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液压机械传动变速箱开式试验台的设计【优秀试验台全套课程毕业设计含3张CAD图纸】

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关键词：: 液压机械传动变速箱试验台试验台设计课程毕业设计液压机械传动变速箱开式试验台的设计

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液压机械传动变速箱开式试验台设计

液压机械传动变速箱开式试验台的设计【优秀试验台全套课程毕业设计含3张CAD图纸】

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任务书

设计（论文）题目液压机械传动变速箱开式试验台设计

主要研

究内容新型变速箱性能试验；汽车、拖拉机燃油经济性的测试等。

试验台吸收功率：200KW ，转速：200～3000转/ 分

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和其他组件；设计或选择升速装置；

数据采集和处理利用车辆研究所开发的数据采集系统。

液压机械传动变速箱开式试验台

摘　要

液压机械传动变速箱是一种新型变速箱，它可通过机械流和液压流共同作用进行无级变速。目前它在很多拖拉机上得到了广泛的应用，大大地提高了车辆的整车性能、然油经济性等。目前，国内汽车变速箱试验台很多还是传统式的，自动化程度较低，由于液压机械传动变速箱结构复杂，维修技术要求高，仅靠传统的维修方法很难保证维修质量，需要适应维修企业使用的新型变速器维修检测设备，以提高液压机械传动变速箱的维修质量，保证它的性能。

本课题针对此变速箱设计出一种适应维修企业使用的新型变速箱试验台－液压机械传动变速箱开式试验台。它可给新型变速箱提供动力，模拟变速器在汽车上的输入工况；可对变速器加载，检测汽车加速性能；可对新型变速箱的传动效率、换档规律以及液压机械双流分流比等性能进行检测，使变速箱的综合性能得到充分发挥，从而提高汽车整车性能。

关键词变速箱，试验台，机械流，液压流

Opening type experimental platform of mechanical drive gearbox and the hydraulic pressure

ABSTRACT

The mechanical drive gearbox of the hydraulic pressure is a kind of new-type gearbox, it can flow through machinery and the hydraulic pressure flow and act on and carry on the infinitely variable speeds together. It is widely used on a lot of tractors at present, improve completed car performance of the vehicle , right oil economy ,etc. greatly . At present, domestic automobile gearbox test a lot platform or traditional type, automatic degree relatively low, because the hydraulic pressure mechanical drive gearbox structure is complicated, maintain technology to expect much, only very difficult by the traditional maintenance method to guarantee to maintain quality , need adapting to the new-type gear box that the maintenance company uses and maintaining the checkout equipment , in order to improve the maintenance quality of the mechanical drive gearbox of the hydraulic pressure , guarantee its performance .

This subject designs the new-type experimental platform of gearbox that a kind of adaptation maintenance company uses to this gearbox - Opening type experimental platform of mechanical drive gearbox of the hydraulic pressure. It can provide motive force , the introduction operating mode on the automobile of gear box of simulation for new-type gearbox ; Can load the gear box , measure the automobile and accelerate performance ; Can change double-current the shelf law and hydraulic pressure machinery to shunt to measure more than ,etc. performance , to the transmission efficiency of the new-type gearbox , make the comprehensive performance of the gearbox given full play to, thus improve the completed car performance of the automobile.

Keywords: gearbox, test bed, machinery flows, the hydraulic pressure flows

目　录

前言………………………………………………………………………….…… 4

第一章　变速器试验台总论…………………………………………………..…6

§1.1　开式试验台……………………………………………………………6

§1.2　闭式试验台……………………………………………………………8

第二章　总体方案设计…………………………………………………………. 8

§2.1　设计内容及要求………………………………………………………8

§2.2　变速器试验台的基本功能……………………………………………8

§2.3　变速器试验台基本方案………………………………………………8

§2.4　试验台各组件的选择…………………………………………………9

第三章　升速箱设计及计算……………………………………………………13

§3.1　齿轮基本参数……………………………………… ……………….13

§3.2　齿轮齿数分配………………………………………………………. 13

§3.3　齿轮强度计算………………………………………………………. 13

§3.4　轴的强度计算………………………………………………….…… 15

§3.5　轴承的寿命计算……………………………………………………. 19

总　结……………………………………………………………………………21

参考文献…………………………………………………………………………22

致　谢……………………………………………………………………………23

前言

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。目前液压机械无级变速箱广泛应用在拖拉机上，是实现拖拉机性能的关键部分。液压机械无级变速传动以液压机械式无级自动变速器(HMT)为主，主要由多档自动变速器、液压变量泵和定量马达构成的液压变速装置、将机械和液压动力合成的行星齿轮机构三部分构成。液压机械传动是一种液压功率流与机械功率流并联的新型传动形式，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动与机械传动相结合实现机械传动无级变速。与传统的机械式变速器相比，液压机械式无级自动变速器有以下特点：① 能自动适应负荷和行驶阻力的变化，实现无级变速，保证发动机工作在最佳工作点，有利于提高拖拉机动力性、燃油经济性和工作效率。② 以液体为传力介质，大大减轻传动系动载，易防止发动机超载和熄火，可提高有关零部件的寿命，对工作条件恶劣的农业机械和工程机械尤为重要。③行驶平稳，能吸收衰减振动，减少冲击和噪声，提高乘坐舒适性。④能以很低的车速稳定行驶，可提高坏路上的通过性和低速作业质量。⑤操作轻便，便于实现换档自动化，降低驾驶员劳动强度。⑥体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑，节省材料，易于布置。

