550 變速箱開式試驗臺設計（有cad圖）
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變速箱開式試驗臺設計
摘 要
變速器是現(xiàn)代汽車的一個主要裝備,其性能直接影響到汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性及駕駛性能等. 研究自動變速器與發(fā)動機的聯(lián)合工作特性,需要對自動變速器的性能進行臺架試。
本文從整體上論述了汽車變速箱性能檢測系統(tǒng)的測試原理和設計方案， 并從硬件和軟件兩方面詳細闡述了汽車變速箱性能檢測系統(tǒng)的組成。介紹了汽車變速器系統(tǒng)綜合試驗臺的主要構(gòu)成與種類, 著重在機械硬件方面去分析研究開放式及封閉式汽車變速器系統(tǒng)綜合試驗臺的主要結(jié)構(gòu)、特點及工作原理。
本論文研究的目的、意義：我國汽車工業(yè)正處于發(fā)展和提升時期，變速器在汽車上開始大量裝備，這對其設計制造、性能檢測與維修提出了迫切要求。目前國產(chǎn)變速器測試設備多為手動、測試精度低、響應速度慢；進口設備，價格較高，集中在少數(shù)企業(yè)和地區(qū)，這種狀況無法滿足汽車制造及維修行業(yè)的需求。為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、適合我國國情的變速器檢測備，提出本研究課題。
關鍵詞：變速器, 試驗臺, 結(jié)構(gòu), 分析
DESIGN OF THE OPENING TRANSMISSION TEST-BED
ABSTRACT
The transmission is a main device of modern cars. Its performance directly affects tractate performance, fuel economy and convenient operation of vehicles, etc. Its characteristics must be tested with the test - bed to study the characteristics of the cooperating performance of the engine and the transmission.
This paper discuss the test theory and design project of a test System for the performance of Transmission test-bed，and describe the makeup of the system from hardware and software. This paper introduces the main components and types of the comprehensive testing beds for vehicle transmission system with focus on mechanical hardware, the author analyses their main structures, features, and working principle of the open and closed comprehensive testing beds for vehicle transmission system.
Motive and meaning of the research: In our country automobile industry positive be placed in shape time，Transmission beginning equipped on a lot of motors， this situation Inevitably press for its design, test, repair. Present domestic Transmission Test-bed mostly turning by hand, test accuracy is low , respond speed is slow; the import equipment price is higher ,concentrate in the minority. This condition can not satisfy the demand of automobile production and maintenance enterprise. In order to develop the Transmission Test-bed which have independence intelligent property right, we propose this research lesson.
KEY WORD：transmission, testing bed, structure, analysis
符 號 說 明
發(fā)動機額定功率
轉(zhuǎn)速 r/min
