中型货车有级式普通变速器性能试验台机械装置设计【5张图纸】【优秀】
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中型货车有级式普通变速器性能试验台机械装置设计
38页 16000字数+说明书+5张CAD图纸
中型货车有级式普通变速器性能试验台机械装置设计说明书.doc
总装图.dwg
输入轴.dwg
齿轮1.dwg
齿轮2.dwg
齿轮3.dwg
目 录
摘 要I
ABSTRACTII
第1章 绪 论1
1.1 国内外现状1
1.2 变速器简介1
第2章 试验台布置方案3
2.1 试验条件概述3
2.2 方案综述3
2.3 方案特点3
第3章 电动机的选择5
3.1 电动机类型的选择5
3.1.1 Z4系列直流电动机特点与用途5
3.1.2 Z4系列直流电动机性能5
3.2电动机工作部分参数6
3.3 电动机方案的确定7
3.3.1 电动机的技术参数确定7
3.3.2 电动机的结构参数的确定7
第4章 被测变速器的确定9
4.1 被测变速器的确定9
4.2 被测变速器的速比9
第5章 转矩传感器的选择10
5.1 转矩传感器参数的确定10
5.2 转矩传感器型号的确定10
5.2.1 选择转矩传感器类型10
5.2.2 ORT-803型转速扭矩传感器12
第6章 电涡流测功机的选择14
6.1 电涡流测功机性能参数14
6.2 电涡流测功机类型选定15
第7章 联轴器18
7.1 联轴器Ⅰ的选择18
7.1.1 联轴器Ⅰ类型选择18
7.1.2 联轴器Ⅰ的计算转矩18
7.1.3联轴器Ⅰ型号选择19
7.2 联轴器Ⅱ的选择19
7.2.1联轴器Ⅱ类型选择19
7.2.2 联轴器Ⅱ的计算转矩19
7.2.3联轴器Ⅱ型号选择19
7.3 联轴器Ⅲ的选择20
7.3.1联轴器Ⅲ类型选择20
7.3.2联轴器Ⅲ的计算转矩20
7.3.3联轴器Ⅲ型号选择20
7.4联轴器Ⅳ的选择20
7.4.1联轴器Ⅳ类型选择20
7.4.2联轴器Ⅳ的计算转矩20
7.4.3 联轴器Ⅳ型号选择21
7.5 联轴器Ⅳ的选择21
7.5.1 联轴器Ⅴ类型选择21
7.5.2 联轴器Ⅴ的计算转矩21
7.5.3 联轴器Ⅴ型号选择21
第8章 升速箱的设计22
8.1升速箱的速比设计22
8.1.1 升速箱的作用22
8.1.2 升速箱速比的设计计算22
8.2 升速箱的机构设计25
8.2.1 升速箱结构的确定25
8.2.2 升速箱轴和齿轮的设计计算26
第9章 结论与展望32
致 谢33
参考文献34
摘 要
变速器是汽车传动系中最主要的部件之一，它的主要功用是改变发动机的扭矩和转速，使之适应车辆的牵引力要求。在中型货车上，应用较多的变速器仍然是有级式普通变速器。变速器的传动效率直接影响到汽车的整体性能，因此变速器传动效率试验是至关重要的。为了测量变速器的传动效率，对变速器性能试验台机械装置进行性能指标的确定和总体布局设计。对原动机、变速器、测功机、传感器和联轴器等进行选型，并完成升速箱等重要零部件的设计。此装置结构简单、操作简便，通过这个装置可以快速测得有级式普通变速器的传动效率。
关键词：有级式变速器，试验台，升速箱
本文主要对中型货车变速器试验台架结构进行了探讨，此课题是在国家相关标准的规定和变速器试验台相关要求下进行的。针对一汽CA6TB(X)053/062/070M变速箱的台架试验进行了机械装置部分的设计，包括对原动机、联轴器、传感器的选型，并对部分机械零件进行了设计计算和校核。
本文主要做了一下几个方面的工作：
1、提出了针对一汽CA6TB(X)053/062/070M变速箱的试验台架系统方案，及此方案所要达到的目的，为了达到目标所采用的方法，并对所需要的相关数据进行了分析。
2、针对此变速器对联轴器及传感器进行了针对性的选型。
3、为了达到试验目的，得到可靠的试验数据，还针对此变速器进行升速箱速比的确定及其相关零部件的设计及校核。
4、对变速器试验台架的总体布置和工作原理进行了阐述和分析。
本文是针对一汽CA6TB(X)053/062/070M变速箱的台架试验进行的，主要研究了机械装置部分，并对其总体结构进行了设计。但在实际的应用中还有一些问题需要进一步研究探讨，并在此基础上进行完善。
1、本文主要是针对一汽CA6TB(X)053/062/070M变速箱的传动效率的测定进行了相关的设计，考虑到的因素较少，在实际试验中，还应考虑油温、噪声等因素的影响，当然这就需要安装上相应的传感器才能实现。
2、对于各传感器及联轴器的选型，是针对已知变速器进行的，若需要测试其它类型的变速箱时，则应进行有针对性的选型。
3、升速箱的设计是针对选定变速器进行的，如果需要测试其它类型的变速器时则需要对升速箱重新进行设计，但也可选用此类变速器作为升速箱，从而节省了成本，这种方案在以后的实际应用中才可以得到验证。
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目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 国内外现状11.2 变速器简介1第2章 试验台布置方案32.1 试验条件概述32.2 方案综述32.3 方案特点3第3章 电动机的选择53.1 电动机类型的选择53.1.1 Z4系列直流电动机特点与用途53.1.2 Z4系列直流电动机性能53.2电动机工作部分参数63.3 电动机方案的确定73.3.1 电动机的技术参数确定73.3.2 电动机的结构参数的确定7第4章 被测变速器的确定94.1 被测变速器的确定94.2 被测变速器的速比9第5章 转矩传感器的选择105.1 转矩传感器参数的确定105.2 转矩传感器型号的确定105.2.1 选择转矩传感器类型105.2.2 ORT-803型转速扭矩传感器12第6章 电涡流测功机的选择146.1 电涡流测功机性能参数146.2 电涡流测功机类型选定15第7章 联轴器187.1 联轴器的选择187.1.1 联轴器类型选择187.1.2 联轴器的计算转矩187.1.3联轴器型号选择197.2 联轴器的选择197.2.1联轴器类型选择197.2.2 联轴器的计算转矩197.2.3联轴器型号选择197.3 联轴器的选择207.3.1联轴器类型选择207.3.2联轴器的计算转矩207.3.3联轴器型号选择207.4联轴器的选择207.4.1联轴器类型选择207.4.2联轴器的计算转矩207.4.3 联轴器型号选择217.5 联轴器的选择217.5.1 联轴器类型选择217.5.2 联轴器的计算转矩217.5.3 联轴器型号选择21第8章 升速箱的设计228.1升速箱的速比设计228.1.1 升速箱的作用228.1.2 升速箱速比的设计计算228.2 升速箱的机构设计258.2.1 升速箱结构的确定258.2.2 升速箱轴和齿轮的设计计算26第9章 结论与展望32致 谢33参考文献3433摘 要变速器是汽车传动系中最主要的部件之一，它的主要功用是改变发动机的扭矩和转速，使之适应车辆的牵引力要求。