畢業(yè)論文---汽車半軸道路模擬試驗裝置設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　半軸是變速箱減速器與驅(qū)動輪之間傳遞扭矩的軸，是汽車傳遞轉矩的關鍵部件。半軸的疲勞強度和汽車安全行駛是緊密相關的。所以半軸的道路模擬試驗裝置是檢測汽車半軸的必要手段，本課題的目的是為了設計出一款適用于半軸的道路模擬裝置。</p><p>　　本次課題設計出一臺能準確模擬出半軸實際工況下的載荷（扭矩與振動）來

2、進行半軸的耐久性試驗，在滿足試驗目的前提下，半軸道路模擬試驗裝置應具有信號產(chǎn)生系統(tǒng)，電控系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)，機械執(zhí)行系統(tǒng)，動力供給系統(tǒng)。本次課題主要設計半軸道路模擬實驗裝置的動力供給系統(tǒng)和機械執(zhí)行系統(tǒng)。本課題主要進行機械結構進行設計。</p><p>　　通過查閱資料，了解國內(nèi)外現(xiàn)狀，對比現(xiàn)有的模擬試驗試驗裝置和半軸靜扭試驗臺，確定設計方案，通過設計方案草圖，確定設計流程。本次設計包括：非標準件的設計，標準部件的

3、選取，建立試驗裝置的三維模型，繪出二維整體布置圖及其零件圖。</p><p>　　關鍵詞：道路模擬 載荷 實驗裝置 半軸 耐久性</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Axle is a axis for transmission torque between main retarder and drivin

4、g wheel.it is the key components of automobile transmission torque. safe driving is closely related The strength of Axle fatigue .So axle road simulation test device for detecting vehicle axle means necessary,The aim of

5、this project is to design a suitable axle road simulation apparatus.</p><p>　　The project to design a machine capable of accurately simulate the actual conditions of the axle loads（torque and vibration）for a

6、xle durability test.To replace the traditional static axle torsion test bench.</p><p>　　Premise to meet the test purposes, axle road simulation test device shall have the signal producing system, electric co

7、ntrol system, servo control systems, mechanical execution system, power supply system. The main topic axle road simulation experimental device designed power supply system and the mechanical execution system.</p>

8、<p>　　Through access to information, to understand current situation at home and abroad, compared to existing simulation test apparatus and the static axle torsion test bench, to determine design, through design ske

9、tches, determine the design process. The design includes: the design of non-standard parts, standard parts selection, three-dimensional model to establish the test device, draw two-dimensional general arrangement drawing

10、s and part drawings.</p><p>　　Keywords： Road simulation Load Test Equipment Axle Durability.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅰ</b></p><p>

11、　　AbstractⅡ</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的目的及其意11</p><p>　　1.2道路模擬試驗簡介1</p><p>　　1.3汽車半軸道路試驗模擬的國內(nèi)外現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4課題研究內(nèi)容4<

12、;/p><p>　　2道路模擬試驗裝置6</p><p>　　2.1 通用道路模擬試驗臺裝置6</p><p>　　2.2 半軸結構介紹8</p><p>　　2.3 設計方案9</p><p>　　3半軸道路模擬試驗臺的設計11</p><p>　　3.1 設計流程11</p&g

13、t;<p>　　3.2 設計及其強度校檢11</p><p>　　3.3 標準部件的選取及其校核19</p><p>　　3.4 三維模型的建立及其二維視圖23</p><p><b>　　4試驗流程26</b></p><p><b>　　5總結與展望27</b></

14、p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　本章介紹了論文研究的背景和研究意義，主要敘述半軸道路模擬試驗裝置的研究目的和意義，汽車零部件道路模擬試驗的試驗方法流

15、程及其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題、研究意義。</p><p>　　1.1課題的研究目的及其意義</p><p>　　動態(tài)測試是在道路車輛開發(fā)過程中的一個重要組成部分。特別是道路情況的模擬，通過實驗室試驗臺的應用載入車輛在真實行駛時的條件。</p><p>　　汽車是一種高速的交通工具，自身的零部件在各種工況下受到的載荷也不同，在長期的負荷下有的零部件會發(fā)生疲勞損傷，

16、汽車的使用壽命由其零部件的疲勞壽命決定。為了保證汽車的可靠性，近年來,除了在公路或?qū)Ｓ密嚨郎线M行試車以外,已有可能在實驗室里應用與電子測量、調(diào)節(jié)儀器及模擬、數(shù)字計算機相連的伺服液壓試驗裝置模擬汽車在行駛中產(chǎn)生的振動。用這種裝置可以在接近實際行駛的條件下,對汽車部件(如變速箱、傳動軸、離合器、車架、駕駛室、車身、車軸)以及整個汽車進行試驗。。在實驗室內(nèi)進行汽車道路模擬試驗，運用可靠性試驗技術能夠克服傳統(tǒng)汽車測試的缺點，提高汽車測試的效率。

17、國內(nèi)外都采用了汽車零部件的道路模擬實驗進行測試、檢測，只是國內(nèi)目前這方面的技術不大成熟。汽車道路模擬試驗在新車型開發(fā)及其重要零部件性能檢測中占用極其重要的地位。目前，汽車道路模擬試驗在新車型、新技術、新材料的開發(fā)和驗證方面起著巨大作用，各汽車零部件廠家對所生產(chǎn)的零部件及汽車總裝廠在采購、裝配前均需對零部件進行道路模擬振動環(huán)境試驗，以考核零部件的可靠性及環(huán)境適應性能。</p><p>　　本課題為汽車半軸的道路模擬

18、試驗裝置的設計，半軸作為汽車傳遞動力的主要部件，是汽車動力傳遞的樞紐，它的可靠性試驗尤為重要，所以本次課題是設計出一套基于汽車傳動軸的道路模擬實驗裝置，以此來檢驗汽車驅(qū)動軸的可靠性，疲勞壽命等參數(shù)。 </p><p>　　1.2 汽車道路模擬試驗簡介</p><p>　　很多汽車零部件的工況，可以用專門設計的試驗臺模擬。在模擬的試驗臺上用飛輪代表汽車行駛時的慣性力，用以試驗制動器的性能。用

19、水力或電力測功機代表汽車行駛時的各種阻力，以試驗發(fā)動機的功率和扭矩等。 </p><p>　　早期的試驗臺結構和試驗項目大都比較簡單，采用連續(xù)的固定載荷循環(huán)。但是以固定載荷運行的發(fā)動機壽命試驗臺，不能模擬汽車經(jīng)常起步、停車，冷卻水溫低，致使燃燒氣體溶于氣缸壁上的水中而引起酸性腐蝕，所以這種方法往往不能模擬實際使用情況。30年代以后的試驗臺已普遍采用模擬實際工況的變載荷、變速或變溫等循環(huán)。不過，固定載荷試驗法仍在使

20、用，這是因為已積累了大量數(shù)據(jù)，試驗結果與實際使用結果的當量關系清楚。 </p><p>　　40年代建立累積疲勞損傷理論和50年代建立隨機振動理論之后，試驗方法又有創(chuàng)新。用儀器測定并記錄代表各種道路不平度的路面功率譜，并將它們放大、倍加或綜合后，輸入試驗臺控制系統(tǒng)，便可以得到任意的強化倍數(shù)或任意的不同路面綜合，以進行加速的模擬試驗。這種方法和控制系統(tǒng)不但可用于零部件的試驗，而且還可用于模擬道路振動情況的電子液壓振

21、動試驗臺（見彩圖）和轉鼓試驗臺。汽車在振動試驗臺上試驗時，各車輪下均裝設可發(fā)出不同頻率和振幅的液壓振動頭，模擬各種不同道路的隨機輸入。轉鼓試驗臺分為單轉鼓式和雙轉鼓式，它們都能模擬不同的車速和路面情況，以試驗整車的動力性，還適用于汽車排氣污染的測定。有的轉鼓試驗臺還有施加側向力的裝置。汽車試驗中試驗臺試驗的費用最省，試驗所需的時間較短，試驗條件較易控制，應用范圍日益擴大。但這種試驗一般多用于單項性能或耐久性試驗，或少數(shù)相關項目的綜合性試

22、驗，不能較全面地考核綜合性能。</p><p>　　汽車道路模擬試驗系統(tǒng)由計算機、測控系統(tǒng)及振動臺( 做動器) 組成。在計算機軟件的控制下, 生成驅(qū)動振動臺的驅(qū)動信號, 由測控系統(tǒng)輸出到振動臺實施激振; 同時, 測控系統(tǒng)采集試件和振動臺的響應和狀態(tài), 并把數(shù)據(jù)傳到計算機中。一次典型的道路模擬試驗包含以下步驟:</p><p>　　1. 記錄汽車行駛的載荷數(shù)據(jù), 經(jīng)采集處理后形成要模擬的期望

23、信號;</p><p>　　2 .對系統(tǒng)施加激振( 輸入) , 同時采集系統(tǒng)的響應( 輸出) , 根據(jù)系統(tǒng)的激 和響應信號識別整個振動系統(tǒng)的頻響函數(shù)矩陣;</p><p>　　3.用初始驅(qū)動信號去激振系統(tǒng), 同時測量系統(tǒng)的響應, 與期望信號進行比較后對驅(qū)動信號進行修正, 這樣反復迭代使實際響應逼近期望響應, 從而獲得最終的驅(qū)動信號;</p><p>　　4

24、 根據(jù)不同的試驗種類, 輸出步驟c 中得到的驅(qū)動信號, 進行道路模擬試驗和試件性能評估。汽車道路模擬系統(tǒng), 實現(xiàn)了與之相同的功能, 具有很高的性能價格比。計算機測控系統(tǒng)是道路模擬試驗臺開發(fā)研制過程的關鍵。分析了道路模擬試驗對測控系統(tǒng)的特殊要求, 介紹其組成、結構, 及系統(tǒng)中特殊功能的實現(xiàn)方法, 最后, 通過實驗證明了所開發(fā)系統(tǒng)的正確性和配置的合理性。其試驗流程框架見圖1.2.1。</p><p>　　圖1.2.1

25、 試驗歷程</p><p>　　1.3汽車半軸道路試驗裝置國內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　近10年來經(jīng)過各種研究和改進國內(nèi)的模擬試驗技術提高到一個新的高度，國內(nèi)的液壓器件廠也開始研制電液伺服試驗控制系統(tǒng)。近年來我國也相繼出現(xiàn)了室內(nèi)四通道整車道路模擬試驗臺、六自由度輪胎耦合道路模擬實驗臺、汽車懸架減振器電液伺服試驗臺、汽車傳動系統(tǒng)道路模擬試驗臺架等各種汽車整車、零部件的道路模擬試驗臺架（例如

26、： MTS320型汽車道路模擬試驗機，可用于隨機路面激勵譜的室內(nèi)再現(xiàn)、隨機不平路面輸入下的汽車行駛平順性試驗、等效于汽車試驗場的整車可靠性評價試驗、汽車振動噪聲評價試驗、汽車及零部件結構動態(tài)特性測試與分析）。由此可見，汽車道路模擬試驗臺架是開展汽車可靠性、輕量化、減振降噪、平順性理論研究及關鍵技術研發(fā)的必要裝備。</p><p>　　目前汽車的零部件道路仿真試驗的實際運用還沒普及，其零部件的載荷，以及仿真模擬也與

