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 .ZB 123)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～

30m in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

1 300N ·

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

40C r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. 2 900r.

234L ,标定功率为

110kW .m in,最大扭矩为

417N·m .1 500m in),参考康明斯

6BTA 59型

～

1 900r..

柴油机

(缸径×行程为

102×120mm ,排量

5. 88L,标定功

率

134kW .2 500r.m .1 700r.

m in,最大扭矩

603N·m in)

及东风

EQ 6105汽油机

(5. 9L , 121kW , 421. 4N·m)和

解放

CA 6102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

1 300N·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

GB 1144-74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

2R 270. 8 270. 8

F == =

co sA co s26°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

1 300N ·

m时,尼龙绳不会拉断。

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