【正文】 前 言 由于發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩與車輛驅(qū)動輪所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間存在著矛盾，須設(shè)立傳動系來調(diào)節(jié)發(fā)動機的性能，即通過傳動系改變傳動比，將發(fā)動機的動力傳遞給驅(qū)動車輪，以適應(yīng)外界負荷與道路條件變化的需要。車輛行駛性能的好壞，不僅取決于發(fā)動機，而且在很大程度上還依賴于傳動系以及傳動系與發(fā)動機的匹配。變速器是現(xiàn)代汽車重要的組成部分。研究變速器與發(fā)動機的聯(lián)合工作特性，需要對變速器的性能進行臺架試驗，變速器的維修需要進行故障診斷試驗。國內(nèi)變速器性能檢測設(shè)備尚處于研究發(fā)展階段。本文所設(shè)計的變速器性能檢測試驗臺能夠為變速器的性能或故障診斷提供參考數(shù)據(jù)，具有以下功能：提供的動力能模擬變速器在汽車上的使用工況；負載能模擬汽車的道路行駛阻力；能檢測變速器的特性參數(shù)及系統(tǒng)油壓、流量、溫度等數(shù)據(jù)。 隨著汽車市場的不斷擴大，汽車行業(yè)對變速器的需求不斷增長，對汽車變速器的質(zhì)量要求也越來越高，這就要求既要有高科技的加工手段，又要有高質(zhì)量的檢測設(shè)備，但目前國內(nèi)采用的檢測手段還不能全部滿足現(xiàn)狀的要求，主要表現(xiàn)在檢測產(chǎn)品單一，跟不上產(chǎn)品的變化，檢測手段落后，不能滿足某些指標的檢測，檢測效率低，不能滿足生產(chǎn)需要。因此研制一臺手動汽車變速器試驗臺，就更顯得迫切和需要。 根據(jù)要求本人設(shè)計了一款汽車變速器性能檢測試驗臺，由于時間倉促和知識水平有限，論文中的錯誤和不足在所難免，請各位老師給予批評指正。第1章 汽車變速器試驗臺概述 汽車變速器試驗臺資料調(diào)查 變速器是現(xiàn)代汽車重要的組成部分。研究變速器與發(fā)動機的聯(lián)合工作特性，需要對變速器性能進行臺架試驗，變速器的維修需要進行故障診斷。對變速器檢測項目及檢測方法進行了研究，設(shè)計了適合汽車維修企業(yè)使用的變速器試驗臺。汽車變速器性能檢測試驗臺能夠為變速器的性能或故障診斷提供參考數(shù)據(jù)，具有以下功能；提供的動力能模擬變速器在汽車上的使用工況；負載能模擬汽車的道路行駛阻力；能檢測變速器變速器的特性參數(shù)及系統(tǒng)油壓、流量溫度等數(shù)據(jù)。 隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展與科技的進步，我國汽車工業(yè)發(fā)展十分迅速，汽車保有量與日劇增，汽車不再是渴望不可求的奢侈品，它已經(jīng)逐漸的進入百姓家中。變速器作為汽車傳動總成的關(guān)鍵部件，其性能的好壞直接影響到汽車的動力性、經(jīng)濟性、可靠性。因此，人們對變速器的性能要求越來越高。 現(xiàn)在市場上的變速器細分為5類：手動變速器（MT）、自動機械式變速器（AMT）、無級變速器（CVT）、雙離合器變速器（DCT）、和自動變速器（AT），不同的變速器都有各自的優(yōu)勢。毫無爭議的說，自動變速器是未來變速器發(fā)展的一個重要的方向。據(jù)測，2013年歐洲變速器市場上，配備手動變速器的汽車將占52%，配備自動手動變速器的將占10%，配備無級變速器的將占2%，配備雙離合變速器的將占16%，配備自動變速器的將占20%。從以上數(shù)據(jù)我們可以看出，手動變速器仍然占有很大份額。為此，我國相關(guān)標準對新生產(chǎn)和維修后的變速器都要求進行臺架試驗，但目前只有規(guī)模較大的變速器生產(chǎn)廠擁有專業(yè)的變速器試驗臺，而且這些高價格的試驗臺主要依賴進口。