液压机械无级变速器性能优越自上世纪60年代就已开始被应用在军用坦克和装甲车上，至今已有四十年的历史，技术逐渐健全，性能更加优越，已被广泛的应用在各种车辆上，尤其是在拖拉机上。无级变速器是实现拖拉机性能的关键部分，不仅决定拖拉机的动力性和燃油经济性，而且决定作业效率。因此无级变速器性能的好坏影响着整车性能，对无级变速器性能的研究与检测是非常必要的。

参考文献

[1]、郁录平工程机械地盘设计人民交通出版社　[2]、广西机械（2000）广西机械出版社

[3]、张兴裕　工程机械地盘构造与设计同济大学

[4]、吴宗泽　机械设计实用手册　化学工业出版社

[5]、机械设计手册　机械工业出版社

[6]、拖拉机理论　中国农业出版社

[7]、万茂松汽车自动变速器试验台的设计　南京林业大学机电学院

[8]、陈家瑞汽车构造（下册）　机械工业出版社

[9]、王昆机械设计基础　　高等教育出版社

[10]、朱冬梅，胥北澜. 画法几何及机械制图高等教育出版社

[11]、廖军汽车变速器系统综合试验台的分析广西汽车拖拉机研究所

[12]、洛阳拖拉机研究所主编拖拉机设计手册机械工业出版社

[13]、　重庆大学学报（2000）重庆大学出版社

[14]、王望予. 汽车设计（第4版）机械工业出版社

[15]、濮良贵，纪名刚. 机械设计高等教育出版社

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内容简介：: 毕业设计（论文）任务书（指导教师填表）填表时间： 2006年 3月 6日学生姓名才留伟专业班级汽车 022 指导教师张文春、课题类型工程设计设计（论文）题目液压机械传动变速箱开式试验台设计主要研究内容新型变速箱性能试验；汽车、拖拉机燃油经济性的测试等。试验台吸收功率： 200KW ，转速： 200 3000转 / 分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和其他组件；设计或选择升速装置；数据采集和处理利用车辆研究所开发的数据采集系统。主要技术指标(或研究目标 ) 绘制实验台的总体布置图；对总体参数进行计算；绘制总量不低于 AO号的图纸 3张，其中计算机图纸 1张；不低于 12000字的设计计算说明书， 10000外文字符资料翻译。设计步骤：课题调研，查阅文献资料，明确设计任务；选择设计方案；总体设计；详细设计；撰写设计说明书；毕业设计答辩。进度计划调查研究，熟悉设计内容，收集文献资料，时间占 20 25（约 2.03周）；设计任务分析与实施方案的确定，写出开题报告；时间占 3 5（约 1周）；实施设计、计算、绘图，论文起草时间占 45 50（约 6周）；整理论文，时间占 5 8（约 1.5周）；毕业论文答辩，时间占 3 5（约 1.5 周）。主要参考文献汽车拖拉机试验学；机械设计手册；汽车工程手册（试验篇）；拖拉机设计手册；工程机械底盘设计 , 广西机械（ 2000）、拖拉机与农用运输车、重庆大学学报（ 2004）等相关杂志。研究所（教研室）主任签字： 2006年 3月 6 日 nts 1 对自动变速器换档规律提高汽车性能的研究摘要从节能角度出发为自动变速器提出了一种全新的换档规律。自动换档台架试验采用了此换档规律，并在自动变速器的试验台上完成，试验结果验证了换档规律的正确性，该换档规律的研究结果丰富了车辆自动操作理论，提高工程车辆液力机械传动系统的传动效率，节能资源具有知道意义和应用价值。关键词：工程车辆自动变速器换档规律节能引言近些年来，国外全新装载机已广泛使用了自动变速器，这种全新机构和技术的使用量在完善整个机械的性能，提高机械的自动化和智能化水平，这便其操作迅速，节能资源，为了提高工程车辆的自动化水平及其在世界上的竞争力，使用了多档位变速器及电子控制技术，提高了工车辆传动系统的传动效率，实现了节能。工程车辆的运作特点如速度低，负载重，负载改变剧烈，这是不同于汽车运作状况的，因此，工程车辆不能使用汽车上的锁止离合器解决变速器在低效区范围内工作的问题。改进后的这种传动反案需要导求一种换档规律使其根据动载荷情况确定当前的档位，以保证变矩器在高效区范围内工作，这就是档位判定的问题了。 1.换档规律 1.1 档位判定换档规律以空话字液力变矩器的效率在某一理想直的范围内为目标，即当m i n m i n( 0 . 7 5 , 0 . 8 )t c t c t c t c 工程机械常用汽车，自动变速器控制系统计算出nts 2 变速器传动比，进而确定变速器的档位。车辆模型如图 1 所示， YJ355 变矩器的原始特性如图 2 所示，假设图 2 中的两个点分别表示换档前在低效区范围内的工况点和换档后时档位点， Ttc 和 Ttc1分别表示两个点的转矩，另外，在换档期间动载荷不变。发动机的输出转矩是节流阀和发动机输出转速的函数，即有 Te f(a,ne) (5) 式中 Te-发动机输出转矩 a发动机的节流阀假设换档期间动载荷不变，有 (5)可知，节流阀不变， ne 也不变，假设变速器的传动比为 it，要使工况点，从低效区范围向高效区范围内转动，变速器可以扩大或减小转矩，即有 1tctcTitc T （ 6 ）由式 (4)和 (6)可得， 11 1 1 1()t c t c ct c t c cT k r titc T k r t （ 7 ）式中 1()tc ck rt 分别为对应于 Ttc 值的变矩比和泵轮力矩系数 1 1 1()tc ck rt 分别对应于 Ttc1 值的变矩器的变矩比和泵轮力矩系数，即 ,tc tcinin n它们的大小可根据变矩器工况点 i （为变速器的输出转速）由图 2 曲线拟合的方法活得。