十字轴式万向节传动轴振动的影响因素

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1、十字轴式万向节传动轴振动的影响因素尚国生许昌远东传动轴股份有限公司(河南省许昌市461111)摘要：十字轴式万向节传动轴(以下简称传动轴)振动的影响因素主要有：动平衡剩余不平衡量值过大、变速箱输出法兰和后桥输入法兰止口径向跳动量值过大、传动轴布置角度过大、传动轴临界转速不满足设计要求、传动轴固有频率与由于不平衡或者附加弯矩引起激力的频率重合。在设计和制造中要重点控制以上因素。关键词：机械学传动轴振动影响因素1前言在汽车的使用过程中经常会发生传动轴振动的故障，轻者影响汽车的舒适性，重者传动轴十字轴轴承烧蚀、支承轴承烧蚀、支承橡胶疲劳撕裂、支承壳振裂，更有甚者损坏与传动轴相连的变速

2、箱和后桥零部件。影响传动轴振动的因素主要有：动平衡剩余不平衡量值过大、变速箱输出法兰和后桥输入法兰止口径向跳动量值过大、传动轴布置角度过大、特别是传动轴的临界转速不满足设计要求，或者传动轴的固有频率与由于不平衡或者是附加弯矩引起激力的频率相同时，将会发生共振使传动轴破坏。本文逐一讨论引起传动轴振动的原因。2传动轴剩余不平衡量值过大引起振动通常在传动轴的设计中都规定了传动轴的剩余不平衡量值，QC/T29082《汽车传动轴总成技术条件》中规定传动轴的平衡品质等级为G40，根据我国汽车行业的发展以及道路交通条件的提高，对车辆的速度要求越来越高，因此传动轴企业目前采用了G16平衡品质等

3、级。根据传动轴平衡品质等级、传动轴质量、传动轴最高转速就可根据下式算出传动轴许用○1不平衡量1000·G·MUper=………………………(1)ω式中：G—平衡精度，单位：mm/s；ω—角速度，单位：rad/s；Uper—许用不平衡量，单位：g·mm；M—传动轴质量，单位：kg。2π·nω=rad/s60每端许用不平衡量为Uper/2g·mm。控制传动轴剩余不平衡量值，是控制传动轴振动的主要途径之一。2.1影响传动轴动平衡的主要因素2.1.1传动轴的径向跳动量过大传动轴径向跳动量是零件形位误差：同轴度、对称度、位置度以及焊接变形的综合反映。这些形位误差过大，将改变传动轴的质量分布

4、，动平衡时产生不平衡量值。行业标准规定传动轴焊接合件长度小于1米的，径向跳动量小于0.7毫米，大于1米的，径向跳动量小于0.8毫米。2.1.2花键配合间隙和十字轴滚针轴承端面和径向间隙过大花键配合间隙和十字轴滚针轴承端面间隙和径向间隙过大会造成传动轴动平衡剩余不平衡量值的游动，使动平衡时很难找到不平衡量值补偿点，在动平衡要求较严时无法达到规定的剩余不平衡量值，动平衡无法进行下去。花键配合间隙和十字轴滚针轴承端面、径向间隙是由设计形成的，如果设计不合理或者制造过程中超差就可能产生以上现象。2.1.3叉形零件毛坯对称尺寸超差传动轴的叉形零件突缘叉、万向节叉、轴叉的叉部是不加工的毛坯

5、面，如果毛坯面的对称尺寸超差过多，造成零件质量分布不均匀，影响传动轴动平衡。3变速箱输出法兰和后桥输入法兰止口径向跳动超差引起振动变速箱输出法兰止口和后桥输入法兰止口径向跳动超差，既使是传动轴动平衡合格，还是会引起振动。因为传动轴装在两个轴线跳动不合格的连接盘上，动平衡被破坏了，引起了传动轴的新的不平衡，将产生振动。4传动轴布置角度过大引起振动4.1由于布置角度过大造成不等速性引起传动轴产生振动十字轴式万向节传动轴是非等速传动轴只有在以下两种情况下，传动轴输入轴线和输出轴线的角速度才是相等的。a.传动轴各轴线的布置交角等于零；b.传动轴各轴线的布置交角不等于零但满足如下三个条件

6、的：a)传动轴的所有轴线在同一平面内；b)传动轴输入轴线与传动轴的交角等于输出轴线与传动轴的交角；c)两端万向节叉相位相同。图1传动轴Z型布置图2传动轴W型布置传动轴的布置型式如图1，图2所示。即传动轴的三根轴线在同一平面内，若β1=β2，则输入轴的角速度ω1等于输出轴的角速度ω2。然而在汽车的传动轴布置当中，要使β1=β2很难做到，即使静止时β1=β2，在行驶当中也很难保证两角相等。然而不等速性又会怎样影响传动轴的振动呢，从单个万向节的运动规律如图3可以看出两轴线有夹角β时的运动关○2系式为：tanα1=tanα2cosβ…………………(2)式中：α1—主动轴Ⅰ瞬时转角；α2

7、—从动轴Ⅱ瞬时转角；β—传动轴Ⅰ和传动轴Ⅱ的交角。图3单个万向节传动示意图图4主动轴转角和从动轴转角关系图φk=α2-α1图4中虚线α1是同步线，α2是不同步线。(2)式就是输入轴Ⅰ和输出轴Ⅱ转角随两轴夹角的变化关系，由图4可知，当主动轴转角从0～90°时，从动轴转角是超前的，即α2＞α1。并且转角差在45°为最大值，随后差值减小。即在此区间从动轴转速先加快后减慢，当主动轴转过90°时从动轴也转过90°，α1从90°到180°，从动轴转角相对主动轴是滞后的即α2＜α1，并且两角差值在135°