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da468 汽油 发动机 试验台 架设 全套 cad 图纸

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本科学生毕业设计DA468汽油发动机试验台架设计 系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级：学生姓名：指导教师：职 称： The Graduation Design for Bachelors DegreeDA468Gasoline Engine Test Stand DesignCandidate：Specialty：Class：Supervisor： 摘 要随着我国汽车保有量的大幅度上升，高新技术产品和装置在汽车上的不断引入和普及与汽车维修业高素质从业人员不足之间的矛盾显得日益突出。发动机教学实验台可以广泛应用于教学方面，通过对发动机拆装过程的操作、发动机运转时的状态测试的设置，可以提高汽车从业人员的知识掌握水平及实际操作能力，增强对机械发动机台架的认识和掌握。在大中专高校、汽车制造厂、汽车维修学校等单位具有广阔的应用前景。本文主要介绍了发动机实验台架的设计目的、意义、发展现状、组成与各部件工作原理，并在此基础上设计电控实验台的相关内容。主要包括实验台架的设计、传动轴的计算、支撑台架和各部分连接的布置与图示等相关内容。通过完成对实验台的设计，可以深刻理解和掌握发动机试验台架的组成、机械设计与CAD机械制图的相关知识，同时也涉及到了发动机支座的设计、传动轴与法兰和测功机的连接，最终设计出一款及机械、电控于一体化的产品。关键词：汽油发动机；实验台架；传动轴；法兰；飞轮；测功机；螺栓I第1章 绪 论1.1 概述传统的汽车技术与当今先进的计算机科学日益紧密地结合，汽车机械控制技术在建国初期就已得到发展并且推动、并加着汽车电子控制而成为近些年来汽车工业发展最快的领域。世界各工业发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。因此，汽车企业之间的竞争也越来越激烈，在高速、灵活、专用、可靠、自动、安全、省油、减少废气污染等方面对汽车的要求越来越高的情况下，原来是利用机械，而现在随着人类的进步，科技的大幅度发展，越来越多的侧重于利用电子控制技术解决汽车所面临的一系列问题成为技术进步的必然要求，发动机电子控制系统的发展更成为了我国汽车产业发展的必然趋势，其研发和应用对提高汽车产业的技术水平、增强整个汽车产业的国际竞争力有着重要的影响。同时，机械对电控系统的支持与研发有着至关重要的作用与莫大支持，对提高我国汽车工业核心设备的技术水平具有重要意义。与此同时，汽车发动机电控化、汽车电子化和智能化也带来许多问题，使得汽车的故障也变得越来越复杂，虽然电控系统故障更为复杂，但相对简单的机械故障如果出错也会大大影响实验和测试结果。这就要求我们要有与之相适应的更为先进的故障诊断技术与用先进技术诊测与计算精密的机械故障的能力，随着科技的不断发展，人们利用电子技术对机械部件的制造与加工是更为精确，从而大大减少误差，为更为先进的测试技术作下了良好的铺垫。跟机械发展的速度相比，电子技术的发展更为迅速，并且逐渐的更多的电子来带动机械控制，随着电子技术的发展，特别是微处理器的发展，多项控制集中在一个电子控制单元（ECU）上，产生了发动机集中控制系统，在现代汽车上得到了广泛应用。随着发动机电子控制技术的广泛应用，汽车运行中出现的故障高发区也由机械故障向电子故障转变，并且这方面的检测与维修与传统的方法有很大的不同，这就迫使维修人员必须在较短的时间内掌握与此相关的技能。对于汽车专业技术人员培养来说，如何使理论与实践相结合，提高学生的工程实践能力，是一重要的课题。这样就对汽车教学工作提出了更高的要求。本校的汽车系培养的学生以应用型为主，所以，必须重视对学生这方面的培养。先进的汽车实验实训台可以培养学生的实践动手能力，分析处理问题的能力，工程实践能力和创新能力及商品意识，很好的满足专业技术人才培养的要求。1.1.1 选题的依据在汽车或内燃机专业教学过程中，发动机的构造、拆装、维修、电控设备故障的检测一直都是教学的重点和难点。发动机教学实验台大大提高了教学的直观性，能使学生亲自动手接触发动机，通过自己的亲身实践，学生能更详尽、更直观、更具体的了解发动机构造、发动机试验台各部分连接以及故障的诊断和排除。汽车新技术发展十分迅速，在汽车工程上的应用越来越普遍。而相关高校及社会技术培训机构在汽车新技术教学中大多以理论为主，相应新技术、新结构为主的实践教学手段严重滞后，不仅不能与汽车领域广泛推出的汽车新技术同步，更跟不上汽车新技术的快速发展。1.1.2 选题的目的因此为了结合实验教学，充实实验教学设备，使实验教学与操作训练有机的结合，培养学生的实际动手能力和创造力，结合汽车发动机常见故障，训练学生独立分析诊断的能力，为此，选用具有代表性的车型设计、制作四脚支撑发动机的实验台架。研制了DA468型汽油发动机综合测试教学实验台，希望能够为相关教学机构提供有益的帮助。1.1.3 选题的意义1、结构清晰，能够一目了然，便于掌握。2、理论与实际相结合。3、能切实培养学生动手操作能力和提高对理论知识的理解能力。4、各个实训系统可模拟汽车的实际故障并可设置各种故障让学生独立排除。5、可靠性高，能够防止学生由于错误操作而造成的损失。6、使用寿命长。7、方便教学、节约资金。近年来，汽车技术迅速发展, 汽车的结构发生了革命性变化, 但这些发展与变化大部分都是在有机械的基础上而应用电子控制技术的结果. 汽车的先进性、汽车新型的特点也主要集中表现在电子控制技术的应用程度上，电子控制系统在汽车上的广泛应用，使汽车的动力性、经济性、安全性、舒适性、可靠性都得到了显著改善和提高，并使汽车排气对环境的污染从根本上得到控制.面对电子技术,尤其是电子控制技术在汽车上广泛应用的现状和迅猛发展趋势,。随着新兴科学技术领域的不断创新，尤其是计算机、电子控制、人工智能等高新技术的迅速发展，对汽车工业的发展产生了巨大的影响。汽车产业的迅速发展也使相关的高新技术产业得到了最大的收益。从90年代开始，汽车已经从重机械时代步入了一个全新的电子时代。采用电子技术是解决汽车面临诸多技术难题的最佳方案，电子技术已成为未来汽车厂的产品竞争中能否掌握主动权的关键。目前，电子技术在汽车上的应用主要以微处理机对各种工作过程进行控制为主要特征。微处理机实际上是一种比较简单的单片计算机，它把中央处理器、存储器和输入输出接口集成在一块芯片上，通过各种传感器接受各种输入信号，经过分析、计算后再向执行机构发出命令，控制机械装置动作。汽车运行时，发动机和传动机构的工作过程相当复杂，因此，要对其进行适时控制，微处理器在这方面能够大显身手。在不久的将来，随着电子技术、信息技术、新材料技术等新兴科学技术的进一步发展，将会满足未来汽车发展需求的各种高新技术，使汽车不仅成为人类的交通工具，而且会成为人类活动的重要场所。随着汽车工业的发展，人民生活水平的不断提高，汽车正在步入普通百姓的家庭，汽车保有量逐渐加大，为了和国际汽车行业接轨，国内企业可根据政府对汽车环保、安全和节能这三方面的要求，来开发相关汽车电子控制系统。国家环保总局要求，从2004年9月1日起，我国汽油车都要达到相当于欧洲II号的排放标准，这就预示着符合欧洲III号的汽车发动机电控燃油喷射系统有广泛的市场空间。因为目前通过电控燃油喷射闭环控制加三元催化转化器尾气候处理，是降低汽油发动机排放污染的最有效措施。因此，该系统的自主开发将有巨大的市场前景。对于汽车专业技术人才培养来说，如何使理论于实践相结合，提高学生的工程实践能力，是一重要的课题。