毕业设计（论文）-汽车发动机台架试验台设计（全套图纸）

汽车发动机台架试验台设计14机械工程及自动化（汽车）指导教师【摘要】随着科技的进步，汽车早已不是稀缺资源，而是普通大众都能消费得起的代步工具。汽车公司越来越多，竞争越来越激烈。为了在竞争中取得有利地位，各大汽车公司都加大研发力度去提高整车质量。发动机作为汽车的核心，是研发的重中之重。因此，一个设计精良的发动机台架试验台对于发动机试验来说意义重大。本设计主要对地平铁、发动机支架、传动轴、测功器、冷却系统、燃油系统、进气系统、供电系统、通风换气系统、温度控制系统和安全系统等进行研究。它们是发动机台架试验台的主要组成部分，是影响发动机试验的重要因素。通过分析表明，试验台基础要有足够的强度去满足支撑的要求。设计发动机支架时可以通过改变支撑腿和横梁的位置，去适应不同类型的发动机。设计传动轴时，要分析系统的振动频率，防止出现共振。选用挠性万向节，满足台架试验的需求。交流电力测功器效率高，还可以将发动机的动能转换成电能。发动机试验台的布局科学又合理，安全系统使试验变得便捷和安全。【关键词】发动机台架试验测功器传动轴发动机支架全套图纸，加153893706【ABSTRACT】WITHTHEPROGRESSOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,THEAUTOMOBILEISNOTASCARCERESOURCE,BUTORDINARYPEOPLECANAFFORDTHEMEANSOFTRANSPORTMOREANDMOREAUTOMOBILECOMPANIESENTERTHEAUTOMOTIVEINDUSTRY,WHICHLEADSTOTHEINTENSECOMPETITIONINORDERTOOBTAINANADVANTAGEOUSPOSITIONINTHECOMPETITION,MANYAUTOMOBILECOMPANIESPAYATTENTIONTORESEARCHANDDEVELOPMENTTOIMPROVETHEQUALITYOFTHEVEHICLEENGINEASTHECOREOFTHEAUTOMOBILE,ISTHEMOSTIMPORTANTINRESEARCHANDDEVELOPMENTSO,ANEXCELLENTDESIGNOFENGINEBENCHTESTBEDISGREATSIGNIFICANCEFORENGINETESTTHISDESIGNMAINLYSTUDYTHEIRONFLOOR,ENGINESUPPORT,DRIVESHAFT,DYNAMOMETER,COOLINGSYSTEM,FUELSYSTEM,INTAKESYSTEM,POWERSUPPLYSYSTEM，VENTILATIONSYSTEM,TEMPERATURECONTROLSYSTEM，SAFETYSYSTEMANDSOONTHEYARETHEMAINCOMPONENTSOFTHEENGINEBENCHTESTBED,WHICHAREIMPORTANTINFLUENCEFORTHEENGINETESTTHEANALYSISSHOWSTHATTHETESTBENCHFOUNDATIONMUSTHAVEENOUGHSTRENGTHTOMEETTHEREQUIREMENTOFSUPPORTWHENTHEENGINESUPPORTISDESIGNED,THEPOSITIONOFTHESUPPORTLEGANDTHECROSSBEAMCANBECHANGEDTOADAPTTODIFFERENTTYPESOFENGINEWHENTHEDRIVESHAFTISDESIGNED,THEVIBRATIONFREQUENCYOFTHESYSTEMSHOULDBEANALYSEDTOAVOIDRESONANCEFLEXIBLEUNIVERSALJOINTSHOULDBEUSEDTOMEETTHENEEDOFBENCHTESTACELECTRICDYNAMOMETERWITHHIGHEFFICIENCY,THEKINETICENERGYOFTHEENGINECANALSOBECONVERTEDINTOELECTRICITYTHELAYOUTOFENGINETESTBENCHISSCIENTIFICANDREASONABLETHESECURITYSYSTEMMAKESTHETESTMORECONVENIENTANDSAFE【KEYWORDS】ENGINEBENCHTESTDYNAMOMETERDRIVESHAFTENGINESUPPORT目录1绪论311选题背景312选题目的及意义313研究范围及要达到的技术要求414国内外研究现状42发动机台架试验要求521发动机台架试验简述522发动机台架试验标准523发动机台架试验对测试设备的要求63试验基础台631地平铁6311地平铁简述6312地平铁设计6313地平铁维护732钢筋混凝土重块7321钢筋混凝土重块简述7322钢筋混凝土设计74发动机支架841发动机支架简述842发动机支架设计85试验传动轴951传动轴简述952传动轴设计要求953传动轴设计1054万向节选型13541万向节简述13542球叉式万向节13543球笼式万向节13544挠性万向节14545万向节选型1555传动轴末