发动机前置、后轮驱动的汽车,在行驶中有时会听到一种周期性的“隆隆”声,车速越高响声越大,严重时车身发抖,驾驶室晃动,手握方向盘有麻木感,这种现象多为传动轴不平衡摆振所致。
发动机前置、后轮驱动的汽车,多选用带十字轴万向节的传动轴,作为变速器与驱动桥之间的动力传递装置。由于传动轴细而长,在自身重量的作用下,传动轴的质量轴线相对于旋转轴线有一个偏移量 fa(即初挠度),如图1 所示。当传动轴以角速度ω 旋转时,在其质量轴线上必然会产生一个离心力 F,在 F 的作用下,传动轴会产生一个附加挠度 fb,从而使质量轴线与旋转轴线的偏移量增大。虽然重力的大小和方向是不变的,但是离心力的大小和方向是变化的,故使传动轴摆振的力(即重力与离心力的向量和)呈周期性变化,从而使传动轴的挠度也随着变化。也就是说,传动轴的旋转伴随着强迫振动(也称弯曲振动),这种振动的频率正比于传动轴的转速。当传动轴的转速接近万向传动装置的固有频率时,就会出现共振现象,其振动幅度(挠度)急剧增加。
从图中可以得出离心力F 为:
F=m·r·ω2=m·(fa+fb)·ω2(1)
因为F 被与挠度成正比的材料的弹性力P (根据材料力学分析)所平衡。
P=c·fb·E·I/L3(2)
式中:
E—传动轴材料的抗拉弹性模数;
I—轴剖面对其对称轴线的转动惯量;
C—与受载特性及支撑有关的系数;
L—传动轴的长度。
所以:m·(fa+fb)·ω2= c·fb·E·I/L3
整理后得:
fb= m·fa·ω2·L3/ (c·E·I - m·ω2·L3)....... (3)
从(1)式可以看出,角速度 ω和初挠度 fa的增加,将使离心力 F 增大。从(3)式可以看出,初挠度 fa的增加也使附加挠度 fb增大,当(3)中的(c·E·I - m·ω2·L3)趋于零时,附加挠度 fb趋于无穷大,将使传动轴折断。在使用中万向传动装置的松动、传动轴的弯曲等,都会使初挠度增加,造成传动轴摆振发响。
传动轴的摆振,不仅使汽车的万向传动装置机件的磨损速度加快,配合间隙加大,传动效率降低,产生异常响声,而且同时也加剧了变速器、驱动桥内部机件的磨损或损坏,在行车中,甚至发生因传动轴突然折断,造成翻车的恶性事故。
造成传动轴不平衡摆振的具体原因有:
1.传动轴弯曲、凹陷或两端平衡片丢失;
2.十字轴轴向窜动。十字轴旋转时会在轴承中产生摆动,传动轴两端万向节叉上的附加弯矩和传动轴的离心力,造成了十字轴端面承受压力,在使用中十字轴端面会不断磨损,造成十字轴的轴向窜动增大;
3.十字轴轴承盖板下的平衡片数量或位置在装配后发生了变化;伸缩节磨损严重等;
4.中间支架偏移或固定螺栓松动;
5.安装传动轴滑动叉时,两端的万向节叉不在同一平面内,破坏了十字轴万向节等速传动的条件;
6.后钢板弹簧的规格和数量以及发动机支架垫块的厚度发生了较大的变化,使双万向节两端连接的两轴与传动轴夹角不相等,造成传动轴不能实现等速传动。
对传动轴不平衡摆振的一般诊断方法是:将汽车后桥架起,挂上直接档,加速旋转,在汽车的一侧,观察传动轴的摆振情况,尤其在高速突然收油门时摆振特别明显。
传动轴不平衡摆振的处理方法:一般应先检查传动轴是否松旷和安装情况,在无旷量和安装正确的情况下,可调整中间支架的位置,如仍无效果,则应拆下传动轴进行弯曲度的检查和校正。在传动轴的中间,用百分表测量时,其弯曲量不应大于 1mm。如条件允许,应对传动轴做动平衡试验,传动轴总成的不平衡度,因车而异,一般技术要求是,总质量小于 4t 的汽车,在 3000~5000r/min时不应大于1~2N·mm;总质量在4~12t之间的汽车,在1000~3000r/min时不应大于10N·mm。