由于在车辆传动系统中，变速器在换档期间的功能为调整传动系统的输出转矩，上述推导的 it 是下一、刻变速器的输出转矩增大或减小的倍数，可是，在连续换档过程中，变速器当前已处于某个档位，也就是变速器输出转矩当前已经增加一伙减少了一个倍数，这个倍数就是变速器的穿都怪比，因此，变速器下一刻的输出转矩当前已经增加（减小）多少倍数需要在当前的输出转矩增加或减少倍数 it 的基础上进行的，或者说，变速器的传动比还需要在当前档位的传动比的基础上增大（减小） it 倍，即有 1t j ti i i （ 8 ） nts 3 式中 1ti -下一刻变速器的传动比， j当前变速器的档位由式（ 7）和（ 8）可得如下变速器升降规律 1 11()t c i ctj t c i ck r tii k r t （ 9 ）由于变速器理想传动比是一连续值，而实际可供选择的传动比却是有线的高效值，故在实际使用中需要根据变矩器工矿点处于（低速或高速区）不同情况确定应选用传动比的档位，当变矩器的工况处于低速区时，若所求的传动比大于变速器各当的最大传动比，则选择最低档，若所求的传动比介于变速器两档传动比之间，则选择大传动比的档位，当变矩器的工况点处于高速区时，若所求的传动比小于变速器各档的最小传动比，则选择最高档；若所求的传动比介于变速器的两档传动比之间，则选择小传动比的档位。 1.2 自动控制方案通过以上对自动换档规律的研究可知，只要测得发动机转速，涡轮转速，建立一个关于如图 2 所示变速器原始特性的数据库，把这些数据输入到电子控制单元，就可以节能为目标，由换档规律公式（ 9）确定变速器当前的最佳档位了，整个自动控制方案如图（ 3）所示，该方法避开车辆工程中一直存在准以解决的转矩信号准测量的问题。 1.3 阻止档位循环的方法为了阻止变速器不规则摆动，采取了区别正常换档和频繁换档的方法。首先，根据工程车辆换档频率每小时换档次数近千次，指定了如下规定：从这一档位环岛下一档位的最小时间间隔为 2 秒，假设接收数据的时间为 t 分钟，两次换档的档位判定时间为 2000t，因此，变速器进退档的时间是档位判定时间的一半，这样的换档成为频繁换档，当变速器进退档的时间是档位判定时间时，这样的换档成为正常换档。当自动变速器控制系统判断是频繁换档，控制器就不需要操作换档，直接作出下一个判断，当自动变速器控制系统判断出是正常换档，控制器就要作出换档指令，满足控制需要。 1.4 换档规律的特点（ 1）该换档规律与变矩器的原始特性有关，是随其原始特性而改变。 nts 4 （ 2）与神经网络控制相比，其算法简单，开发时软件硬件都同时易于实现，故其成本低，易于推广及应用。 2 台架试验 2.1 自动变速器试验台的组成图 4 所示，自动变速器的组成和控制方法，可以看出，自动变速器是由发动机、变矩器、变速器、提档和电涡路测功机构成，发动机供应能量，电涡流测功机是能量损耗的装置，它模拟车辆传动系统操作或运转负荷，调整风流来改变制动负荷，提档设置在变速器和电涡流测功机之间，与电涡流测功机配合旋转扭矩，在此试验中，控制器测量和操纵发动机和变矩器的转速和转矩，根据换档规律，监视器控制制动器电磁阀开关来执行行换档。 2.2 接收数据的方法为了把电视监视器，自动变速器试验台工况点应用到实时上，利用虚拟装置驱动程序，根据窗口技术确定时终端系统，接收数据的方法如图 5 所示， VXD负责和应用程序传递，管理对应的硬件资源和反应软件中断当中断发生时， VXD传达于应用程序来测量和操作发动机和变矩器的转速和转矩，应用程序控制制动器的电磁阀开关，根据换档规律，通过处理加上的结果来执行换档。 2.3 试验验证和试验结果为了验证换档规律，以 Miscrosoft visual C+为开发环境，开发了自动变速器控制系统的软件，自动换档试验台在作为 211 工程建立的自动变速器试验台上完成了，在此方案中，变矩器效率被控制在 75以上，试验结果如图 6 所示：在此试验中，接受数据的时间间隔设定为 200 分钟，实验结果连接数据点可得，如图 G 所示，在土 6b 中，随着负荷的增加，变速器到低速档，随着负荷的减少，变速器换到高速档，图 6 中那些效率低于 75的点是档位判定点实验结果证明了换档规律根据车辆的动载荷情况，通过变速器换档，能够控制变矩器在高效区敢为内的工作，除了变速器处于低档时左边低效区和变速器处于最高档时右边低效区以外，换档规律公式将变矩器所有工况下的效率限定于某一理想值范围内。 nts 5 结论本文从节能角度出发，提出了一种全新的工程车辆自动变速器换档规律，自动换档台架试验采取了比换档规律，并在作为 211 工程建立的自动变速器试验台上完成，试验结构验证了换档规律的正确性。除了变速器处于最低档左边低效区范围内和处于最高档右边的低效区范围外（图 7），该换档规律公式将变矩器所有工况下的效率限定于某一理想值范围内，该换档规律的研究结果不仅丰富了车辆自动操纵理论，而且在提高我国工程车辆液力机械传动系统的传动效率，节约能源上也有重要的指导意义和应用推广价值。参考文献 1 赵丁选，马铸，杨力夫工程车辆液力机械传动系统的动力性分析中国机械工程， 2001， 12(8)： 948 950 2 龚捷以提高传动效率为目的的工程车辆自动变速换档规律研究：博士学位论文长春：吉林大学， 2002 3 朱经昌液力变矩器的设计与计算北京：国防工业出版社， 1991、 250-253 4 龚捷，赵丁选工程车辆自动变速器换档规律研究及自动控制仿真西安交通大学学报， 2001， 35f9)： 930-934 5 王康，黄宗益，詹永红装载机变速器的换档操纵工程机械， 2000， 3lf2)： 18-21 nts 1 液压机械传动变速箱开式试验台摘要液压机械传动变速箱是一种新型变速箱，它可通过机械流和液压流共同作用进行无级变速。