536 液壓機(jī)械傳動(dòng)開式試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)（有cad原圖+文獻(xiàn)翻譯）,536,液壓機(jī)械傳動(dòng)開式試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)（有cad原圖+文獻(xiàn)翻譯）,液壓,機(jī)械傳動(dòng),試驗(yàn)臺(tái),設(shè)計(jì),cad,原圖,文獻(xiàn),翻譯 液壓機(jī)械傳動(dòng)開式試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 摘要 燃油經(jīng)濟(jì)性和較少的有害氣體排放和日益增大的舒適性等要求是現(xiàn)代汽車十分重要的研究課題. 液壓機(jī)械差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是利用液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)原理，將液壓傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)恰當(dāng)組合的一種新型封閉雙功率流傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本文介紹了機(jī)——電——液一體化動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)。討論了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及恒轉(zhuǎn)速控制的原理和基本規(guī)律。對部分試驗(yàn)和理論結(jié)果進(jìn)行了分析和研究,分析了車輛動(dòng)力傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械測功器的結(jié)構(gòu)和工作原理，提出了機(jī)械測功器的控制方案，并進(jìn)行了仿真計(jì)算。針對已有機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)存在的局限性提出了適合于不同傳動(dòng)形式及測試要求的多功能試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)思路，對所涉及的多功能試驗(yàn)臺(tái)的組成和工作原理進(jìn)行了分析討論，給出了不同組合形式時(shí)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)及測試控制方法。計(jì)算表明，合理的選擇可以使測功器獲得較好的動(dòng)態(tài)特性。試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、加載方便、節(jié)能效果顯著，滿足了設(shè)計(jì)的要求。 關(guān)鍵詞： 車輛傳動(dòng),動(dòng)力傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái),性能分析,慣量模擬 Structure and performance Analysis of the Dynamic Simulation Bench for Vehicle Transmission System ABSTRACT To satisfy the demand for greeted fuel economy, fewerem jssion and enhanced comfort, which are very important themes for modern automat boilers.The bydro-mechanical differential turning mechanism using hydro-mechanical infinite transmission theory is the new close double flow transmission mechanism being suitably made up of hydraulic transmission and gear transmission.This paper introduces the structure and performance characteristics of an integrated electro-hydro-mechanical control system of the dynamic simulation bench for vehicle transmission. The dynamic performance and the theory and basic law of the constant speed control are discussed.Some theoretical and experimental results are analyzed.The construction and working principles of a power-trans mission test bench and a mechanical dynamometer analyzed .Control policy about the mechanical dynamometer is described,then the matching method of the control system and the pivotal parameter are gained. Dynamic analysis of this model is finally demonstrated in detail。This paper analyses and discusses both composition of the multifunction test and operating principle,and presents test, method of cont to and structures of various combining test .A design idea of multifunction test bed is put forward which is suitable for different driving form and test requirement.The test results show that system runs steadily,saves energy remarkably,loads conveniently, andsatisfies requirement of design。 Keywords: Vehicle transmission，Test bench，Performance analysis，Inertia simulat 前 言 近幾年來，我國的工程車輛工業(yè)發(fā)展迅猛，而隨著汽車工業(yè)的崛起也伴隨著對于產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)與檢測手段的落后。尤其是目前，我國制造汽車尚在起始階段，還不成熟.但作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展支柱的汽車工業(yè)，必然要在當(dāng)今技術(shù)潮流中疾進(jìn)，而以后汽車傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展方向是以自動(dòng)變速器技術(shù)（自動(dòng)變速器和液壓機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置）為核心，所以為了給汽車自動(dòng)傳動(dòng)產(chǎn)品完善設(shè)計(jì)理念、交檢產(chǎn)品性能，控制產(chǎn)品的質(zhì)量，提高汽車的品質(zhì)，勢必對其零部件提出更高更嚴(yán)格的要求。傳動(dòng)系是汽車實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出到行駛的必須系統(tǒng)，變速器是汽車傳動(dòng)系中一個(gè)重要總成，為了對變速器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和零部件的性能、壽命進(jìn)行測試和分析。為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與質(zhì)量評(píng)價(jià)提供可靠的科學(xué)依據(jù)，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量；避免在用戶使用中出現(xiàn)質(zhì)量問題，減少售后服務(wù)的工作量，節(jié)約資金，降低成本，提高產(chǎn)品的市場信譽(yù)度。所以傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的研究將為汽車、拖拉機(jī)的新技術(shù)改造提供試驗(yàn)平臺(tái)，有力推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)科研水平的提高具有特別重要的意義。 車輛傳動(dòng)系是車輛的重要組成部分，其作用不僅是為了實(shí)現(xiàn)減速（或者增速）、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)傳遞路線、使各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件協(xié)調(diào)配合工作；同時(shí)還把原動(dòng)機(jī)輸出的功率和轉(zhuǎn)矩傳遞到驅(qū)動(dòng)輪、或者其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)上克服行駛阻力或工作阻力而做功。