汽车起动机、发电机测试实验台设计【全套含9张CAD图纸+毕业论文】
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购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163961摘 要国内汽车市场迅速发展，随着汽车保有量的增加，带来的安全问题也越来越引起人们的注意，由于汽车零部件引发的事故层出不穷。所以汽车零部件质量测试越来越受人们的重视。零部件特别是电器部件更是引起注意，电器测试系统的研究正朝向小型轻量化、设计制造信息化和性能检测自动化方向发展。本设计是针对教学中起动机、发电机的测试实验台进行研究设计。设计出具有测试功能的实验台，能够简单便捷的检测出零件的性能状况。同时能够达到教学施教的效果。设计中主要采用转矩传感器测试起动机的起动转矩和全制动转矩，运用调速电动机皮带传动，控制发电机的转速观察发电机的电压变化。通过这些设备的连接电路进行测试，得出数据结论。并作出分析处理，测试出的数据与额定数据进行比较计算，得出起动机、发电机的工况。关键字：实验台；设计；测试；特性分析；转矩购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163962ABSTRACTThe rapid development of the domestic auto market, with the increase in cars, security issues brought about by more and more attention, as a result of car accidents caused by any components. Therefore, the quality testing of automotive components increased attention. Electrical parts and components in particular is attracting the attention of components, electrical testing systems is towards a small light weight, design and manufacture of information technology and performance test automation direction.The design is aimed at teaching starters, generators, test-bed for the test study design. Designed with the test-bed testing, simple and convenient to detect the status of performance parts. Teaching at the same time to achieve the effect of teaching. The design of the main torque sensor used to test the starting torque starter and full braking torque, the use of a belt drive motor, control the speed of generator voltage generator changes observed. Through these devices to connect the circuit test data to draw conclusions. And analyzed the processing, testing of the data and rating data calculated starters, generators working condition.购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163963Keywords: Experiment platform; Design; Test; Characteristics analysis; Torque购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163964目 录摘要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 汽车起动机发电机测试实验台设计的意义 .11.2 实验台设计课题研究内容及技术路线 .31.3 实验台设计要求和总体方案 .4第 2 章 汽车起动机发电机原理及特性分析 .52.1 起动机结构组成及其作用 .52.2 工作原理分析 .62.3 工作特性分析 .72.3.1 转矩特性 .82.3.2 转速特性 .82.3.3 功率特性 .92.4 发电机的结构和组成 .102.5 工作原理分析 .112.5.1 发电原理 .112.5.2 整流原理 .112.6 工作特性 .12购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639652.6.1 输出特性 .122.6.2 空载特性 .132.6.3 外特性 .142.7 本章小结 .14第 3 章 实验台传动系统设计 .153.1 实验台架布局设计 .153.1.1 实验台主要器材部件 .163.2 起动机传动系统的设计 .163.2.1 齿轮轴的设计 .163.2.2 齿轮段参数计算 .173.2.3 联轴器的参数 .183.2.4 轴承座的参数 .183.3 发电机传动系统设计 .183.3.1 调速电动机的参数 .183.3.2 皮带轮的设计 .183.4 本章小结 .20第 4 章 实验台测试系统设计 .214.1 起动机测试元件选择和电路设计 .214.1.1 测试设备原件的选择 .214.1.2 起动机测试系统电路设计 .244.1.3 起动机的测试 .244.1.3 起动机测试实验的操作步骤 .26购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639664.2 发电机测试系统元件选择和电路设计 .274.2.1 测试设备元件的选择 .274.2.2 发电机的测试电路设计 .344.2.3 发电机的测试 .344.2.4 发电机测试的操作步骤 .344.3 本章小结 .35结论 .36参考文献 .37致谢 .38附录 A .39附录 B .44附录 C .46外文翻译 .49购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163967第 1 章 绪 论1.1 汽车起动机发电机测试实验台设计的意义汽车是现代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通运输工具。汽车起动机、发电机能能够为汽车提供启动动力和全车供电。对汽车能否正常行驶起到至关重要的作用。可视为最最重要的动力源。起动机和发电机能否正常工作将直接影响汽车的使用性能。所以对起动机和发电机的工作状况要严格要求，保证起动机和发电机的正常运转。必须对起动机和发电机的工作性能进行测试，所以本次设计的题目为汽车起动机、发电机测试实验台设计。通过查阅相关的资料，运用专业基础理论和专业知识，确定起动机、发电机测试实验台的设计方案，进行台架结构设计、部件选择和设计计算。使其达到以下要求：实验台结构简单、操作便捷，试验台架选用材料经济可靠。实验台选用部件器材操作简单实用，达到良好的测试效果的目的。同时用电设备具有安全性。起动机、发电机测试实验台研究现状：车 起 动 机 和 发 电 机 测 试 实 验 台 ， 用 于 对 发 电 机 和 起 动 机 的 参 数 测 试 与 性 能 试 验 。专 用 的 实 验 台 它 由 多 个 电 器 检 测 仪 器 组 装 构 成 的 整 体 仪 器 。 目 前 我 国 用 于 汽 车 工 业试 验 与 测 试 的 实 验 台 层 出 不 穷 。 不 断 地 改 进 与 更 新 。 逐 步 实 现 实 验 与 计 算 机 数 字 通信 技 术 数 字 化 和 网 路 化 。 真 正 实 现 了 人 工 智 能 的 水 平 。 实 验 数 据 和 结 果 的 传 输 和 控制 更 加 准 确 和 详 实 。 随 着 我 国 汽 车 工 业 的 发 展 ， 汽 车 技 术 的 成 熟 ， 专 门 用 于 发 电 机和 起 动 机 性 能 测 试 的 教 学 试 验 台 已 经 不 断 完 善 ， 在 教 学 领 域 中 研 制 了 专 门 用 于 教 学施 教 的 测 试 实 验 台 。 根 据 要 求 满 足 学 生 实 验 装 置 易 操 作 性 和 便 捷 性 进 行 教 学 器 材 和设 备 组 装 构 成 设 计 ， 由 于 试 验 装 置 只 是 模 拟 实 验 ， 学 生 的 重 点 在 于 验 证 .所 以 实验 台 重 点 针 对 起 动 机 和 发 电 机 结 构 特 点 性 能 特 点 进 行 测 试 。我 国 汽 车 实 起 动 机 、 发 电 机 测 试 实 验 台 主 要 为 传 统 汽 车 电 器 万 能 实 验 台 。 其 类型 例 如 ： TQD-2 型 汽 车 电 器 万 能 实 验 台 。 其 特 点 为 ： 实 验 台 由 驱 动 装 置 、 加 载 装 置 、测 量 装 置 、 被 测 装 置 等 四 部 分 组 成 。（1）驱动装置购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163968驱动电机多用于转速可调的调速电动机或电力测功机。