在中型货车上，应用较多的变速器仍然是有级式普通变速器。变速器的传动效率直接影响到汽车的整体性能，因此变速器传动效率试验是至关重要的。为了测量变速器的传动效率，对变速器性能试验台机械装置进行性能指标的确定和总体布局设计。对原动机、变速器、测功机、传感器和联轴器等进行选型，并完成升速箱等重要零部件的设计。此装置结构简单、操作简便，通过这个装置可以快速测得有级式普通变速器的传动效率。关键词：有级式变速器，试验台，升速箱ABSTRACTTransmission is one of the key parts of automobile driving system. Its main function is to change torque and rotational speed from engine and to meet the requirements of tractate force. In the medium goods vehicle, the application of transmission is still a more common transmission-stage. The transmission efficiency of transmission directly affects the overall performance of the car, so transmission efficiency test is essential. To measure the transmission efficiency of the transmission, transmission performance on the test stand mechanical devices to determine performance indicators and overall layout. The original motivation, transmission dynamometer, sensor selection and coupling, etc., and complete the box increases the speed and other important parts of the design. This simple structure, easy operation, through the device can be quickly measured with an ordinary transmission-stage transmission efficiency.Keywords: There-stage gearbox, Test Bench, gear box第1章 绪 论1.1 国内外现状随着汽车市场的不断扩大，汽车行业对变速器的需求不断增长，对汽车变速器的质量要求也越来越高，这就要求既要有高科技的加工手段，又要有很好的变速器检测设备。但目前国内很多变速器检测装置还处于研发阶段，采用的检测手段还不能全部满足现状的要求，主要表现在：1.检测产品单一，跟不上产品的变化；2.检测手段落后，不能满足某些指标的检测；3.检测效率低，不能满足生产需要。中国汽车行业标准中规定了许多汽车零部件总成的技术标准和试验方法，如制动器、转向器、机械变速器、减震器等，甚至细致到对一些总成的部件，都有相关的规范标准。而国内由于起步较晚， 目前仅有“汽车用液力变矩器台架试验方法” 、“汽车机械式变速器台架试验方法” 、“汽车用液力变矩器技术条件”等。在国外，对于汽车变速器的试验方法研究开展比较早，对变速器的部件和总成检测项目也比较多，如美国汽车工程师协会就建立了一系列关于变速器检测标准。美国通用汽车公司也开发了同类试验，日本工程组织也有类似的试验项目。此外，根据检索，在美国也有汽车变速器检测试验方法获得国家专利局授权，并公开转让，这些试验项目的开发为汽车整车及变速器的生产厂家提供了良好的依据，促进了产品质量的提高。1.2 变速器简介汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。变速器的发展趋势是越来越复杂，自动化程度也越来越高，自动变速器将是未来的主流。汽车变速器的功能：1. 改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，使发动机尽量工作在有利的工况下，满足可能的行驶速度要求。 在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大小。由于汽车行驶条件不同，要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内变化。例如，在高速路上车速应能达到100km/h，而在市区内，车速常在50km/h左右。空车在平直的公路上行驶时，行驶阻力很小，则当满载上坡时，行驶阻力便很大。而汽车发动机的特性是转速变化范围较小，而转矩变化范围更不能满足实际路况需要。2. 实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要。发动机曲轴一般都是只能向一个方向转动的，而汽车有时需要能倒退行驶，因此，往往利用变速箱中的倒档来实现汽车倒车行驶。 3. 中断动力传递，在发动机起动，怠速运转，汽车换档或需要停车进行动力输出时，中断向驱动轮的动力传递。 4. 实现空档，当离合器接合时，变速箱可以不输出动力。例如，可以保证驾驶员在发动机不熄火时松开离合器踏板离开驾驶员座位。普通有级式变速器是目前在中型货车上使用最广的一种。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比，按齿轮系型式不同有轴线固定式变速器（普通变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。目前，中型货车变速器的传动比通常有3-7个前进档和一个倒档，所谓变速器挡数即指其前进档位数。第2章 试验台布置方案2.1 试验条件概述根据中华人民共和国汽车行业标准QCT 568.1-2010汽车机械式变速器台架试验方法试验转速从1000r/min到发动机最高转速范围内均匀取5种转速。