實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)路線、傳動(dòng)方向的轉(zhuǎn)換和傳遞動(dòng)力是車輛傳動(dòng)系的兩個(gè)基本任務(wù)。 1傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹及功用 傳統(tǒng)的履帶式車輛傳動(dòng)系和汽車傳動(dòng)系相似，主要由用于切斷動(dòng)力的離合器、變換檔位的變速器、起主要減速作用的主減速器、起差速作用的差速器、輪邊差速及用于轉(zhuǎn)向的輪邊制動(dòng)器組成；現(xiàn)代履帶車輛傳動(dòng)系不斷采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年的發(fā)展和改進(jìn)，逐步形成了現(xiàn)代履帶車輛傳動(dòng)系?，F(xiàn)代履帶車輛傳動(dòng)系，將液壓機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于變速機(jī)構(gòu)取代了原來的離合器與固定軸式齒輪箱組成的變速機(jī)構(gòu)，其中以雙（多）功率流多段無級(jí)變速傳動(dòng)為代表；差速及轉(zhuǎn)向裝置由液壓機(jī)械復(fù)合轉(zhuǎn)向取代，形成主要由行星排和液壓馬達(dá)、液壓泵組成的液壓機(jī)械連續(xù)無級(jí)傳動(dòng)的復(fù)合轉(zhuǎn)向。 液壓機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)以液壓機(jī)械式無級(jí)自動(dòng)變速器(HMT)為主，主要由多檔自動(dòng)變速器、液壓變量泵和定量馬達(dá)構(gòu)成的液壓變速裝置、將機(jī)械和液壓動(dòng)力合成的行星齒輪機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。液壓機(jī)械傳動(dòng)是一種液壓功率流與機(jī)械功率流并聯(lián)的新型傳動(dòng)形式，通過機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)高效率，通過液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)無級(jí)變速。與傳統(tǒng)的機(jī)械式變速器相比，液壓機(jī)械式無級(jí)自動(dòng)變速器有以下特點(diǎn)： ①能自動(dòng)適應(yīng)負(fù)荷和行駛阻力的變化，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳工作點(diǎn)，有利于提高其動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和工作效率。 ②以液體為傳力介質(zhì)，使傳動(dòng)系動(dòng)載大為減輕，易防止超載和發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，可大大提高有關(guān)零部件的壽命，對工作條件惡劣的農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械尤為重要。 ③行駛平穩(wěn)，能吸收衰減振動(dòng)、沖擊和噪聲，提高乘坐舒適性。 ④能以很低的車速穩(wěn)定行駛，可提高壞路上的通過性和低速作業(yè)質(zhì)量。 ⑤操作輕便，便于實(shí)現(xiàn)換檔自動(dòng)化，降低駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度。 ⑥體積小，重量輕，慣性小，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料，易于布置。 國外實(shí)際試驗(yàn)資料表明：裝備無級(jí)自動(dòng)變速器的拖拉機(jī)的作業(yè)性能顯著提高，不僅能降低操作強(qiáng)度，提高車輛作業(yè)速度，改善作業(yè)質(zhì)量，而且可以大幅度提高拖拉機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，統(tǒng)計(jì)對比數(shù)據(jù)表明生產(chǎn)效率提高12～16%，燃油消耗率降低8～10%，具有明顯經(jīng)濟(jì)性，并減少了排放。 有此可見液壓機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)有著很廣闊的市場，它不僅提高了工作效率，而且改善了駕駛員工作的環(huán)境。車輛傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是對車輛傳動(dòng)系的主要傳動(dòng)部件和裝置變速器、差速與轉(zhuǎn)向部件等進(jìn)行綜合性能測試的試驗(yàn)設(shè)備。通過試驗(yàn)來檢驗(yàn)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的合理性，加工、制造、裝配和調(diào)試的工藝性。對試驗(yàn)結(jié)果的深入分析有助于了解和評(píng)定傳動(dòng)部件和裝置的綜合機(jī)械性能，同時(shí)也為工程設(shè)計(jì)人員提供實(shí)踐的參考資料和設(shè)計(jì)依據(jù)。隨著車輛傳動(dòng)系向高速比、大功率、低噪聲等方向的飛速發(fā)展，人們對于車輛傳動(dòng)系的性能提出了更高的要求，因此，對傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的深入研究具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。 2 國內(nèi)外的現(xiàn)狀 國外很早就開始了這方面的研究，如除美國Gleason公司在五十年代就設(shè)計(jì)出的用輪系作為加載系統(tǒng)的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的方案之外，比較著名的還有美國國家航空航天局(NASA)下屬的Lewis研究中心、前蘇聯(lián)中央機(jī)械制造與設(shè)計(jì)研究院、美國通用動(dòng)力公司、德國RENK公司、日本明電舍動(dòng)力公司、日本豐田汽車公司、美國伊利諾斯大學(xué)機(jī)械工程系、法國Skoda公司等。從試驗(yàn)臺(tái)方案的設(shè)計(jì)到最終的樣品制造他們都進(jìn)行了大量的研究工作，形成了系列化的設(shè)計(jì)模式。 從國內(nèi)來看，對于傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的研究起步相對較晚，始于八十年代初期，國內(nèi)較早從事這方面研究工作的單位有北京理工大學(xué)、重慶大學(xué)、鄭州機(jī)械研究所、長春汽車研究所等單位。他們先后建立起了各種形式的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，這些試驗(yàn)臺(tái)的建立從理論上和實(shí)踐上都取得了很大的進(jìn)步，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，代表著我國機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備的發(fā)展水平。 國內(nèi)外對機(jī)械傳動(dòng)測試系統(tǒng)大多是采用傳統(tǒng)固定式的實(shí)驗(yàn)室測試系統(tǒng)，而外國的一些數(shù)據(jù)采集/處理系統(tǒng)，其基本通道64路，可擴(kuò)展到2048路。對于多路信號(hào)，通過軟件控制，采用數(shù)據(jù)串、并行傳輸方式，實(shí)現(xiàn)高速采樣。此類系統(tǒng)一般都建立在專用硬件和軟件基礎(chǔ)上，系統(tǒng)龐大、昂貴，硬、軟件的技術(shù)支持及維護(hù)高度依賴于供應(yīng)商。國內(nèi)的許多大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)也開發(fā)了具有一定功能的機(jī)械傳動(dòng)測試系統(tǒng)，如機(jī)械傳動(dòng)多功能試驗(yàn)臺(tái)等。這些測試系統(tǒng)的開發(fā)填補(bǔ)了國內(nèi)機(jī)械傳動(dòng)測試領(lǐng)域的空白。 總體分析，目前，國內(nèi)傳動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)還停留在人工水平上，雖在市場上有著各具特色的傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，但是仔細(xì)分析就不難發(fā)現(xiàn)，都存在著一個(gè)共同的特點(diǎn)：自動(dòng)化程度低；人機(jī)界面不友好，測試過程中依賴于測試者的經(jīng)驗(yàn)；無法模擬實(shí)際工況對各種機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品性能的影響, 由于測試對象的多樣性和復(fù)雜性，在沒有對測試對象的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行系統(tǒng)和理論分析，不可能適用于所有機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備。這樣就使試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性難以保證。 3 簡單介紹設(shè)計(jì)研發(fā)的試驗(yàn)臺(tái) 常見的車輛傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)一般都由驅(qū)動(dòng)裝置、加載裝置、測量裝置，被試裝置等四部分組成，其基本組成見圖1-1。