傳動效率
計算系數(shù)
、 分度圓直徑 mm
a 中心矩 mm
、 齒寬 mm
齒輪螺旋角 °
齒輪模數(shù) mm
試驗齒輪齒根的彎曲疲勞極限
試驗齒輪的應力修正系數(shù)
彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)
彎曲強度的最小安全系數(shù)
試驗齒輪的接觸疲勞極限
接觸強度的最小安全系數(shù)
接觸疲勞強度計算的壽命系數(shù)
工作硬化系數(shù)
齒面許用接觸應力
許用彎曲應力
目 錄
第一章 前言............................................1
§1.1 研究的目的......................................1
§1.2 研究的依據(jù)......................................2
§1.3 試驗臺的種類....................................2
§1.3.1 開式試驗臺..................................2
§1.3.2 閉式試驗臺..................................2
第二章 試驗臺總體方案的確定............................3
§2.1 試驗臺的基本功能................................3
§2.2 試驗臺的測試原理................................3
§2.3 試驗臺的基本組成................................4
第三章 試驗臺的基本結(jié)構(gòu)設計............................8
§3.1 聯(lián)軸器的選擇....................................8
§3.1.1 變速器輸入軸后的聯(lián)軸器......................8
§3.1.2 升速器后的聯(lián)軸器............................9
§3.1.2 發(fā)動機后的聯(lián)軸器............................9
§3.2 升速器的設計 ..................................10
§3.2.1 斜齒圓柱齒輪傳動設計.......................10
§3.2.2 低速軸的設計.... ..........................11
§3.2.2 高速軸的設計...............................14
§3.2.4 鍵的強度校核...............................16
§3.2.5 升速器附件設計.............................19
§3.3 升速齒輪箱的簡單設計...........................19
§3.4 扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的選擇...........................22
§3.5 傳動結(jié)構(gòu)的設計.................................22
第四章 試驗臺性能匹配.................................23
§4.1 測功機用途及使用范圍...........................23
§4.2 測功機結(jié)構(gòu)及原理...............................24
§4.3 測功機工作特性.................................24
§4.4 試驗臺的匹配原則...............................26第五章 結(jié)論............................................28
參考文獻.........................................29
致謝...................................................30
第一章 前 言
21世紀是汽車工業(yè)飛速發(fā)展的時代, 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, 提高汽車的品質(zhì), 勢必對其總成及零部件提出更高更嚴格的要求。傳動系是汽車實現(xiàn)發(fā)動機動力輸出到行駛的必需系統(tǒng), 變速器是汽車傳動系中一個重要總成, 為了對變速器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和零部件的性能、壽命進行測試和分析, 為產(chǎn)品設計與質(zhì)量評價提供可靠的科學依據(jù), 縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此, 對汽車變速器系統(tǒng)綜合試驗臺的研究具有特別重要的意義。
