機(jī)械式前置汽車(chē)變速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),機(jī)械式,前置,汽車(chē),變速器,實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 設(shè)計(jì)過(guò)程 機(jī)器是機(jī)構(gòu)與其他零件的組合， 為了有益的用途而轉(zhuǎn)換，傳遞或利用能量，力或運(yùn)動(dòng)。實(shí)例有發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪，車(chē)輛，卷?yè)P(yáng)機(jī)，印刷機(jī)，洗衣機(jī)和電影攝影機(jī)。 許多適用于機(jī)器設(shè)計(jì)的原理和方法也適用于不是真正機(jī)器的制成品，從輪轂蓋和檔案櫥柜到儀表和核壓力容器?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)”這一術(shù)語(yǔ)比“機(jī)器設(shè)計(jì)”更為廣義，它包括機(jī)器設(shè)計(jì)。而對(duì)于某些儀器，如用以確定熱，流動(dòng)線路和體積的熱力以及流體方面的問(wèn)題要單獨(dú)考慮。但是，在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要考慮運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題以及保存和封裝的規(guī)定。在機(jī)械工程領(lǐng)域以及其他工程領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)，都需要諸如開(kāi)關(guān)，凸輪，閥門(mén)，容器和攪拌器等機(jī)械裝置。 設(shè)計(jì)始于真正的或想象的需要?，F(xiàn)有的儀器可能需要在耐用性，效率，重量，速度或成本上加以改進(jìn)。 可能需要新的儀器來(lái)完成以前由人做的功能，如計(jì)算，裝配或保養(yǎng)。目標(biāo)全部或部分地確定后，設(shè)計(jì)的下一步就是構(gòu)思能夠完成所需功能的機(jī)構(gòu)及其布置。為此，徒手畫(huà)草圖價(jià)值極大，它不但作為一個(gè)人想法的記錄和其他人討論的輔助手段，而且尤其適于與自己的想法交流，作為創(chuàng)造性思路的興奮劑。還需要有關(guān)部件的廣泛知識(shí)，因?yàn)橐慌_(tái)新機(jī)器常常由熟知的各類(lèi)零件重新安排或替換而成，也許改變了尺寸和材料。無(wú)論在構(gòu)思過(guò)程中還是之后，一個(gè)設(shè)計(jì)者都會(huì)進(jìn)行快速或粗略的計(jì)算或分析以確定一般尺寸和可行性。當(dāng)一些關(guān)于所需或可用空間量的想法確定后，可以按比例畫(huà)草圖。 當(dāng)幾個(gè)零件的大致形狀和幾個(gè)尺寸出來(lái)時(shí)，分析可以真正開(kāi)始了。分析的目的在于使其具有令人滿意的或者優(yōu)越的性能，以及在最小重量下的安全性和耐用性和有競(jìng)爭(zhēng)力的成本。設(shè)計(jì)師將為每一個(gè)關(guān)鍵的承載截面尋找最佳的比例和尺寸，以及幾個(gè)零件強(qiáng)度的平衡。然后選擇材料和處理方法。這些重要的目標(biāo)只有通過(guò)基于機(jī)械原理的分析才可以得到，如關(guān)于反作用力和摩擦的最優(yōu)利用的靜力學(xué)原理；關(guān)于慣性，加速度和能量的動(dòng)力學(xué)原理；關(guān)于應(yīng)力和撓度的材料的彈性和強(qiáng)度原理；關(guān)于材料的物理行為原理；關(guān)于潤(rùn)滑和水力驅(qū)動(dòng)的流體力學(xué)原理。分析可以由構(gòu)思機(jī)械安排的同一個(gè)工程師來(lái)做，或者在大公司里由獨(dú)立的分析部門(mén)或研究組來(lái)做。分析的結(jié)果，可能需要新的安排和新的尺寸。不管是正式做的或非正式做的，設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)的和合作的過(guò)程，分析人員可以對(duì)所有階段起作用而不僅僅是他自己的階段。 最后，一項(xiàng)基于功能和可靠性的設(shè)計(jì)完成了，就可以制造樣機(jī)了。如果測(cè)試滿意，而且如果裝置要大量生產(chǎn)，就要對(duì)最初的設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的修改以確保以較低的成本大量生產(chǎn)。在隨后幾年的制造和使用期間，設(shè)計(jì)有可能因構(gòu)思了新想法或者基于測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步分析所顯示的改變而改變。銷(xiāo)售吸引力，客戶滿意度和制造成本都與設(shè)計(jì)有關(guān)，設(shè)計(jì)能力與工程投資的成功密切相關(guān)。 