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变速箱开式试验台设计【优秀含3张CAD图纸+汽车车辆全套毕业设计】

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关键词：: 变速箱试验台设计优秀优良 cad 图纸汽车车辆全套毕业设计

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变速箱开式试验台.dwg

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变速箱开式试验台设计

摘要

变速器是现代汽车的一个主要装备,其性能直接影响到汽车的动力性、燃油经济性及驾驶性能等. 研究自动变速器与发动机的联合工作特性,需要对自动变速器的性能进行台架试。

本文从整体上论述了汽车变速箱性能检测系统的测试原理和设计方案，并从硬件和软件两方面详细阐述了汽车变速箱性能检测系统的组成。介绍了汽车变速器系统综合试验台的主要构成与种类, 着重在机械硬件方面去分析研究开放式及封闭式汽车变速器系统综合试验台的主要结构、特点及工作原理。

本论文研究的目的、意义：我国汽车工业正处于发展和提升时期，变速器在汽车上开始大量装备，这对其设计制造、性能检测与维修提出了迫切要求。目前国产变速器测试设备多为手动、测试精度低、响应速度慢；进口设备，价格较高，集中在少数企业和地区，这种状况无法满足汽车制造及维修行业的需求。为开发具有自主知识产权的、适合我国国情的变速器检测备，提出本研究课题。