§1.1研究的目的及意義
近幾年來, 國外一些大公司相繼成功研制出了先進的液壓機械無級變速箱, 并將其應用于推土機、裝載機等工程車輛上, 在車輛傳動技術領域取得了重大突破。東方紅1302R是一款裝有液壓機械無級變速器的拖拉機，拖拉機在農(nóng)田作業(yè),農(nóng)田基本建設,農(nóng)業(yè)運輸以及在抽水、脫粒、農(nóng)產(chǎn)品加工等固定作業(yè)中用途十分廣泛。因此,拖拉機技術的發(fā)展對全面實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化起著至關重要的作用。變速器是實現(xiàn)拖拉機性能的關鍵部分,該試驗臺研究的目的就是改善拖拉機的動力性和燃油經(jīng)濟性,提高其作業(yè)效率。
在大、中型拖拉機上,液壓機械無級變速器將會有更廣泛的應用,相信該試驗臺的研制為其可提高車輛動力性、經(jīng)濟性、生產(chǎn)效率和操作自動化,簡化駕駛員操作,也為綜合控制拖拉機傳動系提供可能。
§1.2 研究的內(nèi)容和依據(jù)
依據(jù)新型變速箱性能試驗和燃油經(jīng)濟性的測試來設計。研究的內(nèi)容：對試驗臺的試驗原理進行設計；選擇電渦流測功機為功率吸收裝置；設計或選擇升速裝置。
§1.3 汽車變速器性能試驗臺的種類
汽車在行駛過程中，隨著路面、載荷、車速等因素的變化，變速器所傳遞的扭矩與轉(zhuǎn)速也是變化的。因此，試驗臺應具備轉(zhuǎn)速、載荷可變化的條件，且其轉(zhuǎn)速、載荷的變化也是可單獨調(diào)節(jié)的。
汽車變速器性能試驗臺主要分為開放式試驗臺和封閉式試驗臺。
§1.3.1開放式試驗臺
開放式試驗臺是最先出現(xiàn)的一種試驗臺，它的主要結(jié)構(gòu)流程為：
功率輸入—動力區(qū)—試驗區(qū)—模擬負載區(qū)—功率損耗
各部分的組成及功用為：
1、動力區(qū)由內(nèi)燃機、調(diào)速器及附屬裝置組成，它負責向系統(tǒng)提供動力(功率)，其中包括轉(zhuǎn)速和扭矩。
2、試驗區(qū)由被測裝置、變速器、扭矩轉(zhuǎn)速測量裝置及其它一些測量裝置組成。
3、模擬負載區(qū)主要由測功機及附屬裝置組成。
開放式試驗臺整套系統(tǒng)的工作原理及工作過程簡單，制造成本較低，它的弱點是能量無法反饋使用。
§1.3.2 封閉式試驗臺
封閉式試驗臺分為電力封閉式試驗臺和機械封閉式試驗臺。
交流電力封閉式試驗臺是在上述開放式試驗臺的基礎上發(fā)展起來的試驗設備,主要結(jié)構(gòu)流程為：
功率補償區(qū)—動力區(qū)—試驗區(qū)—模擬負載區(qū)
電網(wǎng)
從流程中可以看出,交流電力封閉式試驗臺的設計思想就是在原有開放式試驗臺的基礎上加一套動力回收裝置,將系統(tǒng)消耗的能量通過電網(wǎng)加以回收,從而降低試驗能耗。但由于動力回收技術是一項專業(yè)性非常強的技術,整套裝置的成本非常高,又由于回收過程的回收效率的影響以及其動力區(qū)仍然需要較大的動力,所以很難達到比較理想的狀況。
直流電力封閉式試驗臺是在上述交流電力封閉式的基礎上發(fā)展起來的試驗設備,主要結(jié)構(gòu)流程為：
功率補償區(qū)—動力區(qū)—試驗區(qū)—模擬負載區(qū)
直流電源
從流程中可以看出,直流電力封閉式試驗臺的設計思想就是在原交流電力封閉式的基礎上采用直流驅(qū)動電機,將發(fā)電機負載發(fā)出的電能反饋回直流電機加以回收,形成封閉的功率流,從而降低試驗能耗。該試驗臺架結(jié)構(gòu)比較簡單,能量反饋利用,節(jié)能效果也比較好,它是一較好的選擇方案。
第二章 試 驗 臺 總 體 方 案 的 確 定
§2.1試驗臺的基本功能
1.能測試變速器的傳動效率；
2.能測試液壓機械無級變速器液壓路的輸出功率—液壓功率分流比；
3.能測試柴油機的燃油經(jīng)濟性。
§2.2 試驗臺的測試原理
1、 通過測量變速器的輸入輸出功率，然后得到變速器的傳動效率。實現(xiàn)這一測量的過程是：在變速器輸入端安裝扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測得輸入轉(zhuǎn)矩。在變速器輸出端連接加載器實現(xiàn)變速器制動。在加載器和變速器之間安裝扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，測量輸出扭矩。將測得的和值代入下式中計算，得
（2-1）
式中 —變速器傳動效率；
—作用在變速器第一軸上的輸入轉(zhuǎn)矩；
—作用在變速器第二軸上的輸入轉(zhuǎn)矩；
—變速器所測檔位的傳動比。
2、 液壓功率分流比定義為液壓機械無級變速器中液壓路的輸出功率，即經(jīng)液壓路傳遞到行星排的輸入功率與變速器總輸出功率的比值（不計功率損失）。通過測得液壓路的扭矩轉(zhuǎn)速，然后用下式即可
（2-2）
式中 —液壓功率分流比 —太陽輪輸入轉(zhuǎn)矩
—太陽輪輸入功率 —多擋有級變速箱輸入轉(zhuǎn)矩
