发动机试验台快速联接挠性传动轴的设计.docx

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发动机试验台快速联接挠性传动轴的设计

　设计与计算　

发动机试验台快速联接挠性传动轴的设计

中汽总公司重庆汽车研究所　罗湘林

[摘要

]本文阐述了用于中型汽车发动机试验台的快速联接挠性传动轴的设计与计算。

这种传动轴具有良好的试验台

通用性能

质量轻

惯量小

对中方便

易于保养维护

更具有独特的安全保护性能

可在汽车行业内推广使用。

叙词

:

　发动机　试验台　设计

发动机试验台的传动轴与汽车的传动轴相比

使用

条件更为恶劣

由于它的传动轴直接承受发动机的扭转

振动

致使传动轴容易断裂

扭振对测功机也造成重大

损伤。

70kW的可采用直径

8mm的尼龙绳

（如东风汽车发动

接盘有尺寸和惯量均小的优点

使用更为安全可靠。

我

1　概述

为不同功率的发动机试验台选用多大联接盘、多粗尼龙

绳和多少个联接孔积累了许多经验数据。

一般来说

70kW以下的发动机,可采用直径6mm的尼龙绳,大于

所发动机试验台架已多年采用尼龙绳联接盘的传动轴

曾采用了加大号五十铃汽车用的万向节刚性传动轴

1994年,在重庆庆铃公司发动机试验台架上试车

现电涡流测功机指示扭矩异常振荡不稳

发

并在试车中两

次将传动轴扭断

飞出的碎片

（钢件

）幸好未造成机器设

备和人身安全事故。

后经我们建议

改用尼龙绳联接盘

的传动轴

便解决了测功机振荡和传动轴断裂问题。

发动机试验台采用什么样的传动轴

曾长时间困扰

着发动机试验研究人员。

我所发动机试验台曾使用过皮

带块

（车床传动皮带剪制的

）联轴器、橡胶块

（专门设计

的包弹簧钢丝的模制橡胶片

）联轴器

橡胶套柱销联轴

器

（Q.ZB123）及膜片

（0.5mm厚多层不锈钢片

）联轴器

等,这些联轴器或因圆盘大

惯量重

装卸、维修或加工

不便

或不能通用等原因

使用都不十分理想。

近年来

随着科技的发展和尼龙材料的应用

国内

汽车发动机试验台架已采用尼龙绳联接盘的传动轴

取

代了老式的各种联轴器。

这是由于尼龙绳联接盘像汽车

离合器一样

能有效地吸收发动机

（特别是柴油机

）的扭

振,使测功机和传动轴不受扭振的伤害

传动轴不致扭

断;尼龙绳即使因发动机冲击扭矩过大或长时间老化而

折断

也不致造成测功机损坏或人身安全事故

（因不会

有连接的螺钉、螺帽或断裂的钢片像枪弹一样高速飞

出）;况且更换一根尼龙绳费用也很低廉

并且尼龙绳联

·32·

机甚至大到康明斯

N系列柴油机都可以用

）,孔数和孔

中心分布直径可根据功率而定。

但由于以往这种尼龙绳

联接盘的传动轴是按测功机和发动机的联接盘单件配

制的

每当试验发动机上或下一次台架

都需要

20～

30min的时间

以便将两联接盘对中

捆绑或解开尼龙

绳,安装、拆卸和维护很不方便。

故本次设计的传动轴采

用花键联接并用钢球定心

以实现快速联接。

传动轴的

两端皆采用过渡法兰盘再与发动机和测功机联接

这

样,传动轴不受发动机和测功机联接盘的尺寸限制

可

以通用和小批量生产。

本次设计的传动轴拟作为发动机试验台架通用的

快速联接挠性传动轴

能承受最大冲击扭矩

1300N·

m,可试验的发动机最大扭矩为

650N·m,适于中型载

货汽车发动机台架试验使用。

为安全可靠

减小惯量和

离心力

传动轴材料采用

40Cr锻造

;为解决尼龙绳摩擦

磨损问题

尼龙绳联接盘工艺采用硫化处理

这样处理

对于尼龙绳相当于增设了一种固体润滑剂。

2　传动轴的设计和计算

本设计的传动轴专为柳州汽车发动机厂发动机试

验台架所使用

考虑到发动机动力性能的发展

（功率加

汽车研究与开发

大）及中型发动机试验台架的通用性

即按该厂现生产

的

6105Q型柴油机

（缸径×行程为

105×120mm,排量

6.2900r.

234L,标定功率为

110kW.min,最大扭矩为

417N·m.1500min）,参考康明斯

6BTA59型

～

1900r..

柴油机

（缸径×行程为

102×120mm,排量

5.88L,标定功

率

134kW.2500r.m.1700r.