27、整車不同，比整車更為復雜，同時對試驗臺架的夾具要求較高，對于不同的汽車，不同的部件對于夾具的強度，大小要求也不一樣，初此之外對于個別的部件的載荷譜采集也不可能與實際工況相近。盡管如此，汽車零部件道路模擬試驗仍然會是汽車試驗的主要手段，它的發(fā)展是必然的，在汽車等各個方面廣泛的被運用。</p><p>　　汽車半軸是汽車傳遞轉矩的樞紐，對于半軸的道路模擬試驗裝置目前還沒有在實際運用中出現(xiàn)，半軸的靜扭轉試驗臺只能檢測半

28、軸的靜載荷，在實際行駛過程中，半軸的載荷是及其復雜的，除了扭矩之外，還受到振動等載荷，準確模擬出汽車半軸的載荷是比較困難的。</p><p><b>　　1.4課題研究內(nèi)容</b></p><p>　　基于傳統(tǒng)的半軸靜扭轉試驗臺架只能檢驗半軸在靜態(tài)下的疲勞強度，半軸在實際中的載荷不只有扭轉，還有各個方向上的振動，為此本次試驗臺的設計是模擬出半軸在汽車實際運動中受到的扭

29、轉疲勞以及振動對于半軸的疲勞壽命影響。</p><p>　　在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了大量的汽車道路模擬的試驗裝置，其中大多為整車或者適用汽車某個系統(tǒng)的試驗裝置。本課題的任務要求是：設計一套基于遠程參數(shù)控制的傳動軸道路模擬試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)傳動軸轉矩的室內(nèi)模擬，半軸轉矩0-2000N.m。其設計的模擬試驗裝置包括以下幾個系統(tǒng):信號產(chǎn)生系統(tǒng)，電控系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)，機械執(zhí)行系統(tǒng)，動力供給系統(tǒng)。</p><p

30、>　　利用遠程參數(shù)控制技術模擬出完整的載荷譜，本次設計的方案是利用負載電機和變頻控制器模擬出半軸的輸入轉矩，車輪負載由做功機模擬，并且在車輪端加上自動性作動器模擬汽車在行駛中的振動。計出半軸道路模擬試驗裝置，能夠準備的模擬出半軸在實際工況的載荷，并對半軸的強度，疲勞等方面的分析，來完成對汽車半軸的可靠性進行檢測。</p><p>　　參照半軸的靜扭試驗臺架作為參照設計出其半軸的夾具，結合現(xiàn)有MTS激振器和控

31、制系統(tǒng)，設計出適合半軸的模擬裝置，模擬出半軸在實際道路中所承受的載荷，運用以上現(xiàn)有裝置設計出適合半軸的試驗裝置是可行的。設計本課題的裝置可以仿照其他的模擬試驗臺架，例如整車四通道道路模擬試驗裝置等，本課題的很多部件都可以參照現(xiàn)有的實驗裝置，重點是能準確模擬出汽車半軸的實際工況載荷。</p><p><b>　　道路模擬試驗裝置</b></p><p>　　本章節(jié)介紹了

32、通用道路模擬試驗裝置的組成及其各個組成系統(tǒng)的功用，半軸的結構和布置形式，以及設計方案的定制。</p><p>　　2.1 通用道路模擬試驗臺裝置</p><p>　　道路模擬實驗主要通過遠程參數(shù)控制RPC(Remote Parameter Control)來模擬汽車零部件在實際工況下的載荷，從而對部分零部件進行針對性的疲勞試驗。室內(nèi)道路模擬試驗是對汽車零部件或者整體車身在真實的工況下的載荷

33、進行采集和處理，得到載荷譜，實驗時以載荷譜通過道路模擬試驗設備進行實驗，實驗時試件所受到的載荷與真實載荷相似。為了保證汽車的可靠性，近年來,除了在公路或?qū)Ｓ密嚨郎线M行試車以外,已有可能在實驗室里應用與電子測量、調(diào)節(jié)儀器及模擬、數(shù)字計算機相連的伺服液壓試驗裝置模擬汽車在行駛中產(chǎn)生的振動。用這種裝置可以在接近實際行駛的條件下,對汽車部件以及整個汽車進行試驗。</p><p>　　道路模擬試驗的設備是道路模擬機。道路模

34、擬機綜合了電子、伺服液壓、數(shù)字計算機等現(xiàn)代技術、并根據(jù)隨機過程模擬理論和方法實現(xiàn)多通道的遠程參數(shù)控制，把室內(nèi)整車試驗技術向前推進了一大步。模擬機可以再現(xiàn)汽車在實際道路上的振動響應，為試驗車輛提供一個非常接近于實際行駛條件的可控制、可重復的振動環(huán)境，起著“室內(nèi)道路”的作用。因此道路模擬機可以進行汽車可靠性、耐久性的試驗研究，同時也可以對整車結構動力學和汽車振動性能進行研究。通過對試驗道路上汽車響應數(shù)據(jù)進行編輯，去掉對疲勞影響較小的信號，可