端设计156测功器选型1661测功器简述1662水力测功器1763电涡流测功器1764直流电力测功器1765交流电力测功器1766测功器选型1867测功器与发动机对中19671对中简述19672对中要求197试验辅助系统1971数据采集系统1972冷却系统20721冷却系统简述20722冷却液温控系统20723冷却水流量计算2173燃油系统22731燃油系统简述22732油耗仪22733燃油温控系统23734燃油供油量计算2474通风换气系统24741通风换气系统简述24742通风换气量计算2575进气系统2676中冷温控系统2677供电系统2778排气系统2779机油温控系统28710油门控制系统29711安全系统297111安全系统简述297112摄像头297113探测器297114水喷淋单元30712废弃物处理系统308汽车发动机台架试验台设计309结论32参考文献33谢辞351绪论11选题背景我国是一个制造业大国，每年大量的劳动力输出，给世界带来了各式各样物美价廉的商品，也创造了经济建设的奇迹。自从2008年金融危机以来，全球经济萎靡，我国自从改革开放以来，引进了大量的外资企业，由于经济不景气再加上劳动力成本的不断提高，大量外资企业纷纷倒闭或者迁移到老挝、越南、缅甸等一些劳动力成本更加低廉的国家，近两年我国的GDP逐年降低，经济发展后劲不足。在这种情况下，提出了向制造业强国转变的战略，汽车产业作为国家经济建设的支柱产业，国家将汽车产业作为提升中国经济的强大引擎。每年政府也出台了各种措施去帮助提升国产汽车的整体水平，想要提升整体水平必须从研发着手。因此，近几年各大国产品牌公司建立汽车研发中心，发动机作为汽车的核心部件，发动机测试试验室成为研发的重中之重。近几年，我国的汽车工业有了日新月异的变化，路面上行驶的车辆越来越多，对于汽车需求的人员也越来越多，汽车由原来的高级用品，到很多老百姓都消费得起的普通用品，随之各种各样的工程车辆、农用拖拉机、各种航运船舶、不同种类的内燃机车都随之出现，慢慢人们意识到这些车辆在提供便利的同时，也带来了许多的隐患，例如能源的枯竭，环境的污染，包括发动机使用过程中产生过多二氧化碳气体，随后国家出台了一系列的汽车标准，伴随而来的就是不同用途的发动机试验标准。世界上每个国家都会根据发动机的不同用途和相应的使用条件制定了相适应的试验标准，目的就在于衡量和评估发动机的重要性能和设计的参数是否合理。发动机的质量状况也就决定了车辆的性能表现是否优越，通常情况下，研发人员就会在发动机台架上，依照规定的标准进行测试试验，主要考查发动机的各项性能指标是否合格，验证它们的特性曲线是否达标。汽车发动机是一种非常复杂，精密度非常高的动力装置,它的结构超级复杂,因此伴随而来的就是对发动机工作时的辅助测试系统提出了很高的要求,这些都是做发动机试验所需要解决的前提条件。不仅仅需要有各种各样的测量仪器设备,还需要有一个既能保证试验条件和实际行驶条件类似，又要保证发动机的各项数据测量精度非常高的试验室,同时又必须要把试验室的辅助试验系统布置的合理。12选题目的及意义为了摆脱石油资源短缺的局面，标准越来越高的排放法规，人类对生存质量不断提升的形势下，对发动机的各项性能指标要求不断提高，这样的做法也是为了推动汽车发动机技术的不断发展。发动机的应用随处可见，路面上各种行驶车辆。例如轿车、耕田农用机、船舶、电站、农林机械、开矿、开采石油、建筑、桥梁、道路等方面都离不开它。在航空航天领域，发动机也扮演着核心的角色，为他们提供了翱翔蓝天的实力和资本。发动机就是车辆行驶的动力之本，它由成千上万复杂的零部件组成，结构种类繁多，需要面临极其恶劣的内部环境，所以会出现各种各样复杂的问题，这个就需要技术人员重点关注和诊断的大问题，对发动机进行综合性能测试，通过对测试结果的分析，可以对所开发的发动机技术状况有了一个明确的认识，对发动机进行科学的诊断提供了必要的保障。发动机试验是一项实践性很强的环节，为了研制一款新型的发动机投入的时间和精力是非常惊人的。业内人士都知道，如果想研发一款新型发动机，从开始着手项目，到新产品投放到市场，一共大约需要680万个小时的测试试验。因此，世界上主流的汽车生产商都十分重视发动机试验室的测试条件，并采用水平一流的试验装备，美国某汽车公司的柴油机研发中心就有一百多个发动机测试平台，他们将每年67的收益投入到新型发动机的开发上。日本某著名汽车公司，为了验证发动机在高原环境下的性能表现，专门成立了高原性能测试试验室。由于他们对发动机性能的不断追求，在世界范围内深受大家喜爱，这与他们在研发方面做的努力是密不可分的。13研究范围及要达到的技术要求本次设计主要围绕整个发动机台架试验测试系统展开，研究的范围主要包含试验基础台、发动机支架、试验传动轴、测功器和试验辅助测试系统等，涉及内容比较多，包含测试设备的设计、选型和应用。在国家标准的前提下，本着简单、实用、经济、高效、安全的准则进行设计，力求达到采集的数据精度高，动态响应快，自动化程度高，操作简单易掌握的效果。14国内外研究现状最近两年国产汽车的技术水准和市场份额都得到了很大的进步，自主研发发动机测试设备的企业也越来越多，企业通过学习借鉴国外的优秀技术和自身的研究开发效果明显，现在已经有能力生产出水平较高的测功机，发动机的测试设备基本上也可以实现国产化，也可以根据客户的实际需求生产出一些专用设备。