礦 用 汽 車(chē) 傳 動(dòng) 軸 的 受 力 分析

1、礦用汽車(chē)傳動(dòng)軸［摘要］［摘要］萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置由萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸及中間支承組成。在礦用汽車(chē)上廣泛應(yīng)用剛性十字軸式雙萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸。對(duì)于傳動(dòng)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(chē)敘詞：礦用汽車(chē)傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸應(yīng)用應(yīng)用維護(hù)維護(hù)傳動(dòng)軸的受力分析傳動(dòng)軸的受力分析在汽車(chē)上，萬(wàn)向傳動(dòng)裝置最重要的使用場(chǎng)合是連接變速器第二軸（或分動(dòng)器輸出軸）與主減速器的輸入軸。另外，有的汽車(chē)由于總體布置重要，在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間不直接連接而離開(kāi)一定距離，為避

2、免因安裝不準(zhǔn)確和車(chē)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(wàn)向傳動(dòng)裝置。萬(wàn)向傳動(dòng)裝置由萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸及中間支承所組成。萬(wàn)向節(jié)按鈕轉(zhuǎn)方向是否有明顯的彈性可分為剛性萬(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)兩類。剛性萬(wàn)向節(jié)又分為不等速萬(wàn)向節(jié)（常用的為普通十字軸式）、等速萬(wàn)向節(jié)和準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)三種。本文僅討論普通十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置。礦用汽車(chē)由于軸距較短，在變速箱輸出軸和后驅(qū)動(dòng)橋主減速器輸入間普遍采用沒(méi)有中間支承的單軸普通雙剛性萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸的總

3、成傳動(dòng)。當(dāng)被連接的兩根軸不在同一直線上而采用一個(gè)十字軸式萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的角度是不均勻的。其運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)簡(jiǎn)單分析如下。設(shè)主動(dòng)叉軸與從動(dòng)叉軸夾角為α主動(dòng)叉軸以等角速度ω1旋轉(zhuǎn)，十字軸萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r。先看兩個(gè)特殊位置的速度：（1）主動(dòng)叉在垂直位置，并且十字軸平面與主動(dòng)軸垂直，如圖1a）所示。主動(dòng)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(dòng)叉與十字軸連接點(diǎn)b的線速度Vb在與主動(dòng)叉平行的平面內(nèi)，并且垂直于從動(dòng)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(duì)稱的，oa=ob。當(dāng)萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)時(shí)，十字軸是繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)叉轉(zhuǎn)到所述位置時(shí)，從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速大于主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。（2）主動(dòng)叉在水平位置，并且十字軸平面與從動(dòng)軸垂直，如圖1b）所示。此時(shí)主動(dòng)叉與十字軸連接點(diǎn)a的線速度在平行于從動(dòng)

5、叉的平面內(nèi)，并且垂直于主動(dòng)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(dòng)叉轉(zhuǎn)到所述位置時(shí)，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速小于主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速。其向量互成一角度而不能自行封閉。只有在主動(dòng)叉與從動(dòng)叉對(duì)十字軸的力矩作用平面同十字軸平面共平面時(shí)，十字軸才能平衡。主動(dòng)叉對(duì)十字軸的作用力矩，除主動(dòng)扭矩M1之外，還有作用在主動(dòng)叉平面的彎曲力矩M1。同理，從動(dòng)叉對(duì)十字軸也作用有

6、從動(dòng)軸反扭矩M2和作用在從動(dòng)叉平面的彎曲矩M2。設(shè)萬(wàn)向節(jié)主動(dòng)叉處于垂直位置，十字軸平面與主動(dòng)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(wàn)向節(jié)主動(dòng)叉處于水平位置，十字軸平面與從動(dòng)軸垂直時(shí)，同理可知M2=0主動(dòng)叉上的附加彎曲力矩M=M1tg

7、α如圖3b）所示。由此可見(jiàn)，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(wàn)向節(jié)主、從動(dòng)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(dòng)。圖3十字軸萬(wàn)向節(jié)的力矩平衡兩端連接萬(wàn)節(jié)向的傳動(dòng)軸是一個(gè)細(xì)而長(zhǎng)的零件，在自身的重力F作用下，傳動(dòng)軸中部會(huì)產(chǎn)生微量彎曲，使傳動(dòng)軸中心(即質(zhì)量中心)相對(duì)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(dòng)軸品質(zhì)的不

8、均勻，則a將再增大。在傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，在質(zhì)量中心所示產(chǎn)生的離心力將引起傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸的撓度也隨之變化。即傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)將伴隨有彎曲振動(dòng)(強(qiáng)迫振動(dòng))它的頻率即等于傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。對(duì)于兩端自由支隨(開(kāi)式傳動(dòng)軸)的空心傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速為：圖4傳動(dòng)軸的彎曲振動(dòng)式中：E—材料彈性模數(shù)J—抗彎慣性矩D—傳動(dòng)