試驗(yàn)動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出，經(jīng)測量裝置、被試裝置傳遞到加載裝置。測量裝置用來測量出動(dòng)力傳遞過程中的一些基本機(jī)械參量，主要有轉(zhuǎn)速、扭矩，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后可得到系統(tǒng)的功率、效率等。通常用作驅(qū)動(dòng)裝置的有發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等；用作測量裝置的為轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器；用作加載裝置的有齒輪箱、發(fā)電機(jī)、液壓缸、磁粉制動(dòng)器、電渦流測功機(jī)等。 驅(qū)動(dòng)裝置→測量裝置→被測裝置→測量裝置→加載裝置 圖A 傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的基本構(gòu)成 機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)從工作原理上可以分為：開放功率流式試驗(yàn)臺(tái)和封閉功率流式試驗(yàn)臺(tái)。 3.1 開式試驗(yàn)臺(tái)原理和結(jié)構(gòu) 開式試驗(yàn)臺(tái)組成原理如圖1-2動(dòng)力傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)主要由原動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、傳動(dòng)裝置、電渦流測功機(jī)、慣量裝置、機(jī)械測功機(jī)、試驗(yàn)臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備組成。原動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)）和傳動(dòng)裝置是車輛原有的動(dòng)力傳動(dòng)裝置在試驗(yàn)臺(tái)上的再現(xiàn)，是試驗(yàn)臺(tái)的被試設(shè)備；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器用來測量試驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩；慣量裝置用于模擬車輛加減速過程中所受到的慣性力；機(jī)械測功器和電渦流測提供制動(dòng)力矩；試驗(yàn)臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)用以完成試驗(yàn)臺(tái)的控制和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析。 原動(dòng)機(jī)→轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器→傳動(dòng)裝置→轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器→電渦流→慣量裝置↓ ↓ ↑ ↑ ↓ → 測量裝置 → ↑ → → → → → 控制系統(tǒng) → → → → → → → → 圖B 開式試驗(yàn)臺(tái)原理圖 3.2 閉式試驗(yàn)臺(tái)原理和結(jié)構(gòu) 閉式試驗(yàn)臺(tái)根據(jù)能量循環(huán)形式可分為電封閉式試驗(yàn)臺(tái)（如圖1-3所示）和機(jī)械封閉式試驗(yàn)臺(tái)（如圖1-4所示）兩種：電封閉式試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械部分與開式試驗(yàn)臺(tái)相似，但其負(fù)載裝置必須是電機(jī)，即負(fù)載電機(jī)成為發(fā)電機(jī)，所發(fā)電流經(jīng)過控制系統(tǒng)反饋到驅(qū)動(dòng)電機(jī)或輸入電網(wǎng)，以達(dá)到能量循環(huán)的目的（所謂“閉式”即是指功率或能量封閉循環(huán)）。電封閉式試驗(yàn)臺(tái)從原動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率可以部分地反饋回原動(dòng)機(jī)，既達(dá)到了加載的目的，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。機(jī)械封閉式試驗(yàn)臺(tái)的能量主要在傳動(dòng)箱、陪試裝置、被試裝置、加載裝置之間流動(dòng)，原動(dòng)機(jī)所消耗的功率主要用于克服系統(tǒng)中摩擦損失所消耗的功。該種形式的試驗(yàn)臺(tái)是目前國內(nèi)汽車變速器及驅(qū)動(dòng)橋齒輪實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用最多的試驗(yàn)臺(tái)。 驅(qū)動(dòng)裝置 傳感器 被試裝置 傳感器 加載裝置 測量裝置 控制系統(tǒng) 能量回饋 圖C封閉式試驗(yàn)臺(tái)組成原理圖 原動(dòng)機(jī) 傳 動(dòng) 箱 傳 動(dòng) 箱 陪試裝置 被試裝置 加載裝置 圖D機(jī)械封閉式試驗(yàn)臺(tái)基本組成 有以上試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)結(jié)合本次設(shè)計(jì)，分析可得如下注意事項(xiàng)和設(shè)計(jì)時(shí)主要遇到的問題： ⑴ 聯(lián)軸器的選擇和參數(shù)匹配； ⑵ 扭矩傳感器的選擇； ⑶ 電渦流測功機(jī)的選擇； ⑷ 慣性飛輪組的選擇； ⑸ 升速箱的設(shè)計(jì)： ① 升速箱結(jié)構(gòu)的選擇； ② 升速箱傳動(dòng)比的確定； ③ 齒輪參數(shù)的確定； ④ 軸與齒輪的強(qiáng)度校核以及軸承的選定與壽命校核。 第一章 性能試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)分析 1 建立試驗(yàn)臺(tái)的依據(jù) 參照中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中JB 3987-85《汽車機(jī)械式變速器臺(tái)架試驗(yàn)方法》、《小客車及卡車自動(dòng)變速器試驗(yàn)規(guī)范》、JB3784-84《汽車轉(zhuǎn)向臺(tái)架試驗(yàn)方法》和雙流傳動(dòng)多段式自動(dòng)變速器傳動(dòng)特點(diǎn)，為從事開發(fā)、設(shè)計(jì)傳動(dòng)系提供一種通用性強(qiáng)、操縱簡單、成本低、精度及自動(dòng)化程度高、檢測速度快的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 2 設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)功能目的 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)與傳動(dòng)系裝車需要完成的性能試驗(yàn)，本傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)需要具備的功能如下： （1）能用于200馬力以下的工程機(jī)械、拖拉機(jī)和汽車傳動(dòng)系試驗(yàn)，能對雙流無級(jí)變速裝置進(jìn)行檢測，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載。 （2）由計(jì)算機(jī)操縱控制，具有模擬車輛行駛中的道路阻力等阻力特性，模擬拖拉機(jī)－農(nóng)具機(jī)組農(nóng)業(yè)作業(yè)的隨機(jī)過程的能力。 （3）具有高度的自動(dòng)化水平，能自動(dòng)完成傳感器標(biāo)定，自動(dòng)完成選定試驗(yàn)，實(shí)時(shí)控制，實(shí)時(shí)顯示或打印轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、油溫、油壓、油耗等，自動(dòng)繪制出被測變速器在模擬試驗(yàn)中的有關(guān)動(dòng)態(tài)特性曲線和換擋過程曲線。 （4）顯示與控制界面友好，便于操作。 3 試驗(yàn)臺(tái)測定參數(shù) （1）傳動(dòng)效率與輸出速度關(guān)系曲線； （2）扭矩比與輸出速度曲線； （3）輸入速度與輸出速度曲線； （4）輸出扭矩與輸出速度曲線； 試驗(yàn)中需測取的參數(shù)主要有：變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)系輸出軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，測功機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩 4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 方案的比較與選擇 目前，機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)加載方式主要分為兩大類：開放式和封閉式。封閉式有分機(jī)械封閉和電封閉兩類。 開放式方案與封閉方案比較：，封閉式試驗(yàn)臺(tái)加工量大，能量可以回饋但傳動(dòng)效率不高，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜在運(yùn)轉(zhuǎn)中載荷的改變不易實(shí)現(xiàn)，力矩不易控制試驗(yàn)性能不夠穩(wěn)定；開放式試驗(yàn)臺(tái)，系統(tǒng)輸入的試驗(yàn)功率耗能比較大，能量不宜回收，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低可以滿足一般要求不高的性能試驗(yàn)。