当然，由于起步比较晚，经验积累不够丰富，也能很明显的看到差距，我国的设备测量精度和产品的性能还是比不上国外，设备的协调工作能力差，产品的可靠性差，维护和技术支持不到位，科研机构开发的专用测试设备成本高昂，制造工艺要求高，利润低，不具备大批量生产的实力，无法和高需求的汽车发动机行业相匹配，测试的数据基本上依赖于人工操作，自动化程度差距明显，数据的后处理花费了很大的功夫，并且效果也不容乐观。大部分的汽车研发单位还是选择购买国外的测试设备，国外测试设备厂家几家独大，形成垄断，价格高的惊人，形势很严峻。2发动机台架试验要求21发动机台架试验简述发动机台架试验已经成为研发汽车发动机的一个非常实用高效的方法，开发人员可以模拟汽车在实际行驶过程中遇到的各种工况，在台架上进行发动机动态加载试验，能够接近真实地反映发动机的实际性能输出。在发动机的研究和开发过程中，通常进行常规试验之后，还需要增设不同类型的特殊试验和专项试验，试验设备和仪器都严格按照相关计量单位的规定进行操作。常规的台架试验主要有（1）定型鉴定试验；（2）出厂试验，组装的新发动机在出厂之前，都需要进行磨合试验、检查移交试验和验收试验等；（3）定期抽检试验；22发动机台架试验标准经过几代人的不懈努力，我国的测试体系不断优化，测试的类型也朝着多样、全面、可持续的方向发展，制定的试验标准多数都和国际接轨。汽车的使用带来了大量的社会问题，交通拥堵现象在大城市特别突出，部分超载的货车使道路的生命周期变短，道路维护又带来了大量的灰尘，污染环境。汽车尾气和噪音使人类的生存质量受到很大的影响，各种交通事故频发，给家庭和社会都造成了巨大的负担。面对种种问题，国家不断地提高汽车的标准，对汽车在节能减排、安全、排放、可靠度和性能等方面提出了苛刻的要求，他们往往会通过提高试验技术，加大研发高水平设备的力度去适应发展的需要，企业标准高于国家标准，这样在竞争中才能够保持领先的地位。国家制定了关于发动机性能是否合格的测试标准，在标准中阐述的非常清楚。通常使用发动机的启动特性、怠速特性、速度特性、加速特性、每个气缸工作时的均匀性、负载特性、空转特性、调速特性来衡量发动机的动力输出特性、燃油经济性、工作时的可靠性，通常用一些长期在恶劣环境中运转的零件的可靠程度、耐磨程度、动力输出效率、燃油消耗量作为发动机可靠性和耐久性的评价指标。通常情况下发动机的试验流程是发动机的安装发动机跑磨合工况可靠性耐久或性能试验实际使用试验在做试验期间，有一些技术要求（1）为了保护发动机，启动发动机以后需要热机，只有发动机热机以后才能去做测试试验；（2）保证在试验进行的每一步，单位时间内进行多次采集数据点，这样能够保证在测量条件保持不变的情况下，多次对比试验数据的可靠性；（3）能够在线实时的将所有的试验数据都记录下来，并查找试验的结果和预想的效果进行分析对比，以确定试验数据是否理想，为下一步的工作提供保障；（4）在试验运行期间，在注意试验数据的同时，也要留意试验室内部的实际情况，多关注排气烟度，是否有局部过热、振动异常和发动机出现敲缸等现象，并在试验记录本上描述清楚；23发动机台架试验对测试设备的要求汽车发动机是高速运动的元件，测量发动机的一些参数，对测量元件本身来说就是一个相当大的考验。发动机排气温度传感器，在发动机全速全负荷的工况下，排气温度将近1000，这对温度传感器本身也是一个巨大的考验。发动机冷却液温控单元需要快速准确的执行系统的指令，如果反应不灵敏，发动机机体本身的温度过高或过低，都会大大的损伤发动机。发动机数据采集系统，通道很多，测量的参数各种各样，为了确保试验数据的科学有效性，需要高的采集数据频率，频率太低，数据就不准确。目前比较先进的试验台架，通常将测试设备、辅助设备、控制仪表集成在一个操作面板上，利用控制系统和控制软件对发动机的控制模式进行更改，比如转速、扭矩控制模式，转速、节气门开度控制模式等，根据实际测试的需要进行调节。不能直接测量的数据，系统会根据一定的算法，实现快速、准确、精准化的测量。测量设备自动处理试验数据，可以提供多种展现数据的办法，方便试验人员阅读和分析。3试验基础台31地平铁311地平铁简述地平铁在试验过程中起到支撑测功器、发动机支架、发动机和其它的测试设备的作用，不同试验室地平铁的布置方式是不一样的。现在比较广泛的是将地平铁，测功器、发动机支架、发动机、联轴器整体安装到地平铁上，地平铁下面采用刚性弹簧，条件比较好的试验室采用空气弹簧，通过改变压缩空气的压力去调节地平铁的高度，这种控制更精确，传动轴不受影响。312地平铁设计地平铁的尺寸设计及要求如下（1）地平铁尺寸为，毛重5吨，去掉T型槽及地脚螺栓孔，401950MM净重约45吨，材料选用45钢；（2）T型槽的设计按照国际标准，将铁地板开9条槽，中心间隔；20M（3）地平铁底部有连接处,可以把隔振器、混凝土重块等连起来形成一个整体；图31地平铁俯视图313地平铁维护在发动机试验过程中，难免会有机油、防冻液、冷冻水、冷却水等泄露到地平铁上面，地平铁是一个很容易生锈的元件，所以在日常的使用中要定期的对地平铁进行维护。发动机下完台架以后，先用除锈剂喷涂有锈迹的地方，静置15分钟以后，用钢刷刷铁锈，除完锈以后，在地平铁上涂一层石蜡，石蜡会在地平铁上面形成一层致密的保护膜，这样的做法对预防地平铁生锈有明显的作用。