（2）加载装置加载装置种类很多，常见的有：购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163969购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639610购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639611购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639612购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639613购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639614 直流电机或电力测功机（作为负载装置用时是发电机） ； 电涡流测功机； 水力测功机；其负荷调节较为困难，不易稳定，所以在试验台中这些年已很少使用了。 磁粉制动器。这种负荷装置是近几年才用于汽车实验领域的，其主要特点是：负荷控制方便噪声小低速加载性能好但以为其滑差功率小（大扭距时允许的转速很低） 。（3）被测装置被测装置为待测发电机、起动机、磁电机、蓄电池等。实 验 台 外 形 和 主 要 参 数 如 下 ：购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639615图 1.1 TQD-2 型 汽 车 电 器 万 能 实 验 台表 1.1 技术参数电源 交流：50Hz、220，单项；直流：12V、24V调速范围 转速调节范围（空载）：04000r/min;转向：正反转三针放电装置 组列：8 组并列；间隙调节范围：015mm起动机制动装置测试范围 最大制动转矩：60Nm；最大制动电流：1000A；电压 0-50V发电机测试装置范围 发电机功率在 750W 以下（除 750W14V）各种交直流发电机，硅整流发电机发电机测试装置范围 发电机功率在 750W 以下（除 750W14V）各种交直流发电机，硅整流发电机检测项目直流发电机检查：空载、负载、电枢；电子调节器检验；节压、节流、限流起动机检验：空载、制动扭矩；分电器检验；分电器点火均匀性及点火提前磁电机检验：点火性能、点火提前；点火线圈检验：点火性能蓄电池检验：电压；电喇叭检验：声响电动刮水器（雨刮）检验：动作状况；硅整流发电机检验：空载、负载1.2 实验台设计课题研究内容及技术路线1、 课题研究内容依据给定汽车汽车电器性能测试试验的标准，以及机械部分设计的成果，确定控购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639616制模式及参数，设计起动机、发电机性能实验台的电子控制系统，包括：动力部分、控制部分、执行部分和辅助部分。1.能够对起动机、发电机结构与原理分析；2.能够对起动机、发电机性能分析与测试；3.实验台电路连接设计，能够安全测试。2、 课题研究技术路线本次设计的技术路线可用以下步骤表示。教学研究起动机内部元件结构原理分析发电机内部元件结构原理分析发电机外形固定及夹具设计起动机外形固定及夹具设计发电机特性测试电路设计与设备选择实验台布局与设计起动机特性测试电路设计与设备选择实验台调查研究购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639617图 1.2 技术路线1.3 实验台设计要求和总体方案本次设计主要针对汽车发电机和起动机进行综合测试实验台设计，系统的讲述汽车发电机和起动机实验台的特点，工作原理及结构和组成、功能和特点。起动机和发电机结构及组成、特性分析、电路连接、工作原理，实验台布局 CAD 设计，测试电路、数据分析、功能开发等。具有实验台结构简单、操作便捷特性，试验台架选用材料经济可靠。实验台选用部件器材操作简单实用，达到良好的测试效果的目的。同时用电设备具有安全性。实验台包括起动机测试电路、发电机测试电路、控制面板箱、试验台架、实验台面五部分组成。现有实验设备试验与测试实验台测试完成购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639618第 2 章 汽车起动机、发电机原理及特性分析起动机是将蓄电池电能转换成机械能、再通过传动机构带动发动机曲轴旋转、帮助发动机起动的装置。起动机的种类很多，电动机部分大致相同，而控制装置和传动机构则差异很大。因此起动机多是按控制装置和传动机构的不同来分类的。按磁场产生的方式分类：激磁式起动机、永磁式起动机。按控制装置分类：机械操纵式、电磁操纵式。按传动机构分类：强制啮合式、惯性啮合式、电枢移动式、齿轮移动式、同轴式起动机。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639619发电机是汽车的主要电源，是将发动机产生的机械能转变为电能的装置。其功用是在发电机正常运转时，向所有用电设备供电，同时给蓄电池充电。