故此次設(shè)計(jì)選用系統(tǒng)方案為開式試驗(yàn)臺(tái)。 4.2系統(tǒng)框圖和原理 1-1開式試驗(yàn)臺(tái)原理圖 4.3 試驗(yàn)臺(tái)的基本構(gòu)成 有以上原理圖對傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)基本類型的分析及對試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)項(xiàng)目與功能的分析，設(shè)計(jì)如圖4.2-1所示開式結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)系試驗(yàn)臺(tái)構(gòu)成方案：試驗(yàn)臺(tái)主要由原動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、被試變速箱、加載裝置、聯(lián)軸器、升速變速箱、慣性飛輪組、被試轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，信號(hào)采集與控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系油溫控制系統(tǒng)組成。（這里采集系統(tǒng)采用車輛研究所研究的PCM-3132，故這里未畫出其圖，只畫機(jī)械部分原理圖） 本試驗(yàn)臺(tái)組成形式采用框架式組合結(jié)構(gòu)，其試驗(yàn)范圍具有很強(qiáng)的可伸縮性，試驗(yàn)范圍較寬。將傳動(dòng)系中的轉(zhuǎn)向裝置后面部分去掉，將加載裝置移至變速器后，在接轉(zhuǎn)速傳感器，增加油耗儀等設(shè)備，適當(dāng)更改機(jī)算計(jì)程序，即可得到一臺(tái)變速器性能試驗(yàn)臺(tái)；將變速器后面去掉，將加載裝置移至其后，更改計(jì)算機(jī)程序，即可得到一臺(tái)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，擴(kuò)展其計(jì)算機(jī)程序，可得到不同性質(zhì)的試驗(yàn)臺(tái)；保留全部實(shí)驗(yàn)設(shè)備及為可測試整個(gè)傳動(dòng)系性能的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。在此過程中只需要增加少量的傳感器，而所要改變的只是計(jì)算機(jī)對加載設(shè)備的控制策略與數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)質(zhì)只是更改計(jì)算機(jī)程序，即可完成這些轉(zhuǎn)變。 圖中的被測傳動(dòng)系用支座固定在地面上，在動(dòng)力源與傳動(dòng)系變速器之間，安裝扭矩/速傳感器，該傳感器用于測量發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率隨負(fù)載的變化而變化的情況,為傳動(dòng)系的輸入功率。被測傳動(dòng)系兩輸出半軸端頭各連接扭矩/速傳感器，測量轉(zhuǎn)向裝置輸出轉(zhuǎn)速、扭矩，從而可以測得兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速及輸出扭矩。在雙功率流的液壓機(jī)械自動(dòng)變速器的液力傳動(dòng)支路，在變量泵之前和定量馬達(dá)之后分別安裝一個(gè)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，從而可以測試傳動(dòng)系變速器傳動(dòng)效率、轉(zhuǎn)矩特性等及整個(gè)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率、轉(zhuǎn)向特性，液壓功率分流比，液力傳動(dòng)支路的傳動(dòng)效率等。 加載系統(tǒng)安裝在拖拉機(jī)半軸兩側(cè)，為半軸提供負(fù)荷。在加載系統(tǒng)與后橋輸出之間裝慣性飛輪組，以模擬整車在行駛過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。扭矩、轉(zhuǎn)速傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、終傳動(dòng)、升速箱等均用聯(lián)軸器聯(lián)接構(gòu)成傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械系統(tǒng)。 圖中所有組件都均固定在水泥平臺(tái)上，其基礎(chǔ)高于90號(hào)混凝土澆注，配料按體積為1份水泥，2.5份黃沙，4份石子。為了減少試驗(yàn)臺(tái)震動(dòng)能量向外界傳遞，可以在混凝土基礎(chǔ)下墊一層黃沙并在基礎(chǔ)四周開200毫米寬，800毫米深的防震槽，用木屑或爐渣充填，瀝青蓋頂。 控制系統(tǒng)以工控計(jì)算機(jī)為核心，主要可分為三個(gè)部分：由扭矩、轉(zhuǎn)速、油壓、油溫等傳感器，放大調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器硬件與計(jì)算機(jī)虛擬面板等組成的信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；由D/A轉(zhuǎn)換器、控制電路與測功機(jī)控制系統(tǒng)組成的模擬加載系統(tǒng)；以及傳動(dòng)系油恒溫系統(tǒng)。信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，傳感器將機(jī)械量信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，模擬電信號(hào)經(jīng)過濾波、整流、放大、抗干擾等調(diào)理，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)量，通過采樣、分析、處理軟件在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示或者打印輸出。根據(jù)采集到的信號(hào)，調(diào)整計(jì)算機(jī)控制程序，控制測功機(jī)控制系統(tǒng)完成對測試系統(tǒng)的加載。傳動(dòng)系液壓潤滑油對整個(gè)系統(tǒng)的正常工作有著舉足輕重的作用，需要保持其油溫在一定的范圍之內(nèi)，可采用后述系統(tǒng)控制傳動(dòng)系油溫，以便傳動(dòng)系在實(shí)驗(yàn)過程中正常工作。 1-2加裝采集系統(tǒng)的開式原理圖 （圖中“||”符號(hào)為聯(lián)軸器） 4.4 轉(zhuǎn)向試驗(yàn) 參照中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中JB 3987-84《汽車液壓轉(zhuǎn)向加力裝置及動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法》和雙功率流液壓無級(jí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)特點(diǎn)，確定本車輛傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)能夠完成的基本試驗(yàn)如下： 液壓轉(zhuǎn)向加力裝置及動(dòng)力轉(zhuǎn)向總成的臺(tái)架試驗(yàn) 包括性能試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)。 性能試驗(yàn)包括轉(zhuǎn)向盤總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)測定、自由間隙測定、功能試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向力特性試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向靈敏度特性試驗(yàn)、內(nèi)泄露試驗(yàn)、回正能力試驗(yàn)等試驗(yàn)可參考。 驅(qū)動(dòng)特性——具有正向功率流的正向旋轉(zhuǎn)特性 定輸入扭矩特性——這一試驗(yàn)是在控制輸出側(cè)測功機(jī)速度的同時(shí)，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輸出側(cè)測功機(jī)的速度來獲得為該試驗(yàn)所選擇的扭矩。 空載特性——沒有功率輸出的正向旋轉(zhuǎn)特性 第二章 原動(dòng)機(jī)的選擇 試驗(yàn)臺(tái)原動(dòng)機(jī)可采用直流電動(dòng)機(jī)或者發(fā)動(dòng)機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)具有易于控制、運(yùn)行平穩(wěn)和機(jī)械特性硬等優(yōu)點(diǎn)，若加載裝置采用直流發(fā)電機(jī)，則直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能可以直接回饋給電動(dòng)機(jī)，不需要逆變環(huán)節(jié)，可構(gòu)成電封閉試驗(yàn)臺(tái)。這樣可以大大地簡化試驗(yàn)臺(tái)的組成，節(jié)約電能，降低系統(tǒng)復(fù)雜程度。