汽车双联传动轴动平衡测试模型研究

　　0 引言

　　传动轴作为汽车传动系统的主要部件, 在汽车行驶过程中起着传递运动和扭矩的作用。由于传动轴运转速度高, 特别是双联传动轴结构复杂, 在制造、安装和使用过程中, 传动轴的质量分布不均匀, 各离心力的矢量和不等于零, 高速旋转时, 由于离心力的作用, 此力将会对支承传动轴的轴承产生动压力, 从而产生剧烈的振动。传动轴的振动将产生一系列的危害: 首先会产生噪声; 其次, 由于自身的振动, 会大大影响汽车的舒适性, 降低其传递效率, 产生配合松动, 甚至使元件断裂, 导致重大事故的发生。

　　传统的汽车双联传动轴动平衡方法是, 先将每段轴在动平衡机上进行平衡, 然后再进行组装, 由于此件结构较复杂, 安装时难以保证轴的中心在惯性主轴中心,剩余不平衡量较大。本文应用影响系数法对汽车双联传动轴进行研究, 将汽车双联传动轴作为一个系统进行考虑, 提出一种全新的动平衡测试方法。

　　1 汽车双联传动轴三面平衡的力学模型

　　当汽车传动轴需要较长时, 若采用一根长轴, 就难以得到较高的临界转速, 所以采用增加中间支承的方式, 使得传动轴能实现高速旋转。传动轴在实际联结

　　时, 由于位置的需要, 两段传动轴之间会有一定的夹角, 实际的支承也不是在两段传动轴的端面联结处, 为便于建立模型进行测试和校正, 将汽车双联传动轴的两轴和三个万向联轴节作为一个系统进行考虑, 把此双联传动轴视为同轴联接, 此时,检测振动的传感器的设置位置在如图1 的三个支承处,则可以由三个传感器的输出求得三个校正面上的不平衡, 原理上由两面平面校正分离扩展而来,即三面校正平面的分离。

　　由上述模型的建立, 经抽象之后, 此模型可以等效为一个同轴的长轴, 具有三个支承, 但支承的位置不在长轴的中间位置上, 简化的力学模型如图 1 所示[1,2]。

　　2 用影响系数法求解不平衡量

　　影响系数法是广泛使用于挠性转子动平衡的多面平衡方法, 即分别在相应的校正平面上加上试重, 然后检测其对其余校正平面的影响, 并用一个系数表示, 此系数就称之为影响系数。根据线性振动理论的叠加原理[3]可知: 当一个系统分别受到任意三个激励 F1(t), F2(t), F3(t),它们分别对应于三个响应 X1(t), X2(t), X3(t)。若有激励：

　　式中: Di—常数。硬支承动平衡机的转子—支承系统可以近似认为是线性系统, 因此, 转子—支承系统的振动可以看成左、中、右三个校正面上的不平衡量 U1, U2,U3作用结果的叠加[2~4]。如图 1 所示, 设转子三校正平面上有初始不平衡量: Un0=Un0ej!n0(n=1, 2, 3, 下同) 。转子以一定的转速旋转时, 在支承 1, 2, 3 处分别检测到的振动值为: Ym0=Ym0ej"m0(m=1, 2, 3, 下同) 。根据叠加原理可以得到如下矩阵方程: