【正文】 然需要許多的試驗(yàn)結(jié)果確保其質(zhì)量合格。 汽車變速器性能試驗(yàn)臺(tái)是對(duì)汽車變速器進(jìn)行綜合性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。通過(guò)試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)汽車變速器設(shè)計(jì)的合理性以及評(píng)定變速器的綜合機(jī) 械性能。 為全面了解減速器總成性能，一般設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)： ① 汽車減速器磨合實(shí)驗(yàn)； ② 變速器空載阻力矩實(shí)驗(yàn)； ③ 變速器加載試驗(yàn)； ④ 變速器噪音實(shí)驗(yàn)。 由于能力經(jīng)驗(yàn)有限，設(shè)計(jì)主要完成： ③ 變速器加載試驗(yàn)。 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是試驗(yàn)臺(tái)在滿足傳動(dòng)效率、疲勞壽命試驗(yàn)要求的前提下，盡可能的滿足經(jīng)濟(jì)、使用的原則。盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)件。測(cè)控系統(tǒng)采用微機(jī)控制比如單片機(jī)系統(tǒng)，以方便控制。同 時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)處理也要達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的精度要求。試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)能連續(xù)加載和卸載，試驗(yàn)轉(zhuǎn)速能自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，同時(shí)為了直觀的把測(cè)試情況呈現(xiàn)給測(cè)試者，還應(yīng)能用數(shù)顯的方式顯示轉(zhuǎn)速和扭矩，數(shù)據(jù)還要能夠打印。 三維造型軟件現(xiàn)在以廣泛運(yùn)用。我使用的軟件是 Solidworks。比傳統(tǒng)的手工繪圖有省時(shí)省力，直觀詳細(xì)的優(yōu)點(diǎn)。 變速器結(jié)構(gòu)與工作原理的分析 變速器是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動(dòng)比的 齒輪 傳動(dòng)裝置。又稱 變速箱 。 汽車變速器 是通過(guò)改變傳動(dòng)比，改變 發(fā)動(dòng)機(jī) 曲軸的扭力，適應(yīng)在起步、加速、行駛以及克 服各種道路阻礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪牽引力及車速不同要求的需要。通俗上分為 手動(dòng)變速器 (MT)， 自動(dòng)變速器 (AT)， 手動(dòng) /自動(dòng)變速器， 無(wú)級(jí)式變速器 。汽車變速器一般由前箱體和后箱體組成。 變速箱由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)兩部分組成。變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要作用是改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的數(shù)值和方向；操縱機(jī)構(gòu)的主要作用是控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變速器傳動(dòng)比的變換，即實(shí)現(xiàn)換檔，以達(dá)到變速變矩。 機(jī)械式變速箱主要應(yīng)用了齒輪傳動(dòng)的降速原理。簡(jiǎn)單的說(shuō)，變速箱內(nèi)有多組傳動(dòng)比不同的 齒輪副 ，而汽車行駛時(shí)的換檔行為，也 就是通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)使變速箱內(nèi)不同的齒輪副工作。如在低速時(shí)，讓傳動(dòng)比大的齒輪副工作，而在高速時(shí)，讓傳動(dòng)比小的齒輪副工作 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 4 汽車變速器性能試驗(yàn)臺(tái)發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外較早開始了這方面的研究，如美國(guó) Gleason 公司在五十年代就設(shè)計(jì)出用輪系作為加載系統(tǒng)的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的方案。