這種狀況造成了手動變速器開發(fā)周期的緩慢，使變速器生產(chǎn)商在對產(chǎn)品修改時沒有一個固定的標準，只能盲目的、嘗試性的、試探性的修改，對工時、材料浪費嚴重。為此，研制出一套先進實用、價格適中的變速器試驗臺成為市場的迫切需要。 21世紀是汽車工業(yè)飛速發(fā)展的時代，現(xiàn)代先進的技術(shù)和生產(chǎn)方式得到大面積推廣，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率大大提高，汽車工業(yè)逐步成為許多國家的支柱產(chǎn)業(yè)，為了控制汽車產(chǎn)品質(zhì)量，提高汽車品質(zhì)，勢必對其總成及零部件提出更高更嚴格的要求。但是，原來的生產(chǎn)和試驗方式已經(jīng)顯然不能滿足現(xiàn)代高效率公司生產(chǎn)的需要。汽車普遍裝備了變速器，變速器維修有一個廣闊的市場，設(shè)計適應(yīng)于汽車維修企業(yè)的變速器臺架性能試驗臺，將提高自動變速器維修質(zhì)量，促進行業(yè)發(fā)展。因此，對汽車手動變速器試驗臺的研究具有特別重要的意義。 因此，下面介紹的試驗臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了變速器綜合性能的在線檢測，并詳細敘述了該試驗臺系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及工作原理及其控制軟件的開發(fā)及實現(xiàn)。目前國內(nèi)的汽車變速器試驗臺自動化程度低、測試過程依賴于測試者的經(jīng)驗。該試驗臺系統(tǒng)自動程度高、測試多、實時性強且完全可靠。具體說來，該試驗臺系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：可進行幾種不同型號變速器及其擴展類型變速器的性能測試；測試過程可智能控制；短時間內(nèi)可完成綜合性能（換檔、加載、同步器）測試；運行參數(shù)可實時顯示；可進行故障的自動檢測、報警及處理等。 國內(nèi)外發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀汽車試驗主要分為汽車道路試驗和汽車臺架試驗兩個部分。汽車道路試驗在汽車工業(yè)發(fā)展的初期就得到了充分重視，成為汽車設(shè)計所必須依賴的一個方面，并出現(xiàn)一些專業(yè)汽車試驗場。二次世界大戰(zhàn)以后，汽車實驗技術(shù)進入一個新的發(fā)展時期，這一方面是由于汽車生產(chǎn)發(fā)展的需要，另一方面也是許多相鄰工業(yè)、相鄰學(xué)科發(fā)展和滲透的結(jié)果。汽車空氣動力特征、車輛地面學(xué)、車輛結(jié)構(gòu)強度與載荷、車輛工作過程等試驗研究都涉及到多方面的試驗理論和技術(shù)，如系統(tǒng)分析、相似理論、誤差理論、數(shù)據(jù)隨機處理等，這些基礎(chǔ)性的研究工作有力地推動了汽車試驗工作的發(fā)展。我們國家也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展也建立若干個大型試車場，如湖北襄樊試車場、海南試車場和定遠試車場等。汽車道路試驗一般試驗周期長、成本高，容易受自然條件影響。因此開發(fā)相關(guān)實驗臺架是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。隨著電子技術(shù)和微機控制技術(shù)的快速發(fā)展，臺架試驗已經(jīng)成為汽車整車及其部件各種性能的主要試驗手段，在國內(nèi)外無論是研究單位還是制造單位的研究水平越高，其臺架設(shè)備也就越先進。