汽车用发电机可以分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机的性能在许多发面优于直流发电机，直流发电机已经被淘汰。目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。交流发电机按照不同分类方法可分为：1.按总体结构分：普通交流发电机 整体式交流发电机 带泵交流发电机 无刷交流发电机 永磁交流发电机。2.按整流器分：6 管交流发电机 8 管交流发电机 9 管交流发电机 11 管交流发电机。3.按励磁绕组搭铁形式分：内搭铁型交流发电机 外搭铁型交流发电机。2.1 起动机结构组成及其作用起动机一般由直流电动机、传动机构和电磁开关三部分组成。（1）直流电动机，其作用是将蓄电池中电能转变为机械能的装置。一般由电枢、磁极、外壳、电刷与电刷架等组成。电枢总成：电枢用来产生电磁转矩，它由铁心、电枢绕组、电枢轴及换向器组成。电枢铁心由多片互相绝缘的硅钢片叠成；电枢电流一般为 200600A。磁极。磁极由铁心和激磁绕组构成，其作用是在电动机中产生磁场。电刷与电刷架，作用是将电流引入电枢，使电枢产生连续转动。电刷装在电刷架中，借弹簧压紧力压在换向器上。（2）传动机构（啮合机构） ，其作用是：在发动机起动时，使起动机驱动齿轮啮入飞轮齿环，将起动机转矩传给发动机曲轴；而在发动机起动后瞬间，使驱动齿轮打滑与飞轮齿环自动脱开。（3）电磁开关（即控制装置） ，用来接通和切断起动机与蓄电池之间电路。机构将发动机拖转起动。2.2 工作原理分析起动机的工作原理可以通过其主要部件直流电动机的工作原理来说明。直流电动购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639620机是将电能转变为机械能的设备，它是根据带电导体在磁场中受到电磁力作用的这一原理为基础而制成的。如图 2.1 所示。电动机的电刷与直流电源相接，电流由正电刷和换向片 A 流入，从换向片 B 和负电刷流出，此时绕组中的电流方向为 a-b,按左手定则可确定导线 ad 受到向左的电流力 F。导线 cd 受到向右的电磁力 F，从而使整个线圈受到逆时针方向的转矩而转动。当电枢转过半周时，换向片 B 与正电刷相接触，换向片 A 与负电刷相接触，线圈电流的方向改变为由 d-a，因而在 N 极和 S 极下面导体中的电流方向保持不变，电磁转矩的方向也就不变，使电枢仍按原来的逆时针方向继续转动。图 2.1 直流电动机工作原理由此可见，直流电动机的换向器保证电枢所产生的电磁力矩的方向保持不变，使其产生定向转动。但实际的直流电动机为产生足够大且转速稳定的电磁力矩，其电枢由多匝线圈构成，换向器的铜片也相应增加。根据安培定律，可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩 M 与磁极的磁通量 及电枢电流 Is 之间的关系为:（2.1）=式中， 为电动机结构常数。根据上述与原理分析，电枢在电磁力矩 M 作用下产生转动，由于绕组在转动同时购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639621切割磁力线而产生感应电动势，并根据右手定则判定其方向与电枢电流 的方向相反，I故称反电动势。反电动势的大小与磁极的磁通量和电枢的转速 n 成正比。=（2.2）C系数（常数） ；n为发动机转数；为磁极磁通；由此可推出电枢回路的电压方程，即：=+（+）（2.3）电枢绕组电阻；U 起动机外加电压；激磁绕组电阻；电枢电流。在直流电动机刚接通电源的瞬间，电枢转速 n 为 0，电枢反电动势 也为 0，此E时，电枢绕组中的电流达到最大值，电枢产生最大电磁转矩。若此时的电磁转矩大于发动机的阻力矩，电枢就开始加速转动起来。随着电枢转速的上升， 增大，电枢电E流下降，电磁转矩 M 也就随之下降，直至 M 与阻力矩相等为止。可见，当负载变化时，电动机能通过转速、电流和转矩的自动变化来满足负载的需要，使之在新转速下稳定工作，因此直流电动机具有自动调节转矩功能。2.3 工作特性分析车用起动机多采用串激式直流电动机，其原理电路如图所示。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639622图 2.2 起动机原理电路图2.3.1 转矩特性对于串激式直流电动机，其磁场电流 与电枢电流 相同，并且磁极未饱和时，I I磁通 与电枢电流成正比,即 , 为常数 .串激式直流电动机的转矩可表示:=2I 2=CI（2.4）由此可知,在磁路未饱和时，直流串激式电动机的转矩与电枢电流的平方成正比。但是当此路饱和后磁极磁通量几乎不变，此时电磁转矩与电枢电流成直线关系。在发起动发动机的瞬间，由于发动机的阻力矩很大，发动机处于完全制动状态下，由于转速为零反电动势为零。此时电枢电流达到最大值(称为制动电流)，电动机产生最大转矩（称为制动转矩） ，从而使起动机易于发生起动发动机，这就是汽车上采用串激直流电动机的主要原因。