一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 在這一部分，有人建議運(yùn)用創(chuàng)造性的態(tài)度進(jìn)行的分析，這種分析可以引起重大改進(jìn)以及對(duì)備用產(chǎn)品的構(gòu)思和完善，也許產(chǎn)品功能更多，更經(jīng)濟(jì)，更耐用。創(chuàng)造階段無(wú)需是最初和獨(dú)立的階段。雖然分析人員可能并不負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)計(jì)，但是他不僅僅是能從數(shù)字上提出要他解決的問(wèn)題的正確答案，不僅僅是給出應(yīng)力值，尺寸或者工作限制。他可以提出更廣泛的見(jiàn)解，以便改進(jìn)規(guī)范或方案。由于在分析前或分析過(guò)程中，他會(huì)熟悉裝置及其工作條件，他就處于一個(gè)構(gòu)思備選方案的有利位置。最好他能提出建議改變形狀來(lái)消除力矩或應(yīng)力集中，而不是允許構(gòu)建具有大截面和過(guò)多動(dòng)態(tài)載荷的機(jī)構(gòu)。最好是他報(bào)廢他的細(xì)致的設(shè)計(jì)而不是后來(lái)看到的機(jī)械報(bào)廢。 為了激發(fā)創(chuàng)造性思維，建議設(shè)計(jì)人員和分析人員使用以下準(zhǔn)則。前6條準(zhǔn)則尤其適用于分析人員，雖然他可能涉及到所有這10項(xiàng)。 1. 創(chuàng)造性地利用所需的物理性能并控制不需要的。 2. 認(rèn)識(shí)實(shí)用載荷及其重要性。 3. 預(yù)選考慮沒(méi)有作用的載荷。 4. 發(fā)明更有利的加載條件。 5. 提供最小重量的最有利的應(yīng)力分布和剛性。 6. 用基本方程計(jì)算比例并使尺寸最優(yōu)化。 7. 選取材料以獲得性能組合。 8. 在備件和集成零件間仔細(xì)選擇。 9. 修改功能設(shè)計(jì)以適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程和降低成本。 10.考慮裝配中使部件精確定位和互不干擾。 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，Vol.7,No.2 汽車(chē)變速器性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)控制 閻清東 項(xiàng)昌樂(lè) 馮永存 （北京理工大學(xué)車(chē)輛工程學(xué)院，北京 100081） 摘要 目的 實(shí)現(xiàn)汽車(chē)變速器性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)控制。 方法 采用了潤(rùn)滑油油溫自動(dòng)恒溫控制技術(shù)，微機(jī)控制變速器自動(dòng)換檔，動(dòng)力電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，加載電渦流測(cè)功機(jī)變載，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與實(shí)時(shí)處理技術(shù)。 結(jié)果 潤(rùn)滑油油溫控制在設(shè)定溫度℃；自動(dòng)換檔簡(jiǎn)單，可靠，準(zhǔn)確 ；無(wú)級(jí)調(diào)速調(diào)載快速準(zhǔn)確。加載轉(zhuǎn)矩偏差為r/min 。結(jié)論 將上述技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)變速器性能試驗(yàn)臺(tái)，利用該試驗(yàn)臺(tái)對(duì)某型變速器進(jìn)行了微機(jī)程控性能試驗(yàn)，效果良好。 關(guān)鍵詞 汽車(chē)變速器；性能試驗(yàn)；計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試；自動(dòng)控制。 分類(lèi)號(hào) U463.212 ；U467.12 為提高民族產(chǎn)品性能而對(duì)汽車(chē)各部件進(jìn)行試驗(yàn)和理論的復(fù)雜研究是發(fā)展民族汽車(chē)工業(yè)的重要途徑。齒輪箱是汽車(chē)變速器的一個(gè)關(guān)鍵部分，其特性會(huì)直接影響到變速器的性能。主要的性能參數(shù)是：變速器效率，潤(rùn)滑油，噪音等等。因此，對(duì)各性能進(jìn)行快速而精確的測(cè)試是很必要的。 在本文中，汽車(chē)變速器性能多功能試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用了自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑油自動(dòng)恒溫控制，可編程自動(dòng)換檔，無(wú)級(jí)調(diào)速和負(fù)載調(diào)整，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和處理，試驗(yàn)報(bào)告和測(cè)試曲線的自動(dòng)輸出，嚴(yán)格監(jiān)控了試驗(yàn)環(huán)境，精度和速度。 1. 