35、以強化試驗條件，顯著地縮短壽命試驗的時間，從而加速新產(chǎn)品研究的過程。因此道路模擬機除了用于汽車振動性能，結構應力測試和分析之外，特別適用于新車型一、二輪結構強度的考核試驗，可以快速地得到新車型可靠性、耐久性性能方面的結論，而失真度很小，道路模擬機已成為整車室內(nèi)試驗的有效工具。圖2.1.1,2.1.2為部分實驗裝置。</p><p>　　圖2.1.1 整車四通道道路模擬試驗臺架</p><p&

36、gt;　　圖2.2.2 MTS320-035四通道（立柱）輪胎耦合道路模擬試驗系統(tǒng)</p><p>　　道路模擬試驗臺包括以下幾個部分：</p><p>　　油源：為液壓系統(tǒng)提供動力。</p><p>　　信號產(chǎn)生系統(tǒng)：包括計算機及其外設、調(diào)頻磁帶記錄儀器、函數(shù)發(fā)生器。主要作用：按照預定程序發(fā)出指令信號，不斷對試件振動進行檢測，分析處理隨機數(shù)據(jù)，迭代逼近功能（建立

37、驅(qū)動信號時）。</p><p>　　電控系統(tǒng)：將指令信號處理轉變成電驅(qū)動信號，通過多重閉環(huán)嚴格控制執(zhí)行機構，準確完成各種指令動作。</p><p>　　伺服控制系統(tǒng)：主要部件是壓力閥，將不斷變化的電信號對應裝換成動力液壓油的流量和壓力輸出。</p><p>　　機械執(zhí)行系統(tǒng)：包括作動器、位移傳感器、壓差傳感器、夾具。將動力液壓油的流量轉換成機械運動，將情況反映到電控

38、系統(tǒng)。</p><p>　　動力供給系統(tǒng)：提供穩(wěn)定的液壓驅(qū)動力，包括液壓泵、儲能器、分油器、液壓管等。</p><p>　?。?）其試驗裝置運用于汽車整車，或者汽車單一系統(tǒng)、零部件。也可用于其它類似機械的須檢測部件，需要特定的夾具。</p><p>　　道路模擬試驗臺架與傳統(tǒng)試驗臺相比有點如下:</p><p>　?、賹τ诮Y構疲勞壽命試驗，可

39、以加速試驗過程，縮短開發(fā)周期;</p><p>　?、谠囼灢皇芡饨鐥l件限制，比如：天氣、駕駛員感觀、道路情況;</p><p>　　③試驗可以連續(xù)不中斷，強化程度可以改變;</p><p>　　④可以及時發(fā)現(xiàn)汽車及其試驗件出現(xiàn)的問題;</p><p>　?、菰囼炛貜托院茫雀?，對比性強。</p><p>　　2.2

40、 半軸結構介紹</p><p>　　半軸是位于差速器與驅(qū)動輪之間的傳遞動力的實心軸，內(nèi)端用花鍵與差速器的半軸此輪連接，外端用于凸緣與驅(qū)動輪輪轂相連，半軸齒輪的軸頸的孔內(nèi)，半軸布置簡圖見圖2.2.1,2.2.2：</p><p>　　圖2.21 半軸布置形式</p><p>　　圖2.2.2半軸的結構</p><p>　　半軸的受力：現(xiàn)代汽車常

41、用的半軸，根據(jù)其支承型式不同，有全浮式和半浮式兩種。 全浮式半軸只傳遞轉矩，不承受任何反力和彎矩，因而廣泛應用于各類汽車上。全浮式半軸易于拆裝，只需擰下半軸突緣上的螺栓即可抽出半軸，而車輪與橋殼照樣能支持汽車，從而給汽車維護帶來方便。 半浮式半軸既傳遞扭矩又承受全部反力和彎矩。它的支承結構簡單、成本低，因而被廣泛用于反力彎矩較小的各類轎車上。但這種半軸支承拆取麻煩，且汽車行駛中若半軸折斷則易造成車輪飛脫的危險。</p>&

42、lt;p><b>　　2.3設計方案</b></p><p>　　設計理論：基于遠程參數(shù)控制RPC技術在電液伺服道路模擬試驗臺的廣泛應用，參照汽車整車的模擬試驗臺架，設計出適用于汽車單一的系統(tǒng)或者零部件的模擬試驗臺架。利用遠程參數(shù)控制技術模擬出完整的載荷譜，本次設計的方案是利用負載電機和變頻控制器模擬出半軸的輸入轉矩，車輪負載由做功機模擬，并且在車輪端加上自動性作動器模擬汽車在行駛中的

43、振動。所以說本次試驗臺架設計方案是可行的。 </p><p>　　設計參照整車道路模擬試驗裝置，和半軸靜扭試驗臺作為參考，選擇40Kw的三相步進電動機作為扭矩的輸出，通過減速機進行增加扭矩。在垂直方向，利用伺服電液作動器，模擬出半軸在垂直方向的載荷，試驗裝置采用以下部件進行配合安裝。</p><p>　　電動機→減速機→扭矩傳感器→夾具（法蘭式萬向節(jié)聯(lián)軸器）→車輪夾具（采取車輪固定

44、）→作動器</p><p>　　設計方案簡圖見圖2.3.1：</p><p>　　圖2.3.1 半軸道路模擬試驗裝置方案草圖3半軸道路模擬試驗臺的設計</p><p>　　本章節(jié)綜合敘述了設計過程，其中包括根據(jù)實驗方案制定試驗流程，進行設計、計算，對于個部件的選擇及其強度的校核，繪制3維和2維整體布置圖。</p><p>　　3.1 試驗