目前它在很多拖拉机上得到了广泛的应用，大大地提高了车辆的整车性能、然油经济性等。目前，国内汽车变速箱试验台很多还是传统式的，自动化程度较低，由于液压机械传动变速箱结构复杂，维修技术要求高，仅靠传统的维修方法很难保证维修质量，需要适应维修企业使用的新型变速器维修检测设备，以提高液压机械传动变速箱的维修质量，保证它的性能。本课题针对此变速箱设计出一种适应维修企业使用的新型变速箱试验台液压机械传动变速箱开式试验台。它可给新型变速箱提供动力，模拟变速器在汽车上的输入工况；可对变速器加载，检测汽车加速性能；可对新型变速箱的传动效率、换档规律以及液压机械双流分流比等性能进行检测，使变速箱的综合性能得到充分发挥，从而提高汽车整车性能。关键词变速箱，试验台，机械流，液压流 nts 2 Opening type experimental platform of mechanical drive gearbox and the hydraulic pressure ABSTRACT The mechanical drive gearbox of the hydraulic pressure is a kind of new-type gearbox, it can flow through machinery and the hydraulic pressure flow and act on and carry on the infinitely variable speeds together. It is widely used on a lot of tractors at present, improve completed car performance of the vehicle , right oil economy ,etc. greatly . At present, domestic automobile gearbox test a lot platform or traditional type, automatic degree relatively low, because the hydraulic pressure mechanical drive gearbox structure is complicated, maintain technology to expect much, only very difficult by the traditional maintenance method to guarantee to maintain quality , need adapting to the new-type gear box that the maintenance company uses and maintaining the checkout equipment , in order to improve the maintenance quality of the mechanical drive gearbox of the hydraulic pressure , guarantee its performance . This subject designs the new-type experimental platform of gearbox that a kind of adaptation maintenance company uses to this gearbox - Opening type experimental platform of mechanical drive gearbox of the hydraulic pressure. It can provide motive force , the introduction operating mode on the automobile of gear box of simulation for new-type gearbox ; Can load the gear box , measure the automobile and accelerate performance ; Can change double-current the shelf law and hydraulic pressure machinery to shunt to measure more than ,etc. performance , to the transmission efficiency of the new-type gearbox , make the comprehensive performance of the gearbox given full play to, thus improve the completed car performance of the automobile. Keywords: gearbox, test bed, machinery flows, the hydraulic pressure flows nts 3 目录前言 . 4 第一章变速器试验台总论 . 