设计和制作汽车实验实训台可以培养学生实践动手能力，分析处理问题的能力，工程实践能力和创新能力及商品意识，很好的满足专业技术人才培养的要求。维修人员技术水平的提高可以使汽车得到更好的维护和保养，这对于提高汽车的使用寿命和经济效益，推动汽车工业及国民经济的发展具有极其重要的现实意义和深远的历史意义。1.2 发动机试验台架的场地发动机试验台架一般都坐落在实验室中，用作一体化教学使用。实验室分二部分，第一个是电子控制实验室，此控制室配有精密的电子控制仪器，这些仪器用于控制教学的发动机。实验台主要有两种功能：一是演示发动机电控系统工作原理的功能，二是进行故障模拟的功能。目前用于演示发动机电控系统工作原理的方法主要有三种，第一种是利用实验台显示面板的图形表示，发动机电控系统的原理图印制在显示面板的正面，为了能够方便地对发动机各个线路进行控制和检测有关信号，控制开关和检测插口都设置在显示面板正面。为了使实验台的显示面板更直观，控制面板上的电路原理图根据各部分性质的不同，分别用不同的颜色加以区分。在控制面板的背面，每一个控制开关的和检测插口都必须与发动机的实际线路相连，即每一个传感器、执行器和信号线、接地线等在进入发动机电控单元或者由发动机控制单元输出、接地之前，必须要先与显示面板上的控制开关相连，然后经过检测插孔，最后才能进入发动机电控单元、执行器或接地。各种电源线的连接也是如此，即电源线在进入用电单元前，先与检测插孔相连，再经过控制开关，最后接入用电单元。这样设计不仅可以方便地实现对各种信号、电源等的控制，而且由于每个控制开关和检测插孔都在显示面板上相应的电路原理图中，所以比较直观。这是最简单的一种表达方式。第二种演示发动机电控系统工作原理的表达方式是利用LED显示，将发动机电控系统的原理图制作在实验台的显示面板上，发动机电控系统原理图中的传感器、执行器、电源和搭铁线路由LED显示灯表示。通过操纵控制开关，LED显示灯将依次点亮，表示从电源到ECU、从传感器到ECU、从ECU到执行器、从ECU到搭铁等电路中的电流，从而直观地表达发动机电控系统的工作原理。第三种演示发动机电控系统工作原理的表达方式是利用安装在显示面板上的液晶显示屏显示输出的方式。发动机电控系统实验台，各种传感器、发动机控制单元、执行器实物都安装在实验台上，同时将发动机喷油量信号和点火提前角信号在发动机实验台的液晶显示屏上用直方图表示出来，当改变输入信号时，就可以直观地显示出输出的变化。上述三种演示发动机电控原理的方式虽然比较直观，但不能精确地定量反映输出与输入之间的关系，因此不能够真实地反映发动机电控系统的工作原理和工作过程。用于教学的电控发动机实验台的第二种功能是故障模拟的功能。作为电控发动机故障模拟的实验台又可分为开关控制式和微机控制式。发动机电控系统故障的主要原因是一些传感器信号丢失或线路断路以及短路，或者传感器信号的电压幅值或频率超出了正常范围。为了模拟发动机电控系统的故障，要求发动机实验台不仅能够设置各种故障，而且要使这些故障具有重复性。例如某大学设计的发动机故障模拟实验台为开关控制式，主要由发动机及其电控系统、故障模拟装置、显示面板及电涡流测功机、AVL五气体分析仪、电子秤、点火提前角仪、示波器、信号发生器及数字式万用表等相关的测试设备组成。其中故障模拟装置主要由相关的控制开关、检测插口等组成，其主要作用是根据需要人为地为各传感器、执行器、控制单元、线路等设置故障。故障模拟装置的控制开关及检测插口装在显示面板上相应的电路中。控制显示面板上的控制开关，可以设置不同的故障。故障设置后，通过诊断座上的插孔和按钮可以直接调出故障代码，另外通过相应的检测设备可以检测出该故障对发动机的动力性、经济性以及排放性的影响。实验台不仅可以通过控制开关的通断模拟传感器、执行器、控制单元和线路的故障，而且可以利用信号发生器向发动机控制单元发出模拟信号，替代发动机电控系统原传感器信号，当使模拟信号的大小、频率等改变时，可以检测发动机性能参数的变化并读取故障码。如果模拟信号超出了允许的范围，就会产生故障码并引起发动机工作性能的相应改变，这样就可以演示发动机故障形成的过程以及对发动机工作造成的影响。第二个部分是被测试对象，主要包括汽油发动机、传动轴、测功机三大主要部分组成。为实现第一部分的稳定测试，对汽油发动机、传动轴、测功机进行支撑部分和连接的选择。本文的侧重点就在第二部分。场地空间：场地面积达到20平方米，空间高度达4米，一般此实验室只放置一个实验台架。实验台在教学活动中发挥着重要的作用，特别是汽车专业。在现代教学活动中实验台已经被大规模的使用。随着汽车产业的发展，汽车人才的紧缺，越来越多的人选择了汽车行业，因此教学实验台在学校处于正在普及发展的阶段。研究实验台设计的主要还是专业的企业。另外还有汽车企业提供给学校方便教学的实验台。因此实验台的研究已经处于一个接近成熟的阶段。1.3 本设计的基本内容和需要解决的问题设计的主要内容：1.设计发动机实验台架，此台架可安装固定DA468汽油发动机，真实可运行的发动机，充分展示发动机组成结构。可在拆装台架上进行发动机拆装和修理的实操，对支撑部分设计、连接传动设计、操纵机构及测试机构设计、测功机选择、冷却水恒温系统联接、润滑油恒温系统联接等进行主要研究。2.根据现行按照内燃机台架实验方法GB1105.3中的有关要求,对发动机实验过程中的机油温度、冷却水温进行控制并能恒定在某一要求的范围,确保发动机台架实验的正常进行。设计支撑要考虑到强度，防振，便于调整。便于对中调整。3.对支撑脚架和部件连接进行全图绘制以及对上面螺栓进行受力分析。解决的主要内容：1如何实现发动机能正常、稳定的运行。2如何选择测功机以及测功机的应用。3.如何实现冷却水恒温系统联接、润滑油恒温系统联接。4如何解析实验台发动机与传动轴和传动轴与测功机的连接问题。5如何让此实验台架更方便使用、维护、保养。1.4 本章小结本章的目的在于了解题目本身，题目的目的、依据、意义及发展现状，为以后的设计做好准备。第2章 测功机种类及原理2.1 测功机的种类根据测功机使用电流的不同，将测功机分类为：直流测功机、交流测功机、涡流测功机。目前，汽车上广泛应用的是底盘测功机，二其他种类的测功机也逐渐被广泛的应用。2.1.1 支流测功机直流测功机 由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。直流电机的定子由独立的轴承座支承，它可以在某一角度范围内自由摆动。机壳上带有测力臂，它与测力计配合，可以检测定子所受到的转矩。根据直流电机原理，电机的电磁转矩同时施加于定子和转子。定子所受到的转矩与转子所受到的转矩大小相等，方向相反，所以转轴上的转矩可以由定子上量测。运行中轴承、电刷和风致摩擦等引起的机械转矩，会使定子和转子所受的转矩不完全相等，这给测量所带来的误差需要加以考虑。 直流测功机可作为直流发电机运行，作为被测动力机械的负载，以测量被测机械的轴上输出转矩；也可以作直流发电机运行，拖动其他机械，以测量其轴上输入转矩。转矩与测速发电机测得的转速之积即轴功率。这就是测功机一名的由来。 2.1.2 交流测功机交流测功机 通常由一台三相交流换向器电动机和测力计、测速发电机组合而成。它的测功原理与直流测功机相同。2.1.3 涡流测功机涡流测功机 利用涡流产生制动转矩来测量机械转矩的装置。它由电磁滑差离合器（见电磁调速异步电动机）、测力计和测速发电机组成。被测动力机械与电磁滑差离合器的输入轴连接，带动电枢旋转，磁极则被安装其上的测力臂掣住,只能在一定范围内摆动一角度,配合测力计就可以由此摆动角直接读出电枢与磁极间作用的电磁转矩。略去风摩损耗等测量误差时，此电磁转矩就等于被测动力机械的输出转矩。涡流测功机只能产生制动转矩，不能作为电动机运行。一般用于测量转速上升而转矩下降，或转矩变化而转速基本不变的动力机械。2.1.4 涡流测功机原理电涡流测功机感应子主要由旋转部分和摆动部分（电枢和励磁线圈）组成。