45、臺設計流程</p><p>　　①通過計算選擇合適功率的電動機，通過電動機輸出扭矩模擬發(fā)動機的輸出。</p><p>　?、诜治銎渌缆纺M試驗裝置的結構布置，初步設計出滿足本課題的汽車半軸道路模擬試驗裝置。</p><p>　?、鄹鶕?jù)所需要的傳動軸數(shù)設計出傳動軸及其其他非標準件，并進行強度校核。</p><p>　　④設計出連接件，夾具等其

46、他配套設施。</p><p>　?、輰λx取的部件進行配合安裝，繪制裝配布置圖。</p><p>　　3.2設計及其強度校核</p><p><b>　?、匐妱訖C的選擇</b></p><p>　　參照設計參數(shù)，被試變速器輸入轉矩0—2000N.m，試驗需要通過變頻器不斷改變電機的轉速。此可得驅(qū)動電機的轉速n和轉矩T要求

47、為：</p><p><b>　　①</b></p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　根據(jù)公式：，得P=37.5Kw。電機的種類很多，然而三相異步電機有以下優(yōu)點：</p><p>　　1.效率高，與傳統(tǒng)老系列電機相比，效率挺高許多。</p><p>　　2

48、.啟動轉矩高，尅降低電動機的過安裝容量。</p><p>　　3.調(diào)速范圍大，特性硬，精度高。</p><p>　　故本次選擇YD2系列變級多速三相異步電動機，選擇型號為YD2:280M,額定功率為40Kw，額定轉速1800r/min。</p><p><b>　　②傳動軸的設計</b></p><p>　　設計半軸試驗

49、裝置的傳動軸，選取材料為40Cr，傳動軸選取為實心軸，選取減速機效率為0.95,轉速比為10:1到100:1，T為2000N.M，電動機功率為40Kw轉速1800r/min.以上為已知參數(shù)，初步估算傳動軸的直徑：</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p><b>　　②</b></p><p><b&g

50、t;　　③</b></p><p><b>　　由123得出：</b></p><p>　　n=191r/min D=0.056m</p><p>　　初步選取軸的直徑為60mm，初步設計出軸長450mm，具體尺寸見零件圖，以下附結構圖，以下對軸進行強度校核：</p><p>　　圖3.2.1 傳動軸的

51、結構</p><p>　　設計軸長450mm，直徑60mm，軸肩處直徑65mm。具體尺寸見零件圖，選取材料為40Cr ，調(diào)質(zhì)處理，花鍵齒面熱加工處理，75MP。</p><p><b>　　受力簡圖彎矩圖：</b></p><p>　　圖3.2.2 傳動軸彎矩圖</p><p><b>　　彎矩：</

52、b></p><p><b>　?、?lt;/b></p><p><b>　　計算彎矩：</b></p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　式中α是考慮扭轉和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應力的循環(huán)特征差異的系數(shù)。因通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應力是對稱循環(huán)的變應力，而扭轉

53、所產(chǎn)生的扭轉切應力則常常不是對稱循環(huán)的變應力，故在求計算彎矩時，必須計及這種循環(huán)特性差異的影響。即當扭轉切應力為靜應力時取α≈0.3；扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力時，取α≈0.6；若扭轉切應力亦為對稱循環(huán)變應力時，則取α＝1。本次選取取α≈0.6。</p><p>　　按照第三強度理論校核：</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>

54、;　　由于軸有鍵槽，花鍵故選取3 個截面進行校核，每個截面所取的</p><p><b>　　鍵：</b></p><p><b>　　花鍵處：</b></p><p>　　花鍵尺寸D=60mm，d=54.1,mm</p><p>　　鍵處：57.38MP 花鍵處 63.75Mp</p&g

55、t;<p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　故該軸滿足強度要求。</p><p>　　軸扭轉剛度校核，撓度校核：</p><p><b>　　當量直徑：</b></p><p><b>　　⑦</b></p><p>　　扭轉角

56、： </p><p><b>　　⑧</b></p><p>　　T——軸受到扭矩，N.mm；</p><p>　　G——軸材料的抗剪切彈性模量，MPa，對于鋼材選取G=8.1*104MPa；</p><p>　　Ip——軸截面的極慣性矩；</p><p><b>　　撓度：

57、 </b></p><p>　　y= ⑨</p><p><b>　　由⑦⑧⑨得出</b></p><p>　　y=0.025mm，=0.57°</p><p>　　=0.003-0.005l ＞y，一般取0.5-1 故滿足要求。</p><p>

58、<b>　?、刍ㄦI的設計</b></p><p>　　因為傳遞的扭矩較大，花鍵選擇漸開線花鍵，選取模數(shù)為m=2.0，壓力角為30°?；ㄦI設計長度外花鍵l=60mm，D=60mm，d=54.1mm，di=58mm。齒面熱處理。</p><p>　　以下為花鍵的強度校核：</p><p><b>　　①</b><

59、;/p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)相關，一般選取=0.7-0.8；</p><p>　　z——花鍵的齒數(shù)，設計齒數(shù)為29；</p><p>　　l——齒的工作長度；</p><p>　　h——花鍵齒側面的工作高度，對于漸開線花鍵，壓力角為30&

60、#176;時，h=m；</p><p>　　dm——花鍵平均直徑，漸開線花鍵取分度圓直徑；</p><p><b>　　由公式①得出：</b></p><p><b>　　=86.73Mp</b></p><p>　　=100-140Mpa（材料力學表6-3）</p><p>

61、;<b>　?。?lt;/b></p><p>　　所以設計花鍵滿足強度要求。</p><p>　　花鍵的具體參數(shù)：花鍵模數(shù)：2.0mm，齒頂隙：0.0605mm，節(jié)圓直徑：58mm，花鍵的具體尺寸見圖3.2.3。</p><p>　　圖3.2.3 花鍵參數(shù)</p><p><b>　　④軸承座支撐的設計<

