【正文】 學號 10110108203 畢 業(yè) 設 計（論 文） 等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺垂直運動模塊及 PLC 控制設計 教 學 系： 機 電 工 程 系 指導教師： 專業(yè)班級： 機制 1082班 學生姓名： 二零一二年五月 畢業(yè)設計 (論文 )任務書 學生姓名 曾超 專業(yè)班級 機制 1082 指導教師 趙燕 工作單位 武漢理工大學 設計 (論文 )題目 : 等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺垂直運動模塊及 PLC 控制設計 設計（論文）主要內(nèi)容： 1. 汽車等 速萬向節(jié)性能試驗臺主要由工件裝夾及傳送裝置；扭矩、轉(zhuǎn)速、壓力、溫度檢測及其加載調(diào)節(jié)裝置；萬向節(jié)液壓擺動裝置等部分組成，其主要技術特征、動作順序要求見附件； 2． 對 汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺組成部分及其主要技術特征進行分析； 3． 分析汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺的垂直運動模塊工作原理及動作順序及其驅(qū)動、檢測等部件的技術特征，完成以 PLC 為核心的電氣 自動 控制系統(tǒng)設計。 要求完成的主要任務 : 1． 擬定以 PLC 為控制器核心的控制方案，使得 垂直運動模塊 能完成上下 20mm 的 運動 作業(yè)（第 3～4 周）； 2．設計控制系統(tǒng)電氣 原理圖（第 5～ 7 周）； 3．設計控制系統(tǒng)的硬件和軟件（第 8～ 10 周）； 4．設計 垂直運動模塊 的 三維造型設計 圖，其中 有一張以上的手工繪圖 ，圖紙量為 3張 1~2圖紙 （第11～ 12 周）。 5. 撰寫畢業(yè)設計（論文）說明書，字數(shù) 1 萬字以上。參考文獻不少于 10 篇，其中不少于 2 篇外文資料， 全部設計必須提交電子文檔 （第 13～ 15 周）。 必讀參考資料： . 可編程序控制器原理與應用 .北京 : 北京大學出版社 ,2021 .FX 系列 PLC 編程及應用 .北京 :機械工業(yè)出版社 , ,宋小春 ,郭 武強 .從入門到精通 —— 三菱 FX2N PLC 技術與應用 .北京 :人民郵電出版社 , 指導教師簽名： 教研室主任簽名： ： 題目 等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺垂直運動模塊及 PLC控制設計 我國汽車制造及零部件的制造商一直對產(chǎn)品的準靜態(tài)與動態(tài)的使用壽命，疲勞及磨損極限的試驗感到困擾。因為國外公司如美國的 MTS，德國的 GAT 等一直將其試驗臺技術實行對華禁運。我國汽車制造及零部件的制造公司的產(chǎn)品要做試驗，要么送 到國外的機構去做，這種試驗費用很高，時間周期很長；要么花很大的費用，引用國外公司的整套試驗設備但得不到設備的技術。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車制造及零部件的制造公司的用戶越來越追求更高的動力輸出 ,機械效率和耐用性 ，同時他恩還追求一種能被固定記錄成檢測數(shù)據(jù)的價值，現(xiàn)在許多企業(yè)已經(jīng)把檢驗作為一項標準，因此對試驗設備的需求愈加強烈。自主研發(fā)設計等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺不僅突破了美德公司的技術壁壘，填補了國內(nèi)空白，而且使用戶大大節(jié)約了費用和時間，也極大的促進了我國試驗技術的發(fā)展。 等速萬向節(jié)，英文名稱： CV Joint (Constant Velocity Joint)是把兩個軸線不重合的軸連接起來，并使兩軸以相同的角速度傳遞運動的機構。是轎車傳動系統(tǒng)中的重要部件，其作用是將發(fā)動機的動力從變速器傳遞到汽車的驅(qū)動輪，滿足轎車傳動軸外端轉(zhuǎn)角的要求；將發(fā)動機的動力平穩(wěn)、可靠的傳遞給車輪；補償轎車內(nèi)端懸架的跳動。驅(qū)動轎車高速行駛。 前輪驅(qū)動汽車的動力，要從由發(fā)動機、變速器和主減速器組成的動力總成直接傳送到前輪。而前輪既是驅(qū)動輪，又是轉(zhuǎn)向輪，轉(zhuǎn)向時偏轉(zhuǎn)的角度很大，最大可達 40176。以上。這時，就不能采用傳統(tǒng)的、偏轉(zhuǎn)角很小的普通萬向傳動軸了。因為，普通萬向節(jié)在偏轉(zhuǎn)角大時，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)速和扭矩的較大波動。