转子轴上的感应子形状犹如齿轮，与转子同轴装有一个直流励磁线圈。当励磁线圈组通以直流电流时，其周围便有磁场存在，那么围绕励磁组就产生一闭合磁通。很明显，位于绕组左侧的感应子具有一个极性，右侧具有相反的极性。 旋转时，由于磁密值的周期性变化而产生涡流，此涡流产生的磁场同产生它的磁场相互作用，从而产生与被试机反向的制动力矩，使电枢摆动，通过电枢上的力臂，将制动力传给测量装置。 2.2实验台总体结构设计本实验台设计包括:支撑脚架、连接选定、电控系统等三部分。如图2.2所示：图2.2发动机试验台架总图2.2.1动力系统选型实验台设计应满足教学与技能训练的要求，故动力系统选型的基本原则为具有先进性、可操控性、典型性和经济性。根据这一原则，选择东安DA468汽车为基本车系，发动机为具有代表意义的DA468型，该车系配备有先进的计算机控制系统，且具有制造成本低等特点。该车系采用典型的前置发动机结构。因此,在设计中采用横置发动机，使实验台架结构紧凑，并能真实反映原车系的工作特点，电气配线则利用原车系连接器单独连接制成线束，沿台架边缘布线。2.2.2基于实验台电控系统的设计方案电控系统选型包括:控制原理分析、动力系统控制步骤、控制系统组成分析、控制模式设计与分析、故障选择与设计、故障模拟单元设计与分析、故障诊断专家库设计、可识别故障码及计算机故障诊断模型建立等。实验台动力系统的控制采用原车控制系统，故控制原理、控制过程具有很强的仿真性，具有实车训练的效果。关键环节是故障源的设置及与动力、控制系统的互动连接。实验台工作系统由操作装置、控制系统、动力与传动系统、信号显示等部分组成。汽车电控单元与各传感器、执行元件之间插入安装一个故障仿真设置单元，使故障设置单元上的端子与电子控制单元引角相对应，借助示波器、万用表等专用仪器可动态测试系统数据信号。在故障设置单元上还配置了与端子数目相当的故障开关，可以通过故障开关直接设置故障，使控制系统信号真实化，故障现象以故障码的形式由控制系统相应显示装置输出，该装置的合理性直接关系到实验台的工作效果。2.2.3 整体结构设计实验台的整体结构由主实验台架、副实验台架和测试柜组成。主实验台架用于固定发动机，并能翻转发动机进行拆装实训。副实验台架用于连接发动机正常运转所需要的附属元件，使发动机能进行正常工作。测试柜主要用于调节发动机工况、检测发动机工作性能和设置故障排除故障等功能。台架下方安装转向轮，为节省空间，没有采用原车120L的油箱，而是用副油箱(40L)替代安装在实验台机架上；安装时因油箱高度较低，汽油泵与油箱底部间隔不够，采用汽油泵倾斜布置，解决了油面高度问题，同时也保证了燃油位置传感器可靠工作。实车排气管尺寸较大，不便于安装在实验台架上；为缩小安装尺寸并尽可能降低排气噪声，在不增加排气阻力的前提下，对原车排气管进行了改造，采用变形布置。考虑到排气管的充分散热，将冷却系统风扇布置在排气管附近，解决了排气温度过高的问题。2.3 本章小结本次设计的内容是电控发动机拆装、检验与测试教学实验台。设计必须是在掌握电控发动机的构造前提下才能更好的设计机械支撑。所以，本章着重介绍了电控发动机的系统，从理论上说明电控发动机具有的功能，为本文文后介绍的连接于支撑架设计打下了基础。第3章 发动机实验台架支撑部分设计随着汽车技术的发展，除了电子技术特别是微机在汽车上的广泛应用之外，作为最基础的机械试验台架更好的固定了发动机、传动轴、测功机等重要部件，对汽车电控发动机拆装、检测、故障诊断和维修技术方面作下了良好的铺垫。为了更好的掌握汽油发动机试验台架的组成和工作模式需要通过实际的动手测量与观察才能达到更好的教学效果，从而达到学以致用的目的。汽车汽油发动机试验台架及故障诊断实验台的出现就是为了使学生们能够将所学的知识应用到以后所从事的工作岗位上。3.1 概述汽车汽油发动机实验台架设计应具有直观的示教效果、良好的可操控性，并能在实践教学环节中充分发挥作用，为使实验台更具有车系代表性，实验台在整车基础上保留了发动机整体结构和部分电器仪表及信号系统等，以尽可能扩大实验台的应用范围、扩展功能。3.2 发动机实验台设计方案初定本实验台是用于教学实验应用所以在选择参照车型时应充分考虑它的普及性、代表性、特色性以及市场的需要。而东安DA468汽油发动机无论是在控制理论还是在实际工作性能上都能够反映现代汽车技术的先进性、普及性、代表性、特色性，更能体现发展的趋势和潮流，便于汽车工程相关专业实践教学环节的展开；并且所选择车辆具有鲜明技术特色。因为设计是为教学服务的，因此在设计实施的具体过程中，首要的问题就是要保证发动机的稳定运行，从而辅助电控测试的正常运作及台架的工作原理均得到体现，表达要力争简单、明了，使用起来既方便又快捷，以利于提高学生的工程实践运用能力。基于以上要求把实验台的设计主要分为两个主要部分，即发动机四脚支撑架和测功机支撑架。3.2.1 发动机四脚支撑台架的设计 发动机拆装、检验与测试教学实验台主架的设计主要是发动机的定位，发动机定位时应当结合并且参考发动机在车架上的安装位置和在发动机上的固定支点及发动机的整体尺寸而定。如要想做稳定支撑就需在四脚对称支撑，并且不能影响其他部件做测试运行。为了确保使发动机能够安全的工作，四脚支架的设计要保证足够的强度，并且为了使这部分要达到的效果，使初学者一看到实验台，就能十分清楚发动机的结构组成和装配关系等，真正做到一目了然的效果。实验台架具体形状根据已有的实验室实例作为参考设计如图3.1（a、b）所示。图3.1 发动机实验台四脚架(a)图3.1 实验台主台架（b）图3.1 实验台主架(c)如图3.1（a）中1位置是固定发动机的螺栓，此位置用焊接三角架及六角螺栓连接到发动机飞轮外壳上，前后四个脚架上各一个。图3.1(b)中2、3所示是发动机支座的内部结构，两个紧固螺栓能承受非常大的压力和剪切力。图3.1(c)4、5、6、7位置均为固定发动机支架的底座螺栓，同为六角螺栓紧固。发动机体除去油路、电路、进气、排气机构后安装在实验台上的1位置，四脚架有上下伸缩功能，下边有导轨可以前后导动。这样的设计对调整中心距、横向传动、整个机体测试的稳定性起着重要的作用。从而达到测试稳定与更好辅助电子控制的目的。发动机实验台架主要由焊接和螺栓连接，结构紧凑、稳定。3.2.2 测功机实验台架设计教学实验台的测功机实验台架部分与发动机支撑台机设计原理有些不同，此试验台为固定不可移动伸缩试验台。如图3.2(a)中1、2、3、4位置为台架与测功机连接的紧固螺栓。为使发动机在运行时有绝对稳定的支撑，如图3.2(b) 为平视图，通过对发动机试验台架的侧测量与计算可算出测功机台架的精确数据，台架宽33cm，高34cm。上台架与下台架座宽均为15cm，如图3.2（b）中5、6为紧固螺栓孔。图3.2 测功机实验台架(a)图3.2 测功机实验台架(b)图3.2 测功机实验台架(c)3.3 实验台尺寸的确定在确定实验台的尺寸时主要是考虑到操作和观察的方便，另外还要大小合适，布局合理等。总体上应该符合人机工程学的要求。发动机支撑台架的设计尺寸根据发动机在汽车中的实际安装位置，采用支腿高380cm的设计尺寸，支座直径为80cm，通心孔直径为5cm,孔底距支座底部为80cm。而材料采用方钢、角钢和角铁来进行设计材料的选择。如图3.1(b)中5、6。实验台副台架的设计尺寸应与主台架相配合。因此，副台架采用113510001000mm的设计尺寸，高度比住台架高时因为需要安装发动机吊耳。3.4 实验台架材料选择及强度校核3.4.1 实验台材料的选择在设计过程中，以Q235号方钢、角钢为主，各连接处采用焊接和螺栓联接，其强度不低于原材料的强度，可以达到支撑台面，起到固定并具有稳定性的作用。下端选用橡胶轮，起到减震和方便移动的作用。