62、/b></p><p>　　為了便于安裝和節(jié)約材料，本次設計軸承座的支撐座為工型結構示意圖見圖3.2.4。</p><p>　　圖3.2.4軸承座支撐</p><p>　　較短端和軸承座通過4個M16的螺栓連接，將軸承座固定，下端通過螺栓和試驗臺架上的T型槽連接。</p><p><b>　?、莘ㄌm的設計 </b>

63、;</p><p>　　設計法蘭帶內(nèi)花鍵，主要用來連接軸和扭矩傳感器，夾具等，法蘭選取規(guī)格為DN50，外徑為140mm，螺栓孔距為110mm，螺栓直徑為采用M12緊固螺栓鏈接，設計螺栓數(shù)為4，設計厚度為20mm。見圖3.2.5,3.2.6。</p><p>　　圖3.2.5 扭矩傳感器法蘭 圖3.2.6 傳動軸法蘭，花鍵鏈接</p><p&g

64、t;<b>　?、迠A具</b></p><p>　　夾具選擇輸出端為法蘭式萬向節(jié)法蘭盤，由于裝夾帶有萬向節(jié)的半軸，末端采用固定螺紋盤通過螺栓連接半軸的凸緣，見圖3.2.6,3.2.7。</p><p>　　圖3.2.6 法蘭式萬向節(jié)聯(lián)軸器 圖3.2.7 凸緣螺栓緊固夾具</p><p><b>　?、咴?/p>

65、驗臺架導軌設計</b></p><p>　　半軸道路模擬試驗裝置在工作狀態(tài)中，由于作動器的上下振動，導致半軸偏離試驗裝置的軸向位置。這種情況下，半軸會受到試驗兩端的擠壓力或者拉力作用，這種狀況的發(fā)生會導致半軸在除受到正常工況下的載荷之外還受到了一個由試驗裝置施加的拉力或者壓力，從而影響了試驗的精度。如果試驗裝置施加的力過大可能會損害試驗裝置。</p><p>　　為了避免以上狀

66、況的發(fā)生在我將夾具的一段安裝在導軌上，在振動過程中通過夾具在導軌上的滑動來調(diào)節(jié)半軸所需要的水平距離。導軌設計為等腰梯形裝。設計圖見圖3.2.8。</p><p>　　圖3.2.8 夾具及其梯形導軌支撐板</p><p>　　⑧試驗臺架布置見圖3.2.9</p><p>　　圖3.2.9 試驗臺基座</p><p>　　車底盤道路模擬試

67、驗裝置，包括基座，包括上平板、下平板以及連接上下平板的支撐結構；固定機械裝置，固定機械裝置為弧形中空結構結連接于基座。其在平臺高處安裝電動機，減速機與電動機階梯布置，輸出軸也減速機呈垂直布置，在左端較低處安裝4個作動器施加豎直方向上的振動載荷。其面板采用T型槽形式，T型槽是工業(yè)量具的一種，主要用來固定工件，，裝配設備，維修設備的基礎工作平臺。T型槽的優(yōu)點在于方便安裝其他緊固部件，T型槽的材質(zhì)是高強度鑄鐵HT200-300，工作面硬度為H

68、B170-240，經(jīng)過兩次人工處理（人工退火600度-700度或自然時效2-3年）使它的精度穩(wěn)定，耐磨性能好。其T型槽規(guī)格：A=18mm，H=36mm，B=32mm，C=14mm，其中T型槽間距P選擇100mm，T型槽倒角為C1。圖3.2.10,3.2.11。</p><p>　　圖3.2.10 T 型槽結構示意圖</p><p>　　其中T型槽應該滿足以下標準：</p>

69、<p>　　1、T型槽平板工作面上不應有銹跡、劃痕、碰傷及其他影響使用的外觀缺陷。</p><p>　　2、T型槽平板工作面上不應有砂孔、氣孔、裂紋、夾渣及縮松等鑄造缺陷。各鑄造表面應徹底清除型砂，且表面平整、涂漆牢固，各稅邊應修鈍。</p><p>　　3、T型槽在平板的相對兩側面上，應有安裝手柄或吊裝位置的設置、螺紋孔或圓柱孔。設置吊裝位置時應考慮盡量減少因吊裝而引起的變形

70、。</p><p>　　4、T型槽平板應經(jīng)穩(wěn)定性處理和去磁。</p><p>　　5、T型槽平板工作面與側面以及相鄰兩側面的垂直公差為12級（按GB1184—80《形狀位置公差》規(guī)定）。</p><p>　　6、T型槽平板工作面的硬度應為HB170—220或187—255之間。</p><p>　　3.3標準件的選取及其校核</p>

71、;<p><b>　　①軸承選擇</b></p><p>　　由于實驗臺架不需要較高的臨界轉速，故選擇圓柱滾子軸承，型號NU213E ，尺寸系列代號02，外徑120mm內(nèi)徑65mm，寬度23mm.</p><p>　　圖3.3.1 圓柱滾子軸承</p><p><b>　　計算軸承的壽命：</b><

72、;/p><p><b>　　①</b></p><p>　　式中 ： 為指數(shù)，對于滾子軸承選10/3；</p><p>　　C為軸承額定動載荷；</p><p><b>　　P軸承的實際載荷；</b></p><p>　　計算出：L=23847.3h，對于利用率較高的機械預期計算

