矿 用 汽 车 传 动 轴 的 受 力 分析

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1、矿用汽车传动轴［摘要］    万向节传动装置由万向节、传动轴及中间支承组成。在矿用汽车上广泛应用刚性十字轴式双万向节传动轴。对于传动轴的使用、故障分析、维护保养应该注意的事项。叙词：矿用汽车传动轴应用维护  传动轴的受力分析    在汽车上，万向传动装置最重要的使用场合是连接变速器第二轴（或分动器输出轴）与主减速器的输入轴。另外，有的汽车由于总体布置重要，在发动机和变速箱之间不直接连接而离开一定距离，为避免因安装不准确和车架变形，使名义上同心的两轴之间可能出现的倾角和偏移，也使用万向传动装置。    万向传动装置由万向节、传动轴及中间支承所组成。

2、    万向节按钮转方向是否有明显的弹性可分为刚性万向节和挠性万向节两类。刚性万向节又分为不等速万向节（常用的为普通十字轴式）、等速万向节和准等速万向节三种。本文仅讨论普通十字轴式刚性万向节传动装置。    矿用汽车由于轴距较短，在变速箱输出轴和后驱动桥主减速器输入间普遍采用没有中间支承的单轴普通双刚性万向节传动轴的总成传动。    当被连接的两根轴不在同一直线上而采用一个十字轴式万向节传动时，从动轴旋转的角度是不均匀的。其运动学特点简单分析如下。    设主动叉轴与从动叉轴夹角为α,主动叉轴以等角速度ω1旋转，十字轴万向节转动半径为r。先看两个

3、特殊位置的速度：    （1）主动叉在垂直位置，并且十字轴平面与主动轴垂直，如图1a）所示。主动叉与十字轴连接点a的线速度Va在十字轴平面内，Va=ω1r;从动叉与十字轴连接点b的线速度Vb在与主动叉平行的平面内，并且垂直于从动轴，点b的线速度Vb可分解为在十字轴平面内的速度V'b和垂直于十字轴平面的速度V"b。由速度直角三角形可看出在数值上Vb>V'b。十字轴是对称的，oa=ob。当万向节传动时，十字轴是绕O点转动的，其上a、b两点于十字轴平面内的线速度在数值上应相等，即V'b=Vα,因此Vb>Va。因此可知，当主从动叉转到所述位置时，从动轴的

4、转速大于主动轴的转速。    （2）主动叉在水平位置，并且十字轴平面与从动轴垂直，如图1b）所示。此时主动叉与十字轴连接点a的线速度在平行于从动叉的平面内，并且垂直于主动轴。线速度Vα可分解为在十字轴平面内的速度V'α和垂直于十字轴平面的速度V"α，根据同样道理，在数值上,Va>V'α而V'α=Vb，因此，Vα=Vb即当主从动叉转到所述位置时，从动轴转速小于主动轴转速。    （3）显然，由a点Vα=ω1rV'b=Vbcosα=ω2rcosα可知ω1=ω2cosα或ω2=ω1/cosα    由（2）点V'α=Vαcosα=ω1rcosαVb=ω

5、2r可知ω1=ω2/cosα或ω2=ω1cosα    即当主动叉轴以等速度ω1转动，主动叉由垂直位置转到水平位置时，从动叉轴的角速度由大于主动叉角速度的最大值ω1/cosα变化至小于主动叉角速度的最小值ω1cosα。主动轴再转90度，从动轴的角速度又由最小值变至最大值。从动轴角速度的变化周期为180度。即在一圈内变化两次，而且从动轴不等速的程度是随两轴间夹角α的加大而加大。    以上分析说明普通刚性十字轴万向的传动不等速性。所谓“传动的不等速性”，是指从动叉轴在转动一周中角速度不均匀而言，而主、从动轴的平均转速是相等的，即主动轴转过一周，从动

6、轴也转过一周。    为了实现等角速度传动，以消除不等速的影响，可将两个万向节按图2所示布置。实践和理论分析证实，只要第一个万向所连两轴间夹角α1与第二个万向节所连两轴间夹角α2相等，并且第一个万向节的从动叉与第二个万向节的主动叉在同一平面内，则经过双万向节传动,可使第二个万向节从动叉轴与第一个万向节主动叉轴一样作等角速转动。传动轴的受力分析        图2采用不等速万向节传动轴简图    必须说明，这里所谓等角速转动是指传动轴两端的输入轴(主动叉轴)和输出轴(第二个从动叉轴)而言，对传动轴自身来说，只要轴间夹角不为零，它就是以不等角速旋转的

7、。    刚性十字轴式万向节从动轴以每周变化两次的周期进行不等角速度旋转，其旋转的角加速度会引起较大的惯性力矩，从而可能引起传动系统的扭转振动。    刚性十字轴式万向节传动中主动叉轴扭矩M1与从动叉轴扭矩M2的变化关系即动力学特征。简要说明如下：如果不计万向节里的摩擦损失，即有M1ω1=M2ω2由万向节运动学特征可知，当ω1以等速旋转时，随万向节旋转所处位置不同，从动轴角速度ω2在ω1/cosα至ω1cosα之间不均匀变化。显然，当万向节主动叉处在垂直位置，万向节十字轴平面与主动轴垂直时，如3a）图所示，从动叉轴上的扭矩最小，即M2min=M1

8、cosα。当万向节主动叉在水平位置，万向节十字轴平面与从动叉轴垂直时，从动叉轴上的扭矩最大，即M2max=M1/cosα。    这说明