還有前蘇聯(lián)中央機(jī)械制造及設(shè)計(jì)研究院，美國(guó)通用動(dòng)力公司，德國(guó) RENK 公司，美國(guó)國(guó)家航空航天局（ NASA）下屬的 Lewis 研究中心，日本豐田汽車公司，法國(guó) Skoda 公司等。從試驗(yàn)臺(tái)方案到最終樣品制造他們都做了大量的研究，形成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式。 國(guó)內(nèi)起步較 晚，研究工作始于八十年代。國(guó)內(nèi)較早從事這方面研究的有 :重慶大學(xué)，鄭州研究所，長(zhǎng)春汽車研究所，西安重型機(jī)械研究所，西安理工大學(xué)，合肥工業(yè)大學(xué)，四川工業(yè)大學(xué)等單位。他們的成果代表著我國(guó)機(jī)械試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展水平。 本課題的目的和主要研究?jī)?nèi)容 汽車變速器總成在正常情況下工作要滿足以下條件：工作平穩(wěn)，噪聲小，足夠的剛度和強(qiáng)度的較高的傳動(dòng)效率。其中關(guān)鍵的是變速器能正確的傳遞扭矩轉(zhuǎn)速以及功率。 為全面了解減速器總成性能，一般設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)： ① 汽車減速器磨合實(shí)驗(yàn)； ② 變速器空載阻力矩實(shí)驗(yàn)； ③ 變速器加載試驗(yàn)； ④ 變速器噪音實(shí)驗(yàn)。 由于能力經(jīng)驗(yàn)有限，設(shè)計(jì)主要完成： ③ 變速器加載試驗(yàn)。 武漢理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 5 2 總體方案論證 變速器加載試驗(yàn)臺(tái)是最早出現(xiàn)的一種試驗(yàn)臺(tái)通常有兩大類型，一種是開放式試驗(yàn)臺(tái)，一種是電封閉式試驗(yàn)臺(tái)。 開式試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如下圖所示 : 圖 21 開式試驗(yàn)臺(tái)主要結(jié)構(gòu)原理示意圖 開放式試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力區(qū)由電機(jī)（或內(nèi)燃機(jī)），調(diào)速器以及附屬裝置組成。它負(fù) 責(zé)向系統(tǒng)提供動(dòng)力，其中包括轉(zhuǎn)速和扭矩。試驗(yàn)區(qū)是由被測(cè)裝置，變速器，傳感器裝置以及其他的一些裝置組成。模擬負(fù)載區(qū)及附屬裝置組成。主要由測(cè)功機(jī)開放式試驗(yàn)臺(tái)整套系統(tǒng)的工作原理及工作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，整套設(shè)備的技術(shù)含量低，制造成本相對(duì)較低，它的致命弱 點(diǎn)是該臺(tái)架需要大功率動(dòng)力 (驅(qū)動(dòng)電機(jī)或內(nèi)燃機(jī) )，能量無(wú)法反饋使用。 閉 式試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 22 電封閉式試驗(yàn)臺(tái)主要結(jié)構(gòu)原理示意圖 閉式試驗(yàn)臺(tái)在實(shí)現(xiàn)加載的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電的功能。發(fā)出的電力通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)提供給驅(qū)動(dòng)端 的電機(jī)。常規(guī)電封閉系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能源利用好，效率高，構(gòu)造簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)加載。缺點(diǎn)是造價(jià)昂貴。 借鑒國(guó)內(nèi)外類似試驗(yàn)設(shè)備，我最終采用電封閉試驗(yàn)臺(tái)。初期造價(jià)高，但長(zhǎng)期使用下來(lái)，功率輸入 動(dòng)力區(qū) 試驗(yàn)區(qū) 模擬負(fù)載區(qū) 電網(wǎng) 功率輸入 動(dòng)力區(qū) 試驗(yàn)區(qū) 模擬負(fù)載區(qū) 功率損耗 武漢理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 6 費(fèi)用合理。