3.4.2 实验台强度校核1、每个螺栓切应力 （3.1）式中：横截面上的剪力 截面的宽度 m质量螺纹联接件的材料，查找机械设计手册，螺栓性能等级为6.8，材料为45号钢，和它相配合螺母性能等级为6，材料为45号钢。螺栓的材料的抗拉强度极限为=550MPa 材料的屈服极限为=280Mpa2、螺纹联接件的许用应力紧联接受静载时= =查附录表可知， =3.9 =1式中s材料的屈服极限3、剪切强度由于台架的总质量不超过75kg F=G=mgFS=187N =10mm所以 =2.38MPa =112MPa所以 符合设计要求。4、挤压强度 图3.4 横梁受力图 （3.2） （3.3）符合要求FA= FB=F0.5=0.750.5FB=0.375KNFA=0.375KN确定C为危险截面，相应的最大弯矩值为Mmax=0.3750.5=0.187KNM抗弯截面模量 Wz=Wz =18000mm3可得危险截面上最大正应力为所以强度满足条件3.5 本章小结本章是整个设计过程中重要的一部分。主要对实验台的设计进行了阐述，包括实验台主架和附架的外形设计确定，设计尺寸的确定和设计材料的选取。对实验台校核部分进行计算。从人机工程学角度和工程力学两个方面设计完成发动机拆装、检验与测试教学实验台的实验台设计部分。第4章 万向传动轴的设计4.1 概 述万向传动轴一般是由万向节、传动轴和中间支承组成。主要用于在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。 万向传动轴设计应满足如下基本要求： 1. 保证所连接的两根轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力。 2. 保证所连接两轴尽可能等速运转。3. 由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。 4. 传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。 变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴之间普遍采用十字轴万向传动轴。在转向驱动桥中，多采用等速万向传动轴。当后驱动桥为独立的弹性，采用万向传动轴。 4.2 万向节结构方案分析 万向节分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节可分为不等速万向节（如十字轴式）、准等速万向节（如双联式、凸块式、三销轴式等）和等速万向节（如球叉式、球笼式等）。不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角大于零时，输出轴和输入轴之间以变化的瞬时角速度比传递运动的万向节。准等速万向节是指在设计角度下工作时以等于1的瞬时角速度比传递运动，而在其它角度下工作时瞬时角速度比近似等于1的万向节。输出轴和输入轴以等于1的瞬时角速度比传递运动的万向节，称之为等速万向节。挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用。一、十字轴万向节典型的十字轴万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。 十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低。但所连接的两轴夹角不宜过大，当夹角由4增至16时，十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1/4。二、准等速万向节 双联式万向节是由两个十字轴万向节组合而成。为了保证两万向节连接的轴工作转速趋于相等，可设有分度机构。偏心十字轴双联式万向节取消了分度机构，也可确保输出轴与输入轴接近等速。 双联式万向节的主要优点是允许两轴间的夹角较大（一般可达50，偏心十字轴双联式万向节可达60），轴承密封性好，效率高，工作可靠，制造方便。缺点是结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。三、球笼式万向节 球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。Rzeppa型球笼式万向节（图4.2）是带分度杆的，六个传力钢球2由球笼4保持在同一平面内。当万向节两轴之间的夹角变化时，靠比例合适的分度杆6拨动导向盘5，并带动球笼4使六个钢球2处于轴间夹角的平分面上。 经验表明，当轴间夹角较小时，分度杆是必要的；当轴间夹角大于11时，仅靠球形壳和星形套上的子午滚道的交叉也可将钢球定在正确位置。这种等速万向节可在两轴之间的夹角达到3537的情况下工作。4.3 万向传动的运动和受力分析 一、单十字轴万向节传动 当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角时， 主动轴的角速度与从动轴的角速度之间存在如下的关系由于是周期为的周期函数，所以也为同周期的周期函数。当为0、时，达最大值且为；当为、时，有最小值且为。因此，当主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，此即为普通十字轴万向节传动的不等速性。 十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数k来表示 如不计万向节的摩擦损失，主动轴转矩和从动轴转矩与各自相应的角速度有关系式显然，当 最小时，从动轴上的转矩为最大；当最大时，从动轴上的转矩为最小。与一定时，在其最大值与最小值之间每一转变化两次。 4.4 附加弯曲力偶矩的分析 具有夹角的十字轴万向节，仅在主动轴驱动转矩和从动轴反转矩的作用下是不能平衡的。从万向节叉与十字轴之间的约束关系分析可知，主动叉对十字轴的作用力偶矩，除主动轴驱动转矩之外，还有作用在主动叉平面的弯曲力偶矩。同理，从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩和作用在从动叉平面的弯曲力偶矩。在这四个力矩作用下，使十字轴万向节得以平衡。当主动叉处于0和位置时（图4.5a），由于作用在十字轴平面，必为零；而的作用平面与十字轴不共平面，必有存在，且矢量垂直于矢量；合矢量+指向十字轴平面的法线方向，与大小相等、方向相反。这样，从动叉上的附加弯矩图4.5 十字轴万向节的力偶矩当主动叉处于、位置时（图4.5b），同理可知=0，主动叉上的附加弯矩。分析可知，附加弯矩的大小是在零与上述两最大值之间变化，其变化周期为 ，即每一转变化两次。附加弯矩可引起与万向节相连零部件的弯曲振动，可在万向节主、从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷，从而激起支承处的振动。因此，为了控制附加弯矩，应避免两轴之间的夹角过大。 4.5 传动轴结构分析与设计 传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的花键和万向节叉组成。传动轴中一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。 传动轴在工作时，其长度和夹角是在一定范围变化的。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与轴有足够的配合长度；而在长度处在最小时不顶死。传动轴夹角的大小直接影响到万向节的寿命、万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性。在长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速。