變速器畢業(yè)論文--汽車變速器性能試驗臺設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　1緒論3</b></p><p>　　1.1變速器結構與工作原理的分析3</p><p&g

2、t;　　1.2汽車變速器性能試驗臺發(fā)展狀況4</p><p>　　1.3本課題的目的和主要研究內容4</p><p><b>　　2總體方案論證5</b></p><p>　　2.1試驗臺布置方案的選擇6</p><p>　　2.2加載裝置的選擇7</p><p>　　2.2.1電液比例

3、加載系統7</p><p>　　2.2.2液壓加載器8</p><p>　　3總體技術方案設計9</p><p>　　3.1電機的選擇9</p><p>　　3.2變速箱的設計9</p><p>　　3.2.1確定變速箱的主要參數9</p><p>　　3.2.2齒輪的設計計算及校核

4、9</p><p>　　3.2.3軸的設計計算及校核14</p><p>　　3.2.4鍵的設計計算及校核17</p><p>　　3.3加載器的選擇18</p><p>　　3.3.1心軸的設計18</p><p>　　3.3.2內葉片設計19</p><p>　　3.3.3外葉片

5、設計20</p><p>　　3.3.4液壓缸的設計21</p><p>　　3.3.5擺缸缸蓋的設計23</p><p>　　3.3.6聚流體的設計24</p><p>　　3.4傳感器的選擇25</p><p>　　3.5聯軸器的選擇26</p><p>　　4試驗及數據處理方法

6、27</p><p>　　5 SolidWorks軟件簡介與建模過程28</p><p>　　5.1 SolidWorks軟件簡介28</p><p>　　5.2 Solidwoks建模28</p><p>　　5.2.1傳動箱建模29</p><p>　　5.2.2加載裝置建模31</p>

7、<p>　　5.2.3總裝建模33</p><p><b>　　6結束語35</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　摘要</b></p&

8、gt;<p>　　汽車變速器，是一套用于來協調發(fā)動機的轉速和車輪的實際行駛速度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動機的最佳性能。變速器可以在汽車行駛過程中，在發(fā)動機和車輪之間產生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動機工作在其最佳的動力性能狀態(tài)下。</p><p>　　汽車變速器性能試驗臺是對汽車變速器進行綜合性能測試的實驗設備。通過試驗來檢驗汽車變速器設計的合理性以及評定變速器的綜合機械性能。</p>

9、<p>　　本論文目的在于闡述我的畢業(yè)設計內容-汽車變速器性能試驗臺設計。試驗臺選用電封閉試驗臺。本文主要由五個部分組成。分別是：緒論，總體方案設計，方案論證（計算），微機控制系統設計，Solidworks建模過程。其中方案設計和Solidworks建模是耗時較多，比較重點的部分。后面會詳細介紹。</p><p>　　關鍵詞：汽車變速器；試驗臺；Solidworks；微機控制</p>&

10、lt;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The auto transmission is a device used to coordinate engine speed and the actual speed of the wheel speed, used to play the best performance of the engine. Diff

11、erent variable speed transmission in the car driving the process, between the engine and wheels, shift can make the engine work in the best dynamic performance status.</p><p>　　The vehicle transmission assem

12、bly performance test bed vehicle transmission performance testing of laboratory equipment. Test to test the rationality of the design of automotive transmission and assessment of mechanical properties of the transmission

13、. The purpose of this paper is to elaborate on my graduation project content - automotive transmission assembly performance test rig design. The test rig selection of electric closed test bed. In this paper consists o

14、f five parts. They are: the in</p><p>　　Key words: automotive transmission ；testing bed ；Solidworks ；control with microcomputer</p><p><b>　　1緒論 </b></p><p>　　我的題目是“汽車變速器

15、性能試驗臺設計”。</p><p>　　20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業(yè)。作為工業(yè)產品，汽車具有許多特點：汽車的使用條件復雜，不僅要使用于各種不同的環(huán)境，公路，山地，丘陵甚至陡坡，還要被不同人群使用，要求汽車使用方便，簡潔易操作。因此汽車的每個零部件都要嚴格的要求，特別是汽車的重要組成部分，如發(fā)動機，變速器，傳動系，轉向和制動系。一臺汽車在出廠之前必然需要許多的試驗結果確保其質

16、量合格。</p><p>　　汽車變速器性能試驗臺是對汽車變速器進行綜合性能測試的實驗設備。通過試驗來檢驗汽車變速器設計的合理性以及評定變速器的綜合機械性能。</p><p>　　為全面了解減速器總成性能，一般設計以下實驗：①汽車減速器磨合實驗；②變速器空載阻力矩實驗；③變速器加載試驗；④變速器噪音實驗。</p><p>　　由于能力經驗有限，設計主要完成：③變速器

17、加載試驗。</p><p>　　本次設計的主要任務就是試驗臺在滿足傳動效率、疲勞壽命試驗要求的前提下，盡可能的滿足經濟、使用的原則。盡可能多的采用標準件。測控系統采用微機控制比如單片機系統，以方便控制。同時試驗數據的采集和數據處理也要達到設計任務的精度要求。試驗臺應能連續(xù)加載和卸載，試驗轉速能自動調節(jié)與控制，同時為了直觀的把測試情況呈現給測試者，還應能用數顯的方式顯示轉速和扭矩，數據還要能夠打印。</p&g

18、t;<p>　　三維造型軟件現在以廣泛運用。我使用的軟件是Solidworks。比傳統的手工繪圖有省時省力，直觀詳細的優(yōu)點。</p><p>　　1.1變速器結構與工作原理的分析</p><p>　　變速器是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動比的齒輪傳動裝置。又稱變速箱。</p><p>　　汽車變速器是通過改變傳動比，改變發(fā)動機曲軸的扭力，適應在起步

19、、加速、行駛以及克服各種道路阻礙等不同行駛條件下對驅動車輪牽引力及車速不同要求的需要。通俗上分為手動變速器(MT)，自動變速器(AT)， 手動/自動變速器，無級式變速器。汽車變速器一般由前箱體和后箱體組成。</p><p>　　變速箱由變速傳動機構和變速操縱機構兩部分組成。變速傳動機構的主要作用是改變轉矩和轉速的數值和方向；操縱機構的主要作用是控制傳動機構，實現變速器傳動比的變換，即實現換檔，以達到變速變矩。&l

20、t;/p><p>　　機械式變速箱主要應用了齒輪傳動的降速原理。簡單的說，變速箱內有多組傳動比不同的齒輪副，而汽車行駛時的換檔行為，也就是通過操縱機構使變速箱內不同的齒輪副工作。如在低速時，讓傳動比大的齒輪副工作，而在高速時，讓傳動比小的齒輪副工作。</p><p>　　1.2汽車變速器性能試驗臺發(fā)展狀況</p><p>　　國外較早開始了這方面的研究，如美國Gleas

21、on公司在五十年代就設計出用輪系作為加載系統的傳動試驗臺的方案。還有前蘇聯中央機械制造及設計研究院，美國通用動力公司，德國RENK公司，美國國家航空航天局（NASA）下屬的Lewis研究中心，日本豐田汽車公司，法國Skoda公司等。從試驗臺方案到最終樣品制造他們都做了大量的研究，形成了系統的設計模式。</p><p>　　國內起步較晚，研究工作始于八十年代。國內較早從事這方面研究的有:重慶大學，鄭州研究所，長春汽

22、車研究所，西安重型機械研究所，西安理工大學，合肥工業(yè)大學，四川工業(yè)大學等單位。他們的成果代表著我國機械試驗臺的發(fā)展水平。</p><p>　　1.3本課題的目的和主要研究內容</p><p>　　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，足夠的剛度和強度的較高的傳動效率。其中關鍵的是變速器能正確的傳遞扭矩轉速以及功率。</p><p>　　為全

23、面了解減速器總成性能，一般設計以下實驗：①汽車減速器磨合實驗；②變速器空載阻力矩實驗；③變速器加載試驗；④變速器噪音實驗。</p><p>　　由于能力經驗有限，設計主要完成：③變速器加載試驗。</p><p><b>　　2總體方案論證</b></p><p>　　變速器加載試驗臺是最早出現的一種試驗臺通常有兩大類型，一種是開放式試驗臺，一種

24、是電封閉式試驗臺。</p><p>　　開式試驗臺結構如下圖所示:</p><p>　　圖2-1 開式試驗臺主要結構原理示意圖</p><p>　　開放式試驗臺的動力區(qū)由電機（或內燃機），調速器以及附屬裝置組成。它負責向系統提供動力，其中包括轉速和扭矩。試驗區(qū)是由被測裝置，變速器，傳感器裝置以及其他的一些裝置組成。模擬負載區(qū)及附屬裝置組成。主要由測功機開放式試驗臺整

25、套系統的工作原理及工作過程比較簡單，整套設備的技術含量低，制造成本相對較低，它的致命弱點是該臺架需要大功率動力(驅動電機或內燃機)，能量無法反饋使用。</p><p>　　閉式試驗臺結構如下圖所示：</p><p>　　圖2-2 電封閉式試驗臺主要結構原理示意圖</p><p>　　閉式試驗臺在實現加載的同時能夠實現發(fā)電的功能。發(fā)出的電力通過閉環(huán)系統提供給驅動端的電

26、機。常規(guī)電封閉系統的優(yōu)點是能源利用好，效率高，構造簡單，能夠實現動態(tài)加載。缺點是造價昂貴。 </p><p>　　借鑒國內外類似試驗設備，我最終采用電封閉試驗臺。初期造價高，但長期使用下來，費用合理。而且沒有浪費和污染。</p><p>　　經過綜合考慮我決定采用可動態(tài)加載和改變載荷大小的機械封閉式試驗臺其結構如下圖所示：</p><p>　　圖2-3 試

27、驗臺工作原理示意圖</p><p>　　其總傳動比Z4/Z3×Z2/Z1=1.封閉系統封閉功率不是又外力提供，亦不能輸出到封閉系統之外這樣，動力裝置僅用來彌補系統內的損耗功率。一般僅為封閉功率的十分之一到五分之一左右。因此，此封閉系統耗能很少。</p><p>　　2.1試驗臺布置方案的選擇</p><p>　　通過反復考慮，最終確定試驗臺的布置方式。如下

28、圖</p><p>　　圖2-4試驗臺布置方案</p><p>　　兩傳動箱總的傳動比必須為1，因此選用兩個一模一樣的變速箱，一邊為升速，一邊為減速，則可以保證其傳動比正好為1。</p><p>　　變速箱主要是為了形成功率的閉合回路，安裝時要有足夠的空間，因此變速箱的中心距要較大。所以在單級變速箱基礎上加一個中間過渡齒輪形成二級變速箱，這樣保證了變速及傳動要求，而