自動(dòng)恒溫控制技術(shù) 性能測(cè)試中必須嚴(yán)格控制潤(rùn)滑油的溫度，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中油溫必須控制在設(shè)定溫度℃范圍內(nèi)。在本文中，采用了PID自動(dòng)控制技術(shù)混合冷熱機(jī)油來(lái)實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油溫度恒定。該系統(tǒng)由潤(rùn)滑油強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)和帶有反饋的PID電子控制系統(tǒng)組成。圖1是潤(rùn)滑油的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)圖，圖2是帶有反饋的PID電子控制系統(tǒng)圖。 圖1.潤(rùn)滑油強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng) 1－電機(jī) 2－機(jī)油泵 3－壓力氣壓表 4－溢流閥 5－滑閥 6－過(guò)濾器 7－輔助油箱 8－截流閥 9－冷卻裝置 10－電子加熱器和熱機(jī)油箱 11－三通電子驅(qū)動(dòng)閥 12－液壓油管 13－溫度傳感器 14－被測(cè)變速器 帶有反饋的PID自動(dòng)控制系統(tǒng)用于控制三通電子可調(diào)閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。如果反饋溫度值低于設(shè)定溫度值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，熱機(jī)油流量增加，否則，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，冷機(jī)油流量增加。冷潤(rùn)滑油來(lái)自于冷卻裝置 ，熱潤(rùn)滑油來(lái)自裝有電子加熱器的熱潤(rùn)滑油油箱，溫度計(jì)用于監(jiān)測(cè)變速箱機(jī)油溫度為PID溫度控制器提供了基本的設(shè)定數(shù)。輔助溫度控制器用于控制熱潤(rùn)滑油箱中油溫保持在PID設(shè)定溫度的一定范圍內(nèi)。 圖2.PID自動(dòng)控制原理圖 1－PID溫度控制器 2－溫度計(jì) 3－輔助溫度控制器 4－電子加熱器 5－熱機(jī)油箱溫度傳感器 6－變速器油溫傳感器 7－反饋溫度傳感器 8－三通電子可調(diào)閥驅(qū)動(dòng)電機(jī) 2. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 圖3是計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制流程圖 系統(tǒng)功能如下： 1. 監(jiān)測(cè)性能參數(shù)；輸入轉(zhuǎn)速和扭矩，輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，潤(rùn)滑油溫度，檔位。 2. 調(diào)整主可變頻率電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電渦流電力測(cè)功機(jī)的負(fù)載。 圖3.計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制流程圖 2.1換檔控制 換檔桿的運(yùn)動(dòng)是由用于換檔和位置控制的汽缸活塞曲柄機(jī)構(gòu)控制的，活塞行程是由電磁開(kāi)關(guān)控制的。換檔過(guò)程完全是由單片機(jī)上的CPU控制的。圖4是換檔氣動(dòng)系統(tǒng)，圖5是換檔控制電路布置圖，CPU通過(guò)向單片機(jī)上的CPU發(fā)送換檔指令以閉合相應(yīng)的繼電器來(lái)控制電磁滑閥的動(dòng)作，同時(shí)不同的氣動(dòng)電路接通來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的換檔和位置動(dòng)作。 圖4.氣動(dòng)換檔示意圖 1－油水分離器 2－儲(chǔ)氣筒 3－氣壓表 4，5，10，11－ 電磁滑閥 6－單向閥 7－換檔控制氣缸 8－電磁開(kāi)關(guān) 9－位置控制氣缸 圖5.換檔控制電路示意圖 1，2，3，4－整體式繼電器 5，6，7，8－滑閥控制電磁鐵 9－主CPU 10－單片機(jī)上的CPU 11－位置開(kāi)關(guān) 2.2 轉(zhuǎn)速和負(fù)載的控制 液晶示波器的頻率是1.832MHZ。第一級(jí)分離頻率的時(shí)間常數(shù)是2.頻率分離器的頻率是921.6KHZ，而后，系統(tǒng)控制軟件為下級(jí)頻率分離器設(shè)定連續(xù)的時(shí)間常數(shù)以獲得連續(xù)的電壓。時(shí)間常數(shù)和頻率之間的關(guān)系是：時(shí)間常數(shù)=921.6/頻率。 控制轉(zhuǎn)速和負(fù)載的自動(dòng)控制器帶有與計(jì)算機(jī)連接的電壓通道端口。再通過(guò)F/D（頻率/電壓）轉(zhuǎn)換器可以獲得控制電壓。輸入頻率，輸出電壓，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和測(cè)功機(jī)。