所以，必須應用偏轉(zhuǎn)角大、角速度均勻的等速萬向節(jié)傳動軸才行。等速萬向節(jié)的原理和圓錐齒輪嚙合的道理相似，由于傳力點的位置總是處于兩軸夾角的平分面上，因而保證了等速運動。等速萬向節(jié)的缺點是結構比較復雜，制造工藝精密，成本較高，因此還不能完全代替普通萬向節(jié)。等速萬向節(jié)的出現(xiàn)，大大推動了前輪驅(qū)動汽車和全輪驅(qū)動汽車的發(fā)展。 由于等速萬向節(jié)傳遞繁重的驅(qū)動力矩，隨受負荷重，傳動精度高，需求量很大。 根據(jù)中國科學院查新咨詢檢索中心提供的查新報告，從檢出的文 獻看，有可對汽車等速萬向節(jié)傳動軸進行靜扭斷裂度測試實驗的試驗臺，機械封閉功率流齒輪試驗臺，封閉直流電功率型機械傳動試驗臺，電液比例控制加載機械閉式變速器試驗臺等多種試驗臺裝置的報道，未見采用了功率流機械封閉式試驗方式，電液比例液壓連續(xù)加載，靜音滑臺設計及楔式倍壓鎖緊設計的，可進行周期壽命性能試驗的汽車等速萬向節(jié)周期循環(huán)壽命試驗臺的報道。將本課題項目的研究成果與國內(nèi)外同類技術的主要性能參數(shù)進行比較，我們在汽車等速萬向節(jié)的封閉式周期循環(huán)壽命試驗臺中的以下創(chuàng)新設計屬于國內(nèi)外首創(chuàng)：（ 1）旋轉(zhuǎn)式葉片液壓加載器，具有體 積小扭矩大，可在工件旋轉(zhuǎn)中使用的特點。（ 2）先進的靜音滑臺設計，解決了重型滑臺的無摩擦，靜音運動與增大鎖緊加緊面問題。 (3)楔式倍壓鎖緊機構，可提供 11 倍的液壓推力的安全鎖緊力。（ 4）先進的電液比例調(diào)壓技術，實現(xiàn)了用計算機電子信號控制調(diào)節(jié)液壓加載系統(tǒng)的扭矩載荷壓力。 (5)許用擺角，許用滑移量的微分檢測技術。本設備的功能，技術指標均達到和超過了國家標準的要求，屬于重大技術集成創(chuàng)新成果，由于采用了多項先進技術集成，使得試驗臺具有功率低，性能優(yōu)越，性價比高的特點，更適合我國的企業(yè)，意義重大。 方案： 設計的基本內(nèi)容 等速萬向節(jié)是把兩個軸線不重合的軸連接起來，并使兩軸以相同的角速度傳遞運動的機構。是轎車傳動系統(tǒng)中的重要部件，其作用是將發(fā)動機的動力從變速器傳遞到汽車的驅(qū)動輪，滿足轎車 傳動軸 外端轉(zhuǎn)角的要求；將發(fā)動機的動力平穩(wěn)、可靠的傳遞給車輪；補償轎車內(nèi)端懸架的跳動。 汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺主要由工件裝夾及傳送裝置；扭矩，轉(zhuǎn)速，壓力，溫度檢測及加載調(diào)節(jié)裝置；萬 向節(jié)液壓擺動裝置等部分組成，其主要技術特征，動作順序要 求見附件；對汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺組成部分及其主要技術特征進行分析； 分析汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺的垂直運動模塊工作原理及動作順序及其驅(qū)動，檢測等部件的技術特征，完成以 PLC 為核心的電氣自動控制系統(tǒng)設計。 技術方案： 熟悉試驗臺的運行環(huán)境，分析試驗臺的結構和功能，依據(jù)試驗臺的技術要求和技術指標，可知左、右傳動箱、扭矩傳感器、液壓加載器和兩件供試件組成了一個總傳動比為 1 的封閉式傳動鏈，液壓加載器實質(zhì)上是一個雙葉片擺動缸，缸體通過支架、軸與右邊的供 試件相連、葉片轉(zhuǎn)子與左邊的傳動箱連接，向液壓加載器傳輸壓力油，則葉片轉(zhuǎn)子相對擺動缸體產(chǎn)生扭矩，改變油液壓力則可改變加載扭矩；變頻調(diào)速電機用于驅(qū)動整個封閉傳動鏈運轉(zhuǎn)，同時補償封閉傳動鏈運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的功率損失。 回轉(zhuǎn)工作臺由推拉液壓缸驅(qū)動，可偏轉(zhuǎn) 450；回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動的兩終端安裝有死擋鐵，可以調(diào)整最大回轉(zhuǎn)角度；回轉(zhuǎn)角度由與回轉(zhuǎn)軸連接的轉(zhuǎn)角傳感器檢測?；剞D(zhuǎn)工作臺用于周期疲勞試驗和固定式球籠許用擺角檢測。進行周期疲勞試驗時，工作臺回轉(zhuǎn)相應角度后，由鎖緊液壓缸鎖緊。 右傳動箱安裝在立式液壓在滑臺上，立式 滑臺向上運動時，用于檢測滑動球籠的擺角和滑移量。立式滑臺向上移動的位移用位移傳感器檢測，根據(jù)幾何關系可以間接獲得滑動球籠的擺角和滑移量。