关键词：变速器, 试验台, 结构, 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

第一章前言............................................1

§1.1 研究的目的......................................1

§1.2 研究的依据......................................2

§1.3 试验台的种类....................................2

§1.3.1 开式试验台..................................2

§1.3.2 闭式试验台..................................2

第二章试验台总体方案的确定............................3

§2.1 试验台的基本功能................................3

§2.2 试验台的测试原理................................3

§2.3 试验台的基本组成................................4

第三章试验台的基本结构设计............................8

§3.1 联轴器的选择....................................8

§3.1.1 变速器输入轴后的联轴器......................8

§3.1.2 升速器后的联轴器............................9

§3.1.2 发动机后的联轴器............................9

§3.2 升速器的设计 ..................................10

§3.2.1 斜齿圆柱齿轮传动设计.......................10

§3.2.2 低速轴的设计.... ..........................11

§3.2.2 高速轴的设计...............................14

§3.2.4 键的强度校核...............................16

§3.2.5 升速器附件设计.............................19

§3.3 升速齿轮箱的简单设计...........................19

§3.4 扭矩转速传感器的选择...........................22

§3.5 传动结构的设计.................................22

第四章试验台性能匹配.................................23

§4.1 测功机用途及使用范围...........................23

§4.2 测功机结构及原理...............................24

§4.3 测功机工作特性.................................24

§4.4 试验台的匹配原则...............................26

第五章结论............................................28

参考文献.........................................29

致谢...................................................30

内容简介：: 1 变速箱开式试验台设计摘要变速器是现代汽车的一个主要装备 ,其性能直接影响到汽车的动力性、燃油经济性及驾驶性能等 . 研究自动变速器与发动机的联合工作特性 ,需要对自动变速器的性能进行台架试。本文从整体上论述了汽车变速箱性能检测系统的测试原理和设计方案，并从硬件和软件两方面详细阐述了汽车变速箱性能检测系统的组成。介绍了汽车变速器系统综合试验台的主要构成与种类 , 着重在机械硬件方面去分析研究开放式及封闭式汽车变速器系统综合试验台的主要结构、特点及工作原理。本论文研究的目的、意义：我国汽车工业正处于发展和提升时期，变速器在汽车上开始大量装备，这对其设计制造、性能检测与维修提出了迫切要求。目前国产变速器测试设备多为手动、测试精度低、响应速度慢；进口设备，价格较高，集中在少数企业和地区，这种状况无法满足汽车制造及维修行业的需求。为开发具有自主知识产权的、适合我国国情的变速器检测备，提出本研究课题。