所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。传动轴的临界转速nk （r/min）为式中，Lc为传动轴长度（mm），即两万向节中心之间的距离；dc和Dc分别为传动轴轴管的内、外径（mm）。 在设计传动轴时，取安全系数K=nk/nmax=1.22.0，K=1.2用于精确动平衡、高精度的伸缩花键及万向节间隙比较小时，nmax为传动轴的最高转速（r/min）。当传动轴长度超过1.5m时，为了提高nk以及总布置上的考虑，常将传动轴断开成两根或三根，万向节用三个或四个，而在中间传动轴上加设中间支承。传动轴轴管断面尺寸除满足临界转速的要求外，还应保证有足够的扭转强度。轴管的扭转切应力应满足 式中， 为许用扭转切应力，为300Mpa；其余符号同前。 4.6 本章小结本章是整个设计过程中重要的一部分。主要对实验台的设计进行了阐述，包括实验台主架和附架的外形设计确定，设计尺寸的确定和设计材料的选取。对实验台校核部分进行计算。从人机工程学角度和工程力学两个方面设计完成发动机拆装、检验与测试教学实验台的实验台设计部分。第5章 发动机试验台各部件连接设计汽车技术的发展很大程度上取决于测试技术的发展。为保证实验室测试的稳定性和精确性，发动机与传动轴的连接和传动轴与测功机的连接方式是否设计合理显的尤为重要。5.1 发动机试验台架各部件连接设计的目的及意义随着我国经济的不断发展与国际的接轨越来越多的反映在不同领域，而汽车作为各国工业的支柱性产业也逐渐引起我国不同阶层的重视。作为汽车的心脏发动机的发展也备受关注。随着现代电子控制技术在发动机上的应用使得发动机的检验与测试的难度增加，传统运用万用表、示波器等的检验方法已远远不能满足汽车行业人士对发动机测试的需求，但是机械占绝大部分的发动机试验台架各部件连接已有更完善的方案本次设计的连接部分主要运用于教学领域，主要分为两大部分连接，传动轴与发动机的连接，传动轴与测功机的连接。 此两项连接均属捏合连接。作为教学它更能方便于学生的学习，更方便拆装，使学生实践了解认识到每个部件，让学生在自我动手操作的乐趣中学习知识，利于对知识的掌握程度。5.2 传动轴与发动机飞轮的连接发动机上的曲轴与飞轮连接，飞轮中间排列六个螺栓孔，圆形围绕，通过6个螺栓与发动机曲轴连接，飞轮与传动轴之间的连接时通过中间的法兰连接的，除上下对称的两个螺栓紧固之外，还有外圆周上有3个对称定位销进行紧固，使传动轴和曲轴稳定接并很好的使发动机中心与传动轴在一条水平线上。如图5.2所示5.3 传动轴与测功机的连接与发动机上飞轮和传动轴法兰连接方式类似，都可满足捏合的稳定性。如图5.3所示。因为法兰比较容易锻造，所以传动轴与测功机的连接选择两法兰连接，连接部分用螺栓紧固。图5.2 法兰盘（传动轴与飞轮连接）图5.3 法兰盘（传动轴与测功机连接）5.4 本章小结本章主要对发动机飞轮设计及传动轴两侧法兰与发动机和测功机的连接做了精确设计。为发动机支架受力均匀平稳及对发动机的性能等测试起到了决定性作用。是学生了解和学会了发动机与各部件的连接方式。结 论本次设计以发动机电控系统原理出发，查阅国内外有关教学实验台设计的参考文献，根据预计的功能目标，对照实验室其它教学实验台的设计方法，设计出发动机拆装、检验与测试教学实验台。通过本次设计可以得出以下结论：1、设计的实验台具有，学习利用的高效性,操作的安全性和简捷性,以及人机间的教学互动性等使用特色,有利于教师改善教学环境，方法和手段，增强学生的教学活动的参与性和主动性。2、通过对此试验台架的设计,飞轮与传动轴法兰的连接、传动轴法兰与测功机的连接等,让学生亲自动手了解其捏合和紧固，通过实践结合理论知识让学生体验到学习的乐趣，从而变被动学习到主动学习，更好地掌握电控发动机的理论知识。由于涉及面广，时间仓促，和一些技术问题，本文只完成了对发动机和测功机试验台架的设计与计算，而没有时间去实际作出该教学实验台架，为此有些遗憾。里面的有关试验台架的内容还有很多需要进一步补充和完善的地方，希望以后有机会去完善它。希望可以通过我们的设计让更多的人来参与到我们当中来，一起为汽车实验台的将来贡献一份力量。参考文献1于春鹏,李涵武,鲍宇.东安发动机实验台设计J.应用科技,2008(2).2鲍宇,徐本财,吉淑娥.捷达汽车发动机实验台的设计与教学功能开发J.交通科技与经济,2007(1).3于春鹏,赵晓军.汽车电控发动机实验台设计与应用研究J.黑龙江交通科技,2008(5).4孟国强,张月英.电控发动机实验台的设计研究J.郑州铁路职业技术学院学报,2005(9).5赵文龙,李立斌等.电控发动机试验台的设计与实验研究J.微型计算机信息,2009(5).6严朝勇,王庆坚等.丰田1JZ-GE电喷发动机实验台的研究J.汽车与船舶,2006(1).7伍尚坚.丰田1JZ电喷发动机实验台设计与研制J.广东交通职业技术学院学报,2005(12).8吴良胜.进口发动机台架的应用研究分析J.交通标准化,2005(3).9欧阳娜.汽车电控发动机实验台的设计研究J.科技信息-高校理科研究,2005(8).10于京诺.汽车发动机电控系统实验台研制D.大连理工大学专业学位硕士学位论文,2005(10).11胡军,张惠明等.虚拟技术在发动机台架实验中的实践.测试技术,2004(3).12杨项朝.基于实验台的电控喷射系统的故障诊断.机械工程与自动化,2005(12).13丰田汽车公司.丰田高级技术员-传发动机大修M.丰田汽车公司,2004(9).14丰田汽车公司.丰田诊断技师-发动机控制系统M.丰田汽车公司,2004(9).15丰田汽车公司.TOYOTA-COROLLA电路图M.丰田汽车公司,2005(7).16丰田汽车公司.TOYOTA-COROLL维修手册M.丰田汽车公司,2005(7).17王银山,王旭等.电控发动机故障实验台的设计与研究J.天津工程师范学院学报,2005(3).18 12 Lukasz PWyszy ski，Robert Aboagye，Richard Stone，eta1Combustion Imaging and Analysis in a Gasoline Direct Injection EngineSAE PaperNo2004-01-004519 Marco BakenhusRolf DReitzTwo-color Combustion Vi-sualization of Single and Split Injections in a Single-Cylin-der Heavy-Duty DIDiesel Engine Using an Endoscope-Based Imaging SystemSAE PaperNo1999-0l-111220张鹏.精通Pro/E中文野火版-实战百例篇M.中国青年出版社,2007(8).21黄汉兵.AutoCAD2006中文版机械设计实例精讲.人民邮电出版社,2006(5).致 谢短短的四年大学生活已接近尾声，毕业设计制作的整个过程也已完成。在这短短的时间内，我想借此机会感谢那些曾经帮助过我，给过我鼓励的老师们。首先感谢崔宏耀老师对我毕业设计的悉心指导，让我对毕业设计从茫然无措到按部就班进行设计，过程中崔老师不厌其烦地向我讲解毕业设计课题的设计思路，方法以及如何完善设计内容。并在我外出实习期间给予支持及谅解。让我能够顺利完成这次设计。感谢朱荣福老师和赵宇阳老师在毕业设计的初期及中期答辩中给予的帮助及对设计中出现的问题给予细心指导，让我在设计过程中带着目的去设计，减少了错误的发生。感谢汽车系的各位领导和老师，在这四年的时间里教会我知识，给予我教导。再次感谢各位老师在我实习期间给予的便利及帮助，让我顺利完成实习任务，成功的迈出校园走向社会。