且采用電動(dòng)機(jī)其噪聲較小，對工作環(huán)境污染小；調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速；啟動(dòng)、制動(dòng)和過載轉(zhuǎn)矩大；易于控制，可靠性較高。另外，采用電動(dòng)機(jī)可以較好的應(yīng)用電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論來實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的自動(dòng)控制，如電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、力矩調(diào)節(jié)以及試驗(yàn)過程的自動(dòng)監(jiān)測、保護(hù)等功能。 原動(dòng)機(jī)采用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，可以直接將要與原變速器配套使用的單片機(jī)等控制系統(tǒng)用于變速傳動(dòng)系統(tǒng)的性能測試，發(fā)動(dòng)機(jī)本身的工作狀態(tài)的變化較電動(dòng)機(jī)更能接近實(shí)際。但發(fā)動(dòng)機(jī)本身的工作狀態(tài)將對整個(gè)測試系統(tǒng)的測試精度及測試的可重復(fù)性帶來極大的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)本身較電動(dòng)機(jī)的可控性較差，噪聲高，對環(huán)境污染嚴(yán)重。 由以上分析可知，直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬，調(diào)速性能好，調(diào)速控制方便易實(shí)現(xiàn)，是一種較好的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源，但直流電機(jī)啟動(dòng)電流較大，無專用供電設(shè)備會(huì)造成電網(wǎng)電壓的極大波動(dòng)，影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行，有專用供電設(shè)備則需較大的經(jīng)濟(jì)投入。電動(dòng)機(jī)對車輛原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行只能是近似的模擬，不可能對具有軟機(jī)械特性的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)完全復(fù)現(xiàn)，為了能更好地完成傳動(dòng)系裝車前的各種試驗(yàn)，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)及其它方面的條件，可以選用原履帶拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，從而完成傳動(dòng)系的扭矩傳遞及全面特性的測試。 由以上分析，此試驗(yàn)臺(tái)選用參考車型--東方紅-1302R履帶式拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)作為試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力源： 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為：LR6100ZT8 額定轉(zhuǎn)速2300r/MIN 標(biāo)定功率106KW 傳動(dòng)系平均輸入功率：96KW 第三章 聯(lián)軸器的選擇 1 聯(lián)軸器的功用和選擇 聯(lián)軸器的基本功用是連接兩軸，并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。有時(shí)聯(lián)軸器也用安全保險(xiǎn)裝置，應(yīng)用聯(lián)軸器可以方便地將組成機(jī)器的相關(guān)部分如原動(dòng)機(jī)部分、傳動(dòng)部分等連接起來。 聯(lián)軸器分為兩類：剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。 剛性聯(lián)軸器：它用在被連接的兩軸要求嚴(yán)格對中以及工作中無相對位移之處 撓性聯(lián)軸器：它用在被連接的兩軸有較大的安裝誤差及工作中有相對位移之處。所以設(shè)計(jì)時(shí)就要注意聯(lián)軸器的型號(hào)應(yīng)合理的選擇。 聯(lián)軸器的類型主要是根據(jù)機(jī)器的工作特點(diǎn)、性能要求（如緩沖減震、補(bǔ)償軸線位移、安全保護(hù)等結(jié)合聯(lián)軸器的性能選擇合適的類型。一般來說，對載荷平穩(wěn)、同軸度好、無相對位移的可選用剛性聯(lián)軸器；難以保持兩軸嚴(yán)格對中、有相對位移的應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器；對傳遞轉(zhuǎn)矩較大的重型機(jī)械，可選用齒輪聯(lián)軸器；對需要有一定的補(bǔ)償量，單向移動(dòng)而沖擊載荷不大的中低速傳動(dòng)的水平軸的連接，可選用滾子鏈聯(lián)軸器，對高速軸，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器；對軸線相交的兩軸，則易選用萬象聯(lián)軸器。 2 聯(lián)軸器的載荷計(jì)算 公稱轉(zhuǎn)矩 T=9550P/N =9550×96/2300 N.M =398.6 N.M 由表查得載荷系數(shù)K=1.5，故計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： Tc=KT =1.5×398.6 N.M =597.9 N.M 3 聯(lián)軸器的尺寸確定 在以上可以選用本試驗(yàn)臺(tái)的聯(lián)軸器：從標(biāo)準(zhǔn)中查得TL9型彈性套柱銷聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩為1000N.M許用最大轉(zhuǎn)速為2850R/MIN軸徑為50—71之間，故適用。聯(lián)軸器的材料為ZG270-500、HT200、35鋼，短時(shí)過載不得超過公稱轉(zhuǎn)矩的2倍。 第四章 轉(zhuǎn)速扭矩傳感器的選擇 傳感器的選擇是試驗(yàn)系統(tǒng)一個(gè)關(guān)鍵問題，它對系統(tǒng)的測試結(jié)果、控制精度及可靠性等問題都有較大的影響。對于傳動(dòng)系統(tǒng)的試驗(yàn)主要的傳感器有：扭矩傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器以及一些輔助傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等。扭矩與轉(zhuǎn)速傳感器用于測試傳動(dòng)系統(tǒng)輸入、輸出，可測得變速器的換檔規(guī)律與傳動(dòng)系效率還有轉(zhuǎn)向裝置的輸入、輸出，同時(shí)和電流傳感器配合用于試驗(yàn)臺(tái)的電模擬加載。扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的選取在首先保證傳感器的測量量程與工作轉(zhuǎn)速范圍前提下，應(yīng)優(yōu)先選取精度等級(jí)、靈敏度高，可重復(fù)性、線性、動(dòng)態(tài)特性好，質(zhì)量輕體積小動(dòng)態(tài)傳感器。其被測值應(yīng)盡可能接近所選傳感器的最佳測量范圍，即滿量程的三分之二左右（如1000N.m傳感器的最佳測量范圍在600N.m附近）。另外，選用傳感器規(guī)格還要考慮被測對象的最大轉(zhuǎn)矩和過載一般不大于額定轉(zhuǎn)矩的150%。 以原動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速2300rpm，對應(yīng)額定功率106KW計(jì)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可高于額定轉(zhuǎn)矩的15%，因此，原動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩Me輸入扭矩為： （Nm） 故該位置的扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的額定扭矩Te1為: M/e=506.15×1.5=759 N.m 原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍在1250～2500r/min之間，故而安裝在此處的扭矩與轉(zhuǎn)速傳感器1可選如表3所示。根據(jù)前面對傳動(dòng)系中各位置的扭矩與轉(zhuǎn)速分析，變速器輸出端的扭矩轉(zhuǎn)速傳感器4，后橋兩端的扭矩轉(zhuǎn)速傳感器5、6，液壓分流回路的扭矩與轉(zhuǎn)速傳感器2、3依據(jù)同樣的原理選取。各處的扭矩、轉(zhuǎn)速值以及可供選取的傳感器如表3所示。 名 稱 位置轉(zhuǎn)速 位置轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 許用轉(zhuǎn)速 生產(chǎn)廠商 型號(hào) 數(shù)量 傳感器1 1250-2500 0-759 1000 四川誠邦 CNJ—803 1 傳感器2 -4300--4300 0-367 500 四川誠邦 CNJ—803 1 傳感器3 0--4800 0-1846 2000 四川誠邦 CNJ—803 1 圖4-1 技術(shù)參數(shù)和外型尺寸 第五章 升速箱的設(shè)計(jì) 1 概述 為了使加載裝置工作在其允許的工作轉(zhuǎn)速、扭矩范圍內(nèi)，必須設(shè)計(jì)一個(gè)升速箱能使其在大功率、低轉(zhuǎn)速、高扭矩或小功率、高轉(zhuǎn)速、低扭矩的時(shí)候滿足測功機(jī)的工作范圍，使被測傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出軸在經(jīng)過升速箱的升速、降扭或降速、升扭以適應(yīng)試驗(yàn)臺(tái)加載裝置的工作范圍內(nèi)。 