磁化電流之間的相應(yīng)關(guān)系如下表： 表1. 對(duì)應(yīng)關(guān)系 輸入頻率/KHZ 輸出電壓/V 驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min） 測(cè)功機(jī)磁化電流/A 0 0 0 0 5 5 6000 5 3.計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理 3.1數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集 傳感器的信號(hào)在傳送到計(jì)算機(jī)以前，被高精度的V/F（電壓/頻率）和I/F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成類(lèi)似的線性頻率信號(hào)。通過(guò)8253時(shí)間計(jì)數(shù)器和相應(yīng)的計(jì)算，可以得出被測(cè)工程的可變值。對(duì)應(yīng)關(guān)系：A=CN，A是工程值，N是時(shí)間計(jì)數(shù)器的脈沖值，C為轉(zhuǎn)換器的校對(duì)系數(shù)。 3.2數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理 從傳感器獲取的原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，輸入功率，輸出功率，比例，效率會(huì)直接計(jì)算出來(lái)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕上會(huì)顯示出效率曲線。 4. 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu) 性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一臺(tái)動(dòng)力開(kāi)環(huán)測(cè)試臺(tái)，由機(jī)械框架，電控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，潤(rùn)滑油自動(dòng)恒溫控制系統(tǒng)和可編程控制自動(dòng)換檔系統(tǒng)組成。圖6是實(shí)驗(yàn)臺(tái)的框架圖。動(dòng)力組是55KW的高轉(zhuǎn)速可變頻電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)0-6000r/min范圍內(nèi)的連續(xù)可變調(diào)速。因此，變速器輸入可以省去一臺(tái)調(diào)速器，在很大范圍內(nèi)降低了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的噪音。負(fù)載組是一臺(tái)160KW的電渦流電力測(cè)功機(jī)，動(dòng)力可以單邊或雙邊輸入，以達(dá)到配有差速齒輪或無(wú)差速齒輪的變速器的要求。在變速器的輸出端采用了同步帶，可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)和降低噪音。 圖6.實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架結(jié)構(gòu)圖 1－55KW可變頻電機(jī) 2－輸入扭矩，轉(zhuǎn)速傳感器 3－被測(cè)變速器 4－輸出扭矩，轉(zhuǎn)速傳感器 5－同步帶 6－160KW電渦流電力測(cè)功機(jī) 7－潤(rùn)滑油泵工作臺(tái) 8－換檔機(jī)構(gòu)系統(tǒng) 5.試驗(yàn)舉例 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)ALTO變速器進(jìn)行性能測(cè)試，通過(guò)原始數(shù)據(jù)處理，效率曲線如圖7所示。試驗(yàn)過(guò)程中，檢測(cè)參數(shù)被控制在實(shí)驗(yàn)臺(tái)許可范圍內(nèi)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖： 圖7.效率曲線 輸入轉(zhuǎn)速：（（1000，2000，3000）5）r/min； 輸入扭矩：（（28，56）1）N·m； 潤(rùn)滑油溫度：（802）℃。 6.總結(jié) 1. 冷熱機(jī)油混合技術(shù)的采用，可以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油恒溫控制。 2. 可編程自動(dòng)換檔，可調(diào)轉(zhuǎn)速負(fù)載，和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理技術(shù)的采用，變速器特性測(cè)試可以自動(dòng)完成。 3. 試驗(yàn)報(bào)告和測(cè)試結(jié)果曲線可以通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示獲取。 參考文獻(xiàn) Lu J F.傳感器端口通道和試驗(yàn)裝置電路（中文版）。北京 北京航空工業(yè)出版社，1994 （收錄于1997.11.26） 8