min,最大扭矩

603N·min）

及东风

EQ6105汽油机

（5.9L,121kW,421.4N·m）和

解放

CA6102汽油机

（106.6kW,392N·m）,选取传动轴

标称传力扭矩为

650N·m,最大冲击扭矩为发动机最大

扭矩的

1.5～

2倍,取

1300N·m。

参照前期我所所使用

的尼龙绳联接盘经验数据

选取尼龙绳直径为

8mm,联

接盘上穿联尼龙绳的孔

（孔径

15mm）数为

24个,及孔

中心均匀分布的直径为

200mm;传动轴选用矩形花键

联接

（参考

GB1144-74矩形花键联接

）,选取为

16-60

　　由图

2知,tgA=5.10=0.5,A=26°33′54″。

2.1.1　联接盘上每孔横向载荷

R

　设计与计算　

图

1

图

2R270.8270.8

F===

cosAcos26°33′54″

0.8961

=302N<〔F〕=320N

〔F〕——尼龙绳

（2根直径

8mm）的许用拉力为

2×

160N=320N,所以当发动机瞬时冲击扭矩为

1300N·

m时,尼龙绳不会拉断。

但当瞬时冲击扭矩达到

1400N·m时,R=

1400291.7

2×24×0.2.2=291.7N;F=

0.8961

=325.5N>〔F〕

=320N,此时尼龙绳会被拉断

这样发动机就起了安全

保护作用。

2.2　传动轴矩形花键联接强度的计算

（参照机械零件

强度计算手册

）

2.2.1　花键作用面的挤压应力

（平均接触压力

）DCM

（下转第

37页）

·33·

×52×5（z=16;D=60;d=52;b=5;C=0.5）。

本设计的传动轴结构如图1所示,设计计算要求:

应能保证试验发动机运行在标称扭矩范围内安全、可靠

和正常工作;又要在发动机忽然飞车或忽然增大扭矩

（如拉缸）时,尼龙绳要能及时拉断,以保证传动轴、发动

机、测功机和试验人员的工作安全。

1.定位座　2.后半联轴器　3.密封套　4.后半轴　5.压注油嘴

6.绞制棉纶绳　7.钢球　8.前半联轴器　9.过渡圆盘

2.1　传动轴联接盘上尼龙绳的拉力与角度计算

按照试验室原制作的尼龙绳联接盘测得的两孔扭

转中心距离为8～10mm,两联接法兰盘之间距离为3～

5mm,如图2所示。

MH

R==

ZnD0.2

式中

:

MH——冲击扭矩

（MH=

2MZ

ZnD0.2

（1）

1300N·m）;

MZ——标称扭矩

（MZ=650N·m）;

Z——每孔尼龙绳数

（Z=2根）;

n——联接盘上孔数

（n=24个）;

D0——均匀分布孔的直径

（D0=200mm）。

　　将各参数值代入

（1）式,得

1300

R==270.8N

2×24×0.2

2.

2.1.2　由拉力角度计算尼龙绳的拉力

F

2001年第

1期

发器的空气温度升高

被冷却后的空气温度也偏高

因

而制冷不良。

②冷暖阀门关闭不严或暖水阀门关闭不严。

冷暖阀

门关闭不严时

暖水阀也存在一定的开度

这样被蒸发

器冷却的部分空气流经暖风机又被加热

然后再混合

这样的制冷效果就不好。

③风管连接漏气。

处于运送途中的冷空气在管与管

连接部位泄漏

将不必要冷却的部件进行冷却

导致制

冷不良。

除霜口关闭不严

在不需要除霜时

同样使冷气

泄漏到除霜部位

反而使玻璃上结雾

影响制冷效果。

如

果在鼓风机与蒸发器前泄漏

则减少了鼓风量

同样引

　设计与计算　

起制冷不良。

4　小结

通过

HMC6470车空调系统国产化匹配的装车试

验,对引起空调制冷不良的原因逐项分析

并采取相应

的措施

使

HMC6470空调系统开发获得成功

为今后

其它车型的空调系统匹配积累了宝贵的经验。

当然

引

起空调制冷不良的原因还有许多

这就需要根据具体情

况具体分析

找到原因才能采取正确的解决措施。

z——齿数

=56mm）;

（z=16）;

h——齿接触面的高度

（齿的工作高度

h=D-

2

d

（上接第

33页）

1300N·

联接花键的平均直径（dCP=

D+dDCM=

2MH≤〔

DCM〕

（2）

式中:

Wz——

d——实心花键的内径

轴的抗扭截面模量;

（d=0.052m）。

dcpzhl7将各参数值代入

（3）式,得

式中

:

MH——最大冲击扭矩

（MH=m）;

=

1300

46227810Pa=46.M2MPa

=

2

60+52

—

dCP—

2

60-52

-2C=-2×0.5=3mm）;

2

l——齿接触面的长度

（l=95mm）;

——齿间压力分配不均匀系数

（7=0.7～

0.8,7取

=0.75）;

〔DCM〕——7齿侧表面的许用挤压应力

（40Cr的许

用比压〔

DCM〕=15MPa）。

将各参数值代入

（2）式,得

2×1300

DCM==13.57MPa

0.056×16×0.003×0.095×0.75

由于

DCM<〔DCM〕=15MPa,故花键挤压强度够。

2.2.2　花键受扭时名义剪应力

SM与最大剪应力

SMmax

花键受扭时名义剪应力集中系数

AT=SMmax.SM=2.06

MHMH

M=≈

（3）

SWZ0.2d3

S0.2×0.0523=

Mmax=M=2.06×46.2=95.17MPa

SA

材料为

T

40SCr,根据《机械设计手册》其许用扭转剪

应力〔

SM〕=196MPa,即

SMmax<〔SM〕,故花键轴抗扭强

度足够。

3　结论

（1）本设计的快速联接挠性传动轴

适用于最大扭

矩≤

650N·m的中型汽车发动机试验台架。

它不受测

功机和发动机的联接盘尺寸限制

不必单件配制

可小

批量生产供应市场

具有良好的试验台通用性。

（2）这种传动轴质量轻

惯量小

机械性、可靠性和

耐久性好

且易于对中

保养维护方便。

（3）这种传动轴安全保护性能好

超速超负荷时尼

龙绳会拉断

传动轴不会受损伤

有利于保护发动机、试

验设备和人身安全

这是以往任何种型式的传动轴都不

可比拟的。

2001年第

1期·37·