臺架試驗同樣也是汽車零配件在開發(fā)設(shè)計中主要的試驗手段，借助臺架試驗對相關(guān)零部件或者總成的各項運行參數(shù)進行測試，通過分析比較從而得出生產(chǎn)的產(chǎn)品是否滿足要求，并為開發(fā)新產(chǎn)品取的必要的技術(shù)數(shù)據(jù)。從某種程度上說，檢測設(shè)備的水平就是其產(chǎn)品質(zhì)量水平的標志。近二十年間，世界電子技術(shù)的飛速發(fā)展大大加快了汽車技術(shù)的發(fā)展步伐。這期間，變速器檢測診斷技術(shù)隨著單子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達國家，已經(jīng)普遍應(yīng)用高新技術(shù)改進和完善汽車變速器檢測診斷設(shè)備，各種新型設(shè)備不斷出現(xiàn)，并向多功能、小型化、數(shù)字化、智能化和綜合化的方向發(fā)展。對于國外來說，美國SWRL公司最新推出的一款全電控機械驅(qū)動方式AMT的換擋執(zhí)行機構(gòu)就是采用了全電系統(tǒng)設(shè)計。這樣的設(shè)計能夠有效避免選檔和換擋時發(fā)生干涉的問題。日本汽車工程組織也有類似的試驗項目。此外, 根據(jù)檢索, 在美國也有汽車變速器檢測試驗方法獲得國家專利局授權(quán), 并公開轉(zhuǎn)讓。這些試驗項目的開發(fā)為汽車整車及自動變速器的生產(chǎn)廠家提供了良好的依據(jù), 促進產(chǎn)品質(zhì)量的提高。但是, 國外的這些試驗項目主要是針對變速器的研發(fā)和生產(chǎn), 而對于維修企業(yè)或者變速器翻新企業(yè)來說, 還沒有比較合適的試驗標準來檢測汽車變速器的綜合性能。對于國內(nèi)來說，目前中國汽車行業(yè)標準中制定了許多汽車零部件總成的技術(shù)標準和試驗方法, 如制動器、轉(zhuǎn)向器、機械變速器、減震器等, 甚至細致到對一些總成的部件, 都有相關(guān)的規(guī)范標準。而對于汽車手動變速器, 由于起步較晚, 國內(nèi)有能力生產(chǎn)汽車變速器的多為合資企業(yè), 因此國家尚未建立比較完整的試驗方法和技術(shù)標準, 而針對汽車變速器性能的臺架試驗方法更是屈指可數(shù)。目前僅有汽車用液力變扭器臺架試驗方法、汽車機械式變速器臺架試驗方法、汽車用液力變扭器技術(shù)條件, 更沒有建立相應(yīng)的評價指標。第2章 總體方案設(shè)計 系統(tǒng)介紹該系統(tǒng)采用雙變頻電機模擬汽車變速器實現(xiàn)工況，從而實現(xiàn)對變速器性能的真實檢測。電機的控制通過西門子6SE70系列變頻器來實現(xiàn)。該系統(tǒng)變頻器采用交流矢量控制技術(shù)，對大功率交流電機實現(xiàn)了精確控制。因為該系統(tǒng)中變頻器數(shù)量不多、數(shù)據(jù)傳輸量不大，采用RS485總線來實現(xiàn)工控機與變頻器之間的通訊，滿足了實時性要求。由于PLC控制穩(wěn)定、可靠，所以自動換檔執(zhí)行機構(gòu)（機械手）采用PLC控制器來實現(xiàn)不同型號變速器的自動換檔動作。 系統(tǒng)要求廠方要求試驗臺系統(tǒng)能夠在線檢測變速器的綜合性能，包括以下試驗：（1）各檔換檔試驗；（2）變速器加載能力測試；（3）變速器操縱（同步器）性能的測試；（4）跳檔檢測；（5）變速器的疲功壽命試驗；（6）傳動效率試驗。工作性能要求為：（1）系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全可靠；（2）測試數(shù)據(jù)報表和測試及故障診斷的界面友好；（3）臺架試驗方法科學(xué)、規(guī)范，達到汽車機械式變速器臺架試驗方法國家標準；（4）在同一臺架上對不同種變速器完成測試功能。 