而且沒有浪費(fèi)和污染。 經(jīng)過(guò)綜合考慮我決定采用可動(dòng)態(tài)加載和改變載荷大小的機(jī)械封閉式試驗(yàn)臺(tái)其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 23 試驗(yàn)臺(tái)工作原理示意圖 其總傳動(dòng)比 Z4/Z3 Z2/Z1=，亦不能輸出到封閉系統(tǒng)之外這樣，動(dòng)力裝置僅用 來(lái)彌補(bǔ)系統(tǒng)內(nèi)的損耗功率。一般僅為封閉功率的十分之一到 五分之一左右。因此，此封閉系統(tǒng)耗能很少 。 試驗(yàn)臺(tái)布置方案的選擇 通過(guò)反復(fù)考慮，最終確定 試驗(yàn)臺(tái)的布置方式。如下圖 圖 24 試驗(yàn)臺(tái)布置方案 兩傳動(dòng)箱總的傳動(dòng)比必須為 1，因此選用兩個(gè)一模一樣的變速箱，一邊為升速，一邊為減速，則可以保證其傳動(dòng)比正好為 1。 變速箱主要是為了形成功率的閉合回路，安裝時(shí)要有足夠的空間，因 此變速箱的中心距要較大。所以在單級(jí)變速箱基礎(chǔ)上加一個(gè)中間過(guò)渡齒輪形成二級(jí)變速箱，這樣保證了變速及傳動(dòng)要求，而且中心距足夠大。 另外，傳動(dòng)箱應(yīng)具有承載能力大、效率高、速度高、尺寸緊湊的特點(diǎn) , ,選擇齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，滿足條件。而且，齒輪傳動(dòng)承載能力大 ,效率高 ,允許速度高 ,尺寸緊湊 ,壽命長(zhǎng)。 傳感器 傳 動(dòng) 箱2 傳 動(dòng) 箱1 液 壓 加 載 器 電動(dòng)機(jī) 被試件 傳感器 陪試件 武漢理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 7 加載裝置的選擇 試驗(yàn)臺(tái)加載方式一般分為液壓加載，箱體加載，重塊加載等，液壓加載體積小，接卸機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，液壓元件好選，加載穩(wěn)定，扭矩穩(wěn)定，容易程序控制，故選擇液壓加載器。 電液比例加載系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)中采用電液比 例控制。電液比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵根據(jù)輸入的電壓信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出的元件電與開關(guān)式液壓元件構(gòu)成的系統(tǒng)比較，所需液壓元件少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，并且控制方便 。與電液伺服閥比較，抗污染能力強(qiáng)，可靠性高，價(jià)格便宜。電液比例加載液壓系統(tǒng)圖如圖 25 所示。 圖 25 電液比例加載液壓系統(tǒng)圖 來(lái)自液壓泵 5 的壓力油通過(guò)濾油器 7和單向閥 8后，油流分成兩路。一路壓力油經(jīng)三位四通電磁閥 13到液壓加載器 16，回油由電磁換向閥返回油箱。液壓加載器 16 的配油器回油箱 粗油濾油器， 溫度計(jì)， 交流電動(dòng)機(jī)， 單向定量葉片泵 壓力繼電器 (上限設(shè)定 )精油濾清器 單向閥 壓力繼電器 (下限設(shè)定 )液壓軟管 1壓力表開關(guān) 1壓力表 1三位四通電磁換向閥 1電液比例溢流閥 1管接頭 1液壓加載器 武漢理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 8 油單獨(dú)接管直接通油箱。另一路壓力油到電液比例溢流閥 10。定量泵液壓系統(tǒng)為保持系統(tǒng)壓力，泵流量大于液壓加載器 16 的流量，油壓升高將溢流閥 10 打開，多余的油經(jīng) 10 回到油箱。打開壓力表開關(guān) 11可通過(guò)壓力表 12 監(jiān)視系統(tǒng)的壓力。壓力繼電器 6 和 9 分別設(shè)定系統(tǒng)壓力的上限和下限值，上限設(shè)定是保持液壓系統(tǒng)在意外壓力升高超限時(shí)，自動(dòng)輸出報(bào)警信號(hào)。