73、壽命為20000-30000h，本次選擇軸承的使用壽命計算為23847h，滿足要求。</p><p><b>　?、跍p速機的選擇</b></p><p>　　由于在實際試驗臺架的工作中，半軸是固定的，不會轉動，根據(jù)前面計算得出，40kw的電動機輸出2000N.m的扭矩，額定轉速是191r/min，實際中電動機達到額定功率，轉速是接近額定轉速的，所以在這里我選擇在電機輸

74、出端加上減速器，降低電動機的轉速，增加輸出扭矩。</p><p>　　圖3.2.2 減速機</p><p>　　該減速機可實現(xiàn)10:1 到30:1 的傳動比，安裝形式為立式，可滿足3000-5000N.m的扭矩傳遞。輸出端和電動機輸出軸通過鍵連接（平鍵規(guī)格12*45.3*6），同時與電機法蘭通過螺栓連接。輸出孔和設計出的傳動軸通過鍵連接，平鍵規(guī)格為22*80*14。</p>

75、<p><b>　　③扭矩傳感器的選擇</b></p><p>　　轉矩傳感器在電動機、發(fā)動機、發(fā)電機、風機、攪拌機、卷揚機、鉆探機械等眾多的旋轉動力測試系統(tǒng)中及數(shù)控機械加工中心， 自動機床等機電一體化設備中已獲得廣泛的應用。傳統(tǒng)的轉矩傳感器通常采用電阻應變橋來檢測轉矩信號，并采用導電滑環(huán)來耦合電源輸入及應變信號輸出。試驗裝置最大扭矩為設計扭矩2000N.M，為此選擇量程為20

76、00-3000N.m的扭矩傳感器。</p><p><b>　?、茌S承座選擇</b></p><p>　　根據(jù)軸承的大小選擇標準的軸承座，選擇型號為SN513，內(nèi)直徑為65mm，外直徑為120，緊定度為H313。</p><p><b>　?、葸B接件的選擇</b></p><p>　　在設計半軸道路

77、試驗模擬裝置中，大多數(shù)采用法蘭連接，設計法蘭采用M12六角頭螺栓全螺紋C級GB/T5781-2000和輕型彈簧墊圈GB/T 859-1987，在緊固軸承座軸承座支撐座，電動機以及減速機選取螺栓為M16六角頭螺栓全螺紋GB/T5783-2000，同時采用重型彈簧墊圈 GB/T 7244-1987與之配合。</p><p>　　減速機輸出軸與傳動軸之間采用平鍵連接，選取平鍵的型號為普通平鍵 GB1096-79。平鍵尺

78、寸80mm*22mm*14mm。</p><p>　　螺栓強度校核：選擇螺栓強度合金鋼材料，淬火并回火處理，抗拉強度為200Mpa，屈服強度為1080MPa，性能等級為10.9.設定安全系數(shù)為2.5.</p><p>　　螺栓危險截面拉伸應力：</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　對于連接軸承座的

79、螺栓只承受預緊力的螺栓連接，根據(jù)第四強度理論計算：，選擇為M16螺栓，預緊力為帶入標準值，得出=756.57MPa＜，故滿足強度要求。 </p><p>　　對于法蘭盤連接螺栓，除了拉伸強度外還需要考慮抗扭轉強度：</p><p>　　螺栓危險截面扭轉應力：</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　

80、其中tan取值為0.05，tan=0.17，取值為1.04-1.08。其中預緊力F=，T為試驗臺設計承受最大轉矩，R為安裝螺栓半徑，帶入計算出=937.63MPa，故法蘭盤螺栓滿足強度要求。</p><p>　?、抟簤核欧ふ衿鞯倪x擇</p><p>　　伺服作動器是一液壓執(zhí)行機構，能把來自液壓源的液壓能轉換為機械能，也可根據(jù)需要通過產(chǎn)品自帶的位移傳感器或行程開關進行伺服控制。用于執(zhí)行主控

81、制器的命令，控制負載的速度、方向、位移、力，同時反饋給主控制器信號輸出力大，運行位置準確，體積小等特點。電液伺服作動器是液壓伺服控制中的重要組成部分。主要由液壓伺服閥、液壓作動筒、位移傳感器、壓力傳感器、載荷傳感器、減震器等元件組成。伺服作動器已廣泛應用于航空、發(fā)電、煉鋼、汽車、船舶、材料試驗等行業(yè)?？砂从脩粢笤O計制造各種專用伺服作動器。液壓缸是將液壓能轉變?yōu)闄C械能的、做直線往復運動（或擺動運動）的液壓執(zhí)行元件。它結構簡單、工作可靠。

82、用它來實現(xiàn)往復運動時，可免去減速裝置，并且沒有傳動間隙，運動平穩(wěn)，因此在各種機械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比；液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。緩沖裝置與排氣裝置視具體應用場合而定，其他裝置則必不可少。液壓缸的種類多種多樣，其中根據(jù)安裝結構可以分為液壓缸的形式多種多樣，分類方法也各不相同，按照運動形式可分為推力液壓缸和擺動液壓缸，在生產(chǎn)中</p&g

83、t;<p>　　圖3.2.3 電液伺服作動器</p><p>　　3.4試驗裝置三維模型的建立及其二維視圖</p><p>　　三維草圖的建立，本次繪制采用solidworks制圖軟件進行繪制組裝：</p><p>　　圖3.3.1 半軸道路模擬試驗裝置整體布置三維模型</p><p>　　設計實驗裝置二維草圖見圖3.3.2