其中包括发动机最大扭矩点的转速。对于试验场所的要求是在半消声室或本底噪声和反射声影响较小的试验室内进行。在非半消声室内，测量场地周围2m之内不得放置障碍物，测量试验台与墙壁之间的距离应大于或等于2m。变速器的支撑和安装应与在汽车上的支撑和安装状态相同，输入轴和输出轴只承受扭矩，不允许有任何附加弯矩作用。试验时，齿轮应全齿啮合，齿轮受载工作面与汽车前进工况相同，扭矩测量偏差不大于1%。2.2 方案综述针对变速器传动效率的台架试验，主要需要以下几个部分：外特性曲线可覆盖所配发动机的电动机、被测变速器、功率测量范围合适的电涡流测功机、辅助变速箱、转速和扭矩传感器、联轴器。图2.1 试验台架装置布置简图由此图中被测变速器两边的传感器所测得的转速和扭矩，计算得出的功率之比即为此变速器的传动效率，即。2.3 方案特点目前国内外的变速箱试验台可分为两大类：一类为开放式，另一类为封闭式；封闭式又分机械封闭式和电封闭式两类。下面就这几种方式进行比较。1） 开放式与封闭式方案比较。开放式试验台虽然系统结构简单，但是系统输入的试验功率几乎全部被加载装置消耗，耗能大，不宜进行大功率加载试验，决定采用能力回送的封闭式方案。2） 机械封闭式方案和电封闭式方案比较。机械封闭式试验台加工量大，机械结构复杂，传动效率低，能力损耗大，且在运转中改变载荷不易实现，转矩不易控制、试验性能不够稳定、通用性较差。变速器试验台应具备以下功能：1、 具有检测多种变速器的能力，通用性好、适应性强；2、 操作简单、维护方便，能在作业现场的恶劣环境下稳定工作；3、 系统结构简洁明快，关键组成部件可靠性搞，提高平均无故障时间，首次故障时间，以及缩短故障恢复时间，增强系统的使用效率；4、 变速器的装夹简便、迅速，不同形式装夹变换迅速，定位精度高，装夹可靠；5、 在规定工况下的换挡规律，响应情况，模拟变速器的锁止和失速工况；6、 具有可二次开发的空间，容易实现新型变速器的动力、信号采集、控制连接。为了尽可能达到以上功能要求，参照已有的试验台进行了一系列设计及改进，以保证在测量过程中能得到较准确的试验结果。此装置主要是对中型货车有级式普通变速器传动效率的测量，因此其结构尽量简单、操作方便，适用性较强，可用于同类变速器传动效率的测量。第3章 电动机的选择3.1 电动机类型的选择3.1.1 Z4系列直流电动机特点与用途Z4系列直流电机，广泛用作各类机械的传动源，诸如冶金工业轧机传动，金属切削机床、造纸、印刷、纺织、印染、水泥、塑料挤出机械等等。本系列电机采用多角形结构，空间利用率高。定子磁轭为叠片式，适用整流器供电，能承受脉动电流与电流急剧变化(负载变化)之工况，磁极安装有精确定位，因而换向良好。 本系列电机具有体积小、性能好、重量轻、输出功率大、效率高及可靠性高等特点，可以与当今国际先进水平的电机较量。 电动机可用三相全控桥式整流电源，以及不外接平波电抗器而长期工作。额定电压为160V的电机由单相桥式电源供电，此时电枢回路须接入电抗器以抑制脉动电流，其电感值如表中所示。3.1.2 Z4系列直流电动机性能1、技术数据表中的数据应按下列使用条件工作 a.海拔不超过1000m；b.周围空气温度不大于40；c.工作环境不应含有酸性、碱性或其他对绝缘有腐触作用的气体；d.电机为连续工作制；e.电动机电枢回路和励磁回路可由静止整流电源供电，也适应由直流发电机供电。 f.本系列电机性能均符合国标GB/T755旋转电机基本技术要求。 2、电动机标准额定电压为160V、440V，也可根据具体情况派生出220V和400V或其他电压。 3、电动机额定转速有3000、1500、1000、750、600、500、400、300、200r/min共九挡，减小电枢电压为恒转矩调速，减小励磁电压为恒功率调速。在额定电压以下用调压调速时为恒转矩。其最低转速均规定不低于20r/min,此时仍能维持额定转矩，转速平稳。 4、电动机的基本励磁方式为他励，标准励磁电压为180V，其他励磁电压亦可协商。 电动机允许强行励磁，强励电压不得超过500V。电动机正常运行时励磁电流不得超过额定励磁电流。 为确保励磁系统绝缘的可靠性，在断开励磁回路时，需在励磁绕组两端并联一个释放电阻，以防止自感电势。在标准励磁电压时其值约为七倍励磁绕组电阻(冷态)，励磁电压高于标准电压时，并接释放电阻值可小于七倍，反之大于七倍。 5、Z4-315，Z4-355，Z4-400和Z4-450四个机座带有补偿绕组。在Z4-250和Z4-280两个机座号中派生带有补偿绕组的电机也是可能的。 6、电机提供有接地标注的接线柱。 7、技术数据表内的效率值为额定功率，额定电压和转速时的效率，它包括励磁损耗，不包括鼓风。选择直流系列电动机，是因为直流电动机的最大优点是运行转速可在较宽广的范围内任意控制，无级变速，由直流电动机组成的调速系统和交流调速系统相比，直流调速系统控制方便，调速性能好，变流装置结构简单，长期以来在调速传动中占统治地位。目前虽然交流调速技术迅速发展，但直流调速在近一个时期不可能被淘汰，尤其在我国，高性能交流调速定型产品尚少，因此在比较复杂的拖动系统中，仍有很多场合要用直流电动机。故在此次的中型货车变速器试验台机械装置设计中所用的动力装置也采用直流电动机，根据与变速器配合的发动机的工作特性选择Z4系列直流电动机中的Z4-200-12/11，其额定功率为110Kw，最大转速为3000r/min。3.2电动机工作部分参数电动机输入电能后，其输出轴就会产生机械能。电动机的效率等于其输出功率与输入功率之比，一般用百分数来表示， 式（3.1） 式中，为电动机的效率（%）；Pout为输出功率（W）；Pin为输入功率（W）；E为输入电压（V）；I为输入电流（A）；N为电动机的转速（r/min）；T为转矩（）。随着驱动原理和结构的不同，电动机的效率将会在很大的范围内变化。例如，10W左右的无刷电动机的效率约为30%70%,而有些10W左右的直流无铁心电动机的效率可以接近95%。由于电动机的效率表示的是电动机能力转换的效率，因此，如果冬季的效率越低，表明在能量转换过程中，电动机内部的能力损耗越大。 在直流电动机中，是指输出的电功率的额定值，它等于额定电压与额定电流的乘积。3.3 电动机方案的确定3.3.1 电动机的技术参数确定根据所选课题，对中型货车变速器试验台架机械装置进行设计，根据变速器所配套的发动机的特性曲线，来选取合适的直流电动机来作为动力装置。