传动轴的受力分析
 
页码:
1  2  3  4  6
    
    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。
     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=M1cosα。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。
    这说明具有夹角α的十字轴万向节仅在主动叉轴驱动扭矩和从动叉轴上反扭矩的作用下是不能平衡的,这是因为此两扭矩作用在不同平面,其向量互成一角度而不能自行封闭。只有在主动叉与从动叉对十字轴的力矩作用平面同十字轴平面共平面时,十字轴才能平衡。主动叉对十字轴的作用力矩,除主动扭矩M1之外,还有作用在主动叉平面的弯曲力矩M'1。同理,从动叉对十字轴也作用有从动轴反扭矩M2和作用在从动叉平面的弯曲矩M'2
    设万向节主动叉处于垂直位置,十字轴平面与主动轴垂直是,如图3a)所示,由于M1作用在十字轴平面,M'1必为零,因M2的作用平面与十字轴不共平面,必有M'2存在。向量M'2是垂直于M2的,合向量M'2+M2指向十字轴平面的法线方向,而与M1方向相反,大小相等。由力矩向量三角形可知M'1=M1sinα。当万向节主动叉处于水平位置,十字轴平面与从动轴垂直时,同理可知M'2=0主动叉上的附加弯曲力矩M'=M1tgα,如图3b)所示。
    由此可见,附加弯曲力矩的数值零与以上两公式所表示的最大值之间变化的,其变化周期为180度。即每转变化两次。附加弯矩可在万向节主、从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷,并有可能激起支承的振动。

    图3 十字轴万向节的力矩平衡
    两端连接万节向的传动轴是一个细而长的零件,在自身的重力F作用下,传动轴中部会产生微量弯曲,使传动轴中心(即质量中心)相对旋转心线有一偏移(初挠度)a,如图4所示,如果考虑到部件各部轴与孔的间隙,传动轴品质的不均匀,则a将再增大。在传动轴旋转时,在质量中心所示产生的离心力将引起传动轴的进一步弯曲,产生附加挠度y。由于重力的大小和方向是不变的,而离心力的大小和方向是改变的,故使传动轴弯曲的合力(重力和离心力的向量和)也周期性的变化,使传动轴的挠度也随之变化。即传动轴的旋转将伴随有弯曲振动(强迫振动),它的频率即等于传动轴的转速。
    对于两端自由支随(开式传动轴)的空心传动轴的临界转速为:

    图4 传动轴的弯曲振动

式中:
E—材料弹性模数
J—抗弯惯性矩
D—传动轴外径
d—传动轴内径
g—传动轴单位长度重量
L—传动轴长度
    传动轴在实际设计时,要使传动轴最高转速<0.7nko
    以上对刚性十字轴式双万向节传动轴的简要传动原理分析对于我们正确使用和制造具有生要的指导意义。
页码:
1  2  3  4  6
版权所有:乐清市乐泰型机械配件有限公司