6 1.1 开式试验台 6 1.2 闭式试验台 8 第二章总体方案设计 . 8 2.1 设计内容及要求 8 2.2 变速器试验台的基本功能 8 2.3 变速器试验台基本方案 8 2.4 试验台各组件的选择 9 第三章升速箱设计及计算 13 3.1 齿轮基本参数 .13 3.2 齿轮齿数分配 . 13 3.3 齿轮强度计算 . 13 3.4 轴的强度计算 . 1 5 3.5 轴承的寿命计算 . 19 总结 2 1 参考文献 2 2 致谢 2 3 nts 4 前言拖拉机在农田作业，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。目前液压机械无级变速箱广泛应用在拖拉机上，是实现拖拉机性能的关键部分。液压机械无级变速传动以液压机械式无级自动变速器(HMT)为主，主要由多档自动变速器、液压变量泵和定量马达构成的液压变速装置、将机械和液压动力合成的行星齿轮机构三部分构成。液压机械传动是一种液压功率流与机械功率流并联的新型传动形式，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动与机械传动相结合实现机械传动无级变速。与传统的机械式变速器相比，液压机械式无级自动变速器有以下特点：能自动适应负荷和行驶阻力的变化，实现无级变速，保证发动机工作在最佳工作点，有利于提高拖拉机动力性、燃油经济性和工作效率。以液体为传力介质，大大减轻传动系动载，易防止发动机超载和熄火，可提高有关零部件的寿命，对工作条件恶劣的农业机械和工程机械尤为重要。行驶平稳，能吸收衰减振动，减少冲击和噪声，提高乘坐舒适性。能以很低的车速稳定行驶，可提高坏路上的通过性和低速作业质量。操作轻便，便于实现换档自动化，降低驾驶员劳动强度。体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑，节省材料，易于布置。液压机械无级变速器性能优越自上世纪 60 年代就已开始被应用在军用坦克和装甲车上，至今已有四十年的历史，技术逐渐健全，性能更加优越，已被广泛的应用在各种车辆上，尤其是在拖拉机上。无级变速器是实现拖拉机性能的关键部分，不仅决定拖拉机的动力性和燃油经济性，而且决定作业效率。因此无级变速器性能的好坏影响着整车性能，对无级变速器性能的研究与检测是非常必要的。本课题针对这种情况设计一液压机械传动变速箱开式试验台，该试验台主要用于拖拉机、工程机械和汽车等行星传动效率、扭矩、转速测量。它可以对各种自动变速箱、液压机械双功率流传动等新型传动的性能进行测试，探索其牵引性能、传动效率、换档规律、功率分流比，为我国的拖拉机、工程机械、汽车的新技术改造提供强有力的技术设备支撑。 nts 5 目前，日本等研制出了世界上最先进的液压机械传动变速箱，并率先将其应用到推土机、装载机等工程机械和履带拖拉机上；中国一拖集团公司也已开始将这些新型传动试用到大功率履带拖拉机上。可以预见，液压机械无级变速器在现代汽车、拖拉机上有着广阔的应用前景。中国一拖集团在实现我国农业机械化和现代化的进程中一直发挥着非常重要的作用，是拖拉机行业技术进步和技术改造的排头兵。如目前试制的 1302R 橡胶履带拖拉机即采用了近几年刚刚出现的机械液压双流传动装置。河南科技大学同中国一拖集团毗邻，长期以来有着良好的合作，目前正合作研究履带拖拉机自动变速器。所以，变速器试验台的研制，将为汽车拖拉机的新技术改造提供试验平台，有力推动农业机械行业和学校科研水平的提高。 nts 6 第一章变速器试验台总论目前，国内外做了很多试验台，常见的变速器试验台一般都由驱动装置、加载装置、测量装置，被试装置等四部分组成，其基本组成见图 1-1。试验动力由驱动装置发出，经测量装置、被试装置传递到加载装置。测量装置用来测量出动力传递过程中的一些基本机械参量，主要有转速、扭矩，经过数据处理后可得到系统的功率、效率等。通常用作驱动装置的有发动机、电动机等；用作测量装置的为转速 -扭矩传感器；用作加载装置的有齿轮箱、发电机、液压缸、磁粉制动器、电涡流测功机等。图 1-1 传动试验台的基本构成机械传动试验台从工作原理上可以分为开放功率流式试验台和封闭功率流式试验台。下面分别对它们的组成及特点作简要介绍。 1.1 开式试验台开式试验台结构简单开式试验台组成原理如图 1-2 所示。试验台的输入功率由原动机提供，经过被试装置传递至负载装置。负载装置采用耗能部件，如磁粉制动器、电涡流测功机、直流电机或电力测功机、水力测功机等，传递到负载装置的功率被负载装置完全消耗掉，同时给被试装置施加了载荷。由于整个试验台的功率流向未形成回路，故称其为开放功率流式简称开式试验台。图 1-2 开式试验台组成原理图开式试验台的主要优点是 :结构简单、制造安装方便、加载稳定可靠、能够方nts 7 便地进行不同功率和各种形式的被试装置的测试试验，但是，由于功率流开放使得动力消耗大，造成能量的巨大浪费，试验费用较高，这类试验大多用于非长期运转的试验。 1.2 闭式试验台闭式试验台根据能量循环形式可分为电封闭式试验台（如图 1-3 所示）和机械封闭式试验台（如图 1-4 所示）两种：电封闭式试验台机械部分与开式试验台相似，但其负载装置必须是电机，即负载电机成为发电机，所发电流经过控制系统反馈到驱动电机或输入电网，以达到能量循环的目的（所谓 “闭式 ”即是指功率或能量封闭循环）。电封闭式试验台从原动机发出的功率可以部分地反馈回原动机，既达到了加载的目的，又实现了节能。