29、且中心距足夠大。</p><p>　　另外，傳動箱應具有承載能力大、效率高、速度高、尺寸緊湊的特點, ,選擇齒輪傳動機構，滿足條件。而且，齒輪傳動承載能力大,效率高,允許速度高,尺寸緊湊,壽命長。</p><p>　　2.2加載裝置的選擇</p><p>　　試驗臺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，接卸機構簡單，液壓元件好選，加載穩(wěn)定，

30、扭矩穩(wěn)定，容易程序控制，故選擇液壓加載器。</p><p>　　2.2.1電液比例加載系統 </p><p>　　液壓系統中采用電液比例控制。電液比例閥是閥內比例電磁鐵根據輸入的電壓信號產生相應動作，使工作閥閥芯產生位移，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式液壓元件構成的系統比較，所需液壓元件少，系統結構大為簡化，并且控制方便;與電液伺服閥比較，抗污

31、染能力強，可靠性高，價格便宜。電液比例加載液壓系統圖如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 電液比例加載液壓系統圖</p><p>　　來自液壓泵5的壓力油通過濾油器7和單向閥8后，油流分成兩路。一路壓力油經三位四通電磁閥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的配油器回油單獨接管直接通油箱。另一路壓力油到電液比例溢流閥10。定量泵液壓系統為保持系統壓力，泵流

32、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10回到油箱。打開壓力表開關11可通過壓力表12監(jiān)視系統的壓力。壓力繼電器6和9分別設定系統壓力的上限和下限值，上限設定是保持液壓系統在意外壓力升高超限時，自動輸出報警信號。下限設定電觸點與試驗臺拖動電機控制回路相連，以保證只有在有一定最低油壓條件下，才可以使拖動電機帶動臺架旋轉，防止液壓加載器在缺油潤滑狀態(tài)下旋轉，否則極易磨壞加載器的配油器。</p><

33、;p>　　2.2.2液壓加載器</p><p>　　選擇外置式的液壓加載裝置，加載方便而且利于維修。</p><p>　　如圖2-6所示,工作時,由液壓系統提供的壓力油進入液壓加載器的A腔,再通過內葉片(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,構成了對加載心軸的加載力矩,這對力矩經過試驗臺中相應部件的傳

34、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的,因而加載力矩也是可調節(jié)的。</p><p>　　圖2-6 外置式液壓加載器工作原理圖</p><p><b>　　3總體技術方案設計</b></p><p><b>　　3.1電機的選擇</b>

35、;</p><p>　　選擇北方連云港變速器有限公司生產的5T12H系列變速器為設計對象，該發(fā)動機最大功率60kw/6000r/min，最大轉矩120N/4200r/min。</p><p>　　選擇BM系列變頻電動機。</p><p>　　所需電機的容量為：Pw=P×15%=60×0.15=7.5kW</p><p>　

36、　選用的電機型號為：BM-132M-4,具體性能指標見表3-1。</p><p>　　表3-1 電機參數</p><p><b>　　3.2變速箱的設計</b></p><p>　　電機額定轉速為1440r/min，輸出轉矩為49.7 N.m，為滿足系統所需高轉速、小轉矩的需要，應增加一套變速機構-變速箱。</p><p&

37、gt;　　3.2.1確定變速箱的主要參數</p><p>　　a. 由于變速器最高輸入轉速為5800r/min,而所選電機最高轉速為1500 r/min，所以總傳動比為：</p><p><b>　　i==4.17</b></p><p>　　中間齒輪起增加中心距的作用，齒數適當選取。</p><p>　　b. 根據變速

38、器外形尺寸及附加加裝置尺寸，初步定傳動箱中心距a＝300mm.</p><p>　　3.2.2齒輪的設計計算及校核</p><p>　　3.2.2.1選定齒輪的類型，精度等級，材料</p><p>　　查《機械設計手冊》可得，選定傳動箱高速級為斜齒，低速級為直齒。由于齒輪相對軸承布置不對稱，要求軸的剛度較大，并使轉矩輸入、輸出端遠離齒輪，以減少因軸的彎曲變形引起載荷

39、沿齒寬分布不均勻。</p><p>　　對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度及沖擊韌性，易于達到加工所需精度；對于高速齒輪還有較好的抗膠合能力。除非受生產技術條件的限制，一般盡可能采用硬齒面齒輪或中硬齒面齒輪。</p><p>　　根據試驗臺要求，兩對大小齒輪均采用20GrMnTi鋼滲碳淬火（《機械設計》表11-2/P226），硬度56-62HRC。由圖1

40、1-12c查的彎曲疲勞極限應力；由圖11-13c查得接觸疲勞極限應力。高速級Z1、Z2采用斜齒輪，低速級Z2、Z3采用直齒輪。</p><p>　　按輪齒彎曲疲勞強度設計</p><p><b>　　確定許用應力</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　YST-應力修

41、正系數，采用國家標準約定的值計算YST=2；</p><p>　　YN-彎曲疲勞強度計算的壽命系數，一般取YN=1；</p><p>　　SFmin-彎曲強度的最小安全系數，重要傳動取SFmin=1.6-3.0，一般傳動取SFmin=1.3-1.5，本 </p><p>　　設計取SFmin=1.6；</p><p><b>

42、　　選取載荷系數K</b></p><p>　　由表11-4/P237確定齒輪加工等級為7級；由P232得，通常近似取K=1.3-1.7,原動機為電動機，工作載荷平穩(wěn)，齒輪支撐對稱布置時取較小值，本設計取K=1.4。</p><p>　　a .初步選定齒輪參數（斜齒輪）</p><p>　　由于 i1=，i=4.17。</p