关键词：变速器 , 试验台 , 结构 , 分析 nts 2 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 nts 3 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 符号说明 P 发动机额定功率 Kw n 转速 r/min 传动效率 K 计算系数 1d、2d分度圆直径 mm a 中心矩 mm 1b、2b齿宽 mm 齿轮螺旋角 nm齿轮模数 mm limF试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限 MPa STY试验齿轮的应力修正系数 NY弯曲疲劳强度计算的寿命系数 minFS弯曲强度的最小安全系数 lim1H试验齿轮的接触疲劳极限 MPa minHS接触强度的最小安全系数 NZ接触疲劳强度计算的寿命系数 WZ工作硬化系数 HP齿面许用接触应力 MPa 1FP许用弯曲应力 MPa nts 4 目录第一章前言 .1 1.1 研究的目的 .1 1.2 研究的依据 .2 1.3 试验台的种类 .2 1.3.1 开式试验台 .2 1.3.2 闭式试验台 .2 第二章试验台总体方案的确定 .3 2.1 试验台的基本功能 .3 2.2 试验台的测试原理 .3 2.3 试验台的基本组成 .4 第三章试验台的基本结构设计 .8 3.1 联轴器的选择 .8 3.1.1 变速器输入轴后的联轴器 .8 3.1.2 升速器后的联轴器 .9 3.1.2 发动机后的联轴器 .9 3.2 升速器的设计 .10 3.2.1 斜齿圆柱齿轮传动设计 .10 3.2.2 低速轴的设计 . .11 3.2.2 高速轴的设计 .14 3.2.4 键的强度校核 .16 3.2.5 升速器附件设计 .19 3.3 升速齿轮箱的简单设计 .19 3.4 扭矩转速传感器的选择 .22 3.5 传动结构的设计 .22 第四章试验台性能匹配 .23 4.1 测功机用途及使用范围 .23 4.2 测功机结构及原理 .24 4.3 测功机工作特性 .24 4.4 试验台的匹配原则 .26nts 5 第五章结论 .28 参考文献 .29 致谢 .30 nts 6 第一章前言 21 世纪是汽车工业飞速发展的时代 , 汽车工业逐步成为许多国家的支柱产业 , 为了控制汽车产品质量 , 提高汽车的品质 , 势必对其总成及零部件提出更高更严格的要求。传动系是汽车实现发动机动力输出到行驶的必需系统 , 变速器是汽车传动系中一个重要总成 , 为了对变速器产品结构和零部件的性能、寿命进行测试和分析 , 为产品设计与质量评价提供可靠的科学依据 , 缩短产品的开发周期和提高产品质量。因此 , 对汽车变速器系统综合试验台的研究具有特别重要的意义。 1.1研究的目的及意义近几年来 , 国外一些大公司相继成功研制出了先进的液压机械无级变速箱 , 并将其应用于推土机、装载机等工程车辆上 , 在车辆传动技术领域取得了重大突破。东方红 1302R是一款装有液压机械无级变速器的拖拉机，拖拉机在农田作业 ,农田基本建设 ,农业运输以及在抽水、脱粒、农产品加工等固定作业中用途十分广泛。因此 ,拖拉机技术的发展对全面实现农业机械化起着至关重要的作用。变速器是实现拖拉机性能的关键部分 ,该试验台研究的目的就是改善拖拉机的动力性和燃油经济性 ,提高其作业效率。在大、中型拖拉机上 ,液压机械无级变速器将会有更广泛的应用 ,相信该试验台的研制为其可提高车辆动力性、经济性、生产效率和操作自动化 ,简化驾驶员操作 ,也为综合控制拖拉机传动系提供可能。 1.2 研究的内容和依据依据新型变速箱性能试验和燃油经济性的测试来设计。研究的内容：对试验台的试验原理进行设计；选择电涡流测功机为功率吸收装置；设计或选择升速装置。 1.3 汽车变速器性能试验台的种类 nts 7 汽车在行驶过程中，随着路面、载荷、车速等因素的变化，变速器所传递的扭矩与转速也是变化的。因此，试验台应具备转速、载荷可变化的条件，且其转速、载荷的变化也是可单独调节的。汽车变速器性能试验台主要分为开放式试验台和封闭式试验台。 1.3.1 开放式试验台开放式试验台是最先出现的一种试验台，它的主要结构流程为：功率输入动力区试验区模拟负载区功率损耗各部分的组成及功用为： 1、动力区由内燃机、调速器及附属装置组成，它负责向系统提供动力 (功率 )，其中包括转速和扭矩。 2、试验区由被测装置、变速器、扭矩转速测量装置及其它一些测量装置组成。 3、模拟负载区主要由测功机及附属装置组成。开放式试验台整套系统的工作原理及工作过程简单，制造成本较低，它的弱点是能量无法反馈使用。 1.3.2 封闭式试验台封闭式试验台分为电力封闭式试验台和机械封闭式试验台。交流电力封闭式试验台是在上述开放式试验台的基础上发展起来的试验设备 ,主要结构流程为：功率补偿区动力区试验区模拟负载区电网从流程中可以看出 ,交流电力封闭式试验台的设计思想就是在原有开放式试验台的基础上加一套动力回收装置 ,将系统消耗的能量通过电网加以回收 ,从而降低试验能耗。但由于动力回收技术是一项专业性非常强的技术 ,整套装置的成本非常高 ,又由于回收过程的回收效率的影响以及其动力区仍然需要较大的动力 ,所以很难达到比较理想的状况。