84、,3.3.3。</p><p>　　圖3.3.2 半軸道路模擬試驗裝置二維圖（主視圖）</p><p>　　圖 3.3.3 半軸道路模擬試驗裝置二維圖（俯視圖）</p><p>　　以上圖示為設計的半軸道路模擬試驗裝置的三維視圖，由電機輸出扭矩，通過減速器增加扭矩，減速器通過傳動軸輸出，在減速機到半軸萬向節(jié)夾具之間，有一個扭矩傳感器，2個軸承支撐座，軸與軸之間通

85、過法蘭連接，軸與法蘭之間通過花鍵連接，在半軸凸緣夾具端，下面由4個液壓伺服激振器支撐，提供垂直方向上的載荷。試驗臺面為T型槽，方便安裝其配飾件。</p><p>　　本試驗裝置對于汽車半軸具有通用性，使用成本較低，可用來在試驗室進行半軸道路模擬試驗，正確評價半軸的疲勞強度及其壽命。</p><p><b>　　4試驗流程</b></p><p>

86、;　　汽車零部件道路模擬試驗主要在于其載荷譜的采集，載荷譜的重現(xiàn)主要理論依據(jù)在于RPC遠程控制參數(shù)，利用RPC技術迭代所得的反應路面情況的加載譜。將在實際道路行駛中采集得到的各種響應輸出信號，與試驗臺加載設備上的響應輸出信號進行不斷的比較，反復回饋迭代進行修正，這樣得到的加載譜就能夠在試驗臺上再現(xiàn)各種不同路面工況下的路面激勵。其實現(xiàn)過程主要為以下5個步驟：</p><p>　　1、采集記錄有限實際道路行駛時車輛的

87、原始信號。對原始信號進行處理得到室內(nèi)模擬實驗所需要的響應信號。</p><p>　　2、用白噪聲信號通過電液伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動機械液壓裝置，對實驗系統(tǒng)加載，計算輸入譜、輸出譜、互譜，求出試驗系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)。</p><p>　　3、根據(jù)逆頻率響應函數(shù)和期望響應，計算生成道路模擬試驗初始驅(qū)動信號。</p><p>　　4,、迭代過程：由于試驗系統(tǒng)是非線性的，通過迭代

88、逐漸修正初始驅(qū)動信號，從而得到最終的驅(qū)動信號。</p><p>　　5. 用驅(qū)動信號反復激勵試件，對試件不同測試目標進行不同的試驗。</p><p>　　半軸道路模擬試驗裝置的試驗流程主要步驟和以上所敘述的方法大體上一樣，采集準確的實際工況下的原始信號為試驗的第一步驟，然后吧原始信號導入到計算機，使用試驗裝置加載，通過計算機的計算反求出試驗需要的驅(qū)動信號。計算機通過驅(qū)動信號讓電動機輸出實際

89、的半軸載荷，進行試驗。</p><p><b>　　5總結</b></p><p>　　以上是本次畢業(yè)設計的全部內(nèi)容，在緒論中主要敘述了：道路模擬試驗技術在汽車開發(fā)和檢測中的廣泛運用，半軸的簡要介紹，半軸道路模擬試驗的重要性，以及本次設計課題的可行性分析。之后著重介紹了設計方案，設計的流程及其試驗方法，其中包括了部分零部件的校核。通過設計計算，半軸道路模擬試驗裝置如下

90、圖：</p><p>　　主要部件包括三相異步電機，扭矩傳感器，減速機，作動器，及其半軸安裝夾具。本次設計試驗裝置適用于半軸轉矩為0-2000N.M范圍。該裝置可以準確模擬出半軸在實際工況中的載荷，對半軸進行高精度的疲勞強度檢測。本裝置的優(yōu)點如下：</p><p>　?、俦绕饌鹘y(tǒng)的半軸靜扭試驗臺，半軸道路模擬試驗裝置能更準確的模擬出出半軸的動載荷。</p><p>

91、　?、谠囼灳容^高，試驗結論不受外界因素影響。</p><p>　?、墼囼炛芷谌菀卓刂?，使用長時間的試驗，且試驗載荷可以通過人為改變。</p><p>　　本試驗裝置的不足之處在于，不能適用于大中型汽車半軸的試驗;同時試驗臺架體積過于太大，難以擴大使用范圍。另外因為全浮式半軸只傳遞轉矩，不承受任何反力和彎矩，與獨立懸掛配合有利于提高車輛的舒適性，因而廣泛應用于各類汽車上。半浮式半軸既傳遞扭

92、矩又承受全部反力和彎矩。所以在試驗過程中由于液壓缸提供的豎直方向上的振動會導致半浮式半軸會承受到彎矩反力，所以會影響其試驗的精度。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　轉瞬之間，大學生涯即將結束，畢業(yè)設計寫到這里，意味著歷時三個月的畢業(yè)設計臨近尾聲。3個月來我學到了很多，也有了很多感概。</p><p>　　我能順利完

93、成本次課題的畢業(yè)設計，我要感謝我的指導老師*老師，是*老師的監(jiān)督和耐心的指導我才能完成這次畢業(yè)設計。起初我對這個課題只是略知一二，通過老師的解惑指導，結合自己查詢的資料，我才發(fā)現(xiàn)做畢業(yè)設計沒有想象中的那么無力。同時我也感謝我的同學抽出自己的時間教我運用各種三維軟件，耐心的指導我。</p><p>　　回想過去，心中太多的感謝，借此機會由衷的感謝你們，今天有你們的幫助，讓我受益良多。</p><

94、p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳家瑞.汽車構造（下冊）[M].5.吉林：人民交通出版社，2006:40-86</p><p>　　[2] 濮良貴.機械設計，西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室</p><p>　　[3] 王忘予.汽車設計，機械工業(yè)出版社</p><p>　　[4]

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