附 录The development of the automotive industry and automotive vehicle repair progress of science and technology practitioners to put forward new demands, embodied in the: vehicle maintenance at the time of diagnosis, from the question, see, hear, touch, smell diagnostic model to detect using diagnostic equipment, data the direction of flow analysis; vehicle maintenance technology, from the experience of the manual operation of appliances, equipment, integrated application development; auto repair parts repair process by focusing on the main direction of development of replacement parts. 14 Vehicle maintenance system reform and development, vehicle maintenance technology change, vehicle maintenance personnel training to promote the teaching content, teaching methods, teaching equipment should make the necessary reforms. Because in the modern vehicle maintenance, the failure to find the proportion of the total maintenance time for more than 70% of the time, so the development of design fault analysis and fault diagnosis of analog test bench for vehicle maintenance training employees to improve the quality of vehicle maintenance personnel , so as to enhance the quality and efficiency of maintenance purposes. The author of this article is engaged in vehicle maintenance training for many years for the development of electronically controlled fuel injection engine fault diagnosis of the teaching and assessment of electronic-controlled fuel injection engine test bench results of the study. Second, electronic-controlled fuel injection engine test bench development requirements Teaching and assessment for power-controlled fuel injection engine test bench, should meet the following requirements: 1) the installation of bench components to the original location of the car should be basically the same as the installation location, this will help to explain the medium of instruction, at the same time when the electrical circuit also facilitate the transformation. 2) It must be equipped with fault simulation generator, simple operation, simulated teaching and examination required for a variety of failures. 3) It must be equipped with the corresponding circuit models, and set the measurement points in order to facilitate the diagnosis of education and training. 4) In the inspection, detection, diagnosis process, the best performance without the demolition of parts and circuit connectors to avoid damage. 5) instrument in the original show car, based on engine operating conditions the installation of monitoring instrumentation parameters (such as fuel pressure, intake manifold vacuum table, etc.), so as to facilitate understanding the operation of the engine. Third, the development of design ideas In the design of electronically controlled fuel injection engine test stage, should be systematic understanding of electronically controlled fuel injection system, each component function, classification, principle, control theory, fault conditions generated code, as well as connections between components. 1. Engine Selection Selection should pay attention to the engine as far as possible to choose a representative, the market has a larger engine. Select the test bench control system is more advanced and able to read the data stream Toyota engine. 