直流电力封闭式试验台是在上述交流电力封闭式的基础上发展起来的试nts 8 验设备 ,主要结构流程为：功率补偿区动力区试验区模拟负载区直流电源从流程中可以看出 ,直流电力封闭式试验台的设计思想就是在原交流电力封闭式的基础上采用直流驱动电机 ,将发电机负载发出的电能反馈回直流电机加以回收 ,形成封闭的功率流 ,从而降低试验能耗。该试验台架结构比较简单 ,能量反馈利用 ,节能效果也比较好 ,它是一较好的选择方案。第二章试验台总体方案的确定 nts 9 2.1试验台的基本功能 1.能测试变速器的传动效率； 2.能测试液压机械无级变速器液压路的输出功率液压功率分流比； 3.能测试柴油机的燃油经济性。 2.2 试验台的测试原理 1、通过测量变速器的输入输出功率，然后得到变速器的传动效率。实现这一测量的过程是：在变速器输入端安装扭矩转速传感器测得输入转矩1M。在变速器输出端连接加载器实现变速器制动。在加载器和变速器之间安装扭矩转速传感器，测量输出扭矩2M。将测得的和值代入下式中计算，得 21MMi （ 2-1）式中变速器传动效率； 1M 作用在变速器第一轴上的输入转矩； 2M 作用在变速器第二轴上的输入转矩； i 变速器所测档位的传动比。 2、液压功率分流比定义为液压机械无级变速器中液压路的输出功率，即经液压路传递到行星排的输入功率与变速器总输出功率的比值（不计功率损失）。通过测得液压路的扭矩转速，然后用下式即可 s S sb d dp M np M n （ 2-2）式中液压功率分流比 SM 太阳轮输入转矩 sp 太阳轮输入功率 dM 多挡有级变速箱输入转矩 bp 变速器输出功率 sn、dn 太阳轮、变速箱的输入转速 3、通过在输油路上安装油耗仪，测量燃油消耗量fG来测试柴油机的燃油消耗率。将测得值代入下式 nts 10 1000feeGgP（ 2-3）式中 eg 燃油消耗率； fG 燃油消耗量； eP 发动机功率。 2.3 试验台的基本组成一、动力源试验台为驱动无级变速器运转，需要有合适的驱动力。此驱动力可由两种主要的动力源发动机或电动机提供。采用两种不同动力源各有其优缺点。取功率大于或等于车辆上实际采用的发动机的最大扭矩、最大功率和最大转速的发动机作为动力源，更接近汽车以发动机作为主动力的实际，和无级变速器连接以后，可以借用汽车本身的计算机控制系统，对无级变速器的工作过程进行模拟，对变速器传递扭矩的能力，液压系统对实际工况的反应、工作状态更贴近使用中的情况。所得到的试验数据更准确，更有说服力。故动力源选取发动机柴油机型号： LR6105ZT10 功率： 106 KW 额定转速： 2300 r/min 二、被测试件被测试件为液压机械无级变速箱。它是一种双功率流传动系统，由分流机构、液压传动，机械传动和汇流机构四部分组成。分流机构将发动机功率分为二路向下传递 , 一路为液压功率流 , 一路为机械功率流 , 然后 , 液压功率流的输出元件 - 液压马达的输出轴用机械方法与机械传动变速机构的输出轴联结合成后输出。液压机械无级变速器的工作原理是恒功率状态下机械功率流提供一定的基础转速 , 液压功率流转速的变化使输出速度围绕机械传动基础转速在一定范围内实现连续无级变速；液压传动在不同的基础转速上进行相同液压无级变速 , 形成拖拉机在整个速度范围内的全程无级变速。 nts 11 图 2-1 液压机械无级变速原理示意图三、加载设备试验台的负载设备应当满足试验时所需的加载和转速范围 ,并能平稳地 ,精细地调节负荷 ,模拟汽车的行驶阻力 . 同时也希望能够实现远距离操纵 ,并能用微机来控制 . 目前可用的加载设备有电力测功机、电涡流测功机、水力测功机等。试验台的加载装置采用 DW300型电涡流测功机 ,给电涡流测功机的定子绕组上通直流电时便产生了磁场 . 随着转子的旋转 ,由于磁通量的改变 ,在定子中产生电涡流 ,此电涡流的作用力将阻止转子的旋转 ,因而产生制动力矩 . 当按某一规律调节定子电流的大小时 ,即可平稳地调节负载力矩。试验台运用微机来控试验台的加载和电动机的变频调速器 ,实现对被测变速器的实时控制 ,以便模拟变速器不同的工况 ,从而可以对自动变速器进行检测。 1、升速箱升速箱为自制的单级圆柱齿轮升速器，升速比： i =0.55。 2、测功机：型式：电涡流测功机 nts 12 型号： DW300 吸收功率： 300kW 额定扭矩： 1600Ng m 额定扭矩下的转速： 20002800r/min 最高使用转速： 5000r/min 四、转矩转速传感器扭矩转速传感器用于测量发动机的输出扭矩和转速，以及变速箱的输出扭矩和转速。五、数据处理系统采用车辆研究所的数据处理采集系统信号采集及数据处理系统。系统主要对在换挡过程中变速器的工作状态进行实时检测；对变速器运转过程中的反馈信号进行采集转换和处理；变速器不管采用何种方式的控制方法和控制策略，工件都是由液压油驱动的，液压油压力大小、油温的高低、流量大小实时反映了变速器的工作状态。