43、><p>　　則 i1=2.4， i2=1.74。</p><p><b>　　小齒輪名義轉矩</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　T-變速器最大輸入扭矩；</p><p>　　-彈性聯軸器效率概略值，取0.99

44、；</p><p>　　-彈性聯軸器效率概略值，取0.98。</p><p><b>　　初步選定齒輪參數</b></p><p>　　Z1=29，Z2=i1Z1=69.6,取Z2=70，Zv1=Z1/(cosβ)3=29/(cos15.)3=32</p><p>　　確定齒形復合系數YFS=4.06（由圖11-18差得

45、）。</p><p><b>　　將以上參數代入，得</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　為湊中心距，取標準模數mn=3mm。</p><p><b>　　則中心距</b></p><p><b>　　mm&l

46、t;/b></p><p>　　為便于箱體孔加工和校驗，取a=155mm，則</p><p><b>　　=16.6516.</b></p><p><b>　　計算幾何尺寸</b></p><p>　　齒寬系數，取大值時可減小直徑，從而減小傳動的中心距，并在一定程度上減輕包括箱體在內的整個傳

47、動裝置的重量，但是卻增大了齒寬和軸向尺寸，增加了載荷分布的不均與性，齒輪為硬齒面，取Ψd=0.5。</p><p>　　b2=Ψdd1=0.5×60.54=30.27mm,取b2=32mm；</p><p>　　b1=b2+(5~10)mm=37~42mm，取b1=40mm。</p><p><b>　　校核齒面接觸強度</b><

48、;/p><p>　　采用鑄鋼（P235/表11-3），彈性系數ZE=188.9MPa。</p><p><b>　　齒面許用接觸應力</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　—接觸強度的最小安全系數，一般傳動取=1.0~1.2.重要傳動取=1.3~1.6.本設計取 &l

49、t;/p><p><b>　　=1.4。</b></p><p>　　—接觸疲勞強度計算的壽命系數，一般取=1。</p><p>　　—工作硬化系數，它是用以考慮經磨齒的硬齒面小齒輪與調質鋼大齒輪相嚙合時，對大齒輪齒面產生冷作硬化的作用，當兩輪均為硬齒面時， =1。</p><p><b>　　<<

50、/b></p><p>　　故齒面接觸疲勞強度足夠，設計正確。</p><p>　　b.初步選定齒輪參數（直齒輪）</p><p>　　小齒輪名義轉矩 (為齒輪傳動效率概略值)</p><p>　　初定小齒輪齒數Z3=37 </p><p>　　Z4＝Z3×i2＝64.38，取Z4=63

51、</p><p>　　確定復合齒形系數（查圖11-18/P233)YFS=4.01</p><p>　　同a.齒寬系數Ψd=0.5，載荷系數K=1。</p><p><b>　　將上述參數代入</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　為湊中心距，

52、取m=3mm。</p><p>　　中心距 </p><p>　　mm 取b4=56mm</p><p><b>　　校核齒面接觸強度</b></p><p>　　則 <=1071MPa</p><

53、;p><b>　　故，滿足設計要求。</b></p><p>　　確定傳動箱中心距 a=a1+a2=155+150=305mm</p><p>　　3.2.2.2齒輪參數表</p><p><b>　　1）斜齒輪</b></p><p><b>　　2）直齒輪&l

54、t;/b></p><p>　　3.2.3軸的設計計算及校核</p><p><b>　　1）各軸轉速：</b></p><p>　　2）確定軸的最小軸徑</p><p>　　由公式知：各軸傳遞相同功率，而第一軸轉速最低，所以第一軸的最小軸徑最大。選取軸的材料為45號鋼，取，則按式初步估算第一軸的最小直徑為：<

55、;/p><p>　　所以第二軸與第三軸的最小軸徑比19.06mm大即可?？紤]到第三軸輸出端與連接轉速轉矩傳感器輸入端的聯接軸聯接，而傳感器輸入軸軸徑為26mm，聯接軸聯接處軸徑設計為35，所以定第三軸最小軸徑為35mm，第三軸軸承內徑為45mm。</p><p>　　第二軸軸承內徑定為40mm，那么其最小軸徑就是40mm。</p><p>　　考慮到第一軸齒輪較大及電動

56、機輸出軸軸徑為32mm，因此第一軸軸承內徑選45mm的軸承，配合齒輪處軸徑取48mm，最小軸徑為35mm。</p><p><b>　　3）軸的結構設計</b></p><p>　?、贁M定軸上零件的裝配方案</p><p>　　以第一軸為例，在軸中間位置安裝齒輪，一端制成軸肩，另一端以軸套加以固定，軸承與齒輪最近面相隔大約相距25mm，初選深溝

57、球軸承6208，滾動軸承一邊用軸肩加以軸向定位，一邊以軸套固定，外邊均有軸承蓋加以緊固。</p><p>　　第一軸具體尺寸見圖紙1軸-變速箱。</p><p>　　圖3－1 軸承安裝圖</p><p><b>　　4）選擇軸的材料</b></p><p>　　該軸無特殊要求，因而選用調質處理的45號碳鋼，查得：<

58、;/p><p><b>　　，，。</b></p><p><b>　　5）求軸上的載荷</b></p><p>　　按照所確定的軸的基本尺寸，求出齒輪所在剖面處的，，，及的值。</p><p>　　＝2T/d＝2×177.9×103÷320＝1111.9 N</p&

