面 可互相成任意角度,但在一般制造中,轴2的二端叉平面制成相互垂直。在这种配 置中,若使伪3一嘶;,则轴3的横向力偶可自身平衡,中间支架只平衡十字轴02给轴2的横向力偶,同时,轴4与轴2在空间所构成的角度不 会因车辆装载质量的不同而有大的变化。也就是说,a 23与确;在车辆重载或轻载时都能保持向3嘶;,所以这种型式 的传动轴布置是比较多的。但这种布置的传动路线从o:点转折,因 而传动的交角伪
16、。、由4较大,增 加 了十字轴O:给轴2的横向力偶,也增加了十字轴03给减速器轴4的横 向力偶。汽车技术图5二节传动轴的传动示意 图(b)M成3图6二节传动轴的传力情况图7(b)表示的是 三个十字轴oL、02、03布置 在一条直线上,由于轴2、轴3成一条直线,十字轴o,给轴2、轴3的横 向力偶为零,所以十字轴o:二 个叉平面对其它轴端的叉平面相对角度可任意布置,但必须保持轴2上。,的叉平面与轴3上O。叉平面在同一平面上,这样才能使十字轴03的横向力偶M中与十字轴t ) l对轴2的横向力偶M牵作用在同一平面上,一般都制成轴3二端的叉平面在同一平面上,轴2的二端叉平面互相垂直,这样的配置就使轴2的o,叉平面与轴3的03叉平面处在同一平面上。1992年第12期轴 向力 白二,_ 刻图7二节传动轴传动型式一53一下面 具体分析图7( b)传动中的 支座 反力与变速器输出轴1的受力情况。1.中间支架反力我们将中间支架设在十字轴o,_七,如图7(c)所示。若将十字轴01、o:、03看成无限小,则十字轴仇给轴3的横向力偶洲甲