故采集变速器的信号主要是各种油路的压力、冷却油液流量、油温的高低。变速器输入输出转速等根据数据采集的实时性要求，和不同信号的变化率及采样的离散值所需要达到的分辨率，确定不同信号的采样时间间隔，传感器将此多种信号转化为电信号。用计算机对采集到的信号进行处理，并将结果显示于计算机屏幕上。同时把采集到的信号与正常信号进行比较，判断变速器工作是否正常，判断并指出变速器工作不正常的可能原因，为变速器进一步整改和维修提供依据。六、总体组成框图试验台各个主要元件如下图 2-2 所示： nts 13 升速齿轮箱液压泵扭矩转速传感器发动机被测变速箱马达扭矩转速传感器升速器扭矩转速传感器测功机图 2-2 试验台总体框图第三章试验台的基本结构设计 nts 14 3.1联轴器的选择联轴器的基本功用是连接两轴（也连接轴和其它回转零件），并传递运动和转矩。联轴器可分为刚性和挠性联轴器。弹性柱销联轴器是有弹性的挠性联轴器，它是用弹性柱销将两个半联轴器连接起来。工作时转矩是通过半联轴器、柱销而传递到从动轴上去的。为了防止柱销脱落，在半联轴器的外侧用螺钉固定挡板。 3.1.1 变速器输入轴后的联轴器一、类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性柱销联轴器。二、载荷计算根据机械设计中公式 9550PTn（ 3-1）代入上式得公称转矩 T 1 0 6 0 . 9 59 5 5 0 1 4 8 8 . 9 36 4 5 . 8 9 Nm g由表查得 K=2.1,故计算转矩为 2 . 1 1 4 8 8 . 9 3 3 1 2 6 . 7 4CT K T N m g 三、型号选择从标准中查得 LX5 型弹性柱销联轴器： 3150nT N m g, 3450n r/min 3.1.2 升速器后的联轴器一、类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性柱销联轴器。二、载荷计算依据公式（ 3-1）得公称转矩 1 0 6 0 . 9 59 5 5 0 9 5 5 0 8 1 8 . 9 11 1 7 4 . 3 5PT N mn g由表查得 K=2.1,故计算转矩为 2 . 1 8 1 8 . 9 1 1 6 3 7 . 8 2CT K T N m g nts 15 三、型号选择从标准中查得 LX4 型弹性柱销联轴器： 2500nT N m g, 3870n /min 3.1.3 发动机后的联轴器一、类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性柱销联轴器。二、载荷计算依据公式（ 3-1）得公称转矩 1 0 6 0 . 9 59 5 5 0 9 5 5 0 4 1 8 . 1 22300PT N mn g由表查得 K=2.1,故计算转矩为 2 . 1 4 1 8 . 1 2 8 3 6 . 2 4CT K T N m g 三、型号选择从标准中查得 LX4 型弹性柱销联轴器： 1250nT N m g , 4750n r/min 3.2 升速器的设计为了满足测功机的工作特性，在变速箱输出轴后串联一升速器来提高其输出的转速，符合测功机的测试要求。 3.2.1 斜齿圆柱齿轮传动的设计一、选择材料及热处理大小齿轮均用 45 钢，小齿轮调质 1HBS=217 255 大齿轮正火2HBS=160 217 二、确定许用应力由图查得l i m 1230F M P a ，li m 2 210F M P a ，li m 1 600H M P a ，li m 2 555H M P a 则，根据机械设计课本中公式 l i m 1m i nF S TF P NFY YS （ 3-2） nts 16 l i m 1m i nHH P N WHZZS （ 3-3）代入公式可得 1FP 2 3 0 2 1 3 3 81 . 3 M P a 2 2 1 0 2 1 3 2 31 . 3FP M P a 1 6 0 0 1 1 6 0 01HP M P a 2 5 5 5 1 1 5 5 51HP M P a 取2HP HP。三、按接触疲劳强度设计 1、计算小齿轮的名义转矩根据公式（ 3-1）得 9 5 5 0 1 0 6 8621 1 7 4 . 3 5T N m g2、取齿宽系数 0.5d 3、取载荷系数 K=1.3 （ 1）初算小齿轮分度圆直径由公式 31 2 1730d H PK T udu （ 3-4）得 1d 3 21 . 3 8 6 2 1 . 8 1 1 2 8 . 5 50 . 5 5 6 5 1 . 8 mm （ 2）确定齿数和模数取1 35,Z 21 1 . 8 3 5 6 3Z iZ nts 17 由公式 1 co sn dm Z （ 3-5）得 1 2 8 . 5 5 c o s 1 7 3 . 5 135nm ，取nm=3.5 由公式 a= 122 cosnm Z Z（ 3-6）得中心距 a 3 . 5 3 5 6 3 1 7 9 . 