—變速器輸出功率 、—太陽輪、變速箱的輸入轉(zhuǎn)速
3、 通過在輸油路上安裝油耗儀，測量燃油消耗量來測試柴油機的燃油消耗率。將測得值代入下式
（2-3）
式中 — 燃油消耗率；
—燃油消耗量；
—發(fā)動機功率。
§2.3 試驗臺的基本組成
一、動力源
試驗臺為驅(qū)動無級變速器運轉(zhuǎn)， 需要有合適的驅(qū)動力。 此驅(qū)動力可由兩種主要的動力源發(fā)動機或電動機提供。采用兩種不同動力源各有其優(yōu)缺點。取功率大于或等于車輛上實際采用的發(fā)動機的最大扭矩、最大功率和最大轉(zhuǎn)速的發(fā)動機作為動力源， 更接近汽車以發(fā)動機作為主動力的實際，和無級變速器連接以后，可以借用汽車本身的計算機控制系統(tǒng)，對無級變速器的工作過程進行模擬，對變速器傳遞扭矩的能力，液壓系統(tǒng)對實際工況的反應、工作狀態(tài)更貼近使用中的情況。 所得到的試驗數(shù)據(jù)更準確，更有說服力。
故動力源選取發(fā)動機
柴油機 型 號：LR6105ZT10
功 率：106 KW 額定轉(zhuǎn)速：2300 r/min
二、被測試件
被測試件為液壓機械無級變速箱。
它是一種雙功率流傳動系統(tǒng)，由分流機構(gòu)、液壓傳動，機械傳動和匯流機構(gòu)四部分組成。
分流機構(gòu)將發(fā)動機功率分為二路向下傳遞, 一路為液壓功率流, 一路為機械功率流, 然后, 液壓功率流的輸出元件- 液壓馬達的輸出軸用機械方法與機械傳動變速機構(gòu)的輸出軸聯(lián)結(jié)合成后輸出。
液壓機械無級變速器的工作原理是恒功率狀態(tài)下機械功率流提供一定的基礎轉(zhuǎn)速, 液壓功率流轉(zhuǎn)速的變化使輸出速度圍繞機械傳動基礎轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)無級變速； 液壓傳動在不同的基礎轉(zhuǎn)速上進行相同液壓無級變速, 形成拖拉機在整個速度范圍內(nèi)的全程無級變速。
圖2-1 液壓機械無級變速原理示意圖
三、加載設備
試驗臺的負載設備應當滿足試驗時所需的加載和轉(zhuǎn)速范圍,并能平穩(wěn)地,精細地調(diào)節(jié)負荷,模擬汽車的行駛阻力. 同時也希望能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離操縱,并能用微機來控制. 目前可用的加載設備有電力測功機、電渦流測功機、水力測功機等。
試驗臺的加載裝置采用DW300型電渦流測功機,給電渦流測功機的定子繞組上通直流電時便產(chǎn)生了磁場. 隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),由于磁通量的改變,在定子中產(chǎn)生電渦流,此電渦流的作用力將阻止轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),因而產(chǎn)生制動力矩. 當按某一規(guī)律調(diào)節(jié)定子電流的大小時,即可平穩(wěn)地調(diào)節(jié)負載力矩。
試驗臺運用微機來控試驗臺的加載和電動機的變頻調(diào)速器,實現(xiàn)對被測變速器的實時控制,以便模擬變速器不同的工況,從而可以對自動變速器進行檢測。
1、升速箱
升速箱為自制的單級圓柱齒輪升速器，升速比： =0.55。
2、 測功機：
型式： 電渦流測功機
型號： DW300
吸收功率： 300kW
額定扭矩： 1600Nm
額定扭矩下的轉(zhuǎn)速： 2000~2800r/min
最高使用轉(zhuǎn)速： 5000r/min
四、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器
扭矩轉(zhuǎn)速傳感器用于測量發(fā)動機的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，以及變速箱的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。
五、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
采用車輛研究所的數(shù)據(jù)處理采集系統(tǒng)信號采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要對在換擋過程中變速器的工作狀態(tài)進行實時檢測；對變速器運轉(zhuǎn)過程中的反饋信號進行采集轉(zhuǎn)換和處理；變速器不管采用何種方式的控制方法和控制策略，工件都是由液壓油驅(qū)動的，液壓油壓力大小、油溫的高低、流量大小實時反映了變速器的工作狀態(tài)。 故采集變速器的信號主要是各種油路的壓力、冷卻油液流量、油溫的高低。
變速器輸入輸出轉(zhuǎn)速等根據(jù)數(shù)據(jù)采集的實時性要求，和不同信號的變化率及采樣的離散值所需要達到的分辨率，確定不同信號的采樣時間間隔，傳感器將此多種信號轉(zhuǎn)化為電信號。用計算機對采集到的信號進行處理，并將結(jié)果顯示于計算機屏幕上。同時把采集到的信號與正常信號進行比較，判斷變速器工作是否正常，判斷并指出變速器工作不正常的可能原因，為變速器進一步整改和維修提供依據(jù)。