机械封闭式试验台的能量主要在传动箱、陪试装置、被试装置、加载装置之间流动，原动机所消耗的功率主要用于克服系统中摩擦损失所消耗的功。该种形式的试验台是目前国内汽车变速器及驱动桥齿轮实验中应用最多的试台。图 1-3 电封闭式试验台组成原理图图 1-4 机械封闭式试验台基本组成封闭功率流式试验台除了具有开放功率流式的优点外，还具有节能的优点，节能效果可达 50%左右，因而它适用于较大功率的被试装置进行长期的运转试验。 nts 8 第二章总体方案设计 2.1 设计内容及要求设计一液压机械传动变速箱开式试验台，使它能够满足对车辆整车性能、然油经济性、以及变速器的传动效率、换档规律、液压机械双流分流比的试验研究。其中功率吸收装置为电涡流测功机，其他组件在符合设计要求的前提下由自己选择确定。 2.2 变速器试验台的基本功能设计的试验台主要用于检测拖拉机上的机械液压无级变速器试验台能给变速器提供动力，模拟变速器在拖拉机上的输入工况；能给变速器加载；能模拟车辆在实际行驶过程中的动态加速阻力；能检测汽车拖拉机然油经济性；能测变速器传动效率、换档规律性和液压机械双功率流分流比；为诊断变速器故障提供参考数据。要求具有有一定的通用性，可以检测不同型号的败诉企，同时注意制造成本不宜过高。 2.3 变速器试验台基本方案试验台主要由原动机、转矩转速传感器、被试变速箱、升速箱、加载装置、联轴器、惯性飞轮组，信号采集与控制系统，本试验台组成形式采用框架式组合结构，其试验范围具有很强的可伸缩性，试验范围较宽。图中的被测变速器用支架固定在地面上，在动力源与变速器之间，安装扭矩转速传感器 1，该传感器用于测量发动机输出功率随负载的变化而变化的情况 ,为变速器的输入功率；变速器后面安装扭矩转速传感器 2，用于测量变速器输出功率随负载的变化而变化的情况；升速箱装在变速器与加载装置之间，以保证动力源输出的功率全部被加载装置吸收；在变速器上的变量泵之前安装一个转矩转速传感器，从而可以测试变速器液压功率分流比；惯性飞轮组连接在试验台的末端，用以模拟辆在实际行驶过程中的动态加速阻力；该试验台没有制动器，原地制动，只限于单种工况。信号采集与控制系统在次不作介绍。 nts 9 2.4 试验台各组件的选择 2.4.1 动力源选择开式试验台动力源用直流电动或发动机。直流电动机机械特性硬，调速性能好，调速控制方便易实现，是一种较好的动力驱动源，但直流电机启动电流较大，无专用供电设备会造成电网电压的极大波动，影响其它用电设备的正常运行，有专用供电设备则需较大的经济投入。电动机对车辆原动机的运行只能是近似的模拟，不可能对具有机械特性的发动机状态完全实现；发动机能够直接将要与原变速器配套使用的单片机等控制系统用于变速传动系统的性能测试；能够准确的模拟无级自动变速器在车上的真实使用工况；发动机的输入转矩，功率等随转速变化的特性同无级自动变速器实际在车上的特性相吻合，测试结果准确。总之发动机工作状态的变化较电动机更能接近实际。但发动机本身的工作状态将对整个测试系统的测试精度及测试的可重复性带来极大的影响，发动机本身较电动机的可控性较差，噪声高，对环境污染严重。为了能更好地完成变速器的各种试验，并综合考虑经济及其它方面的条件，可以选用原履带拖拉机的发动机，从而完成变速器的扭矩传递及全面特性的测试。发动机即选用东方红 1302R的变速器，型号为 LR610ZT8，额定转速 2300rpm，nts 10 对应额定功率为 106KW。被试变速器额定功率为 106KW，转速在 3 30Km/h，最大传动比为 6.91，最小传动比为 0.73。额定功率下变速器最大输出转矩为 : 11195501 0 0 3041139550m e bebbeNeMinN e K WiNmNeinememe其中为发动机最大输出功率n = 2 3 0 0 r / m i n 为对应额定转速=6.91 为变速器最大传动比代入公式得 M最大输出转矩为额定功率下最大输出转矩的（ 1 15 ）倍，则 M ( 1 + 1 5 )3497.5Nm 2.4.2 加载装置设计内容要求加载装置为电涡流测功机。电涡流测功机控制容易，控制精度较高，为模拟车辆运行工况，在测功机和传动装置之间必须增加变速变扭装置，电涡流测功机作为吸功设备，缺点是将机械能转化为热能而散失，对能源的浪费较大。电涡流测功机选 DW160，主要性能指标如下：型号额定吸收功率 kw 额定扭矩N.m 最高转速r/min 额定扭矩转速范围r/min DW160 160 160 6500 2000 2800 nts 11 2.4.3 升速箱 s1s 1 2i1 1 3 4 9 7 . 5i 4 9 1 . 91 . 8 5 7 . 1 1 7 . 1 12 3 0 0 1 . 8 55 8 2 8 . 8 / m i n0 . 7 3esbsniniiNmr mes m a xmax设增速箱传动比为，测功机需吸收的扭矩为M=M ，转速为在满足电涡流测功机能完全吸收变速箱输出功率的条件下，根据电涡路测功机及变速箱功率特性曲线分析取 = ， i ，则 Mnnts 12 2.4.4 惯性飞轮组 2 2 222221 1 12 2 20 . 3 4 6 513 / 9 7 . 7 67 . 1 1407 0 0 0 0 . 3 4 6 51 ) , 2 ) , 3 ) , 4 ) 0 . 0 8 7 99 7 . 7 6aj j w ww w wswwwjjwGI W v I Wgv r W WiWImrI k g mWI w 0 f s由动能原理 1) ,m=7000kg2)） W = W i i ，取 i）车轮惯性组忽略不计，即由得其中为车轮系统转动惯量， Ww车轮角速度22223211 7 . 