32 c o s 1 7 mm取 a=180 由公式 12c o s2nm Z Za（ 3-7）得 3 . 5 3 5 6 3c o s 0 . 9 52 1 8 0 =17.68 （ 2）计算主要几何尺寸由公式（ 3-5）得 11 3 . 5 3 5 1 2 8 . 9 4 7c o s 0 . 9 5nmZd 22 3 . 5 6 3 2 3 2 . 1 0 5c o s 0 . 9 5nmZd 21 0 . 5 1 2 8 . 9 4 7 6 4 . 4 7dbd 取2 65b 12 5 1 0 7 0 7 5bb :（ 4）按弯曲疲劳强度校核小齿轮 1 121900 F S F PnKT Yb m Z （ 3-8）由13335 4 0 . 8c o s 0 . 9 5V ZZ 查图得 4.02FSY nts 18 故121 9 0 0 1 . 5 8 6 2 4 . 0 2 3 2 7 . 4 3 3 87 0 3 . 5 3 5F F P M P a 强度满足。 3.2.2 低速轴的设计一、选择轴的材料选用调质处理的 45钢。二、初步估算轴的直径由公式 3min PdCn（ 3-9）得 3m i n 1061 1 0 6 0 . 26 4 5 . 8 9d m m 取轴与联轴器连接的轴径为 63mm。三、轴的强度验算 1、齿轮上作用力的大小转矩 T 2625.57Nmg 由公式 2000tTF d （ 3-10） costnr F tgF （ 3-11） atF Ftg（ 3-12）得圆周力 2 22 0 0 0 2 0 0 0 2 6 2 5 . 5 72 2 6 2 3 . 4 92 3 2 . 1 1tTFNd 径向力 22 2 2 6 2 3 . 4 9 2 08 3 6 7 . 6 6c o s 0 . 9 5tnr F t g tg 轴向力 22 7 2 1 1 . 3 8atF F tg N2、求轴承的支反力水平面上的支反力 2 2 2 6 2 3 . 4 9 1 1 3 1 1 . 7 522tAB FFF N nts 19 垂直面上的支反力 222 652 1 0 7 9 0 . 8130atAdFFFN 222 652 2 3 6 6 6 . 3 265atBdFF 3、画弯矩图截面 C处的弯矩为水平面上的弯矩 36 5 1 0 7 3 5 . 2 6CAM F N m g垂直面上的弯矩 31 32226 5 1 0 7 0 1 . 46 5 1 0 1 5 3 8 . 3 22CAC A aM F N mdM F F N m gg合成弯矩 2 2112 2221 0 1 6 . 1 51 8 7 4 . 6 4C C CC C CM M M N mM M M N m gg4、画转矩图 2 6 2 5 .5 7T N m g 5、画计算弯矩图因单向回转，视转矩为脉动循环， 10 0 .6bb ，则截面 C 处的当量弯矩为 6、按弯扭合成应力校核轴的强度 322332 3 2 1 . 3 6 1 0 4 5 . 3 4 6 00 . 1 0 . 1 8 0v C v CcMM M P aWd 所以其强度足够。 221122221 8 7 4 . 6 42 3 2 1 . 3 6v C Cv C CM M T N mM M T N m ggnts 20 T=862.01Nmg 1874.64Nmg 2321.36Nmg 1575.34T Nmg 图 3-1 弯距图 AFBF735.26Nmg AF BF 701.4Nmg 1016.15Nmg 1874.64Nmg 1538.32Nmg （ b）垂直面受力和弯距图 (c) 合成弯距图 (a)水平面受力和弯距图 (d) 转矩图 (e) 计算弯距图 nts 21 3.2.3 高速轴的设计轴的设计包括结构设计和强度计算两部分。在进行轴的结构设计时考虑的因素有 : 1、轴的结构形状应满足使用要求，零件在轴上的定位要可靠，保证轴和轴上的零件有准确的相对工作位置； 2、轴的结构有利于提高轴的强度和刚度，力求受力情况合理，避免或减轻应力集中； 3、轴的加工和装配工艺性好。一、选择轴的材料选用调质处理的 45 钢。二、估算轴的直径由公式（ 3-9）得 33m i n 11061 1 0 4 9 . 31 1 7 4 . 3 5pd C m mn 三、轴的强度验算 1、齿轮上作用力的大小转矩 T=862.01Nmg 由公式（ 3-10）（ 3-11）（ 3-12）得圆周力 1 12 0 0 0 2 0 0 0 8 6 2 . 0 1 1 3 3 6 9 . 9 81 2 8 . 9 4 7tTFNd 径向力 11 1 3 3 6 9 . 9 8 2 0 5 1 2 2 . 3 9c o s 0 . 9 5tnr F t g tg 轴向力 11 4 2 6 1 . 7 6atF F tg N2、求轴的支反力水平面上支反力 2 2 2 6 2 3 . 4 9 1 1 3 1 1 . 