32钢筋混凝土重块321钢筋混凝土重块简述钢筋混凝土重块主要起支撑作用，保证整个试验台架有一个稳固的基础，为了便于铁地板的放置，基础的位置相对与观察窗采取纵向布置。322钢筋混凝土设计钢筋混凝土重块的设计如下（1）钢筋混凝土重块的设计尺寸，总重约3吨，在铁地板190870MM的两端共设置两个混凝土重块，满足支撑铁地板的需要；（2）在钢筋混凝土重块的上方设置4个空气弹簧，在空气弹簧的旁边安装4个千斤顶，当没有压缩空气空气弹簧无法工作时，千斤顶可以起到支撑的作用；（3）钢筋混凝土重块要保证质量，定期观察有没有裂纹等现象；4发动机支架41发动机支架简述发动机支架主要在发动机试验中起到支撑发动机，安放数据采集模块，缓冲发动机振动的作用。在设计发动机支架时，要保证支架在发动机工作的过程中平稳、可靠。要保证支架的刚度，保证在使用的过程中不能发生变形，支架发生了变形会影响发动机的摆放位置，影响发动机的对中。要保证一定的强度，如果强度不足，发动机在大负荷强振动时会对支架造成破坏，甚至损坏发动机、传动轴和测功器轴的危险。在平时的使用中，支架底座的端面会和铁地板发生磨损，磨损也会对发动机和设备造成不良的影响。在支架支撑腿的上部设置有减震器，发动机在工作时振动很激烈，需要有减震器去保护支撑腿和发动机。采用合理化的设计，便与制造，在保证安全的前提下减小材料的使用，以达到节省空间的目的。42发动机支架设计发动机支架的设计及要求如下（1）支架底座采用环形设计，既节省空间，也节省材料，外长方形尺寸为，内长方形尺寸为，支架底座高为，支架底20M1709M10M座用4个普通六角螺栓固定到地平铁上；20M（2）支架横梁有2条，可以根据发动机实际长度去调节前后位置，横梁尺寸为，横梁底座尺寸为，横梁和横梁底座是1883102焊接在一起的，整体用8个的内六角螺钉固定到支架底座上；140（3）支架支撑腿4条，可以根据发动机实际宽度去调节左右位置，支撑腿是一个直径为，高为的圆柱体，支撑腿底座尺寸为，用8个0M5080M的内六角螺钉固定到支架横梁上，支撑腿顶部有发动机支撑块，在支撑块上部安装减14M震器，发动机支撑块的尺寸为，用8个的普通六角螺栓16050M21M固定减震器，减震器和发动机是一体的；（4）将发动机支架安装到地平铁之前，确保支架和地平铁表面平整、干净、无杂物，使用轻量化的材料，受热变形小；图41发动机支架设计图5试验传动轴51传动轴简述传动轴是整个台架比较脆弱的部件，传动轴传递来自发动机的转矩，试验传动轴和汽车传动轴相比，变动频繁，冲击载荷大，工作环境艰苦，分析整个传动系统的扭转振动频率，防止在发动机在正常转速范围内出现共振等现象。分析传动轴最大转速与发动机最大转速之间的关系，合理选择连接轴的材料，满足强度要求。采取什么样的措施可以既能减少占用空间又能起到缓冲振动的作用。如果设计不合理，就会损坏传动轴、测功器，乃至试验人员的人身安全都会带来很大的隐患。另外，断轴后，更换传动轴的代价也很大，传动轴的费用很高昂，并且在没有找到真正的隐患，贸然的更换以后，还会出现断轴的现象。所以，一个科学合理的传动轴设计是非常重要的。52传动轴设计要求（1）能够平稳可靠的传递转矩，传动轴工作时，不仅传递发动机输出的扭矩，同时还承受发动机在更换工况时产生的冲击载荷；（2）安装方便，减小发动机轴系和测功机轴系的对中难度；（3）允许发动机、测功器在安装时有少量的径向、轴向和角度上的偏移，并且能够自动调节不足；（4）在正常的转速范围内，扭转振动系统不发生共振，在试验台设计时要求系统的固有频率大于15HZ，为了不影响试验台的正常工作，就需要选择合理的扭转刚度；（5）有适当的阻尼性能，发动机输出转矩时产生的基波能够导致系统产生危害性很强的振动，能够很明显的增大发动机传递的转矩，有阻尼能力的传动轴可以在发动机高速运转时减小振幅，从而保证试验的正常运行；（6）传动轴的允许转速大于发动机的最高转速；53传动轴设计表51发动机和测功器参数设备项目参数气缸排列型式与V型角V660缸径行程，M8783总排量，32960最大功率，KW1706400/MINR最大扭矩，N27263200怠速转速，/INR700发动机发动机轴系总转动惯量，2KGM017额定扭矩，525测功器转子转动惯量，2044（1）计算传动轴的刚度K试验台系统固有频率（51）12EBFKI发动机轴系总转动惯量，；EI2KGM测功器转子转动惯量，；B要求系统固有频率大于15，则有HZ（52）290EBIK从理论上来说，通过调整传动轴刚度，使共振转速低于发动机怠速，或者高于发动机最高转速都可以避免在发动机正常工作时出现共振现象，如果共振转速高于发动机最高转速往往对传动轴的刚度要求很高，往往不采用。通常情况下，采用共振转速低于发动机怠速的方法。