59、gt;<p>　　Fr＝Ft·＝1111.9·＝404.7 N</p><p><b>　　齒輪所受力如下圖：</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　∴&l

60、t;/b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　∴</b></p><p>　　6）按彎扭合成應力校核軸的強度</p><p>　　按表15-3，對于的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應力時，許用應力，故安全</p><p><b>　　所

61、以設計合理</b></p><p>　　軸上彎矩圖，轉矩圖及受載簡圖如下所示：</p><p>　　圖3－4 受載簡圖</p><p><b>　　彎矩圖：</b></p><p>　　圖3－5 水平面彎矩圖</p><p>　　圖3－6 垂直面彎矩圖</p>&l

62、t;p>　　圖3－7 合成彎矩彎矩圖</p><p><b>　　圖3－8 轉矩圖</b></p><p>　　3.2.4鍵的設計計算及校核</p><p>　　以第一軸聯接齒輪處鍵的設計為例計算及校核</p><p><b>　　1）類型選擇：</b></p><p&

63、gt;　　由于軸傳遞的扭矩為120，連接與軸上的零件基本上沒有滑動，對中性要求不算太高，鍵亦無需軸向固定，故選用圓頭普通平鍵（A型）。</p><p><b>　　2）尺寸選擇</b></p><p>　　由《機械零件設計手冊》以及軸徑74mm，故選，，</p><p><b>　　3）平鍵的強度計算</b></p&

64、gt;<p>　　由式： （3-3）</p><p>　　又由表6－1查得，代入上式得：</p><p>　　所以強度足夠，故設計正確。</p><p><b>　　3.3加載器的選擇</b></p><p>　　3.3.1心軸的設計&

65、lt;/p><p>　　液壓加載器中，所有的受力都將由心軸傳動，心軸同時承受轉矩和彎矩，因此心軸的參數設計非常關鍵，它關系到加載器的強度和承受載荷能力。</p><p>　　碳素鋼比合金鋼價格低廉，對于應力集中的敏感性比較小，可進行熱處理改變器綜合性能，且其加工工藝性好因此軸的材料選用45號鋼。</p><p><b>　　初算軸的直徑</b>&l

66、t;/p><p>　　本次試驗選擇TYBZ-1500-160L-4三相異步電動機，其額定功率為15kW，額定轉速為1500r/min。</p><p>　　軸的結構設計要在初步計算軸徑的基礎上進行。軸的直徑可按扭轉強度法進行估算，即</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中，P為軸傳遞的功率，

67、kW；n為軸的轉速，r/min；C為由軸的材料和受載情況確定的系數。若軸的材料為45#鋼，則通常取C=106~117。</p><p>　　取C=110，又有n=1500r/min。由此可計算求得： =23.7mm</p><p>　　而軸又要設計鍵槽，又要裝配葉片，因此需要設計一個葉片槽，相應軸徑應放大20%，而且軸較長，于是取心軸伸出端軸徑為70mm。</p><p

68、>　　確定心軸主要部分直徑為100mm，計算安裝葉片處的軸徑D。安裝葉片處受力較大，所以D=d+20＝120mm。</p><p>　　心軸設計的難點在于設計各個進油和出油孔，初步設計軸的軸向鉆2個長孔一個用來進油長360mm，一個用來出油長420mm；直徑均為15mm，兩孔相距30mm，在開孔的軸端用兩個油栓密封。</p><p>　　在徑向方向開三個進油孔將進油腔與軸向進油孔相通

69、，在開三個出油孔將出油孔與軸向出油孔相通。每三孔相差120°均布。</p><p>　　軸安裝軸承處的加工要求：滾動軸承內圈與軸的配合采用基孔制，外圈與外殼孔的配合采用基軸制，與一般圓柱面配合不同，由于軸承的內、外徑上偏差均為零，故在配合種類相同的情況下，內圈與軸徑的配合較緊，外圈與外殼孔的配合較松，因此相應的軸的加工精度一般應與軸承精度相對應?？紤]到軸采用車工加工且對軸承精度影響較大，所以軸的加工精度

70、取軸承同級精度或者高一級精度。</p><p>　　心軸尺寸見下面的工程圖：</p><p><b>　　圖3-9心軸工程圖</b></p><p>　　3.3.2內葉片設計</p><p>　　載荷大小與兩油腔的壓力差、葉片中點到軸中心的距離、葉片受壓面積有關：</p><p>　　M=NPSL

71、 (Nm) （3－5）</p><p>　　其中: N是葉片的個數；</p><p>　　M是油缸的加載力矩；</p><p>　　P是兩油腔的壓力差；</p><p>　　L是葉片中點到軸中心線的距離；</p><p><b>　　S是葉片受壓面積；</b

72、></p><p><b>　　初定N＝3</b></p><p>　　將有關參數帶入有：M=NPSL=36MPaSL=6000Nm</p><p><b>　　SL=</b></p><p>　　初定h＝40mm，B＝2～3h＝104mm，L＝80mm。</p><p&g

73、t;　　由此可知心軸直徑100mm，安裝內葉片處直徑120mm，長104mm；</p><p>　　由此可以確定內葉片直徑為120mm。</p><p>　　內葉片加工技術要求：要求和擺缸相結合的面以及兩端面高頻淬火之后硬度HRC48～56，并且內徑根據主軸直徑120mm尺寸配磨，以保證與主軸裝配間隙0.03～0.06mm。</p><p>　　內葉片的尺寸見下面的