六、總體組成框圖
試驗臺各個主要元件如下圖2-2所示：
圖2-2 試驗臺總體框圖
第三章 試驗臺的基本結(jié)構(gòu)設計
§3.1聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器的基本功用是連接兩軸（也連接軸和其它回轉(zhuǎn)零件），并傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器可分為剛性和撓性聯(lián)軸器。彈性柱銷聯(lián)軸器是有彈性的撓性聯(lián)軸器，它是用彈性柱銷將兩個半聯(lián)軸器連接起來。工作時轉(zhuǎn)矩是通過半聯(lián)軸器、柱銷而傳遞到從動軸上去的。為了防止柱銷脫落，在半聯(lián)軸器的外側(cè)用螺釘固定擋板。
§3.1.1 變速器輸入軸后的聯(lián)軸器
一、類型選擇
為了隔離振動與沖擊，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。
二、載荷計算
根據(jù)機械設計中公式 （3-1）
代入上式得
公稱轉(zhuǎn)矩
由表查得K=2.1,故計算轉(zhuǎn)矩為
三、型號選擇
從標準中查得LX5型彈性柱銷聯(lián)軸器：
, r/min
§3.1.2 升速器后的聯(lián)軸器
一、類型選擇
為了隔離振動與沖擊，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。
二、載荷計算
依據(jù)公式（3-1）得
公稱轉(zhuǎn)矩 由表查得K=2.1,故計算轉(zhuǎn)矩為
三、型號選擇
從標準中查得LX4型彈性柱銷聯(lián)軸器：
, /min
§3.1.3 發(fā)動機后的聯(lián)軸器
一、類型選擇
為了隔離振動與沖擊，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。
二、載荷計算
依據(jù)公式（3-1）得
公稱轉(zhuǎn)矩 由表查得K=2.1,故計算轉(zhuǎn)矩為
三、型號選擇
從標準中查得LX4型彈性柱銷聯(lián)軸器：
, r/min
§3.2升速器的設計
為了滿足測功機的工作特性，在變速箱輸出軸后串聯(lián)一升速器來提高其輸出的轉(zhuǎn)速，符合測功機的測試要求。
§3.2.1 斜齒圓柱齒輪傳動的設計
一、選擇材料及熱處理
大小齒輪均用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì) =217～255 大齒輪正火=160～217
二、確定許用應力
由圖查得，，， 則，
根據(jù)機械設計課本中公式 （3-2）
（3-3）
代入公式可得
取。
三、按接觸疲勞強度設計
1、計算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩
根據(jù)公式（3-1）得
2、 取齒寬系數(shù)
3、 取載荷系數(shù)
K=1.3
（1） 初算小齒輪分度圓直徑
由公式 （3-4）
得
（2） 確定齒數(shù)和模數(shù)
取
由公式 （3-5）
得
，取=3.5
由公式 a= （3-6）
得
中心距 a
取 a=180
由公式 （3-7）
得
=
（2） 計算主要幾何尺寸
由公式（3-5）得
取
（4）按彎曲疲勞強度校核小齒輪
（3-8）
由 查圖得
故
強度滿足。
§3.2.2 低速軸的設計
一、選擇軸的材料
選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼。
二、初步估算軸的直徑
由公式 （3-9）
得
取軸與聯(lián)軸器連接的軸徑為63mm。
三、軸的強度驗算
1、齒輪上作用力的大小
轉(zhuǎn)矩 2625.57
由公式 （3-10）
（3-11）
（3-12）
得
圓周力
徑向力
軸向力
2、 求軸承的支反力
水平面上的支反力 N
垂直面上的支反力
3、 畫彎矩圖
截面C處的彎矩為
水平面上的彎矩
垂直面上的彎矩
合成彎矩
4、 畫轉(zhuǎn)矩圖
5、 畫計算彎矩圖
因單向回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，，則截面C處的當量彎矩為
6、 按彎扭合成應力校核軸的強度
所以其強度足夠。
（b）垂直面受力和彎距圖
(a)水平面受力和彎距圖
(c) 合成彎距圖
701.4
1016.15
1874.64
1538.32
(e) 計算彎距圖
(d) 轉(zhuǎn)矩圖
T=862.01
1874.64
2321.36
圖3-1 彎距圖
§3.2.3高速軸的設計
軸的設計包括結(jié)構(gòu)設計和強度計算兩部分。
在進行軸的結(jié)構(gòu)設計時考慮的因素有:
1、軸的結(jié)構(gòu)形狀應滿足使用要求，零件在軸上的定位要可靠，保證軸和軸上的零件有準確的相對工作位置；