升速箱與被測傳動(dòng)系統(tǒng)、原動(dòng)機(jī)及電渦流測功機(jī)的參數(shù)優(yōu)化匹配，可得到良好的測試精度、準(zhǔn)確性；采用互鎖裝置可使操縱可靠，不跳檔、自動(dòng)脫檔；采用同步器可使換檔輕便，無沖擊和噪聲。 升速箱的結(jié)構(gòu)可參考汽車變速器，但不同于變速器。試驗(yàn)臺(tái)的升速箱采用飛濺潤滑，輸入軸采用強(qiáng)制潤滑。 升速箱的設(shè)計(jì)系列按輸出轉(zhuǎn)矩分級(jí)，傳動(dòng)比應(yīng)按動(dòng)力-傳動(dòng)系參數(shù)的匹配要求調(diào)整、更換；根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的使用情況進(jìn)行壽命設(shè)計(jì)，并對起進(jìn)行壽命計(jì)算。 為保證升速箱具有良好的工作性能，對升速箱應(yīng)提出如下設(shè)計(jì)要求： ⑴正確選擇升速箱的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，使之出電渦流的參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證試驗(yàn)臺(tái)具有良好的精確性，不會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 ⑵操縱簡單、方便、迅速、省力； ⑶傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)、噪聲在滿足試驗(yàn)臺(tái)工作要求下盡可能的??； ⑷體積下、質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)，工作可靠； ⑸制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； ⑹貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計(jì)要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，參考《中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》JB/T6703.1——2000中《拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向器臺(tái)架試驗(yàn)方法》，嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)的試驗(yàn)要求； ⑺設(shè)置動(dòng)力輸出裝置與電渦流和傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配。 2 升速箱的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 升速箱采用三軸式，第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪想嚙合，且第一、二軸同心。這是由于兩軸式在高檔工作時(shí)，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大也增加了磨損，減少了其使用壽命。 升速箱采用斜齒圓柱齒輪，它比直齒圓柱齒輪有更長的壽命、更低的噪聲，雖然其制造復(fù)雜且在工作中有軸向力。 圖5.1 升速箱動(dòng)力傳遞原理圖 由電渦流采用四川誠邦的DW250，最大吸收扭矩為：1100 最高轉(zhuǎn)速為：5500 額定扭矩轉(zhuǎn)速為：2000——2800 參考考東方紅——1302R橡膠履帶拖拉機(jī)各參數(shù)，由于此參考車型為（12+4）檔的變速箱，范圍大，所以為匹配電渦流吸收功率，設(shè)計(jì)升速箱選檔位為2檔三軸式。 ⑴ 齒輪型式 斜齒圓柱齒輪雖然工作時(shí)有軸向力且加工復(fù)雜，但是其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、壽命長，在這里升速箱的齒輪選用斜齒圓柱齒輪。 ⑵ 軸的結(jié)構(gòu)與分析 升速箱在工作時(shí)承受轉(zhuǎn)矩及彎矩，軸的明顯變形將影響齒輪的正常嚙合，產(chǎn)生較大的噪聲，降低使用壽命。軸的結(jié)構(gòu)形狀除應(yīng)保證其強(qiáng)度與剛度外，還應(yīng)考慮齒輪、同步器及軸承等的安裝、固定。 第一軸與齒輪做成一體，第二軸制成階梯式的便于齒輪安裝，從受力及合理利用材料來看，都是需要的。各截面尺寸不應(yīng)相差懸殊，用彈性擋圈定位各檔齒輪。中間軸為旋轉(zhuǎn)式，軸上滾動(dòng)軸承支承在軸的兩端，其上的常嚙合齒輪、二檔齒輪與軸做成一體，一檔齒輪采用鍵與軸連接。 軸上齒輪與軸用滾針軸承，這是由于滾針軸承定位精度高有利于齒輪嚙合，傳動(dòng)效率高且飛濺潤滑能滿足它的要求。 為適應(yīng)單位質(zhì)量傳遞的功率、增強(qiáng)其承載能力、具有更高的可靠性、更長的壽命和更好的性能等方向發(fā)展，升速箱盡量采用圓錐滾子軸承，它的直徑小、寬度大、接觸線長，容量大，可以承載高負(fù)荷。 ⑶換檔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與選擇 換檔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式有同步器、嚙合套和直齒滑動(dòng)等三種。同步器雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、制造成本低、精度要求嚴(yán)、軸向尺寸大以及存在同步環(huán)的使用壽命有待提高等問題，但由于它能保證輕便、迅速、無沖擊、無噪聲換檔，且對操作技術(shù)無要求，也可延長齒輪壽命，故在設(shè)計(jì)升速箱的時(shí)候采用同步器。 3 升速箱傳動(dòng)比的確定 由公式Ne/Ig×I。=N Te×Ig×I。=T 在滿足電渦流扭矩和轉(zhuǎn)速要求下用湊配法湊配出升速箱的傳動(dòng)比，在修正傳動(dòng)比從而得出。 可知湊配法選擇升速箱傳動(dòng)比，一檔傳動(dòng)比：1.2 二檔傳動(dòng)比：0.18 4 中心矩 中心矩對升速箱的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選中心矩應(yīng)能保證齒輪的強(qiáng)度。三軸式升速箱中心矩可根據(jù)對已有的變速箱經(jīng)驗(yàn)公式初選： 式中 ——中心矩系數(shù)，在這里取，=9.5 ——變速器處于一檔時(shí)，且升速箱處于一檔時(shí)候升速箱輸出轉(zhuǎn)矩 ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 =440×0.96×0.95×0.99×0.99×6.9×2.5×0.96×0.18 =1201 N.M ——變速器一檔傳動(dòng)比 ——中央傳動(dòng)比 I ——升速箱一檔傳動(dòng)比 所以 A=136 5 升速箱的軸向尺寸 升速箱的軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪型式、換檔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式都有直接的關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)中心矩尺寸參照貨車變速器軸向尺寸處選。 軸向尺寸： 二檔 （2.7-3.0）A 既軸向尺寸應(yīng)在256.5—285之間，經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算得到軸向尺寸為：269 6 齒輪參數(shù) 齒輪模數(shù)由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度或最大載荷作用下的靜強(qiáng)度所決定。選擇模數(shù)時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)增大齒寬而減小模數(shù)時(shí)將降低升速箱的噪聲，而為了減小升速箱的質(zhì)量，則應(yīng)增大模數(shù)并減小齒寬和中心矩。由公式： 可得出斜齒輪法面模數(shù)Mn=4 選擇斜齒輪的螺旋角時(shí)應(yīng)力求使中間軸上的軸向力相互抵消。為此，中間軸上的全部齒輪一律取右旋，而第一、第二軸上的斜齒輪取左旋，使其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。 這里初選： α=20、β=25 齒寬的選擇既要考慮升速箱的質(zhì)量小，軸向尺寸緊湊，又要保證輪齒的強(qiáng)度及工作平穩(wěn)性的要求。