（53）2CIDLEN（54）60CFNV为发动机主谐波次数，六缸机为3；发动机怠速；IDLE共振转速；CN由公式（53）、（54）可得（55）2180IDLEBVIK将表中的参数代入得1094265/KNMRAD（2）计算传动轴的直径（按扭转强度条件计算）（56）39502TTPNWD扭转切应力，；MPA轴所受的扭矩，；NM轴的抗扭截面系数，；T3轴传递的功率，；PKW轴的转速，；N/INR计算截面处轴的直径，；DM许用扭转切应力，；TMPA由公式（56）可得推导公式（57）3333095095022TTPPDANN式中，当轴所受弯矩较小或只承受扭矩作用时，取较大值，取30TAT0A较小值，选用材料40，调质处理，为，为；取RCT35MPA0A1297，代入公式（57）得；17,64/MINPKWN01A83DM（3）计算传动轴的临界转速K（58）820KCDL传动轴直径；D传动轴长度；CL取，得30M50CL140/MINKNR由，得AX,12KNK（安全系数）AX20/I80/MINRR符合临界转速要求；（4）计算传动轴的扭转变形；轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示，扭转角的公式为单位为（）/（59）457310PTGI轴所受的扭矩，；TNM轴的材料的剪切弹性模量，；MPA4810GPA轴截面的极惯性矩，对于圆轴，；PI432PDI取，代入公式（59）得，对于327610TNM30D5431/0M精密传动轴，可取，满足扭转变形要求；/2554万向节选型541万向节简述根据在扭转方向上是否有明显的弹性，将万向节分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节又分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节。由于发动机传动轴用于等速传递，所以只研究等速万向节。542球叉式万向节以圆弧槽滚道型为例，它的结构简单，在两轴夹角很大的条件下仍能正常工作，缺点是在单向传动时，只有相对的两个传动钢球传递力，受力大、磨损快，这种万向节只有在钢球和滚道之间具有一定的预紧力时，才能保证等角速传递。在使用的过程中，随着磨损的增加预紧力逐渐减小甚至消失，便会出现轴向窜动的现象，从而破坏了传动的等速性，严重时会造成钢球脱落。图51球叉式万向节543球笼式万向节与球叉式万向节相比，球笼式万向节承载能力强，结构简单，加工方便，易于拆装，滚动阻力小，传动效率高，轴向相对移动是通过钢球沿内、外滚道滚动实现的，万向节允许的的最大工作夹角为20，在汽车上应用比较广泛。图52球笼式万向节544挠性万向节挠性万向节能减小传动系的扭转振动、动载荷和噪声，结构简单，使用中不需要润滑，一般用于两轴间夹角不大和有很小轴向位移的万向传动场合，挠性万向节中的橡胶弹性元件，在传动时会发生弹性变形，保证两传动轴不发生干涉，为了保证高速运转时传动轴总成有一个良好的动平衡，常在万向节所连接的两轴端部设专门机构保证对正中心。图53挠性万向节545万向节选型表52万向节类型对比名称优点缺点结构简单，在两轴夹受力大、磨损快，在使球叉式万向节角很大的条件下仍能正常工作用的过程中出现轴向窜动的现象承载能力强，结构简对密封装置的要求高，球笼式万向节单，加工方便，易于制造的精度高，成本高拆装，滚动阻力小，传动效率高弹性橡胶元件能减小一般用于两轴间夹角挠性万向节传动时的扭转振动动不大和有很小轴向位载荷和噪声，不需要移的万向传动场合润滑，高速运转时有良好的动平衡表现通过上表综合比较下来，挠性万向节更适合用于发动机台架试验，由于传动轴的，直接选用和传动轴直径相匹配的挠性万向节，通过查找资料可知型号为，30DM165/，和发动机输出轴匹配的，满足使用16D外径10DMAX6027TNM需求。55传动轴末端设计传动轴末端设计如下（1）连接轴末端采用圆盘设计，外形尺寸为，厚度为，和缓冲模块的接190M40触处，为了节约材料，挖去了一个尺寸为，厚度为的圆柱体，为了内六角螺钉的安装需要，打了3个互成120的的螺纹孔，用于安装3个的螺钉到缓冲2428M模块上，另外打了3个互成120的的螺纹孔，用于安装3个的螺钉到扭矩30410法兰盘上；（2）在传动轴的末端设计时，考虑到传动轴在高速运转时有一定的振动和偏移，在连接轴的连接处添加一个缓冲模块，三个互成120的短螺钉将传动轴和缓冲模块连接用于缓冲冲击，补偿轴的少量偏移，三个互成120的长螺钉将传动轴、缓冲模块、法兰盘连接，用于传递转速和扭矩。缓冲模块采用圆环设计，外圆尺寸为，内圆尺寸为，厚度为；210M70M50（3）扭矩法兰盘是和测功器的法兰盘相匹配的，根据所选测功器的法兰盘的尺寸，扭矩法兰盘的外圆尺寸为，厚度为，和缓冲模块连接处外圆尺寸为，内圆250M40210尺寸为，厚度为，和测功器法兰盘连接处用6个的螺钉将传动轴和测7M功器连接到一起；图54台架试验传动轴设计图6测功器选型61测功器简述测功器在汽车出来以前就出现了，后来应用到汽车领域的。汽车和日常生活联系的越来越紧密，各行各业已经离不开汽车了，汽车可以说是整个国家建设的强大武器，需要大力发展自身的研发实力，提升国际地位，现在世界各个国家之间的博弈，事实上就是科技水平的较量。需要一个功能强大的测功设备，去检测发动机的性能指标是否合格，组成汽车的关键零部件是否满足功能和寿命的要求。因此，可以毫不夸张的讲，测功器的技术水平制约着发动机的前进步伐。测功器有可倒拖和不可倒拖两种类型，可倒拖的测功器有电力式和混合式两种，不可倒拖的测功器有水力式、机械制动式、风扇制动式、磁滞制动式、电涡流式等，应用比较广泛的是电涡流式和电力测功器。62水力测功器水力测功器可以分为定充量水力测功器和变充量水力测功器两种，主要应用在大功率内燃机试验上，它的优点就是单位转动惯量的扭矩吸收能力强。