此发动机的额定转速为2500r/min,额定功率为103Kw,输出的最大扭矩为450，最大扭矩转速为1400r/min，根据以上数据和直流电动机的选择原则，结合Z4系列直流电动机的各项技术参数，决定选用Z4-200-12/11，其额定转速为3000r/min，额定功率为110Kw，可以提供相应发动机的扭矩和转速，可以达到试验要求。3.3.2 电动机的结构参数的确定图3.1 直流电动机型号编制示意图图3.2 Z4系列直流电动机机构参数示意图Z4-180-42/41直流电动机结构参数包括安装尺寸和外形尺寸：安装尺寸：A-279mm B-651mm C-121mm D-55mm E-110mm F-16mm GA-59mm DA-55mm EA-110mm FA-16mm GC-59mm H-180mm K-15mm外形尺寸：AB-356mm AC-390mm AD-305mm HD-731mm L-1009 -1237 -16mm第4章 被测变速器的确定4.1 被测变速器的确定现代汽车广泛采用活塞式内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为解决这一矛盾，在传动系统中设置了变速器。变速器的需要根据汽车的各项性能来确定，既要满足汽车的动力性，也需要满足经济性要求，当然，变速器在控制排放上也有很重要的作用，根据汽车的各工况，通过调节变速器档位，以满足各工况的要求，从而使排放得到有效控制。根据课题要求，对中型货车变速器进行确定，在确定变速器的同时，应考虑与其相匹配的发动机，在此基础上对变速器类型进行确定为一汽CA6TB(X)053/062/070M变速箱，总重量约为149Kg。4.2 被测变速器的速比增加变速器的挡数能够改善汽车的动力性和经济性，挡数越多，变速器的结构越复杂，并且使轮廓尺寸和质量加大，同时操纵机构复杂，而且在使用时换挡频率也增高。在最低挡传动比不变的条件下，增加变速器的挡数会使变速器相邻的低挡与高挡之间的传动比比值减小，使换挡工作容易进行。要求相邻挡位之间的传动比比值在18以下，该值越小换挡工作越容易进行。要求高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡位之间的传动比比值小。近年来为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前，轿车一般用45个挡位的变速器，级别高的轿车变速器多用5个挡，货车变速器采用45个挡或多挡。装载质量在23.5t的货车采用5挡变速器，装载质量在48t的货车采用6挡变速器。多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。根据课题要求，对中型货车变速器进行确定，此变速器是有6个直接挡，1个倒挡的有级式普通变速器变速器，此变速器换挡方式为手动，其1、2、3、4、5、6挡传动比分别为6.515、3.916、2.345、1.428、1、0.813，倒挡传动比为6.06。第5章 转矩传感器的选择5.1 转矩传感器参数的确定ORT-803用于测量动态扭矩值，由于输出为方波频率信号，抗干扰能力强，使用方便。传感器由于是变压器感供电，可以长期工作，广泛应用于电机、发电机、减速机、柴油机的转矩转速和功率的检测。技术参数： 测量范围： 供桥电压：15V 电流200mA 扭矩信号：4mA20mA电流信号输出 转速信号：60脉冲/转 适应环境温度：-2060 频率响应：100s 过载能力：120%工作原理：应变桥由设在传感器上的一组环型变压器提供交流感应电压，经整流、稳压转换成高稳定性的直流电压。该电压既供给应变桥作为桥压，也供给其内部电路作为工作电压。应变桥检测的mV级扭矩信号被放大，在经过V/F转换器变成与扭矩成正比的方波信号，并发射到外部的信号接受器上，在通过解调还原成与V/F转换出的方波同频率的数字信号，其相位差不大于1微秒，可忽略不计。5.2 转矩传感器型号的确定5.2.1 选择转矩传感器类型扭矩传感器即我们常说的转速和扭矩传感器，利用扭轴把转矩转换成扭应力或扭转角，再转换成与转矩成一定关系的电信号的传感器。扭轴的形式有实心轴、空心轴、矩形轴等。按照作用原理不同，扭应力式转矩传感器可分为电阻应变式和压磁式两种；扭转角式转矩传感器可分为振弦式、光电式和相位差式三种。电阻应变式转矩传感器 它把电阻应变片贴在扭轴上，应变电桥的供电和从桥路输出信号都必须通过导电滑环。这种传感器结构简单，制造方便，但因使用导电滑环，振动频率较低，不适于高速旋转体和扭轴振动较大的场合使用。转矩传感器主要有一下几种分类：1. 压磁式转矩传感器：它的扭轴由铁磁材料制成，受转矩作用时轴中产生方向性应力，并出现磁的各向异性，即在拉应力作用下磁阻减少；而在压应力作用下磁阻增大。这种传感器没有导电滑环，属于非接触测量，具有可靠性高、坚固耐用、输出电压高、对温度和干扰不敏感等优点。2. 振弦式转矩传感器：这种传感器可用于测量发动机轴的扭矩。测量时将整个装置用两个套筒卡在被测轴的两个相邻面上。两个振弦传感器分别跨接在两个套筒的4个凸柱上。当轴传递扭矩时，轴产生扭转形变，轴的两相邻截面就扭转一个角度，使装在卡筒上的两个振弦传感器中的一个受拉、一个受压。根据虎克定律,在弹性变形范围内,轴的扭转角度是与外加的扭矩成正比的，振弦的伸缩变形也就与外加的扭矩成正比，而振弦的振动频率的平方差与它所受应力成正比，因此可利用测量弦的振动频率的方法来测量轴所承受的扭矩。3. 光电式转矩传感器：它由一个扭轴和两个光栅盘构成，两光栅盘上有相等数量辐射状黑色部位，扭轴受转矩作用时产生扭转角变形，光栅盘1与2相差一个角度,形成透光口,光电元件遂有一调宽脉冲输出，转矩越大,透光口开度也越大,因而光电流脉冲的宽度也就越大，脉冲电流平均值与转矩成正比。这种传感器属于非接触式，但光源必须稳压供电。4. 相位差式转矩传感器：它由一个扭轴两个齿轮和一对磁阻式脉冲发生器组成。每个齿轮的齿顶上方装有由线圈和磁钢所组成的检测器。当扭轴发生扭转时，两个检测器的输出电压产生相位差，它与所传递的转矩大小相对应，测出相位差就可测量相应的转矩值。这种传感器的特点是测量精度高，属于非接触测量,稳定性好,转矩值用数字量直读，容易进行记录和控制，结构简单。ORT-803转矩传感器采用应变片电测技术,在弹性轴上组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。图5.1 ORT803型转矩传感器原理图5.2.2 ORT-803型转速扭矩传感器ORT-803系列传感器是一种测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器。