通常是根據(jù)齒輪模數(shù)來確定齒寬b： B=Kc*Mn=30 Kc—齒寬系數(shù)，取Kc=8 5 各檔齒輪齒數(shù)的分配 ⑴ 確定1檔齒輪的齒數(shù) 已知1檔傳動(dòng)比，且 為了確定，的齒數(shù)，先求齒數(shù)和 這里應(yīng)注意升速箱的齒數(shù)選擇是第一軸的常嚙合齒輪取大點(diǎn)，中間軸上的常嚙合齒數(shù)取小些，其他齒輪和變速器剛好向反，既變速器中第二軸大的都取小于中間軸的齒數(shù)，由此依次類推，在算完一檔齒輪齒數(shù)后應(yīng)反算中心矩，修正后的中心矩是各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 參 數(shù) 齒 數(shù) 43 18 19 42 15 46 6 升速箱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 由以上結(jié)果計(jì)算，各檔齒輪參數(shù)，如下表： 序號(hào) 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算公式 非變位齒輪 [1] 變位系數(shù) ε=0 [2] 端面模數(shù) 4.5 4.5 4.5 [3] 端面壓力角 0.4 0.4 0.4 [4] 分度圓直徑 d=Z*Mt =193.5 =81 85.5 189 67.5 207 [5] 齒頂高 4 4 4 [6] 齒根高 5 5 5 [7] 齒全高 9 9 9 [8] 齒定圓直徑 201.5 89 93.5 197 75.5 215 [9] 齒根圓直徑 183.5 71 75.5 179 57.5 197 [10] 中心矩 137.25 137.25 137.25 [11] 法向基節(jié) 13.27 13.46 13.31 [12] 基圓直徑 179 75 71 172.3 53.4 193 [13] 當(dāng)量齒數(shù) 60 25 24 61 67 18 表5.1 齒輪參數(shù) 7 升速箱軸與軸承 升速箱軸在工作中承受著轉(zhuǎn)矩及來自齒輪嚙合的圓周力、徑向力和斜齒輪的軸向力引起的彎矩。剛度不足會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，產(chǎn)生過大的噪聲，降低齒輪的強(qiáng)度、耐磨性及壽命 升速箱軸的最大直徑D與支承間的距離L可按下列關(guān)系式選： 對第一軸及中間軸： 對第二軸： 三軸式的升速箱的第二軸與中間軸的最大直徑d可根據(jù)A按下式初選： 第一軸花鍵部分直徑d可按下計(jì)算： 式中，K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=4.0-4.6 參數(shù) 類型 第一軸 第二軸 中間軸 軸徑 65 61 60 軸長 340 280 表5.2 軸的參數(shù) 升速箱軸承是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置并參考同類車型的相應(yīng)軸承以后，按照國家規(guī)定的軸承標(biāo)準(zhǔn)選定，在進(jìn)行壽命的計(jì)算。對試驗(yàn)臺(tái)升速箱滾動(dòng)軸承耐久性的評(píng)價(jià)是以軸承滾動(dòng)體與滾道表面的接觸疲勞為依據(jù)，承受動(dòng)載荷是其工作的基本特征。升速箱軸承是在由傳動(dòng)系轉(zhuǎn)矩變化曲線所決定的非穩(wěn)定工況下工作，因此也象齒輪計(jì)算那樣，作為升速箱第一軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩T應(yīng)取發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來計(jì)算的。 對汽車軸承壽命的要求是轎車30萬KM滑車和大客車25萬KM，所以在這里升速箱中軸承的壽命要求是25—30萬KM之間。 在這里根據(jù)各個(gè)軸徑的數(shù)值初選軸承： 軸承型號(hào) 基本尺寸 d D B 6210 50 90 20 6214 70 125 24 7208C 40 80 18 表5.3 軸承型號(hào)和基本尺寸 8 升速箱的校核 零件在軸上的布置方案確定后，可初步估算軸所需的最小直徑，進(jìn)而初步確定階梯軸各段的直徑、長度、和配合類型。軸徑的初步計(jì)算可看上文。 按軸上的零件布置方案和定位要求，從軸端段起逐一確定各段軸的直徑，當(dāng)軸段有配合要求時(shí)，應(yīng)盡量采用推薦的標(biāo)準(zhǔn)直徑。 軸和軸上的零件的結(jié)構(gòu)、工藝以及軸上零件的安裝布置 ，對軸的強(qiáng)度有很大的影響，所以應(yīng)進(jìn)行充分考慮，以利于提高軸的承載能力，減小軸的尺寸和機(jī)器的重量，降低制造成本。 ① 改變軸上零件的布置，合理安排動(dòng)力傳遞路線，可減小軸所受的載荷。 ② 改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)，減輕軸的載荷。 ③ 改變零件的結(jié)構(gòu)形狀以消除或減少應(yīng)力集中。 ④ 改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度。 ⑴ 齒輪的校核： 根據(jù)上一小節(jié)的齒輪參數(shù)進(jìn)行校核，該齒輪采用硬齒面，按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，在校核齒面的接觸強(qiáng)度。 設(shè)計(jì)的齒輪均用流行的汽車齒輪材料20CrMnTi鋼滲碳淬火處理，硬度為56——62HRC，查彎曲疲勞極限應(yīng)力：，查接觸疲勞極限應(yīng)力為： 由于考慮到升速箱第二軸一檔齒輪承受的扭矩較大，所以應(yīng)注重校核第二軸一檔齒輪。第一軸和中間軸一直在嚙合過程中一直在承受傳遞轉(zhuǎn)矩，所以也應(yīng)重點(diǎn)校核 第二軸一檔齒輪 彎曲疲勞強(qiáng)度校核： =663.4 N/ 式中： （） Z為齒數(shù)，取為15；為法面模數(shù)，取為25度；y為齒型系數(shù)，取0.15； 。 齒輪的材料為20GrMnTi，齒輪的 由可得： 齒輪彎強(qiáng)符合要求。那么其他齒輪在一檔和二檔的時(shí)候彎強(qiáng)也符合。 齒輪的接觸強(qiáng)度： 輪齒的接觸應(yīng)力按下式計(jì)算： =1937.45〈=2000 式中：b=30 第一軸常嚙合齒輪： =836.7〈 =1267.53<=1400 ⑵ 軸的校核： 因第一軸承受的轉(zhuǎn)矩最大，故重點(diǎn)校核第一軸的強(qiáng)度；又因常嚙合齒輪與軸承的受力點(diǎn)非常接近，故軸的彎曲強(qiáng)度可以不用校核，著重校核第一軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，第一軸的最小直徑D=60mm，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度由公式 計(jì)算。式中：， 故所設(shè)計(jì)軸強(qiáng)度滿足要求。 第六章 加載裝置的選擇 1 概述 傳動(dòng)系試驗(yàn)臺(tái)傳統(tǒng)加載裝置采用水力測功機(jī)、電渦流測功機(jī)、液壓加載裝置、磁粉制動(dòng)器、電力測功機(jī)等。水力測功機(jī)占地面積大，加載控制難度大，控制精度低度，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，操縱復(fù)雜，維護(hù)不便，壽命短，能耗大，現(xiàn)在已較少采用。電渦流測功機(jī)控制容易，控制精度較高，但國內(nèi)低轉(zhuǎn)速大扭矩電渦流測功機(jī)幾乎是空白，為模擬車輛運(yùn)行工況，在測功機(jī)和傳動(dòng)裝置之間必須增加變速變扭裝置，且電渦流測功機(jī)作為吸功設(shè)備，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能而散失，對能源的浪費(fèi)較大。液壓加載裝置可控性好，低速機(jī)械特性好，但國產(chǎn)液壓元件泄漏嚴(yán)重，密封性能差；進(jìn)口設(shè)備造價(jià)高，故國內(nèi)很少采用。電力側(cè)功機(jī)吸收的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，可直接將電能回饋給直流電動(dòng)機(jī)，可降低能源消耗，電力側(cè)功機(jī)控制容易，易于實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的自動(dòng)監(jiān)測、自動(dòng)控制，提高試驗(yàn)臺(tái)架的自動(dòng)控制水平，但在非電封閉式試驗(yàn)臺(tái)架中將電能回饋給電網(wǎng)會(huì)造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。 2 各種測功器的特性分析 （1）電渦流測功機(jī)特性 電渦流測功機(jī)的功率特性曲線見圖6-1，它表示測功機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下所能吸收的最大功率，由OABC三段限線組成：OA—最大扭矩線，表示當(dāng)最大扭矩為常數(shù)時(shí)，隨轉(zhuǎn)速變化，測功機(jī)所能吸收的最大功率；AB—最大功率線，測功機(jī)在工作時(shí)最大吸功功率；BC—最高轉(zhuǎn)速線，測功機(jī)在工作時(shí)允許的最高轉(zhuǎn)速。增加勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)速時(shí)，測功機(jī)的吸收功率也隨之增加。但當(dāng)勵(lì)磁電流達(dá)到一定值時(shí)，由于磁路達(dá)到飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流不能繼續(xù)增加而保持恒定;此時(shí)繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速時(shí)，測功機(jī)的吸收功率隨轉(zhuǎn)速的增加變化很小，幾乎表現(xiàn)為恒定.這一轉(zhuǎn)速范圍和所對應(yīng)的功率即為測功機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和額定功率。在無勵(lì)磁電流時(shí)，測功機(jī)的特性曲線相當(dāng)于不同轉(zhuǎn)速下測功機(jī)的機(jī)械損耗特性曲線，這一曲線的下方部分是不能進(jìn)行有效測試的。OABC三段限線所包圍的區(qū)域?yàn)闇y功機(jī)的工作范圍。在此區(qū)域內(nèi)測功機(jī)所吸收的功率可以隨勵(lì)磁電流任意調(diào)整。 