2、軸的結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強度和剛度，力求受力情況合理，避免或減輕應力集中；
3、軸的加工和裝配工藝性好。
一、選擇軸的材料
選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼。
二、估算軸的直徑
由公式（3-9）得
三、軸的強度驗算
1、齒輪上作用力的大小
轉(zhuǎn)矩 T=862.01
由公式 （3-10）（3-11）（3-12）得
圓周力
徑向力
軸向力
2、求軸的支反力
水平面上支反力 N
垂直面上支反力
3、畫彎矩圖
截面C處的彎矩為
水平面上的彎矩
垂直面上的彎矩
合成彎矩
4、 畫轉(zhuǎn)矩圖
5、 畫計算彎矩圖
因單向回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，，則截面C處的 當量彎矩為
6、 按彎扭合成應力校核軸的強度
所以其強度足夠。
(c) 合成彎距圖
(b垂直面受力和彎距圖
(a)水平面受力和彎距圖
384.5
111.79
575.23
442.2
(e) 計算彎距圖
(d) 轉(zhuǎn)矩圖
T=862.01
773.56
680.5
§3.2.4 鍵的強度校核
壓潰和磨損是鍵連接的兩種主要失效形式，通常只進行鍵連接的擠壓強度計算。
即
（3-13）
式中：
— ；
—轉(zhuǎn)距；
—軸的直徑；
—鍵的接觸長度；
—鍵與輪轂的接觸高度。
大齒輪：
低速軸：
齒輪軸：
所以強度足夠。
§3.2.5升速器附件設計
1、 窺視孔和視孔蓋
窺視孔應設在箱蓋頂部能夠看到齒輪嚙合區(qū)的位置，其大小以手能伸入箱體進行檢查操作為宜。
窺視孔處應設計凸臺以便加工。視孔蓋可用螺釘緊固在凸臺上，并應考慮密封。
2、通氣器
通氣器設置在箱蓋頂部或視孔蓋上。較完善的通氣器內(nèi)部制成一定曲路，并設置金屬網(wǎng)。
選擇通氣器的類型時應考慮其對環(huán)境的適應性，其規(guī)格尺寸應與減速器大小相適應。
3、油面指示器
油面指示器應設置在便于觀察且油面較穩(wěn)定的部位，如低速軸附近。
油標尺的結(jié)構(gòu)簡單，在減速器中常采用。油標尺上有表示最高及最低油面的刻度線。
油標尺安裝位置不能太低，以避免油溢出油標尺座孔。
4、放油孔和螺塞
放油孔應設置在油池的最低處，平時用螺塞堵住。放油孔不能高于油池底面，以避免油排不凈。
5、起吊裝置
箱蓋可安裝箱蓋吊耳，可根據(jù)起重量選擇。
6、定位銷
常采用圓錐銷做定位銷。兩定位銷間的距離越遠越可靠，因此，通常將其設置在箱體連接凸緣的對角處，并應作非對成布置。
7、起蓋螺釘
起蓋螺釘設置在箱蓋聯(lián)接凸緣上，其螺紋有效長度應大于箱蓋凸緣厚度。
§3.3升速齒輪箱的簡單設計
一、選擇齒輪材料，確定許用應力
大小齒輪均選用鋼滲碳淬火，硬度。彎曲疲勞極限應力，接觸疲勞極限應力。
二、按輪齒彎曲疲勞強度設計
由公式 （3-14）
1.確定許用彎曲應力
2、計算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩
3、選取載荷系數(shù)K
因是斜齒輪傳動，且加工精度為7級精度。故K可取小些。取K=1.3。
4、初步選定齒輪參數(shù)
，。
5、確定復合齒形系數(shù)
，由圖查得。
故
取標準模數(shù)，中心距
則
6、計算幾何尺寸
,取
， 取
三、校核齒面的接觸強度
（3-15）
取
則
齒面許用接觸應力
因為故接觸疲勞強度足夠。
§3.4扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的選擇
在被試的變速器輸出軸和輸入軸處，裝有扭矩轉(zhuǎn)速測量裝置，以測量輸入扭矩、轉(zhuǎn)速和輸出扭矩、轉(zhuǎn)速。本試驗臺選用ORT系列扭矩傳感器，它是將被測變速器的輸入軸或輸出軸的轉(zhuǎn)速和扭矩，通過傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査腿朕D(zhuǎn)速儀，由儀器直接顯示出數(shù)字來。
發(fā)動機輸出軸后，選用1000型扭矩轉(zhuǎn)速傳感器；液壓泵前也選用1000型的傳感器；變速箱輸出軸后選用5000型傳感器。
§3.5傳動機構(gòu)設計
傳動機構(gòu)要求傳遞發(fā)動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩，并允許變速器輸出軸與測功機輸入軸有一定的相對安裝誤差。本試驗臺采用聯(lián)軸套，分別在發(fā)動機、傳感器、被測變速箱、升速齒輪箱和液壓變量泵之間連接。
第四章 試驗臺性能匹配
本試驗臺所涉及的性能匹配是指變速箱和負載設備的匹配。
§4.1 測功機用途及使用范圍
電渦流測功器是目前國內(nèi)先進的加載測功設備，尤其在中小功率以及微小功率的動力機械加載測功試驗中，各動力機械的低速及高速加載測功試驗方面，相對其它類型測功加載設備而言，在性能、價格、可靠性、維護難易程度等方面都有比較明顯的優(yōu)勢。尤其在低速機械及微小功率機械的加載測功方面，則更是其它方法無可比擬的。