应用范围十分广泛，主要用于：1、 电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测；2、 风机、水泵、齿轮箱、扭力板手的扭矩及功率的检测；3、 铁路机车、汽车、拖拉机、飞机、船舶、矿山机械中的扭矩及功率的检测；4、 可用于污水处理系统中的扭矩及功率的检测；5、 可用于过程工业和流程工业中。ORT-803系列传感器具有一下特点：1. 信号输出波形方波幅度可选5V/12V；2. 开机5分钟即可进入工作状态，勿需预热过程；3. 检测精度高、稳定性好、抗干扰性强；4. 不需反复调零即可连续测量正反扭矩；5. 体积小、重量轻、易于安装；6. 感器可脱离二次仪表独立使用，只要按插座针号提供15V（200mA）的电源，即可输出阻抗与扭矩成正比的等方波或脉冲波频率信号。图5.2 ORT-803型标准扭矩传感器 外型尺寸表5.1 ORT-803型转矩传感器各系列尺寸规格()ABCEFGHH1L5-1001878872122316110054112188200289287212341611006012520950038968721245561100651352381K-3K481068691267078120681442705000751441369132105851209018534710000981581380144120110160110214389根据被测变速器所匹配发动机的输入扭矩及变速器输出端扭矩，选择规格分别为500和的传感器即符合要求。第6章 电涡流测功机的选择6.1 电涡流测功机性能参数电涡流测功机的涡流制动器采用间接冷却的干隙结构，冷却水不流经空气隙而流入冷却环进行冷却，这样既避免了由于水的锈蚀作用而导致空气隙的变化，也避免了转子与冷却水摩擦对测量精度的影响，这是直接冷却湿隙结构无法实现的。电涡流特点是体积小、装修方便、零件制造精度保证了气隙的均匀性，并在运行中或温度变化时也不会改变，因此转轴受力均匀，运行可靠。电涡流测功机的主要技术指标根据JB/T7790-75，JB3743-84，GB5363-85的有关规定：系统扭矩测量精度优于满量程的0.4%；扭矩测量灵敏度优于满载的0.1%；转速测量误差不大于0.1%1个字；恒转速控制精度优于5r/min；恒转矩控制精度优于0.2%。n（转速）P M(功率) （转矩）ACDEnBO图6.1 电涡流测功机的特性曲线测功机允许吸收的功率随转速变化的曲线为它的特性曲线：OA 为达到额定吸收功率之前所能够吸收的最大功率线。AB 为允许吸收的最大功率线（额定功率线）。BC 为允许的最高转速线。CO 为不受控制的空运转吸收功率线，即励磁电流为零时的吸收功率线。OD 为达到额定吸收功率前的最大扭矩曲线。DE 为允许的最大扭矩曲线。NO 为达到额定吸收功率时的转速，即额定转速。图中曲线，为三种不同的原动机的特性曲线。曲线原动机选用图示测功机是正确的，而对曲线，原动机是不合适的，因为它们各有一部分运行范围无法测试。6.2 电涡流测功机类型选定上图测功机特性曲线图中OABCO所包括的范围就是测功机所能吸收的功率范围。因此，凡是特性曲线落在这个范围内的原动机，都能被测试。选用测功机必须首先根据原动机的特性曲线按照以上原则进行，其次还要 考虑测量范围的合理选择以保证测量精度。涡流制动器必须安装在单独的混泥土基础上，混泥土应为高质量的水泥。基础尺寸由制动器底座的大小决定，基础边缘应与制动器底座边缘有120140mm的距离，基础厚度应不小于（L为基础长度），基础四周应设隔震沟。由于涡流制动器与原动机中心线的任何偏差都将引起它们的附加振动，在轴与轴承之间产生动负荷，所以一定要尽可能保持两轴中心线重合，不大于0.2。联轴器的参数应与测功机和被测原动机相协调，在材料和强度允许的条件下尽量采用较轻的联轴器，联轴器应经过精确的动平衡。表6.1 电涡流测功机类型型号额定吸收功率（Kw）最大扭矩（Nm）扭矩满量程(Nm)转速满量程(r/min)转动惯量(Kgm)平均耗水量(L/h)满功率耗电(A)重量（Kg）CW25-2400/1000025100100100000.07313503.5280CW50-2700/1000050176200100000.0043213503.5280CW100-3000/10000100318400100000.14627003.8460CW150-1500/6500150955100065001.19405012700CW1160-3000/10000160522600100000.23143204800CW260-1800/75002601395150075001.397020131000CW440-11900/65004402211300098003.691188020.51300CW560-1500/65005603565400030004.9515120261600所选变速器的配套发动机的主要参数包括最大扭矩为450，最大扭矩时的最大转速为1400r/min,最大转速为2500r/min，根据测功机的选择要求，为了满足测量范围和测量精度，选用CW260-1800/7500型测功机即可满足使用要求。图6.2 被测变速器所配发动机外特性曲线图6.3 CW260-1800/7500型测功机特性曲线根据测功机的选用要求和被测变速器所配发动机的参数，选用的CW260-1800/7500型测功机可以满足测量要求，符合测功机的选用原则。第7章 联轴器7.1 联轴器的选择7.1.1 联轴器类型选择固定式刚性联轴器的机构最简单，零件数量少、重量轻、制造容易、成本低。适用于转速不高，载荷平稳的场合。用固定式刚性联轴器连接的两轴可当作一个刚性的整体，当安装时调整未达到对中要求或工作过程因轴承磨损等各种原因引起两轴相对位移时，都将使联轴器承受弯矩，产生附加径向力，增加轴和轴承上的作用力，缩短轴承的使用期。为了减轻这种附加在和的影响，联轴器所联两轴应采用刚性大而且稳固的轴承，同时应调整至所联两轴的相对径向位移在0.0020.05mm以内。凸缘联轴器是应用最广泛的一种固定式刚性联轴器，它的结构简单，工作可靠，传递转矩大，装拆较方便，可以连接不同直径的两轴，也可以连接圆锥形轴伸。7.1.2 联轴器的计算转矩传动系统中动力机的功率应大于工件所需功率，根据动力机的功率和转速可计算得到与动力机相连接的高速端的理论转矩T；根据工况系数K及其他有关系数，可计算联轴器的计算转矩，联轴器T与n成反比，因此低速端T大于高速端T。我国规定了六种矩，联轴器的主要参数是公称转矩，选用联轴器是各转矩间应符合以下关系： 式（7.1）式中 T理论转矩，； 计算转矩，； 公称转矩，；联轴器的理论转矩是根据功率和工作转速计算而得，即 式（7.2）式中 驱动功率，Kw； 工作转速，r/min。