7 522tAB FFF N 垂直面上支反力 111 642 6 0 0 8 . 4 5128arAdFFFN 111 642 1 7 1 5 . 1 5128arBdFF nts 22 3、画弯矩图截面 C处的弯矩为水平面上的弯矩 36 4 1 0 4 2 7 . 8 4CAM F N m g垂直面上的弯矩 31 32216 4 1 0 3 8 4 . 56 5 1 0 1 1 1 . 7 92CAC A aM F N mdM F F N m gg合成弯矩 2 2112 2225 7 5 . 2 34 4 2 . 2C C CC C CM M M N mM M M N m gg4、画转矩图 8 6 2 .0 1T N m g 5、画计算弯矩图因单向回转，视转矩为脉动循环， 10 0 .6bb ，则截面 C 处的当量弯矩为 6、按弯扭合成应力校核轴的强度 322338 9 1 . 0 3 1 0 4 . 1 6 6 00 . 1 0 . 1 1 2 8 . 9 4 7v C v CcMM M P aWd 所以其强度足够。 221122227 7 3 . 5 66 8 0 . 5v C Cv C CM M T N mM M T N m ggnts 23 T=862.01Nmg 773.56Nmg 680.5Nmg AFBF427.84Nmg AF BF 384.5 NmgNmg 111.79Nmg 575.23 NmgNmg 442.2Nmg 2tF(d) 转矩图 (e) 计算弯距图 (a)水平面受力和弯距图 (b 垂直面受力和弯距图 (c) 合成弯距图 nts 24 3.2.4 键的强度校核压溃和磨损是键连接的两种主要失效形式，通常只进行键连接的挤压强度计算。即 2/ppTdlk（ 3-13）式中： p 键连接工作表面的挤压应力； T 转距； d 轴的直径； l 键的接触长度； k 键与轮毂的接触高度。大齿轮：p32 1 5 6 7 . 2 9 1 0 1 3 9 . 9 48 0 5 6 5 M P a 150p M P a低速轴： 32 1 5 6 7 . 2 9 1 0 1 3 8 . 2 1 1 5 06 3 8 0 4 . 5pp M P a M P a 齿轮轴： 32 8 6 2 . 0 1 1 0 1 3 6 . 8 3 1 5 05 0 6 3 4 M P a MPa 所以强度足够。 3.2.5 升速器附件设计 1、窥视孔和视孔盖窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手能伸入箱体进行检查操作为宜。窥视孔处应设计凸台以便加工。视孔盖可用螺钉紧固在凸台上，并应考虑密封。 2、通气器通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。较完善的通气器内部制成一定曲路，并设置金属网。 nts 25 选择通气器的类型时应考虑其对环境的适应性，其规格尺寸应与减速器大小相适应。 3、油面指示器油面指示器应设置在便于观察且油面较稳定的部位，如低速轴附近。油标尺的结构简单，在减速器中常采用。油标尺上有表示最高及最低油面的刻度线。油标尺安装位置不能太低，以避免油溢出油标尺座孔。 4、放油孔和螺塞放油孔应设置在油池的最低处，平时用螺塞堵住。放油孔不能高于油池底面，以避免油排不净。 5、起吊装置箱盖可安装箱盖吊耳，可根据起重量选择。 6、定位销常采用圆锥销做定位销。两定位销间的距离越远越可靠，因此，通常将其设置在箱体连接凸缘的对角处，并应作非对成布置。 7、起盖螺钉起盖螺钉设置在箱盖联接凸缘上，其螺纹有效长度应大于箱盖凸缘厚度。 3.3 升速齿轮箱的简单设计一、选择齿轮材料，确定许用应力大小齿轮均选用 20CrMnTi 钢渗碳淬火，硬度 56 62HRC: 。弯曲疲劳极限应力lim 430F M P a ，接触疲劳极限应力li m 1500H M P a 。二、按轮齿弯曲疲劳强度设计由公式 13 211 2 . 4 FSnd F PK T YmZ（ 3-14） 1.确定许用弯曲应力 l i mm i n4 3 0 2 1 5 3 81 . 6F S TF P NFY Y M P aS 2、计算小齿轮的名义转矩 nts 26 9 5 5 0 1 0 69 5 5 0 2 5 9 . 5 63900PT N mn g 3、选取载荷系数 K 因是斜齿轮传动，且加工精度为 7 级精度。故 K 可取小些。取 K=1.3。 4、初步选定齿轮参数 1 2 1 22 9 , 1 . 7 2 9 4 9 . 3 , 4 9Z Z i Z Z 取，490 . 4 , 2 0 , 1 . 6 8 929d u 。 5、确定复合齿形系数FSY11 3329 3 4 . 9c o s c o s 2 0V ZZ ，由图查得1 4.08FSY 。故 133 2211 . 3 2 5 9 . 5 6 4 . 0 81 2 . 4 1 2 . 4 2 . 4 40 . 