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 試驗臺采用組合式結(jié)構(gòu)，其中主要由試驗臺機電部分、換擋機械手部、控制部分組成。試驗臺機電部分包括加載電機、汽車變速器與驅(qū)動單元。驅(qū)動單元包括驅(qū)動變頻電機、慣性輪箱（用于模擬實車工況的慣性）、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、輸入接盤及各種安裝支架和聯(lián)軸器組成。以實現(xiàn)對變速器輸出軸的驅(qū)動及轉(zhuǎn)速、扭矩的檢測。上述部件安裝在一塊調(diào)整底板上，方便更換不同品種變速器時做整體平移。試驗臺機電部分是該系統(tǒng)的最終執(zhí)行機構(gòu)，完成將變速器驅(qū)動到相應(yīng)轉(zhuǎn)速和加載扭矩，以達到特定測試工況。機械部分包括兩個功率比較大的變頻電機和試驗臺架。該系統(tǒng)中電機的性能對整體性能影響很大，因而選用交流變頻電機。該電機能滿足高精度的扭矩、轉(zhuǎn)速控制，而且功率足夠大，可以滿足本系統(tǒng)試驗工況要求。工作時，加載電機工作在發(fā)電狀態(tài)下，能量回饋到電網(wǎng)，大大節(jié)約了能源。試驗臺架包括離合器、傳動機構(gòu)和汽車變速器。因為試驗時要達到高轉(zhuǎn)速、高扭矩的工作狀態(tài)，所以機械部分加工精度要高。汽車變速器是本系統(tǒng)測試對象，為了使裝卸變速器的時間短，本試驗臺變速器的夾緊松開操作是通過油缸四軸連動壓板來實現(xiàn)的。機械手換擋機構(gòu)由執(zhí)行元件、中級操縱機構(gòu)、調(diào)整支架、控制系統(tǒng)及各種連接件組成，以實現(xiàn)換擋動作及換擋力、換擋速度、位移的控制與調(diào)整。安裝在機械手上的拉壓力傳感器、位移傳感器實現(xiàn)換擋力和換擋位移的數(shù)據(jù)檢測。 換檔機械手部分是控制部分的執(zhí)行機構(gòu)，機械手根據(jù)PLD發(fā)送的換檔指令完成指定的換檔動作。控制部分以計算機為中心，控制軟件根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和當前工作狀態(tài)控制系統(tǒng)的流程、任務(wù)分配、指令發(fā)送、故障檢測等；通過板卡通訊向PLC機械手發(fā)送換檔控制指令、通過RS485總線變頻器發(fā)送測試所需的轉(zhuǎn)速和加載扭矩信號?？刂撇糠诌€包括變頻器、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集卡（PCL818L）、PLC控制器。變頻器可以實現(xiàn)三相交流異步電動機的無級調(diào)速。變頻器選用西門子6SE70系列變頻器，該系列變頻器采用交流電機的矢量控制技術(shù)對電機進行控制。矢量控制也叫磁場定向控制。它的基本思路是利用dq旋轉(zhuǎn)坐標變換，將定子電流分成勵磁電流id1和轉(zhuǎn)矩電流iq1，在調(diào)速過程中保持轉(zhuǎn)子磁鏈不變，即id1為常數(shù)，此時交流電機調(diào)速原理與直流電機相同?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集卡將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。PLD控制器根據(jù)計算機發(fā)送的指令完成將換檔信號轉(zhuǎn)換為換機械手的執(zhí)行命令。其中包括潤滑油溫控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)。潤滑油溫控制系統(tǒng)由加熱器、冷卻器、溫控器、溫度傳感器及油泵、閥門等組成，同變速器組成閉環(huán)系統(tǒng)，溫度傳感器