由公式可算出额定工况下的转矩：7.1.3联轴器型号选择根据计算转矩，从标准系列中可选定相近似的公称转矩，选型时应满足。选定联轴器型号（规格），从标准中可查得联轴器许用转速和最大径向尺寸D、轴向尺寸，应满足联轴器转速。选定的联轴器连接尺寸，即轴孔直径d和轴孔长度L，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径d调整联轴器的规格。主、从动端轴径不同是普遍现象，当转矩、转速相同，主、从动端轴径不相同是应按大轴径选择联轴器型号。根据联轴器两端的连接件，原动机和传感器的结构尺寸，选用GY6型联轴器，其两端连接的尺寸分别为38mm和50mm，与其两端所连接的原动机和传感器有较好的配合，其公称转矩为900，许用转速为6800r/min，根据上面所计算的转矩值在联轴器许用转矩范围之内，故安全可以选用。7.2 联轴器的选择7.2.1联轴器类型选择联轴器与联轴器的使用条件相近，因此对联轴器的类型选择可参照联轴器，同样选用固定式刚性联轴器。凸缘联轴器是应用最广泛的一种固定式刚性联轴器，它的结构简单，工作可靠，传递转矩大，装拆较方便，可以连接不同直径的两轴，也可以连接圆锥形轴伸，故联轴器也可选用凸缘联轴器来连接传感器和被测变速器。7.2.2 联轴器的计算转矩由于联轴器连接的是转矩传感器和被测变速器，与联轴器选取不同，只要此处选取的联轴器的共成转矩能够满足所能传递的最大扭矩，并在尺寸上符合国家标准即可。选用的原动机在试验过程能够模拟配套发动机的各种工况，则其所能提供的最的扭矩和转速均满足发动机所能提供的最大扭矩和转速，故可根据发动机的参数对其进行计算，发动机最大扭矩为450，最大扭矩时的最大转速为1400r/min,最大转速为2500r/min，只要所选用的联轴器公称转矩大于450则可满足使用要求。7.2.3联轴器型号选择选定联轴器型号（规格），从标准中可查得联轴器许用转速和最大径向尺寸D、轴向尺寸，应满足联轴器转速。选定的联轴器连接尺寸，即轴孔直径d和轴孔长度L，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径d调整联轴器的规格。主、从动端轴径不同是普遍现象，当转矩、转速相同，主、从动端轴径不相同是应按大轴径选择联轴器型号。所以根据传动条件选取联轴器的型号为GY5型，其公称扭矩为500，最大许用转速为8000r/min，满足使用要求。7.3 联轴器的选择7.3.1联轴器类型选择固定式刚性联轴器的机构最简单，零件数量少、重量轻、制造容易、成本低。适用于转速不高，载荷平稳的场合。凸缘联轴器是应用最广泛的一种固定式刚性联轴器，它的结构简单，工作可靠，传递转矩大，装拆较方便，可以连接不同直径的两轴，也可以连接圆锥形轴伸选用固定式刚性凸缘联轴器能够达到使用要求。7.3.2联轴器的计算转矩 联轴器连接的是被测变速器的输出端和传感器输入端，在满足传递扭矩为450的同时，也需要满足的最高转速，则在选择联轴器的时候，需要联轴器的公称转矩大于450，许用转速大于即可。7.3.3联轴器型号选择选定联轴器型号（规格），从标准中可查得联轴器许用转速和最大径向尺寸D、轴向尺寸，应满足联轴器转速。选定的联轴器连接尺寸，即轴孔直径d和轴孔长度L，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径d调整联轴器的规格。主、从动端轴径不同是普遍现象，当转矩、转速相同，主、从动端轴径不相同是应按大轴径选择联轴器型号。所以根据传动条件选取联轴器的型号为GY6型，其公称扭矩为900，最大许用转速为6800r/min，满足使用要求。7.4联轴器的选择7.4.1联轴器类型选择固定式刚性联轴器的机构最简单，零件数量少、重量轻、制造容易、成本低。适用于转速不高，载荷平稳的场合。凸缘联轴器是应用最广泛的一种固定式刚性联轴器，它的结构简单，工作可靠，传递转矩大，装拆较方便，可以连接不同直径的两轴，也可以连接圆锥形轴伸，选用固定式刚性凸缘联轴器能够达到使用要求。7.4.2联轴器的计算转矩联轴器连接的是传感器的输出端和升速箱的输入端，在满足最大扭矩和最高转速的同时，应注意联轴器所允许连接的轴的最大尺寸，以保证连接的可靠性。7.4.3 联轴器型号选择选定联轴器型号（规格），从标准中可查得联轴器许用转速和最大径向尺寸D、轴向尺寸，应满足联轴器转速。选定的联轴器连接尺寸，即轴孔直径d和轴孔长度L，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径d调整联轴器的规格。主、从动端轴径不同是普遍现象，当转矩、转速相同，主、从动端轴径不相同是应按大轴径选择联轴器型号。所以根据传动条件选取联轴器的型号为GY7型，其公称扭矩为1600，最大许用转速为6000r/min，满足使用要求。7.5 联轴器的选择7.5.1 联轴器类型选择固定式刚性联轴器的机构最简单，零件数量少、重量轻、制造容易、成本低。适用于转速不高，载荷平稳的场合。凸缘联轴器是应用最广泛的一种固定式刚性联轴器，它的结构简单，工作可靠，传递转矩大，装拆较方便，可以连接不同直径的两轴，也可以连接圆锥形轴伸，选用固定式刚性凸缘联轴器能够达到使用要求。7.5.2 联轴器的计算转矩联轴器连接的是被测升速箱的输出端和测功机输入端，在满足传递扭矩为450的同时，也需要满足的最高转速，则在选择联轴器的时候，需要联轴器的公称转矩大于450，许用转速大于即可。7.5.3 联轴器型号选择选定联轴器型号（规格），从标准中可查得联轴器许用转速和最大径向尺寸D、轴向尺寸，应满足联轴器转速。选定的联轴器连接尺寸，即轴孔直径d和轴孔长度L，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径d调整联轴器的规格。主、从动端轴径不同是普遍现象，当转矩、转速相同，主、从动端轴径不相同是应按大轴径选择联轴器型号。所以根据传动条件选取联轴器的型号为GY8型，其公称扭矩为3150，最大许用转速为4800r/min，满足使用要求。第8章 升速箱的设计8.1 升速箱的速比设计8.1.1 升速箱的作用为了满足测功机的测量条件和测量范围，升速箱即辅助变速器在此装置中是十分重要的。被测变速器1档速比若为6，现要测转速为1000r/min，扭矩为330工况的传动效率。因为速比为6，则输出转速约为167.7r/min，如果不加升速箱，电涡流测功机在此转速时，提供的最大阻力扭矩为240，该扭矩反映到输入端扭矩只能达到约40左右，满足不了330工况要求。