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639623图 2.3 直流串激式电动机转矩特性2.3.2 转速特性根据原理电路图可以列出:=+(+0)+=E+R+（2.5）式中 连接导线电阻；蓄电池内电阻；0 电枢接触电压降。根据 ,可求得电动机的转速为E= =（ R） /由此可知，当电动机的电枢电流 增加时，电压降 R 随之增加。 在磁路未饱和的情况下，磁通 也随之增加，电动机的转速虽 R 和 的增加而急 剧下降。因此，直流串激电动机具有在轻载时，电枢电流 IS 小，转速高；而在重载购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639624时，电枢电流 大，转速低的软机械特性，能保证发动机既安全又可靠地起动，这是汽车上采用直流串激式电动机的主要原因之一。但由于其在轻载和空载时转速很高，容易造成“飞车”现象，因此对于功率较大的直流串激电动机来说不可在轻载或空载下长时间运转。图 2.4 直流串激式电动机转速特性2.3.3 功率特性起动机的输出功率 P 可以通过测量电枢轴上的输出转矩 M 和电枢的转速 n 来确定。=/9550()（2.6）起动机在全制动（ n=0）和空载（ M=0）时，其输出功率均为 0，而在 IS接近全制动电流一半时其输出功率最大。起动机工作时间短暂，所以允许在最大功率状态下工作，起动机的额定功率一般也就是电动机的最大功率或接近与最大功率，其特性曲线由图可知：购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639625图 2.5 直流串激式电动机功率特性（1）完全制动时，相当于起动机刚刚接通的瞬间， n=0,电枢电流最大（称为制动电流） ，转矩也达到最大值（称为制动转矩） ，但输出功率为零。（2）起动机空载时电流最小（称为空载电流） ，但转速达到最大值（称为空载转速） ，输出功率亦为零。（3）在电流接近制动电流一半时，起动机的功率最大。生产中通过空载和全制动俩项实验来检查起动机的技术状况，以判定其制造或维修质量。 2.4 发电机的结构和组成交流发电机主要由转子总成、定子总成、硅整流器、前后端盖及电刷以及皮带轮、风扇等部件组成。1、转子总成转子是交流发电机的磁场部分，工作中产生旋转磁场，它由转子轴、滑环、爪极、磁轭、磁场绕组等组成。转子轴上压装着两块爪极，爪极被加工成鸟嘴形状，爪极空腔内装有励磁绕组和磁轭。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，压装在转子轴上并与轴绝缘，两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。当给两滑环通入直流电时，励磁绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为 N 极，另一块被磁化为 S极，从而形成六对相互交错的磁极，当转子转动时，就形成了旋转的磁场。2、定子购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639626定子的作用是产生交三项流电动势。定子安装在转子外面，与发电机的前、后端盖固定在一起，当转子在其内部转动时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势。定子又叫电枢，定子由定子铁心和定子绕组（线圈）组成。 3、硅整流器整流器的作用是将定子绕组的三项交流电变为直流电。整流器由整流板和整流二极管组成。6 管交流发电机的整流器是由 6 只硅整流二极管分别压装在相互绝缘的两块板上组成的，其中一块为正极板，另一块为负极板，负极板和发电机外壳直接相连，也可以将发电机的后盖直接作为负极板。6 只整流二极管分为正极管和负极管两种，引出电极为正极的称为正极管，3 只正极管装在同一块板上，也可以直接安装在后盖上。 4、前后端盖交流发电机的前后端盖均由铝合金铸造而成，铝合金为非导磁材料，漏磁少、重量轻、散热性能好等优点。在后端盖内装有电刷组件，电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷用铜粉和石墨粉模压而成，电刷架用玻璃纤维模压而成。电刷安装在电刷架内，借助弹簧的压力与滑环保持接触。交流发电机磁场绕组的搭铁形式有内搭铁和外搭铁之分。磁场绕组的一端经电刷在发电机段盖上搭铁称为内搭铁式；磁场绕组的两端均与端盖绝缘，其中一端经调节器后搭铁成为外搭铁式。交流发电机前端装有皮带轮、风扇，工作时使发电机内部强行通风散热。后端盖后侧装有薄铝板冲压而成的防护罩，以保护整流器不被损坏。2.5 工作原理分析发电机的工作原理都是基于电磁感应定律和电磁力定律，转子在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。