DW系列電渦流測功器，是針對中小型內(nèi)燃發(fā)動機的輸出特性特別設計的。
具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)動慣量小、許容轉(zhuǎn)速高、使用壽命長、維護方便以及控制操作簡便、測功區(qū)域?qū)拸V、擺動阻力小、重復性好的特點，非常適合各種中小型內(nèi)燃發(fā)動機及其零部件、變速變矩器等的動力性能及不同工況的測試。
其主要特點
1、結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便；
2、制動力矩大，測試精度高，工作穩(wěn)定；
3、轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)響應速度快；
4、與測控系統(tǒng)配套，可實現(xiàn)自動化操作。
本試驗臺選取DW300型電渦流測功機，其工作參數(shù)如下
吸收功率： 300kW
額定扭矩： 1600Nm
額定扭矩下的轉(zhuǎn)速： 2000~2800r/min
最高使用轉(zhuǎn)速： 5000r/min
§4.2 測功機結(jié)構(gòu)及原理
電渦流測功機主要由旋轉(zhuǎn)部分（感應盤）、擺動部分（電樞和勵磁部分）、測力部分和校正部分組成。
感應盤形狀猶如直齒輪，產(chǎn)生渦流地方在冷卻壁上。勵磁繞組通上直流電后，則圍繞勵磁繞組產(chǎn)生一個閉合磁通。當感應盤被原動機帶動旋轉(zhuǎn)時，氣隙磁密隨感應盤的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化，在冷卻室表面及一定深度范圍內(nèi)將產(chǎn)生渦流電勢，并產(chǎn)生渦流，該渦流所形成的磁場又與氣隙磁場相互作用，就產(chǎn)生了制動轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩通過外環(huán)及傳力臂傳至測力裝置上，由力傳感器將力的大小轉(zhuǎn)換成電信號輸出，從而達到測轉(zhuǎn)矩的目的。在轉(zhuǎn)速測量上，采用非接觸式的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。
§4.3 測功機工作特性
負載設備一渦流測功機的工作特性曲線指的是渦流測功機的吸收功率和扭矩隨勵磁電流及轉(zhuǎn)速變化的特性。先分析吸收功率隨轉(zhuǎn)速和電流變化的曲線。
由圖4-1可以看出，當勵磁電流和轉(zhuǎn)速增加時，測功機的吸收功率也隨著增加但是當勵磁電流達到一定值時，由于磁路達到飽和，勵磁電流不能繼續(xù)增加而保持恒定。此時，繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速，測功機的吸收功率隨轉(zhuǎn)速變化的增加變化很小，幾乎表現(xiàn)為恒定。這個轉(zhuǎn)速范圍和所對應的功率即為渦流測功機的額定轉(zhuǎn)速和額定功率。在沒有勵磁電流的情況下，渦流測功機的特性曲線相當于測功機的機械損耗特性曲線，在這一曲線的下方是不能進行有效測試的。
圖4-2是電渦流測功機的扭矩特性曲線。隨著轉(zhuǎn)速的增加，測功機所能承受的扭矩也在增加，開始時增長速率較快，后來漸趨平緩，當轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的最低值時扭矩達到最大值，扭矩達到最大值；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。在沒有勵磁電流的情況下，測功機的扭矩特性曲線下方也是機械損耗曲線，與功率特性曲線的下方相對應。
1一勵磁電流恒定時功率曲線
2－勵磁電流增大時功率曲線
3一勵磁電流為零時功率曲線
圖4-1功率轉(zhuǎn)速變化曲線圖
圖4-2扭矩特性曲線圖
§4.4 試驗臺的匹配原則
變速箱輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速必須在測功機的扭矩和轉(zhuǎn)速曲線范圍之內(nèi)。
變速箱的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速如下表
表4-1各擋的扭矩和轉(zhuǎn)速
扭矩/T
一擋
二擋
三擋
四擋
五擋
六擋
倒擋一
倒擋二
1540.5
1051.5
902.3
1254.8
651.4
385.6
1567.3
1065.1
轉(zhuǎn)速/
r/min
657.1
962.8
1121.9
806.8
1554.1
2625.6
645.9
950.4
變速器經(jīng)升速器升速減扭后的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速如下表
表4-2各擋經(jīng)升速后的扭矩和轉(zhuǎn)速
扭矩/T
一擋
二擋
三擋
四擋
五擋
六擋
倒擋一
倒擋二
847.3
578.3
496.3
443.7
358.2
212.1
862.1