2. Fault simulation engine generator Generator in the engine design before fault simulation system to understand the engine must be self-diagnosis system and function, monitoring control systems, control procedures, mathematical calculations and logic to determine, as well as to determine the occurrence of system failure conditions. Create purposeful failure to meet the ECU to determine the conditions to generate the operating environment. Such as: control of the sensor voltage signal lower (than) the value of the normal signal voltage to meet the ECU to the sensor receiver to determine the conditions of abnormal signal to the sensor to determine damage, malfunction indicator light, fault code memory, opening of the fail-safe function. Sensor signal can also be used off-line, short-circuit method (caution) set off analog sensor circuit, short circuit conditions, so that the corresponding ECU to determine the fault. All the fault simulation process in the test should be consistent with the actual detection of the same conclusions in order to achieve simulation results. 15 ECU common failure of the conditions found are as follows: (1) set the coolant temperature -30 120 , the output voltage is 0.3 V 4.7 V range of changes, when the ECU receives the voltage exceeding the normal range, identified as the coolant temperature sensor failure, while the opening of failure protection. (2) When the intake air temperature sensor circuit open or short circuit for more than 0.5S, identified as the intake air temperature sensor failure, while failure protection function is enabled. (3) ECU in the engine running idle more than 0.5S receive air flow sensor or the intake manifold pressure sensor signal that the sensor circuit failure, and throttle position sensor signal to the three fixed amount of fuel injection fuel injection. (4) ECU in more than 0.5S received the VTA throttle position sensor or idle signal when the signal voltage is lower than 0.4 V or higher than 3.5 V when the throttle position sensor circuit that failure, fail-safe feature is enabled. (5) atmospheric pressure sensor signal is not normal, that the sensor circuit failure, ECU to a standard atmosphere to control fuel injection. (6) oxygen sensor open circuit, short circuit, the output voltage remains unchanged or changes in the frequency of changes in each of 10 S, when less than 8 times, ECU faults that the oxygen sensor circuit and open-loop control of fuel injection control. (7) crankshaft position sensor circuit open or short-circuit, ECU receiving less than the crankshaft speed and the angle signal, ECU fault found, but not the use of fail-safe, the engine will not be able to operate. (8) the implementation (such as fuel injection, ignition control, idle control valve, etc.) failure to monitor, as a result of different models of control software, and some can be detected ECU, and some can not. Therefore, the fault simulation generator may be used to simulate the following: 1) Simulation of sensor, circuitry and actuator off, short-circuit fault in the corresponding line sensors and switches in series or parallel direct simulation. Special attention should be paid is: in a simulated short-circuit condition, the paragraph should be determined by the simulation of short-circuit current will not burn too much and the computer board, lines or components. 