2.5.1 发电原理发电机的三项定子绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，彼此相差 120电角度。内部有一个转子，转子上安装着爪极和励磁绕组。当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便 3 产生磁场，使爪极被磁化为 N 极和 S 极。当转子旋转时，磁通交替地购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639627在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三项绕组中便产生交变的感应电动势。三项绕组的末端连在一起，形成星形连接。当通电的转子旋转时，磁力线和三相绕组有相对运动，在三项绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差 120电角度的正弦交流电动势 、 、 ,其瞬时值方程式为：=Emsint（2.7）=Emsin(t-120）（2.8）=Emsin(t-240）（2.9）式中 最大值， ， E 为有效值；E E= 2E 为角频率（ ） ；=2f每组绕组所产生电动势的有效值为：E=KNf（2.10）式中 K绕组系数，对交流发电机，整距集中绕组 K=1；N每项绕组的匝数； 每极磁通量；f感应电动势频率， ；f=pn/60p磁极对数， n 为转数。2.5.2 整流原理硅二极管具有单向导电性，当给二极管加上正向电压时二级管导通，当给二极管加上反向电压时二极管截止。利用这一特性，可组成各种形式的整流电路，把交流电变成直流电。在交流发电机中采用 6 只硅二极管组成三项桥式整流电路。如图所示购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639628图 2.6 三项桥式整流电路及电压波形如图 2.6 所示，其中 D1、D3、D5 负极连接在一起，在某一瞬时，正极具有最高电位的那个二极管导通。D2、D4、D6 的正极连在一起，在某一瞬时，负极具有最低电位的那个二极管导通。同一时刻只有两个二极管工作。通过 6 只二极管全波整流后，在负极得到一个比较平稳的直流电压。2.6 工作特性2.6.1 输出特性输出特性是研究发电机的输出电压保持一定时（12V 系列规定为 14V，24V 规定为 28V） ，其输出电流与转速的关系。即 U=常数， 的曲线，I=f(n)图 2.7 交流发电机的输出特性购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639629交流发电机的输出特性有如下特点：1.发电机转速较低时，其电压低于蓄电池电压时，不能向外供电。当转速达到空载转速时发电机电压达到额定值；当转速高于空载转速 时，发电机才有能力向外n1供电， 可以作为选择发电机传动比的依据。n12.当转速超过 时，发电机的输出电流将随着转速 n 的升高而增大；当转速等于n1n2时，发电机输出额定功率，转速 叫做发电机的满载转速。n23.当转速达到一定值后，发电机的输出电流不再随着转速的升高负载电阻的减小而增大，这时的电流值称为发电机的最大输出电流（或限额电流值）可见交流发电机具有自身限制输出电流的能力。交流发电机定子绕组的阻抗限制输出电流。交流发电机的定子绕组具有一定的阻抗，对通过定子绕组的交流电流起着阻碍作用，阻抗 Z 由三项绕组的电阻值 R 和感抗组成，即：XL2=2+XL2（2.11）由上式可知，定子绕组的感抗 与发电机的转速成正比。当转速升高时，感抗增大，XL阻抗 Z 也增大，阻碍电流的作用也就越大。电枢反应使磁场减弱，感应电动势降低。所谓电枢反映就是指电枢绕组产生的磁场（电枢磁场）对磁极磁场的影响。在发电机空载时，其内部只有磁极磁场，当定子绕组中有电流输出时，定子绕组的电流将产生磁场，且电流越大，该磁场就会越强。工作中发电机内部的磁场就是上述两磁场的组合。当磁极磁场饱和后，电枢磁场的存在将削弱磁极磁场，使合成磁场减弱，感应电动势降低，输出电压降低，从而使输出电流减小。2.6.2 空载特性交流发电机的空载特性是研究发电机在空载运行时的端电压 U 随转速的变化关系(即 , 的曲线)。I=0U=f(n)购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639630图 2.8 交流发电机的空载特性1.蓄电池电压 2.空载转速 3.自励 4.他励从曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上升较快，由他励转入自激发电时，即能向蓄电池充电；空载特性是判定充电性能的重要依据。2.6.3 外特性外特性是指发电机转速 n 一定时，其端电压随输出电流的变化关系，即 n=常数时， 的函数关系，如图所示：U=f(I)图 2.9 交流发电机的外特性2.7 本章小结本章起动机、发电机主要介绍结构组成和工作原理，以及对工作特性的分析。