定充量水力测功器的特点就是吸收腔内充满特定压力的水，依靠调节转子和定子之间的工作面积去调节测功器扭矩的值，由于自动控制技术的出现，老机型跟不上实际的使用需要被淘汰。变充量水力测功器也被人们称为水涡流测功机，它就是依靠改变进、出水阀来改变吸功腔内的水量大小，实现改变制动力矩的值。流入测功器的水，会在定子和转子之间形成环流，在环流中心的位置，有通向大气的孔。不过，它在高转速、低扭矩的工况下，在吸功腔内不能保持动态或静态的水量，导致不能够实现稳定工作。为了解决高转速、低扭矩工况不能实现稳定控制的问题，将发动机的油门和测功器的水门采用闭环控制的办法，实现双闭环控制转速和扭矩，这种简单又实用的办法被广为采用。63电涡流测功器电涡流测功机具有转动惯量小、稳定性强、结构简单、易于维护、测试功率范围大、测试工艺成熟、性能可靠、动态响应速度快、良好的可调性和负载稳定性、控制性好、等优点广泛应用于发动机研发中心。不过传统的电涡流测功器的“恒速控制”和“恒流控制”只用了一个调节器，使恒速和恒流的控制精度不够，被很多使用公司所抱怨，经过改良以后，采用两个调节器控制两个闭环控制系统，采用参数不同的调节器进行调节，从根本上解决了一个调节器调节两个闭环系统的缺陷，提高了控制精度，使动态指标达到使用要求。64直流电力测功器直流电力测功器用的是复式直流电动机，它利用电枢绕组切割磁感线，从而产生感应电动势的原理，根据工作时产生电磁力的大小，从而产生大小相等方向相反的力矩去测量发动机的转速、扭矩和功率。65交流电力测功器交流电力测功器最大的特点就是能够回收能量，将其转换成电能贮存起来循环的利用，回收利用率高达7080。它相比各种水力测功器的优点就是效率高，水力测功器在工作过程中需要消耗大量的水资源，同时也省去了需要水循环的配套设备，节约成本，也保证了试验室的卫生，它还可以倒拖发动机启动。交流电力测功机具有直流电力测功器的一切优点之外，不需要经常保养，外形尺寸小，测量精度高，动态响应好，价格便宜的特点。电力测功器的潜在价值很大，它为发动机开发试验的研究引领到了一个新的领域，功能更加强大，对保护环境，节约能源都有着重要的意义。66测功器选型表61测功器类型对比名称优点缺点单位转动惯量的扭矩吸在高转速、低扭矩的工水力测功器收能力强况下，不能够实现稳定工作，浪费水资源转动惯量小、稳定性无法回收热能，能量损电涡流测功器强、结构简单、操作维失大护方便，动态响应较快能回收发动机的机械能，保养周期较短，成本高，直流电力测功器动态响应速度快，测量空间稍大精度高，可以倒拖发动机具有直流电力测功器的一机械、电气、测试工艺交流电力测功器切优点外，无需经常保养，方面需要做进一步完善空间小，成本低通过上表的综合对比发现，交流电力测功器是目前性能最优越的的测功器，选用测功器额定转矩，转子转动惯量，满足使用需求。52NM204KGMAX10/MINNR67测功器与发动机对中671对中简述测功器和发动机的对中是发动机上台架的主要工作，不同设备的对中方法也不一样。发动机主要有间接链接和直接连接两种方法，间接连接是通过变速器的输出轴连接测功器的传动轴，这样的措施可以模拟整车布置，不需要专门的悬置系统，不足是机械损失大，影响测试的结果。直接连接是发动机安装好以后，发动机直接通过传动轴和测功器的法兰盘连接，不需要变速器，这样的连接方式机械损失少，测量结果准确度高，不足就在于对中的精度要求高，如果对中不好，就会影响发动机测量参数的准确性，还会损坏传动轴。大多数的测试台架从通用性的角度考虑，通常采用直接连接这种方式，尤其是同一个台架要做耐久试验和性能试验。672对中要求（1）测功器、发动机支架底座能满足强度和刚度的要求；（2）两支架底座平面的平行度在合理的范围，不影响传动轴的安装；（3）发动机支架底座可以调节位置，适应不同类型的发动机；（4）由于测功器与发动机中线的任何偏差都将引起它们的附加振动，在传动轴上产生动负荷，所以一定要尽可能保持两轴中心线重合，误差保持在02MM以内；（5）传动轴的参数应与被测发动机相协调，在材料强度允许的条件下，应尽量采用较轻的传动轴，传动轴应经过精确的动平衡试验；（6）传动轴应装有安全保护罩，保护罩上装有保护开关，当保护罩处于打开状态时，发动机处于急停状态；（7）连接螺栓打紧力矩要严格按照力矩标准拧紧，确保拧紧以后，将扭矩法兰盘的定位销拔出，以防试验出现损坏设备的危险；7试验辅助系统71数据采集系统数据采集系统是一个独立控制系统，实际上运用的是CAN总线的原理，把试验过程中采集到的数据，实时地显示在电脑屏幕上，如果在试验的过程中发现发动机的性能输出不正常，可以通过控制CAN通讯的计算机上进行参数的更改，观察发动机的表现是否正常。不同的数据采集模块通道也不一样，常见的是把数据采集模板分成几块，在不同的模块上设置测量不同类型的参数，例如电流，电压，电阻等模拟信号的测量。在数据采集模块上有预定义和可以自由定义的传感器通道，预定义的通道是一些发动机常规的测量参数，适用于大多数试验，在每次做试验以前，根据所做发动机试验的类型进行加载。自由定义的传感器通道，就是根据不同试验类型的需要，然后自行定义，灵活性强。无论是预定义，或者是自由定义的传感器通道，都是通过计算机上加载的程序中进行更改，更改以后在系统中重新加载一下就可以永久保存。