585.8
轉(zhuǎn)速/
r/min
1194.8
1750.5
2039.9
2281.4
2825.6
4773.8
1174.4
1728．0
由上面的分析可以看出，測功機和變速器都是以扭矩和轉(zhuǎn)速作最主要的指標來標定的。但是在選擇測功機時，不能單純的認為測功機的扭矩和轉(zhuǎn)速比變速器的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速大就可以進行有效的測試，并以此為依據(jù)來選擇。從測功機和變速器的工作特性曲線可以看到，發(fā)動機所能發(fā)出的功率和測功機所能吸收的功率都是相對于某一個特定的轉(zhuǎn)速范圍而言。但是功率的比較應該以相同的轉(zhuǎn)速為必要條件。發(fā)動機的額定轉(zhuǎn)速一般為2000r/min左右，而測功機的轉(zhuǎn)速可以為幾千轉(zhuǎn)每分鐘甚至幾萬轉(zhuǎn)每分鐘，所以它們的額定功率不能簡單的進行大小的比較。同樣它們的扭矩也不能進行類似的大小的比較。
測功機的選型必須要使它的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，也就是必須要使負載設備和變速器相匹配。但是變速器在低轉(zhuǎn)速范圍有較大扭矩，而電渦流測功機不落在電渦流測功機的特性曲線范圍之內(nèi)，那么就不能配套使用。
如果變速器輸出的最大功率沒有超出電渦流測功機的可吸收功率，那么就可以采用下述方法調(diào)整驅(qū)變速器輸出的工作曲線，使之落在負載設備的工作曲線范圍之內(nèi)，使得渦流測功機的扭矩特性可以和變速器的扭矩相匹配：
1．適當提高變速器輸出的轉(zhuǎn)速。這可以通過在變速器和被試件間加升速器來實現(xiàn)；
2．選取低速時扭矩特性好的渦流測功機。這樣在低轉(zhuǎn)速時，渦流測功機可以迅速提供被試件所要求的負載。
小結(jié)：本章分析了試驗臺的工作原理，并分析得出了變速器和吸功設備的匹配原則：
1．必須要使吸功設備的功率特性曲線和扭矩特性曲線包容變速器輸出的對應特性曲線；
2．如果變速器輸出的工作特性曲線就不能落在吸功設備的特性曲線范圍之內(nèi)，那么就要設法調(diào)整驅(qū)動設備的特性曲線，以保證變速器輸出的特性曲線落在吸功設備的特性曲線之內(nèi)。
第五章 結(jié) 論
本論文在對變速器本身進行了詳盡的分析后，剖析了試驗臺的三個工作原理，進行了總體的結(jié)構(gòu)設計和匹配，著重在機械硬件方面去分析研究開放式變速器系統(tǒng)綜合試驗臺的主要結(jié)構(gòu)、特點及工作原理。
變速器開式試驗臺主要分三個部分:動力源、試驗區(qū)和負載區(qū)。動力源取東方紅LR6105ZT10型柴油機，試驗區(qū)為液壓無級變速箱，負載區(qū)由測功機進行制動。
為達到試驗臺的測試和試驗要求，要選取扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、油耗儀、聯(lián)軸器、聯(lián)軸套和測功機等等。試驗臺總體方案確定后，開始對每一個部件進行設計或者選擇布置。每一個部分的設計都需要精心的考慮安排，每一個部件的設計都需要大量的資料收集和調(diào)研。比如，升速器的設計，要考慮到測功機與發(fā)動機的匹配，因此對測功機的選型有嚴格的要求；同時還要考慮到軸的定位和軸承蓋的密封。通過對升速器的設計，得到了變速器和測功機的匹配原則，對試驗臺有了更深一層的認識
為了試驗臺的設計順利進行，本人多次到車輛與交通運輸實驗室調(diào)研，不斷地觀察及記錄數(shù)據(jù)；同時在圖書館搜集了大量的資料，這些工作為以后設計的順利開展打下了良好的基礎。
由于經(jīng)驗不足，使得試驗臺的設計不是很完善，這些都有待于今后的改進。
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致 謝
本論文是在導師張文春教授的精心指導和嚴格要求下完成的。導師淵博的知識、嚴謹求實的治學態(tài)度和誨人不倦的學者風范以及他實事求是的工作作風深深地影響和鼓勵著我，使我在今后的學習和工作中無論遇到什么困難，都能勤奮努力、奮發(fā)向上。通過本論文的寫作，鞏固了我的專業(yè)知識，提高了我的觀察能力，為畢業(yè)后更好的從事教學、科研工作打下了良好的基礎。
在論文的寫作過程中，得到了張文春教授的悉心指導，以及李忠利，牛毅等老師和李亞東、司法金、310全體室友的熱情幫助。他們?yōu)樵囼炁_的設計付出了大量工作，我借此機會謝謝他們，祝他們?nèi)f事如意、事業(yè)有成!在此，我特別謝張老師，祝張老師身體健康，事事順心!同時，也衷心感謝我的父母。在我求學期間，他們給了我無盡的支持和無私的愛，使得我可以安心完成學業(yè)。
在論文的調(diào)研階段，得到了車輛與動力實驗室申主任和牛老師的傾心幫助和大力支持，在此向他們表示感謝。祝兩位老師百事可樂，心想事成！
最后，衷心感謝兩年來培育我的所有老師們，合家歡樂，萬事如意！
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