4 2 9 5 3 8FSn d F PK T YmZ 取标准模数 3.0nm mm，中心距 12 3 2 9 4 9 1 2 4 . 5 , 1 3 02 c o s 2 c o s 2 0nm Z Za a m m 为便于箱体加工和校核，取则 12 3 2 9 4 9c o s 0 . 92 2 1 3 0nm Z Za 21.78 6、计算几何尺寸 11 3 2 9 9 6 . 6 6 6c o s c o s 2 1 . 7 8nmZd m m 22 3 4 9 1 6 3 . 3 3 3c o s c o s 2 1 . 7 8nmZd m m 21 0 . 4 9 6 . 6 6 6 3 8 . 6dbd ,取2 40b 12 5 1 0 4 5 5 0bb :，取 1 45b 三、校核齿面的接触强度 12211109H E H PK T uZb d u （ 3-15）取 1 8 9 .8EZ M P a则 nts 27 21 . 3 2 5 9 . 5 6 1 . 6 8 9 11 0 9 1 8 9 . 8 7 8 4 . 34 0 9 6 . 6 6 6 1 . 6 8 9H 齿面许用接触应力l i mm i n1500 1 1 1 1 5 41 . 3HH P N WH Z Z M P aS 因为 ,H HP故接触疲劳强度足够。 3.4 扭矩转速传感器的选择在被试的变速器输出轴和输入轴处，装有扭矩转速测量装置，以测量输入扭矩、转速和输出扭矩、转速。本试验台选用 ORT 系列扭矩传感器，它是将被测变速器的输入轴或输出轴的转速和扭矩，通过传感器转变为电信号送入转速仪，由仪器直接显示出数字来。发动机输出轴后，选用 1000Nmg 型扭矩转速传感器；液压泵前也选用1000Nmg 型的传感器；变速箱输出轴后选用 5000Nmg 型传感器。 3.5 传动机构设计传动机构要求传递发动机的最大输出转矩，并允许变速器输出轴与测功机输入轴有一定的相对安装误差。本试验台采用联轴套，分别在发动机、传感器、被测变速箱、升速齿轮箱和液压变量泵之间连接。 nts 28 第四章试验台性能匹配本试验台所涉及的性能匹配是指变速箱和负载设备的匹配。 4.1 测功机用途及使用范围电涡流测功器是目前国内先进的加载测功设备，尤其在中小功率以及微小功率的动力机械加载测功试验中，各动力机械的低速及高速加载测功试验方面，相对其它类型测功加载设备而言，在性能、价格、可靠性、维护难易程度等方面都有比较明显的优势。尤其在低速机械及微小功率机械的加载测功方面，则更是其它方法无可比拟的。 DW系列电涡流测功器，是针对中小型内燃发动机的输出特性特别设计的。具有结构简单、转动惯量小、许容转速高、使用寿命长、维护方便以及控制操作简便、测功区域宽广、摆动阻力小、重复性好的特点，非常适合各种中小型内燃发动机及其零部件、变速变矩器等的动力性能及不同工况的测试。其主要特点 1、结构简单，操作维护方便； 2、制动力矩大，测试精度高，工作稳定； 3、转动惯量小，动态响应速度快； 4、与测控系统配套，可实现自动化操作。本试验台选取 DW300 型电涡流测功机，其工作参数如下吸收功率： 300kW 额定扭矩： 1600Ng m 额定扭矩下的转速： 20002800r/min 最高使用转速： 5000r/min nts 29 4.2 测功机结构及原理电涡流测功机主要由旋转部分（感应盘）、摆动部分（电枢和励磁部分）、测力部分和校正部分组成。感应盘形状犹如直齿轮，产生涡流地方在冷却壁上。励磁绕组通上直流电后，则围绕励磁绕组产生一个闭合磁通。当感应盘被原动机带动旋转时，气隙磁密随感应盘的旋转而发生周期性变化，在冷却室表面及一定深度范围内将产生涡流电势，并产生涡流，该涡流所形成的磁场又与气隙磁场相互作用，就产生了制动转矩。该转矩通过外环及传力臂传至测力装置上，由力传感器将力的大小转换成电信号输出，从而达到测转矩的目的。在转速测量上，采用非接触式的磁电式转速传感器，将转速信号转换成电信号输出。 4.3 测功机工作特性负载设备一涡流测功机的工作特性曲线指的是涡流测功机的吸收功率和扭矩随励磁电流及转速变化的特性。先分析吸收功率随转速和电流变化的曲线。由图 4-1 可以看出，当励磁电流和转速增加时，测功机的吸收功率也随着增加但是当励磁电流达到一定值时，由于磁路达到饱和，励磁电流不能继续增加而保持恒定。此时，继续增加转速，测功机的吸收功率随转速变化的增加变化很小，几乎表现为恒定。这个转速范围和所对应的功率即为涡流测功机的额定转速和额定功率。在没有励磁电流的情况下，涡流测功机的特性曲线相当于测功机的机械损耗特性曲线，在这一曲线的下方是不能进行有效测试的。图 4-2 是电涡流测功机的扭矩特性曲线。随着转速的增加，测功机所能承受的扭矩也在增加，开始时增长速率较快，后来渐趋平缓，当转速达到额定转速的最低值时扭矩达到最大值，扭矩达到最大值；在额定转速范围

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