若在测功机前增设一个升速箱，假设升速箱的升速比为5，则此时测功机的转速为838.5r/min，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩为1000左右，此时反映到输入端的扭矩约为，满足工况要求。由此可见升速箱能将传递来的转速升高，以达到测功机的某个转速，改变测功机提供的阻力矩，以达到所测变速器的工况要求，因此，在测功机前增设一个升速箱是十分必要的。8.1.2 升速箱速比的设计计算1、变速器档位处于档，其传动比为6.515测量转速为1000r/min，扭矩为工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流测功机所能提供的最大扭矩约为220，该扭矩反映到输入端扭矩只能达到，满足不了工况要求。若要满足工况要求，现假设升速箱的速比为2，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩为480，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为330的工况要求。测量转速为1400r/min，扭矩为450工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为400，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为3，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩约为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为450的工况要求。测量转速为1800r/min，扭矩为410工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为400，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为3，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩约为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为440的工况要求。测量转速为2200r/min，扭矩398工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为470，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为3，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩约为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为440的工况要求。测量转速为2500r/min，扭矩为393.5工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为500，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为3，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩约为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为393.5的工况要求。2、 变速器档位处于档，其传动比为3.916测量转速为1000r/min，扭矩为330工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流测功机所能提供的最大扭矩约为400，该扭矩反映到输入端扭矩只能达到，满足不了工况要求。若要满足工况要求，现假设升速箱的速比为2，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩为720，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为330的工况要求。测量转速为1400r/min，扭矩为450工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为570，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为2，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为450的工况要求。测量转速为1800r/min，扭矩为410工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为680，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为2，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩约为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为440的工况要求。测量转速为2200r/min，扭矩为398工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为770，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为2，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩约为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为440的工况要求。测量转速为2500r/min，扭矩为393.5工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为850，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为2，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩约为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为393.5的工况要求。