下限設(shè)定電觸點(diǎn)與試驗(yàn)臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)控制回路相連，以保證只有在有一定最低油壓條件下，才可以使拖動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)臺(tái)架旋轉(zhuǎn)，防止液 壓加載器在缺油潤(rùn)滑狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，否則極易磨壞加載器的配油器。 液壓加載器 選擇外置式的液壓加載裝置，加載方便而且利于維修。 如圖 26 所示 ,工作時(shí) ,由液壓系統(tǒng)提供的壓力油進(jìn)入液壓加載器的 A 腔 ,再通過(guò)內(nèi)葉片 (與加載心軸成一體 )與缸筒、外葉片 (與缸筒成一體 )與加載心軸之間的間隙滲透至 B 腔 ,然后回到油池 , A、 B腔之間存在的壓力差 ,構(gòu)成了對(duì)加載心軸的加載力矩 ,這對(duì)力矩經(jīng)過(guò)試驗(yàn)臺(tái)中相應(yīng)部件的傳遞 ,就在被試變速器的輸入和輸出軸上加上了一組方向相反的力矩。顯然 ,上述加載力矩與工作腔中的油壓成正比 ,由于工作腔中 的油壓是可調(diào)的 ,因而加載力矩也是可調(diào)節(jié)的。 圖 26 外置式液壓加載器工作原理圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 9 3 總體技術(shù)方案設(shè)計(jì) 電機(jī)的選擇 選擇 北方連云港變速器有限公司生產(chǎn)的 5T12H 系列 變速器為設(shè)計(jì)對(duì)象，該發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 60kw/6000r/min，最大轉(zhuǎn)矩 120N/4200r/min。 選擇 BM 系列 變頻電動(dòng)機(jī)。 所需電機(jī)的容量為： Pw=P 15%=60 = 選用的電機(jī)型號(hào)為： BM132M4,具體性能指標(biāo)見表 31。 表 31 電機(jī)參數(shù) 型號(hào) 額定 功率 kW 額定電流 A 功率因素 cosΦ 額定轉(zhuǎn)速 r/min 額定電流 A 額定轉(zhuǎn)矩 BM132M4 1440 31 變速箱的設(shè)計(jì) 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為 1440r/min，輸出轉(zhuǎn)矩為 ，為滿足系統(tǒng)所需高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩的需要，應(yīng)增加一套變速機(jī)構(gòu) 變速箱。 確定變速箱的主要參數(shù) a. 由于變速器最高輸入轉(zhuǎn)速為 5800r/min,而所選電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為 1500 r/min，所以總傳動(dòng)比為： i= min/r1440 min/r6000 = 中間齒輪起增加中心距的作用，齒數(shù)適當(dāng)選取。 b. 根據(jù)變速器外形尺寸及附加加裝置尺寸，初步定傳動(dòng)箱中心距 a＝ 300mm. 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 選定齒輪的類型，精度等級(jí)，材料 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，選定傳動(dòng)箱高速級(jí)為斜齒，低速級(jí)為直齒。由于齒輪相對(duì)軸承布置不對(duì)稱，要求軸的剛度較大，并使轉(zhuǎn)矩輸入、輸出端遠(yuǎn)離齒輪，以減少因軸的彎曲變形引起載荷沿齒寬分布不均勻。 武漢理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （ 論文 ） 10 對(duì)齒輪材料的基本要求：齒面有足夠的硬度和耐磨性，輪齒有足夠的抗彎曲強(qiáng)度及沖擊韌性，易于達(dá)到加工所需精度； 對(duì)于高速齒輪還有較好的抗膠合能力。除非受生產(chǎn)技術(shù)條件的限制，一般盡可能采用硬齒面齒輪或中硬齒面齒輪。 根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)要求，兩對(duì)大小齒輪均采用 20GrMnTi 鋼滲碳淬火（《機(jī)械設(shè)計(jì)》表112/P226），硬度 5662HRC。由圖 1112c 查的彎曲疲勞極限應(yīng)力 MPa430Flim ?? ；由圖1113c 查得接觸疲勞極限應(yīng)力 MPa1500Hlim ?? 。高速級(jí) Z Z2采用斜齒輪，低速級(jí) Z Z3采 用直齒輪。 按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 確定許用應(yīng)力 M P aM P aY NF 2430S Ym