起动机是汽车最主要的启动部分。通过起动机转动来带动发动机的旋转。发电机是汽车上电气设备的主要供电设备。通过发动机带动产生供给电气设备的电流。并且能够给蓄电池充电。掌握起动机、发电机的基本知识后，才能够对以后实验过程中的各种现购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639631象和数据进行分析计算，得出结论。 第 3 章 实验台传动系统设计实验台是由多个电器检测仪器组装构成的整体仪器。主要有工作台身、台面、调速电机、升降龙门夹具，起动机制动器、传感器、仪表等。通过线路连接构成一个测试整体系统。主要设计方案包括：实验台架设计、实验台布局。3.1 实验台架布局设计实验台架的选材和结构设计：实验台架主要采用管口铁焊接而成。采用 45 方钢管（40mm40mm） ，具有抗弯曲、拉伸特点，能够进行焊接。工作台面采用热轧钢板材料为 20Mn， （主要用于制造心部力学性能较高的渗碳或液体碳氮共渗零件，如凸轮轴、曲柄轴等；在正火或热轧状态下用于制造韧性高而应力较小的零件，如螺钉、螺购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639632母、支架、铰链及铆焊结构件；还可以制成板件 4-10mm 等。试验台架主要通过焊接的方法进行连接，台架台面主要尺寸：表 3.1 实验台架主要尺寸参数 mm长 L/mm 宽 b/mm 高 h/mm 厚实验台 1200 580 850 10图 3.1 实验台总布置图3.1.1 实验台主要器材部件实验台主要包括：控制面板箱和实验测试设备。控制面板布置如图纸所示，选用主要原件包括：电压表、电流表、继电开关、调速电机控制器、转矩显示器和内部电源。测试设备主要包括：主要原件有：起动机、传动齿轮轴、轴承、轴承座、联轴器、转矩传感器、磁粉制动器、变频调速电机、发电机等。3.2 起动机传动系统的设计购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639633起动机动力传动系统方案主要参考现有实验设备系统进行设计，如图：图 3.1 传动方案图传动系统中主要元件设备有：起动机、齿轮轴、联轴器、转矩传感器、轴承座、磁粉制动器。起动机的动力传动需要设计一段齿轮轴，能够起到和起动机小齿轮啮合并且能够传递转矩的作用。3.2.1 齿轮轴的设计系统中所需要的齿轮轴，主要作用是起到动力传递作用，所以根据起动机的参数进行数据计算。图 3.2 齿轮轴根据公式 ： ， 可以计算求出齿轮轴的最小直径。=316由于在传动系统中齿轮轴需要与起动机启动齿轮啮合，所以齿轮轴承受转矩的大小由起动机输出转矩决定，现在选取一个最大起动转矩的起动机为例进行设计计算。一般最大起动转矩为; , 许用扭切应力 。=150. =40计算: ,取 =31626.7d=28=284购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639634对于一般轴，可用第三强度理论求出危险截面的当量应力：=2+42（3.1）为危险截面上弯矩 M 产生的弯曲应力； 为转矩 T 产生的扭切应力。对于直径 为 d 的圆轴 。= 3320.13（3.2）=2（3.3）( ， d 为轴径, G 为弹性模量 MPa, ) =2 =79.4103 =2其中 W 分别为轴的抗弯截面系数和抗扭界面系数。将 和 值代入式 3-1 得 疲劳强度公式：=10.132+（ )21.（3.4）当量弯矩 =2+（ )2a根据转矩性质而定的折合系数。对不变转矩 ，脉动变化时a=0.3a=0.6，对频繁正反转的轴，可作对称循环变应力， a=1.计算得： =663.2.2 齿轮段参数计算齿轮轴的设计要求参数与起动机启动小齿轮的参数一样.现在选取以 11 齿小齿轮为参照。根据齿数可确定分度圆直径等参数，如下表：表 3.3 齿轮参数购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396351 齿数 Z=122 中心距 =2（ 1+2） =303 啮合角 a=204 齿顶圆直径 d1=d1+(2+2)=37.355 齿根圆直径 1=d1(2.52)=22.656 断面模数 m=2.57 螺旋角 B=8208 分度圆直径 d=mz=309 齿顶高 h=2.510 齿根高 h=1.25=3.1253.2.3 联轴器的参数根据传动方案所示，齿轮轴段最小直径与联轴器相连接。根据 d=28mm 选取凸缘联轴器的参数如下表：表 3.4 凸缘联轴器（GB 584386）许用转速r/min轴孔长度L/mmD1 D2螺栓/mm0质量kg型号公称转矩N.m铁轴孔直径d（H7）/mmY 型 mm 数量 直径 Y 型转动惯量 kg. 2YL7 160 4800 28
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