74、工程圖：</p><p><b>　　圖3-10內葉片</b></p><p>　　3.3.3外葉片設計</p><p>　　外葉片形狀及尺寸與內葉片相當，外葉片內徑120mm，外徑200mm。外徑中心部分開兩個螺紋孔，和一個銷孔和擺缸相對應以便以后安裝。外葉片的加工技術要求：要求和與擺缸相結合的面以及兩端面高頻淬火之后硬度HRC48~56，并

75、且內徑根據主軸直徑120mm尺寸配磨，以保證與主軸裝配間隙0.03～0.06。</p><p>　　外葉片尺寸見下面工程圖：</p><p><b>　　圖3-11外葉片</b></p><p>　　3.3.4液壓缸的設計</p><p>　　液壓缸是將液壓能轉換為機械能的一種執(zhí)行元件，主要用于要求實現往復直線運動或往復

76、擺動運動的場合，</p><p>　　選擇擺動液壓缸來實現轉矩和角速度的輸出。</p><p>　　采用碳素鋼就可以滿足要求，只是其中的20號鋼的力學性能較低，且不能進行調質處理，因此選擇45號鋼并調質到241~285HBS。</p><p>　　擺缸殼體的加工工藝要求：缸體內徑采用H8，H9配合。表面粗糙度當采用橡膠密封圈密封的時候選擇0.1～0.4需要珩磨。&l

77、t;/p><p>　　液壓缸內徑D的圓度公差值可按9、10或11級精度選擇，圓柱度公差值可按8級精度選取。</p><p>　　液壓缸斷面的垂直度公差值可按7級精度選取</p><p>　　為了防止腐蝕和提高壽命，缸內表面應鍍以厚度為30～40的鉻層，鍍后進行研磨或者拋光。</p><p><b>　　2）擺缸內徑的確定</b&g

78、t;</p><p>　　根據心軸直徑120mm,查GB/T2348-93缸筒內徑尺寸系列可知主要有125mm,160mm,200mm, 250mm等尺寸可供選擇。結合內葉片高度40mm，剛好選擇200mm.</p><p>　　3）擺缸外徑的確定：</p><p><b>　　擺缸壁厚的計算</b></p><p>&

79、lt;b>　　(3-6)</b></p><p>　　其中：——液壓缸材料要求最小值（m）</p><p>　　——液壓缸外徑余量（m）</p><p><b>　　——腐蝕余量（m）</b></p><p>　　的計算有以下幾種形式：</p><p>　　當/D≤0.08時，按

80、薄壁缸計算： </p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　當/D =0.08～0.3時按中等壁厚缸計算：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　當/D ≥0.3時按厚壁缸計算：</p><p><b>　　對于

81、塑性材料：</b></p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　對于脆性材料：</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　式中 D——液壓缸內徑（m）</p><p>　　

82、——液壓缸最高工作壓力，當工作壓力p<16MPa時，＝1.5p；當工作壓力p>16MPa時，＝1.25p；</p><p>　　——材料的許用應力（MPa）</p><p>　　= (3-11)</p><p>　　式中[]——材料的抗拉強度（MPa）</p><p>

83、<b>　　n——安全系數</b></p><p>　　安全系數的選擇依據下表</p><p>　　表3-2 安全系數選擇</p><p>　　本次題目所設計的擺缸內徑為200mm，</p><p>　　200×0.08＝16mm</p><p>　　200×0.3＝60mm

84、</p><p>　　設計壁厚應該在16mm～60mm之間</p><p>　　其中工作油壓P=0.5～6Mpa≤16Mpa，所以＝1.5P</p><p>　　采用45號鋼[]=285Mpa</p><p>　　所以[]== 23.125Mpa </p><p>　　(安全系數n查表獲得，為8)</p>

85、<p>　　按照中等壁厚計算===0.059m</p><p>　　國內外工廠的實際采用的液壓缸外徑中，內徑為200mm的采用45號鋼做材料的一般外徑為250mm，因此初定擺缸外徑為250mm。</p><p>　　3.3.5擺缸缸蓋的設計</p><p>　　液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或者ZG35、ZG45鑄鋼或者HT200、HT300、H

86、T350鑄鐵等材料。缸蓋的加工中要求直徑d（基本尺寸同擺缸內徑）D2（基本尺寸同心軸直徑）應該有圓柱度要求的，應按照9、10、11級精度選取。一般取0.03mm，端面與直徑軸線的垂直度應按照7級精度選擇。</p><p>　　設計的擺缸選擇法蘭連接比較合適。結構簡單，易于加工，易裝卸。</p><p>　　左右端蓋結構基本一致，只是右端蓋由于要和連接軸相連，所以比左端蓋要多設計三個安裝螺釘

87、的螺孔。</p><p>　　擺箱殼體尺寸見下面的工程圖：</p><p><b>　　圖3-12擺箱殼體</b></p><p>　　3.3.6聚流體的設計</p><p>　　由于軸是高速旋轉的，而液壓系統提供的液壓油是不不可能隨之旋轉的，因此，需要設計一個零件來實現將液壓系統提供的液壓油輸入到心軸中，聚流體就是用來