電渦流測功機(jī)的扭矩特性曲線見圖6-2測功機(jī)所能承受的扭矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加，開始階段增長速率較快，后來逐漸趨于平緩，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的最低值時(shí)扭矩達(dá)到最大值；在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，由于吸收功率的恒定，所以扭矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小。在無勵(lì)磁電流時(shí)，測功機(jī)的扭矩特性曲線也有一損耗曲線與功率特性曲線相對應(yīng)。 圖6-1 測功機(jī)功率特性 圖6-2測功機(jī)的扭矩特性 由車輛動(dòng)力特性圖可知，隨著轉(zhuǎn)速的增加，車輛的功率也隨之增加，在額定轉(zhuǎn)速下能發(fā)出額定功率。內(nèi)燃機(jī)具有低速大扭矩的外特性，即受外力阻礙時(shí)能以降低轉(zhuǎn)速為代價(jià)來增大扭矩克服阻力。通常認(rèn)為，只要測功機(jī)的額定功率和轉(zhuǎn)速大于車輛輸出的最大功率和轉(zhuǎn)速，即可進(jìn)行有效的測試，并以此作為測功機(jī)選型的依據(jù)。其實(shí)，從測功機(jī)和車輛的動(dòng)力特性曲線可知，車輛變速器輸出的功率和測功機(jī)所能吸收的功率都是相對于某一特定的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速范圍而言的。功率的比較必須以相同的轉(zhuǎn)速為必要條件，由于變速器輸出最大功率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速和測功機(jī)的額定轉(zhuǎn)速具有一定的差異，因此其功率也不能等同而論。同樣，變速器輸出的最大扭矩和測功機(jī)的最大扭矩，由于各自所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速不同，也不能直接加以比較。所以，測功機(jī)選型時(shí)必須使其功率特性曲線和扭矩特性曲線包容變速器輸出的特性曲線。 電渦流測功機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速由裝于其上的電阻應(yīng)變片式拉壓力傳感器和磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出經(jīng)測量放大變換成0~10V的模擬電壓，送入電渦流測功機(jī)測控儀的控制部分，然后根據(jù)一定的控制策略進(jìn)行控制。對電渦流測功機(jī)采用不同的控制策略主要可以得到恒轉(zhuǎn)速、恒轉(zhuǎn)矩和恒電流。 由以上分析可知，電渦流測功機(jī)作為負(fù)載模擬設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單，精度高、壽命長、動(dòng)態(tài)反應(yīng)較快、穩(wěn)定性好、低速扭矩較大、額定轉(zhuǎn)速高、可雙向旋轉(zhuǎn)、與測控系統(tǒng)配套，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作等特點(diǎn)，是一種較好的測功加載設(shè)備，但轉(zhuǎn)速太低時(shí)無法實(shí)現(xiàn)加載，此時(shí)需升速增扭設(shè)備。 （2）磁粉制動(dòng)器 磁粉制動(dòng)器是一種性能優(yōu)越的自動(dòng)控制元件。它以磁粉為工作介質(zhì)，以激磁電流為控制手段，達(dá)到控制制動(dòng)或傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。其輸出轉(zhuǎn)矩與激磁電流呈良好的線性關(guān)系而與轉(zhuǎn)速或滑差無關(guān)，并具有響應(yīng)速度快結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。 磁粉制動(dòng)器的特性曲線如圖6-3~5。電流-力矩特性：?激磁電流與轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系，通過調(diào)節(jié)激磁電流可以控制力矩的大??；?轉(zhuǎn)速-力矩特性：力矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，保持定值，靜力矩和動(dòng)力矩沒有差別；負(fù)載特性：磁粉制動(dòng)器的允許滑差功率,在散熱條件一定時(shí),是定值。其連續(xù)運(yùn)行時(shí)，實(shí)際滑差需在允許滑差功率以內(nèi)。使用轉(zhuǎn)速高時(shí)，需降低力矩使用。 圖6~3磁粉制動(dòng)器力矩特性 圖6~4磁粉制動(dòng)器轉(zhuǎn)速-力矩特性 圖6~5磁粉制動(dòng)器負(fù)載特性 由磁粉制動(dòng)器的負(fù)載特性曲線可知，其負(fù)載特性和車輛傳動(dòng)系的輸出特性曲線非常相似，宜于作為車輛傳動(dòng)系的加載設(shè)備。磁粉制動(dòng)器是近年來開始應(yīng)用于車輛試驗(yàn)領(lǐng)域的，其負(fù)荷控制方便，噪聲小，低速加載性能好，但其滑差功率較小（即最大扭矩是允許的轉(zhuǎn)速很低），吸收功率低，只適用于小噸位車輛的變速器試驗(yàn)。 在臺(tái)架結(jié)構(gòu)中，為了克服電渦流測功機(jī)零轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速時(shí)吸功扭矩小，磁粉制動(dòng)器總吸收功率低的缺點(diǎn)，可以將此二吸功設(shè)備串聯(lián)使用，以增強(qiáng)吸收功率設(shè)備的吸收能力。 （3）吸功設(shè)備主要性能比較 吸功設(shè)備主要性能比較如下表所示： 名 稱 低速性能 高速性能 節(jié)能效果 正反加載 倒拖驅(qū)動(dòng) 冷卻方式 功率范圍 電加載器 很好 好 電反饋、節(jié)能效果好 可以 可以 風(fēng)冷 大 電渦流測功機(jī) 差 好 不能 可以 不能 水冷 大 水力測功機(jī) 更差 一般 不能 不能 不能 水冷 大 磁粉制動(dòng)器 可以 不好 不能 可以 不能 水冷 小 表6~1加載裝置的對比 3 試驗(yàn)臺(tái)用測功機(jī)的選配 根據(jù)測功器的性能及適用情況合理地選擇不同類型的測功器，需要從多方面來綜合考慮。 （1）設(shè)計(jì)功率 設(shè)計(jì)功率包括扭矩、轉(zhuǎn)速和功率，所選擇的測功器一般要有余量，被測車輛動(dòng)力系統(tǒng)的最大功率通常為測功器的最大功率的75%～80%。當(dāng)然，國外的測功器本身就可以在短期內(nèi)允許超負(fù)荷150%，則試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的最大功率可以更接近測功器功率。 傳動(dòng)系動(dòng)力源最大輸出功率Ne為106KW，對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速ne為2300r/min，變速器在最低檔時(shí)輸出最大輸出轉(zhuǎn)矩，在額定功率下的最大輸出轉(zhuǎn)矩為 ， 其中為變速器最大傳動(dòng)比； 對于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可高于額定轉(zhuǎn)矩的15%，因此，變速器的最大輸出轉(zhuǎn)矩Mme： （Nm） 變速器的理想輸出特性曲線如圖6-6 圖6-6變速器的理想輸出特性曲線 動(dòng)力從變速器輸出經(jīng)主傳動(dòng)進(jìn)一步減速增扭.圖可知，車輛驅(qū)動(dòng)輪輸出扭矩為： 車輛驅(qū)動(dòng)輪輸出轉(zhuǎn)速為： n為變速器輸出轉(zhuǎn)速，為后橋傳動(dòng)比； 轉(zhuǎn)/分 因?yàn)槁膸к囕v的輸出扭矩太大，一般測功機(jī)無法滿足需要，故在傳動(dòng)系最終輸出與測功機(jī)之間需增加降扭增速裝置——升速箱，則測功器需要吸收的扭矩為： 轉(zhuǎn)速為： 圖6-7傳動(dòng)系輸出扭矩特性曲線（不包含輪邊減速器） （2）測功器的匹配 選用合適的測功器，不僅要考慮最大功率、最高轉(zhuǎn)速的選擇，而且還要特別注意測功器特性的選擇。首先要注意測功器的工作范圍，包括轉(zhuǎn)速范圍和扭矩范圍。對于發(fā)動(dòng)機(jī)測功，要求發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩—轉(zhuǎn)速曲線（Mn）應(yīng)落在所選的測功器特性曲線的OABCD范圍之內(nèi)，但對于自動(dòng)變速系統(tǒng)的測試，特別是對車輛傳動(dòng)系測試用的測功器，除應(yīng)滿足上述要求外，還要特別注意低轉(zhuǎn)速區(qū)測功器OA段的力矩變化情況。如圖6-9所示 圖6-8經(jīng)升速處理后的特性曲線 圖6-9車輛自動(dòng)變速傳動(dòng)系輸出特性曲線 由前面的分析可知，車輛自動(dòng)變速傳動(dòng)系輸出扭矩MT與輸出轉(zhuǎn)速nT的變化關(guān)系如圖2－11中曲線5所示。由曲線5可知，傳動(dòng)系的輸出扭矩MT隨轉(zhuǎn)速nT的下降而增大，當(dāng)nT=n1時(shí)，MT=MTmax，所以應(yīng)選擇低速特性好的側(cè)功器，并且 OA線越靠近 Y軸越好，為了說明問題，把最大扭矩相同的各種測功器的OA段曲線也畫于圖2－20中，圖中n2、n3、n4分別為電渦流測功器、直流測功器和水力測功器所能測試的最低轉(zhuǎn)速，而交流測功器的轉(zhuǎn)速n5為零，即n5＜n2＜n3＜n4。由圖可知，交流測功器的低速特性最好，