為保證立式液壓滑臺運動平穩(wěn)，設置了平衡重。體積小。電液比例液壓連續(xù)加載，計算機控制，價格適中。 總體結構采用功率流封閉式：低功耗，其動率只有開放式結構的 1/4~1/5,本臺采用 22kw。外球籠擺角滑臺采用靜音滑臺：驅(qū)動力大，驅(qū)動平穩(wěn)，無噪音易鎖緊。擺角滑臺鎖緊機構采用楔式倍壓鎖緊結構：液壓倍增式加楔式機構，鎖緊力達到液壓驅(qū)動的 11 倍，結構緊湊。傳動軸驅(qū)動方式采用變頻電機：可 由計算機控制，可無極調(diào)速。加載方式采用電液比例連續(xù)雙向旋轉(zhuǎn)液壓加載器：專利液壓加載器，無泄漏。 圖 1 控制系統(tǒng)框圖 注： 1. 開題報告應根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設計（論文）任務書，在教師的指導下由學生獨立撰寫，在畢業(yè)設計開始后三周內(nèi)完成； 2．設計的目 的及意義至少 800 字，基本內(nèi)容和技術方案至少 400字； 3．指導教師意見應從選題的理論或?qū)嶋H價值出發(fā)，闡述學生利用的知識、原理、建立的模型正確與否、學生的論證充分否、學生能否完成課題，達到預期的目標。 (1).擬定以 PLC為控制器核心的控制方案，使得垂直運動模塊能完成上下 20mm的運動作業(yè)（第3~4 周）； (2).設計控制系統(tǒng)電氣原理圖（第 5~7 周）； (3).設計控制系統(tǒng)的硬件和軟件（第 8~10 周； (4).設計垂直運動模塊的三維造型設計圖，其中有一張以上的手工繪圖，圖紙量為 3 張 1~2圖紙（第 11~12 周）； (5).撰寫畢業(yè)設計說明書，字數(shù) 1 萬字以上。參考文獻不上于 10 篇，其中不少于 2 篇外文資料，全部設計必須提交電子文檔（第 13~15 周）。 ： 指導老師簽名： 年 月 日 鄭 重 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 本人簽名： 日期： 目 錄 摘 要 ............................................................................... 1 Abstract ............................................................................. 2 1 緒論 ............................................................................... 3 研究背景及意義 ............................................................... 3 汽車等速萬向節(jié)的概括及重要性 ................................................. 4 課題研究的意義 ............................................................... 5 本課題的主要研究內(nèi)容 ......................................................... 6 2 周期壽命試驗臺的要求 ............................................................... 7 運行環(huán)境 ..................................................................... 7 試驗臺的結構與功能 ........................................................... 7 試驗臺的技術要求和技術指標 ................................................... 7 3 周期壽命試驗臺的設計分析 ........................................................... 9 等速萬向節(jié)試驗臺的組成部分 ................................................... 9 等速萬向節(jié)試驗臺的結構設計 ................................................... 9 ................................................... 10 閉式試驗臺的封閉功率 .................................................. 10 功