88、將液壓油輸入心軸的一種零件。</p><p>　　聚流體的加工技術要求：聚流體與心軸相配合的內表面有圓柱度要求，與箱體和其端蓋相配合的端面有和內表面的垂直度要求。要求與心軸相配合的內表面淬火HRC45～56；孔100mm與心軸配磨，保證間隙在0.02～0.03mm之間。在尺寸和性能上沒有特殊要求，故采用45號鋼就可以。</p><p>　　聚流體尺寸見下面的工程圖：</p>

89、<p>　　圖3-13聚流體工程圖</p><p><b>　　3.4傳感器的選擇</b></p><p>　　NJ型扭矩傳感器通過彈性軸、兩組磁電信號發(fā)生器，把被測轉矩、轉速轉換成具有相位差的兩組交流電信號，這兩組交流電信號的頻率相同且與軸的轉速成正比，而其相位差的變化部分又與被測轉矩成正比。將傳感器的這兩組電信號用專用屏蔽電纜線送入NC型扭矩測量儀或裝有

90、扭矩卡的計算機，即可得到轉矩、轉速及功率的精確值。NJ型扭矩傳感器與NC-2A型扭矩儀或CB2000卡配套使用，是一種測量各種動力機械轉動力矩、轉速、及機械功率的精密測量儀器。</p><p>　　根據系統的工作狀況，傳感器的轉矩工作范圍應為0～165Nm，轉速工作范圍應為0～5800r/min。轉矩測量精度為2％。選用四川誠邦測控技術有限公司生產的NJ1200傳感器兩個。NJ型轉速轉矩傳感器安裝尺寸如圖3-9所

91、示。 </p><p>　　圖3-9 轉速轉矩傳感器</p><p>　　表3-3 NJ1200規(guī)格參數</p><p>　　NJ型轉距轉速傳感器使用時的安裝方式如圖3-2所示。應注意的是傳感器的驅動端與動力輸入端相連。增加中間支承的目的是為了保證傳感器不因更換測試設備照成安裝同軸度的變化所引起的測試數據的變化，同時可避免因安裝不同軸而使傳感器承受彎矩，從而引起測

92、試數據的不穩(wěn)定。建模時簡化如下：</p><p><b>　　圖3-4傳感器</b></p><p><b>　　3.5聯軸器的選擇</b></p><p>　　對于安裝在兩個背靠背連接的兩個變速器那一軸線上的聯軸器，考慮到其兩軸的偏激以及緩沖減振，同時考慮到聯軸器的工作條件，使聯軸器只能傳遞扭矩，不能傳遞彎矩，這樣就顯著

93、改善了傳感器的工作條件，保證了測量精度，所以選擇了彈性聯軸器中的HL3型彈性柱銷聯軸器。</p><p>　　試驗臺其它的地方均選擇LM型彈性聯軸器。</p><p>　　4試驗及數據處理方法：</p><p>　　根據試驗規(guī)范及其內容，本試驗臺主要完成變速器機械效率試驗、潤滑試驗、耐久性試驗和齒輪磨損試驗。</p><p>　　下面主要說明

94、機械效率試驗和耐久性試驗的試驗方法。</p><p>　　在傳動效率試驗中，將變速器輸入轉速調至4000r/min~6000r/min之間，然后每隔一定的時間進行自動連續(xù)加載，用扭矩傳感器測出在一定載荷下變速器的輸入扭矩T入和輸出扭矩T出 ，則其效率為：＝T出 /T入 。</p><p><b>　　變速器加載試驗</b></p><p>　　

95、變速器加載試驗是測試汽車變速器在各檔位下，對應個轉速和轉矩時的機械效率，集體規(guī)定的轉矩和轉速為：</p><p>　　設定不同轉速，保持轉矩不變，分別在3檔，4檔和5檔，測定機械效率</p><p>　　1300r/min 3000r/min 4300r/min 5250r/min</p><p>　　設定不同轉矩，保持轉速不變，分別在3檔，4檔和

96、5檔，測定機械效率</p><p>　　74.5Nm 149Nm 223.5Nm 313Nm</p><p>　　根據各種不同的扭矩畫出不同的效率曲線，然后據此作出效率曲線（用最小二乘法擬合），如圖所示：</p><p><b>　　圖4－2 效率圖</b></p><p>　　5 SolidWorks

97、軟件簡介與建模過程</p><p>　　5.1 SolidWorks軟件簡介 </p><p>　　Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks 功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidW

98、orks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。</p><p>　　在SolidWorks 中，當生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。 </p><p>　　★SolidWorks 可以動態(tài)地查看裝配體的所有

99、運動，并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。 </p><p>　　★用智能零件技術自動完成重復設計。智能零件技術是一種嶄新的技術，用來完成諸如將一個標準的螺栓裝入螺孔中，而同時按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。 </p><p>　　★鏡像部件是SolidWorks 技術的巨大突破。鏡像部件能產生基于已有零部件（包括具有派生關系或與其他零件具有關聯關系的零件）的新的零部件

100、。 </p><p>　　★SolidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術，來加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術能夠自動地捕捉并定義裝配關系。 </p><p>　　★SolidWorks 提供了生成完整的、車間認可的詳細工程圖的工具。工程圖是全相關的，當你修改圖紙時，三維模型、各個視圖、裝配體都會自動更新。 </p><p>　　★從三維模型中自動產生工程圖，

101、包括視圖、尺寸和標注。 </p><p>　　★增強了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件的圖層支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。 </p><p>　　★使用RapidDraft技術，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進行單獨操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝配體的全相關。 </p><p>　　★用交替位置顯示視圖能夠方便地