5 8 2 0 021 7 . 5 8187 . 8 3 . 1 4 0 . 2 1 01 . 8 5jjjjsII m r m k g m mrm R h m mi j由，取 r则由，得 h=当时，按上式计算，需惯性飞轮组 15 块。2.4.5 扭矩转速传感器扭矩传感器主要工作性能指标包括：扭矩测量量程、工作转速范围、精度等级、灵敏度、重复性、线性、动态特性、过零特性、工作寿命、安装及环境适应性、抗干扰能力、外型尺寸、重量等。扭矩转速传感器的选取根据扭矩和转速的大小。发动机额定功率为 106kw，额定转速 2300r/min，由 2.4.1 中的计算可 M1max=491Nm,M2max=3487.5Nm, 最大转速 n1=2300r/min,n2=3150r/min,传感器型号为诚邦科技生产的 NJ2；M3max=41,n3=4000r/min,传感器型号为诚邦科技生产的 NJG2。 nts 13 第三章升速箱设计及计算 3.1 齿轮基本参数模数由于整个传动过程中，承受的扭矩比较大，经考虑，模数取 5，并选为直齿轮压力角 a 压力角取 a 20 齿宽 b b=km， k 取 7.2，则 b=36 3.2 齿轮齿数分配 5322121 6 1 44811,7 . 1 1 1 . 8 5sszzzziiz z z z 1 2 3 4 5 6根据中心距的大小及传动比的大小，各个齿数如下：z = 4 8 , z = 1 8 , z = 3 9 , z = 2 7 , z = 1 8 , z3.3 齿轮强度计算 1) 齿轮 1、 2 nts 14 1.弯曲疲劳强度 33312 2 1 3 1 1 . 6 1 0 1 . 6 5 0 . 9 3 6 4 . 7 3 . 1 4 5 1 8 7 . 2 0 . 2 11 3 1 1 . 6 , 1 . 6 5 , 0 . 9 , 5 , 1 8 , 7 . 2gfwcg m e f cT k k M p am z k yT M i N m k k m z k w由于小齿轮抗弯曲强度能力低，故校核小齿轮 2其中 2.接触疲劳强度 35351 1 2 5 . 8 1 0 2 . 1 1 0 1 10 . 4 1 8 ( ) 0 . 4 1 8 ( ) 1 0 8 4 3 6 8 2 . 1 3 0 . 82 1 3 1 1 . 6 1 0/ c o s 2 / c o s 2 5 8 0 0 , 2 . 1 1 0 ,1 0 8 c o s 2 0 ?3 6 , s i n 2 4 0 s i n 2 0 8 2 . 1 , s i n 9 0 s i n 2 0 = 3 0 . 8jjzbtgc z z b bFEM p abF F T D N E M p ab k m r r 其中符合要求 2）齿轮 3、 4 1.弯曲疲劳强度 33312 2 1 3 1 1 . 6 1 0 1 . 6 5 1 . 1 3 0 0 . 0 3 . 1 4 5 1 8 7 . 2 0 . 2 0 81 3 1 1 . 6 , 1 . 6 5 , 1 . 1 , 5 , 2 7 , 7 . 2 , 0 . 2 0 8gfwcg m e f cT k k M p am z k yT M i N m k k m z k y w由于小齿轮抗弯曲强度能力低，故校核小齿轮 4其中 2.接触疲劳强度 35354 4 4 41 1 2 0 . 6 1 0 2 . 1 1 0 1 10 . 4 1 8 ( ) 0 . 4 1 8 ( ) 8 7 7 3 6 4 6 . 2 6 6 . 72 1 3 1 1 . 6 1 0/ c o s 2 / c o s 2 0 6 0 0 , 2 . 1 1 0 ,1 3 5 c o s 2 0 ?3 6 , s i n 1 3 5 s i n 2 0 4 6 . 2 , s i n 1 9 5 s i n 2 0 = 6 6 . 7jjzbc z z b bFEM p abF F T D N E M p ab k m r r 其中符合要求 3）齿轮 5、 6 1.弯曲疲劳强度 nts 15 3335 1 32 2 4 9 1 . 9 1 0 1 . 6 5 0 . 9 1 3 6 . 8 3 . 1 4 5 1 8 7 . 2 0 . 2 14 9 1 . 9 , 1 . 6 5 , 0 . 9 , 5 , 1 8 , 7 . 2 , 0 . 2 1gfwcg m e f cT k k M p am z k yT M i i N m k k m z k y w由于小齿轮抗弯曲强度能力低，故校核小齿轮 5其中 2.接触疲劳强度 35355 5 5 51 1 1 1 . 6 1 0 2 . 1 1 0 1 10 . 4 1 8 ( ) 0 . 4 1 8 ( ) 7 2 6 . 5 3 6 8 2 . 1 3 0 . 82 4 9 1 . 9 1 0/ c o s 2 / c o s 1 1 6 0 0 , 2 . 1 1 0 ,9 0 c o s 2 0 ?3 6 , s i n 2 4 0 s i n 2 0 8 2 . 1 , s i n 9 0 s i n 2 0 = 3 0 . 8jjzbc z z b bFEM p abF F T D N E M p ab k m r r 其中符合要求 3.4 轴的强度计算 1) 轴 1 32 2 3 4 9 7 . 