实际测量时，不同传感器的测量范围和精度是不同的，在实际的使用中就需要试验人员根据测量的要求进行选择。72冷却系统721冷却系统简述发动机启动后随着机体温度的不断上升，为了保持发动机的正常工作，需要冷却系统参与工作去控制发动机温度。冷却系统包含冷却水系统、冷冻水系统和冷却液温控系统。722冷却液温控系统为了保护发动机，配制冷却液时要用软水按照11的比例进行混合，软水是经过清洁和除锈处理的，有利于保护热交换设备，发动机冷却液温控系统主要对冷却液的温度、液位和报警进行控制。（1）温度控制发动机启动后，发动机机体内的水温逐渐的上升，当温度传感器检测水温高于试验设定值时，温度控制仪就会发出打开PID阀的命令，阀门依据控制系统的指令来调节开度大小，来改变进入热交换器的冷却水流量，进入的冷却水流量越大，冷却速率就越快，当达到试验所需要的温度时，关闭阀门，反复循环，使整个冷却系统保持稳定。当然，一些比较先进的设备里还添加了加热器，在发动机启动时，冷却液的温度比较低，不能满足发动机的实际需要，系统就会关闭冷却水阀门，冷却液就经过加热器进行加热，实现冷却液的快速升温。（2）液位控制在试验的过程中，冷却液的温度不断上升，部分冷却液汽化，如果接通自动放气阀，电接点压力表上的压力超过设定的压力，排气阀就会自动打开，排出挥发的气体。如果自动放气阀没开，试验人员都会定期的点检，定期的手动打开放气阀放气。如果在使用的过程中，冷却液的容量过低，安装在膨胀水箱上的液位的液位低于最小值时，电磁阀和水泵将自动开启，向膨胀水箱自动冲水，一直到规定的液位。（3）报警控制当系统中某些冷却部件损坏时，造成冷却液温度超过预先设定的报警值，或者发动机处于缺水状态等非正常状态时，安全阀将信号传递给控制系统，控制系统发出急停的命令，这种做法对于保护发动机来说意义重大。图71冷却液温控系统工作原理图723冷却水流量计算为确保各种热交换设备的进出口水温，冷却水需要有足够的水流量才能保证各个参与热交换的设备按照控制系统的指令正常工作。1计算发动机总的发热量Q总（71）MAXEEQPGH总发能发动机最大功率，；AXE发KW发动机的燃料消耗率，额定工况时可取02100270；G/KGWH燃料的热值，汽油取43070；H能/J取，代入公式得MAX170EPK发250EGKH183045/7QJ总（2）计算冷却水流量W发动机热量分布的一般规律是30用于功率输出，30用于排气散热，其余40的热量是由冷却水带走的。（72）2104QWCT总水的比热容，42；/KGJ冷却水出水温度，；2T冷却水进水温度，；1取，代入公式得25T10T350/35/WKGHT除了上述发动机所产生的热量被冷却水带走外，其他一些用电设备产生的热量有时也需要冷却水冷却，所以取比较合理。4/TH73燃油系统731燃油系统简述燃油系统为发动机正常工作时提供了稳定的物质供应，燃油系统主要包含燃油消耗量的测量和燃油温度、压力、液位等控制，对上述参数的控制主要依靠油耗仪和燃油温控系统。732油耗仪油耗仪主要是用来测量发动机工作时的燃油消耗量，对于普通的用户来说，汽车省不省油是一个非常重要的指标，各大汽车生产厂家也是费尽心思的降低发动机的油耗，在节能减排的政策引领下，未来汽车都会朝着小排量和混合动力方向发展，国家也对小排量的汽车进行补贴，主要为了减少能源的消耗和对环境的保护。油耗仪有很多种类型，测量的原理、测量的时间、量程、精度也大不相同，有些油耗仪采用定时间测重量的方法，有些油耗仪采用定重量测试间，很显然这是一些比较老的设备，现在比较流行的就是采用科里奥利力原理制成的油耗仪，这种油耗仪可以实时在线测量，通过RS232串行接口将检测的结果发送给电脑的显示屏上，可以有手动和自动控制两种模式，结合发动机燃油温控系统，两者相配合，实时的进行排气和测量。如果在控制过程中，出现有燃油渗漏，燃油温度控制达不到要求，都会将信息传达给控制系统，执行停机等动作，来保护发动机和设备。733燃油温控系统国标规定要给发动机提供流速稳定、温度不变，按照试验要求随时更改的燃油，由于燃油温度容易受环境温度和回油温度的影响，在这种条件下，燃油温控系统应运而生。（1）升温控制燃油温控系统是和油耗仪一起使用的，从图中可以看出有两个温控仪，温控仪1主要用于发动机启动时，来自油耗仪的燃油温度比较低，低的燃油温度不便于启动，同时油耗也高，这时冷冻水的PID阀处于关闭状态，这个过程给燃油升温。（2）降温控制当来自油耗仪的温度比较高时，温控系统1检测到高的燃油温度，则关闭PID阀，温控系统2发出打开PID阀的指令，冷冻水进入热交换器参与燃油的冷却，将油温控制在预定值。图72发动机燃油温控系统工作原理图（3）排气控制如果管路中有过多的燃油，燃油将通过回油管路回到油箱，如果油箱中有挥发的汽油或者回油时携带的气泡，排气阀将会打开进行排气，保证提供稳定可靠的燃油。另外，对试验用油一定要严格保存，由专业的人员控制，以免发生重大安全事故。在试验室内进行操作的人员也要注意，保持试验室的燃油探测器保持24H常开，对报警系统经常维护和检查，保持试验室通风设备常开，一旦在试验室内发现有燃油泄漏，立即停止发动机运转，加强空气流通，禁止携带有火种的东西进入试验室。734燃油供油量计算在平时试验的过程中，需要对供油量有一个初步的计算，以保证试验燃油的正常供给。