102、顯示零部件的不同的位置，以便了解運動的順序。交替位置顯示視圖是專門為具有運動關系的裝配體而設計的獨特的工程圖功能。</p><p>　　5.2 Solidwoks建模</p><p>　　Solidwork建模也是本次畢業(yè)設計課題的重要組成部分。在前面的基礎框架確定后，對各個部分進行相應的計算，確定一些參數。最后要表現出來設計內容。此時就要靠建模仿真了。通過建模，我們可以看到設計的內容，并

103、分析一些配合，幫助我們更加了解自己設計的試驗臺。</p><p>　　下面對重要部分的建模做介紹和分析。</p><p>　　5.2.1減速箱建模</p><p>　　根據前面的設計，減速箱為二級減速箱。要完成減速箱里裝配建模，必須首先完成其中各個零件的建模。主要有：三根軸以及對應的軸承，軸承蓋（包括兩種），套筒，鍵，氈圈，螺釘等。其中，三根軸前面已經設計完成。然后

104、查《機械設計課程設計》對應軸承，軸承蓋（包括兩種），套筒，鍵，氈圈，螺釘尺寸，開始建模。一零件建模如下圖</p><p>　　圖5-1傳動箱中間軸</p><p><b>　　圖5-2連接軸端蓋</b></p><p><b>　　圖5-3箱蓋</b></p><p><b>　　圖5-4

105、箱座</b></p><p><b>　　圖5-4減速箱裝配</b></p><p>　　5.2.2加載裝置建模</p><p>　　加載裝置其實算比較復雜的，包括的零件也比較多。主要有：心軸，擺箱殼體，擺箱殼體端蓋，內葉片，外葉片，套筒，支架。其中，心軸設計最為復雜，而且它關系到整個加載裝置的工作原理。一些零件建模如下：</

106、p><p><b>　　圖5-7內葉片</b></p><p><b>　　圖5-8外葉片</b></p><p><b>　　圖5-9心軸</b></p><p><b>　　心軸的工程圖：</b></p><p><b>

107、　　圖5-10心軸</b></p><p>　　加載裝置總裝配圖如下：</p><p>　　圖5-11加載裝置裝配</p><p><b>　　5.2.3總裝建模</b></p><p>　　總裝的完成建立在其他各個部分完成的基礎下。各部分包括：減速箱，加載裝置，變速器，傳感器，長連接軸等。前面已經顯示了減速

108、箱和加載裝置的建模過程。下面貼出了其他幾個主要部分的建模：</p><p>　　圖5-12簡化變速器</p><p>　　圖5-13簡化電動機</p><p>　　然后依次配合，完成總裝，如下：</p><p><b>　　圖5-14總裝</b></p><p><b>　　6結束語&l

109、t;/b></p><p>　　我設計的試驗臺有以下特點：</p><p>　　設計的試驗臺采用封閉式試驗臺，節(jié)約能源，經濟實用。</p><p>　　選用液壓加載器，加載平穩(wěn)，而且能夠在試驗中連續(xù)加載和卸載。</p><p>　　采用了BM系列變頻電動機，試驗轉速能自動調節(jié)與控制</p><p>　　利用微機系

110、統對試驗過程實施監(jiān)控，使電機能自動調速，并對電機轉速進行檢測，顯示，方便對試驗臺工作狀態(tài)的了解。</p><p>　　采用了先進的NJ1型傳感器，采集的數據有一定的精度。</p><p>　　通過數碼管顯示器可以顯示轉速、扭矩，通過打印機打印試驗數據。</p><p>　　使用Solidworks對試驗臺結構建模，非常直觀，而且可以對設計結構更加了解。</p&

111、gt;<p>　　本次畢業(yè)設計是對我們四年專業(yè)學習的一次考驗。初拿到這個題目，一片茫然。但是</p><p>　　在查詢了各種資料，更是通過老師的指導，我慢慢摸出了門道，知道了自己的設計方向。在工作過程中，我們在老師的指導下，每周合理安排了工作量，循序漸進。最終完成了自己的設計。</p><p>　　不那可否認，本次設計還是存在很多不足的，特別是我對微機方面的知識不足，設計能

112、力不強，很多還是要依靠老師指點和前輩經驗。但是在機械設計方面，特別是軟件建模，我有了長足的進步。對整個試驗臺的結構設計，為我今后的工作打下了堅實的基礎。感謝本次畢業(yè)設計，讓我學到很多，也意識到自己有更多不足，要在今后的學習工作中繼續(xù)努力。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文的撰寫是在*老師的悉心關懷和指導下完成。從論文的開題、撰寫到

113、初稿的修改直至完成，*老師給了我很多的指導和幫助，*老師嚴謹的治學態(tài)度、扎實認真的工作作風給我留下了深刻的印象，是我學習的楷模。在此論文成稿之際，特向*老師致以最誠摯的感謝。</p><p>　　在四年的本科學習期間，武漢理工大學機電學院的各位任課老師對我悉心傳授知識和耐心指導，這為我的畢業(yè)論文撰寫打下了堅實的基礎，在此，謹向各位老師致以崇高的敬意和無限的感激。</p><p>　　同時還

114、要感謝機電學院的其他老師，在我學習期間給予的指導和幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 唐增寶，常建娥.機械設計課程設計.武漢：華中科技大學出版社，2006.9</p><p>　　[2] 鄔惠樂，邱毓強.汽車拖拉機試驗學.北京：機械工業(yè)出版社，1980.5 252－257</p>&

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