5 2 9 1 4 6 , 1 0 6 0 82 4 0 1 02 9 1 4 6 , 7 4 6t r tH t H HTF N F F t g NDF F N M F L N ma-= = = = = = = ?2) 轴 2 nts 16 222 2 2 293331 0 6 0 8 , 2 7 1 , 7 9 4( ) 7 9 4 ( 0 . 6 3 4 9 7 . 5 )6 5 3 4 3 0 0 1 070343003 2 3 2V r V V H VHF F N M F L N m M M M N mMTM p aWDW m m故 ca=其中符合要求asspp-= - = - = ? - = + =+ + ?= = ?= = =1 2 38 0 , 9 0 , 8 5l l l nts 17 3535 331 2 3 2 1 1 2 3 3 2 311 2 3 5 2 3 1 122 2 3 4 9 7 . 5 / 1 . 8 5 2 4 9 1 . 91 9 3 9 0 , 1 0 9 3 1 ,1 9 5 1 0 9 0 1 08 0 , 9 0 , 8 5 , 0 ( ) ( ) 0127610 6 6 2 9 , 1 0 2 1ttH H tHH H t t H H HTTF N F NDDl l l M F l l l F l lFNF F F F F N N F l N m由 -创= = = = = =创= = = = ? + + + =?-+ - - = ? - = ? -3 3 5 51 1 2 3 3 2 3 1 23 1 17 0 5 7 , 3 9 7 92 0 ( ) ( ) 0 4 6 4 4 , 2 4 1 34 6 4 4 0 . 0 8 3 7 2r t r tV r V VVVF F t g N F F t g NM V F l l l F l l F N F NM F l N m由aa= = = = ? + - + = ? = - = - ? -22m a x 3 3 3222293331 0 8 7 , 3 4 9 7 . 5 / 1 . 8 5 1 8 9 11 0 8 7 ( 0 . 6 1 8 9 1 )()7 4 2 1 1 9 5 1 060211953 2 3 2HVHM M M N m T N mMTM p aWDW m m故 ca=其中符合要求asspp-= + = = =+?+= = ?= = =3）轴 3 1 2 3 42 8 , 8 0 , 9 0 , 8 5l l l l nts 18 442 341 2 3 3 3 1 2 3 4 2 2 3 4344 3 1 2 2 22 3 12 2 1 3 1 1 . 61 9 4 3 1 , 2 9 1 4 6 ,1 3 5 1 02 8 , 8 0 , 9 0 , 0 ( ) ( ) 01 4 6 1 0 , 4 8 9 5( ) 1 4 6 1 0 1 0 8 2 9 1 4 6 8 0 7 5 414610ttH H tHHH H tHHTF N F NDl l l M F l l l l F l l lF N F NM F l l F l N mM F l-= = = = = = = ? + + + - + + =? - = + + = - ? ?= = - 2 8 4 0 9 Nm?-2 2 4 43 3 1 2 3 4 2 2 3 4 4 3 4 34 2 3 1 4 3 1 2 2 21 0 6 0 8 , 7 0 7 20 ( ) ( ) ( ) 0 1 3 6 3 1 ,4 0 4 9 , 3 8 2 , ( ) 6 2 4r t r tV V r r VV V V V V rF F t g N F F t g NM F l l l l F l l l F l l F NF N M F l N m M F l l F l N m由aa= = = = ? + + + + + + + + = ?= = = = + - =nts 19 22m a x 4 4 42 2 2 293339 7 9 , 1 3 1 1 . 6( ) 9 7 9 ( 0 . 6 1 3 1 1 . 6 )5 9 2 1 1 9 5 1 060211953 2 3 2HVHM M M N m T N mMTM p aWDW m m故 ca=其中符合要求asspp-= + = =+ + ?= = ?= = =3.5 轴承的寿命计算 1) 轴承 1 7214c d=70 D=125 B=24 a=22.4 c=56 c0=49.2 =15 2260 , 3 1 0 1 6 , 1 . 2 5 1 0 3 8 81 0 3 8 8 1 3 5 / 0 . 3 3 5101 , 0 , 3 1 0 1 6 ( ) 6 0 1 3 6 0 0 06023003 3 3 / m i n , 36 . 9 1a e r H V d ra d a e a rraF F F F N F t g F NF F F N F F ecX Y p X F Y F N h hnpr则，由机械设计教材则故 Ln= 其中 c=56000,p=31016,n=eae= = + = = = + = = = = = + = = ?=满足要求 2) 轴承 2 7212c d=60 D=110 B=22 c=44.8 c0=37.8 =15 222 2 260 , 7 0 5 4 ,/1 , 0 ,

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