2) simulated sensor, circuit and the actuator parameters (signal) anomaly, the conventional approach is a variable resistor in series, taking the necessary power to meet the application requirements. The use of series resistance in the Simulation of sensor parameters (signal), when abnormal, it is necessary to understand the types of sensors, some sensors, this method is invalid. Such as the crankshaft (camshaft) position sensor, speed sensor, contact switch-mode throttle position sensor and oxygen sensors. In general, the output digital signal of the sensor and control switch signal can not be simulated using this method. 3. The design process should take into account other issues 1) 5V signal power cord set must not short-circuit, otherwise the computer will lead to burning ECU. 2) the original engine fault code should be there as far as possible through simulated fault simulation generator; no code faults (such as the number of actuators) should also be possible through the fault simulation to simulate the generator in order to enrich the content of teaching evaluation. 3) In order to avoid the process of fault diagnosis in frequent line plug connectors and the removal of components should be in the sensors, actuators into round Office client and grounding line at the two ends of the wire conductor leads and the corresponding circuit diagram position measurement points, connected with the corresponding pinout to facilitate detection. 4) To facilitate the read out the fault code, the corresponding socket in the diagnosis of cross-wiring between the connection point and then the diagnosis of a switch, an alternative inter-connection, pluggable jumper to avoid frequent cause bad diagnostic socket. 5) The engine should be selected to eliminate the fault code methods (such as the EFI fuse or disconnect battery Ground line removed more than 10S), in the corresponding Ground EFI fuse or the battery switch a line between the series for the elimination of fault code to use. In this way, facilitate the operation and avoid unnecessary damage. Fourth, the circuit principle and fault code list The development of design ideas based on the above-mentioned design of the Toyota EFI engine test bench of the circuit as shown in Figure 1, test bench fault code list shown in Table 1. 5, electronic-controlled fuel injection engine test bench function 1) the application of test bench can be the basis of physical and circuit diagram on the engine and EFI system components, construction, control theory, etc.; 2) the phenomenon of fault, fault characteristics, as well as fail-safe function demo (only allocated a switch); 3) The fault code reader, fault diagnosis, fault code to clear the teaching and demonstration; 4) with fault diagnostic apparatus, oscilloscope, multimeter, etc. can read the data stream or measurement sensors, actuators and ECU parameters; 5) is equipped with exhaust gas analyzer, such as cylinder pressure gauge fault analysis; 6) EFI engine fault diagnosis and rule out the actual operation VI Conclusion Power-controlled fuel injection engine test-bed teaching and assessment, teaching with intuitive, easy to set up failure and will not damage the original vehicle components, testing can be conducted directly on circuit diagram