3、 变速器档位处于档，其传动比为2.345测量转速为1000r/min，扭矩为330工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流测功机所能提供的最大扭矩约为620，该扭矩反映到输入端扭矩能达到，满足工况要求。 测量转速为1400r/min，扭矩为450工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为810，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为2，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为450的工况要求。测量转速为1800r/min，扭矩为410工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为910，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足不了工况要求。现假设升速箱的速比为2，此时测功机的转速为，在此转速下，测功机所能提供的最大阻力矩约为，反映到输入端的扭矩为，满足扭矩为440的工况要求。测量转速为2200r/min，扭矩为398工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为1070，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足工况要求。测量转速为2500r/min，扭矩为393.5工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为1130，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足工况要求。4、 变速器档位处于档，其传动比为1.428测量转速为1000r/min，扭矩为330工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流测功机所能提供的最大扭矩约为910，该扭矩反映到输入端扭矩能达到，满足工况要求。 测量转速为1400r/min，扭矩为450工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为1100，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足工况要求。测量转速为1800r/min，扭矩为410工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为1240，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足工况要求。测量转速为2200r/min，扭矩为398工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为1350，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足工况要求。测量转速为2500r/min，扭矩为393.5工况的传动效率，此时输出端转速为，在此转速下，电涡流车工即所能提供最大扭矩约为1380，反映到变速器输入端的扭矩约为，满足工况要求。5、 变速器档位处于、档，其传动比为分别为1、1.3根据变速器的计算结果，不难看出，在变速器处于、档时，即使不设置升速箱，电涡流测功机所提供的扭矩也能够满足工况要求。综上所述，升速箱的速比可确定为1、2、3即可满足要求，但为了结构更紧凑、简单，可确定升速箱的速比为1和3，这样既保证了简单、紧凑的结构，又符合各工况的要求。8.2 升速箱的机构设计8.2.1 升速箱结构的确定输出轴输入轴2134图8.1 升速箱结构简图当输入轴上的齿轮1和输出轴上的齿轮4相啮合时，输入轴上的齿轮2与输出轴上的齿轮3不啮合；相反，如果当输入轴上的齿轮2和输出轴上的齿轮3相啮合时，输入轴上的齿轮1与输出轴上的齿轮4不啮合。8.2.2 升速箱轴和齿轮的设计计算1、 齿轮1和4传动设计 1）选择齿轮的类型、精度等级、材料与齿数 选用斜齿圆柱齿轮传动，选用7级精度（GB10095-88），小齿轮用40Cr钢调质，硬度217-255HBW，大齿轮用40Cr钢调质，硬度217-255HBW。选择2)按齿面接触疲劳强度计算 dlt 式(8.1)初选Kt=2.1，d=0.8选取区域系数查得端面重合度 弹性影响系数小齿轮接触疲劳强度极限大齿轮接触疲劳强度极限计算应力循环次数查得接触疲劳寿命系数, 取失效概率为1%，安全系数S=13）计算小齿轮分度dlt计算圆周速度计算齿宽及模数齿高计算纵向重合度=0.318 计算载荷系数K查得根据 7级精度，查得动载系数,载荷分布系数K=1.258,齿间载荷分配系数 K, 按实际载荷系数校正所求分度圆直径 计算模数4）按齿根弯曲疲劳强度计算 式(8.2)确定计算参数：根据纵重合度：=1.35，查得螺旋角影响系数计算当量齿数 查得齿形系数 应力校正系数 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限分别为 取弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4计算齿轮的并比较大小由于大齿轮的大，取=法面模数 式(8.3)对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=4mm，已可满足弯曲强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数于是由取 5)几何尺寸计算 计算中心距 圆整为228mm垵圆整后的中心距修正螺旋角 计算分度圆直径： 计算齿轮宽度：圆整后取 高速级齿轮主要参数计算结果中心距 a=228mm法面模数 螺旋角 （小齿轮左旋，大齿轮右旋）齿数 分度圆直径 齿轮宽度 齿轮精度等级 7级（GB10095-88）2、 齿轮2和3传动设计根据升速箱的结构，齿轮2和3的中心距为，且为了保证两齿轮间的传动比为1，故两齿轮的参数均相同，选择,取齿宽系数，齿轮宽度，取，根据公式得出模数，查取标准模数表，取模数。3、 输入轴设计计算1 2 3 4 5 6 7 8 9 图8.2 输入轴结构简图1段 与联轴器配合，选用YL11型联轴器，其半联轴器与轴的配合的毂孔长度，取2段 取，轴承总长度为，取端盖
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