（1）供油量计算公式为（73）0FEGPGN发供油量，；F/KH试验时发动机平均功率，可按（0709）计算，；E发MAXEP发KW试验时发动机平均燃油消耗率，可按（0709）计算，；GG/H运行的试验室数；N（2）取，MAX170EPKW发250EG/KWH08EP发MAXEP发EG08E，代入公式得,根据初步计算，就可以根据油库的库存量估算出用油10/FG时间。74通风换气系统741通风换气系统简述发动机台架试验中，如果想要取得比较精确的测试结果，就需要控制好试验室室内的环境，包括处理挥发和泄露的危险气体，以及提供稳定的空气湿度和压力等。在发动机运转的过程中，在燃油供给系统周围会有挥发性的汽油聚集，如果试验人员不小心带有静电或者在室内工作的过程中摩擦出电火花，将会出现爆炸的危险，一方面危害试验人员，另外也会给公司造成巨大的经济损失。通风换气系统在试验室的顶部设置有进风风机，在试验室的底部布置有排风风机，两者形成对流，可以有效地将挥发性的汽油，泄露的一氧化碳、氮氧化合物等气体排出。在试验过程中，试验室内需要有稳定的湿度，通风换气系统中有加湿器，加湿器会根据控制系统的要求和室内监测湿度传感器的反馈进行综合的控制。试验室也需要保持稳定的负压，通风换气系统会根据控制空气的流速去调节负压。挥发性汽油和密度比空气大的气体会沉积在底部，排气风机将它们从试验室内抽走。同时，应该合理布置通风换气系统的结构，试验室系统共三层，第一层是钢筋混凝土重块、废液池、防冻液冲排系统和连接管道，中间层是试验室，第三层是通排风控制系统，只将通排风系统的进风口设置在试验室，排风口设置在第一层，减小占据试验室的空间。通排风系统应该假装除尘装置，定期的将滤网进行除尘处理。图73试验室通风换气系统简图742通风换气量计算台架试验室通风换气量的计算，可以使试验室内保持一定的温度值，根据经验，只要能满足下列通风量计算公式的要求，有害废气的浓度就在规定的范围内。（1）计算通风换气量S（74）MAX1EFEPPGHQASCTTD发MAX能发动机最大功率，；AXE发KW试验负荷率，6080；发动机的燃油消耗率，额定工况时可取02100270；EG/KGWH燃油的热值，汽油取43070；H能/KJ发动机试验时的散热率，006012；Q房屋结构传热率，085098；FA空气比热，9201088；PC/JKG空气比重，约113；13M室内允许最高气温，可取42；MAXT试验室所在地区夏季每日最高气温的平均值，；T室内温度不均匀系数，约065085；D（2）取，MAX170EPKW发8025EG/KWH01Q95FA，得，由此可以选出型号合10PC/JGAX3TD31/SM适的设备。75进气系统发动机和人一样，想要维持本身正常的工作，都需要呼入“新鲜的空气”，对于发动机来说，就需要进气系统提供稳定的进气温度、湿度和压力。现在试验室一般要求发动机的进气温度在25，进气湿度在55，进气压力高于大气压力100PA。要想实现这一目标，对于控制进气湿度来说，就需要在进气空调里边加装空调加湿器，在控制系统的命令栏设置进气湿度为55，加湿器就会根据系统的指令进行调节。对于进气压力的控制，在进气系统中加装压力调节器，根据系统中设置的需求值，进行压力调节。对于进气温度的控制，新鲜空气经过温控单元，如果在炎热的夏季，空气温度大于25，对空气进行冷却,。如果在寒冷的冬季，空气温度很低，温控系统的加热器则会对空气进行加热，以达到规定值，满足使用要求。在试验室区域，为了保护试验相关人员的身心健康，要求室内室外有比较低的噪声，因此需要在进气系统中加装消音器，减小噪音的影响。76中冷温控系统安装涡轮增压器的发动机，经过增压以后的空气温度非常高，普遍会用中冷器对增压后的空气进行冷却，冷却后的空气密度很大，在很大程度上增加发动机压缩比，从而增加了发动机的性能输出。不同类型的发动机要求增压后进气温度、进气阻力的值不同，中冷温控系统就是根据不同的需求去调节。不同的发动机会根据冷却程度的需要选择不同类型的中冷器，在安装中冷器之前要对中冷器进行密封检查，防止中冷器漏气，中冷器中添加软水。增压后的热空气在增压器涡轮的带动下进入中冷器，温控系统会根据进入中冷器前的空气温度、进入中冷器后的空气温度和设定的进气温度进行综合的分析，给伺服器发出指令决定PID阀的开度大小，改变进入中冷器的冷却水的量，从而实现调节进气温度的目的。图74发动机中冷温控系统工作原理图77供电系统几乎试验室的每套设备都需要用电，试验室供洁净电和非洁净电，有电动机的设备有的都是非洁净电，例如测功器、防冻液温控系统等。散热风扇、进气空调等设备用的是洁净电。供电系统的结构布置应简单、实用、远离发动机排气管等温度比较高的区域，也应远离容易产生挥发性汽油聚集的地带。正常使用时，在发动机工作过程中，发电机也参与工作，将产生的电能储存在蓄电池中。当发电机有故障时，外界的供电系统介入，引入一个变压器给蓄电池供电，蓄电池直接连接启动马达，完成启动。78排气系统发动机排气系统主要是将发动机在工作过程中产生的废气及时地排出排到室外，发动机在使用过程中会产生各种各样的有害气体。要求排气系统具有良好的密封性，否则会有一些对身体有害的气体泄露，存在着很大的安全隐患。要求排气系统具有很小的压力，压力最好为零，这样能够顺利的排出废气，这就要求排气管的布置简单合理，减少产生附加压力，要求排气管直径稍大一些。对于带有涡轮增压器的汽油机来说，涡轮增压器、