基于PLC控制的汽车驱动桥总成性能试验台设计

1、学号本 科 毕 业 论 文 基于PLC控制的汽车驱动桥总成性能试验台设计 教 学 系： 机电工程系 指导教师： 专业班级： 学生姓名： 二一六年四月毕业设计(论文)任务书学生姓名专业班级指导教师工作单位设计(论文)题目: 基于PLC控制的汽车驱动桥总成性能试验台设计设计（论文）主要内容：设计的试验台，满足汽车驱动桥总成各项性能试验要求，符合经济、实用的原则；测控系统要求采用PLC控制系统；试验数据采集和数据处理有较高的精度：<2%；试验台应能自动连续调整试验速度；试验台应能自动处理试验数据，绘制相应性能曲线；要求完成的主要任务及其时间安排:根据汽车零部件性能测试标准，完成测控试验台总体方

2、案设计及论证；完成试验台总体技术方案设计，绘制试验台原理框图；完成试验台主要装置结构设计，并绘制试验台总装配图和主要零件图；完成测试系统硬件和测控软件设计；编写设计说明书；必读参考资料：1. 张义民.汽车零部件可靠性设计 M. 北京理工大学出版社 ， 2000-92. 张建民，机电一体化系统设计，北京：北京理工大学出版社，2006.2；3. 赵燕.可编程控制器原理与应用. 北京：北京大学出版，20084. 杨杰民. 现代汽车发动机构造M.上海交通大学出版社，1999，182-2605. 清华大学汽车工程系. 汽车构造M. 人民邮电出版社，2000，25-

3、142 指导教师签名： 张玉平 教研室主任签名：毕业设计(论文)开题报告题目基于PLC控制的汽车驱动桥总成性能试验台设计1. 目的及意义（含国内外的研究现状分析）汽车驱动桥由差速器、差速器、桥壳、半轴及轮毂组成，它们之间有着严格而精密的配合关系，如在出厂前不进行台架实验检测，就很容易让一些不合格产品流出公司，进入市场。驱动桥常见故障有：正反转噪声太大、正反转点响、齿轮早期磨损；油封漏洞、主减速器与桥壳结合面密封不严导致漏油、焊缝漏油、砂孔漏油；轴承异响、差速失灵及制动器品质低等。目前，国内生产驱动桥的厂家较多，品种和规格也较齐全，其性能和质量基本上能够满足同道农业机械和工程机的使用需求，呈现了

4、明显的产业特点：由进口国外产品向国产化发展，由小作坊向正规化产业化发展，由低端产品向高端产品发展，由引进国外技术向自主研发发展。在技术方面，通过不断提高自身锻造技术及工艺水平来保证研发产品制造质量；通过利用先进科学的设计辅助手段来达到设计优化的目的；通过不断学习吸收国外先进的技术逐步实现技术与国际接轨的目标，从而提高产品的核心效力；通过运用先进的技术及方法来提高产品的性能，满足市场需求，推进机电一体化进程。最近几年，中国汽车市场发展非常快，市场竞争也非常激烈。因此，专业生产汽车驱动桥的企业，非常重视产品质量，加强在线检测，尤其是产品出厂前检测，即对驱动桥总成进行台架高难检测十分必要。这样可及时

5、对调整失控现象，从面达到保证产品质量，稳定生产过程，减少产品售后故障，提高顾客满意度及市场竞争力的目的。目前，我国的某些厂家生产出来的试验台，可通过程序设定，设备自行站装夹来定位检测，传感器收集相关数据进行分析、判定、纪录、查询。国外有驱动桥总成综合性能试验台采用直流电机驱动，可对驱动桥总成进行综合性试验，例如检测主减速器、差速器的工作情况，润滑性能及总成及其组件的强度，磨损等，同时可对温度、转速、转矩、噪声等参数进行测量。随着人们生活水平的不断提高，对汽车性能和质量要求也愈来愈高。汽车驱动桥是汽车传动系中的一个重要总成，其主要功用是传递动力。为此，本文对开发检测汽车驱动桥的转矩转速性能进行了

6、探讨和实际开发，其应用将有可能提高汽车驱动桥产品质量。本课题研究的是基于PLC控制的汽车驱动桥总成转矩转速性能试验台的设计。本课题探究的是，在电机不同转速下，通过转矩转速传感器在计算机上显示出驱动桥输入、输出转矩转速的变化曲线，检测汽车驱动桥转矩转速性能。 2基本内容和技术方案实验台上分别布置电机、联轴器、转矩转速传感器、传动轴、转矩转速传感器和加载器等。电机正反转和转速可通过变频器调节。将各元器件相互之间用联接起来，然后固定在实验台上（注意各元器件的同轴度）。驱动桥的传动轴与传感器联接，两个轮毂通过一个轴承座支撑起来。轴承座固定在实验台上（保证同轴度）。利用PLC控制变频器调整电机的正反转和

7、转速，然后通过转矩转速传感器，在计算机上显示出的转矩转速变化曲线（转矩转速为驱动桥的输入、输出转矩转速）。从而显示出在电机不同的转速下，驱动桥转矩转速的变化来测试驱动桥的转矩转速性能。其总体结构简图如下图1所示 图1 实验台结构示意图3. 进度安排：第1周第3周 查找文献，了解驱动桥的工作原理及国内外发展现状，完成方案设计写出开题报告。第4周第7周 完成实验台总体设计方案（机械装置设计和控制系统设计）第8周第11周 画出总装配图、主要零件图、三维图、操作面板示意图、接线图、手绘复杂三维图。第12周第13周 完成毕业设计论文。4指导老师意见：指导教师签名： 年 月 日注：1. 开题报告应根据教师

8、下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在学院规定时间内完成；2设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；3指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。郑重声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 本人签名： 日期： 目 录摘 要 1Abstract 21 绪论31.1 驱动桥性能试验系统研

9、究的意义31.2 驱动桥性能实验台研究的现状31.3 驱动桥性能实验台发展趋势42 汽车驱动桥实验台的设计52.1 课题的设计依据及检测内容52.1.1 课题的设计依据52.1.2 课题的检测内容52.2 驱动桥试验台的总体设计方案62.2.1 实验台设计的思路62.2.2 实验台设计的示意图72.3 实验台机械装置的设计72.3.1 电机选型72.3.2 传感器选型82.3.3 加载器选型92.3.4 联轴器选型92.3.5 键的选择102.3.6 支撑架的设计102.3.7 夹具的设计132.4 实验台控制系统的设计142.4.1 控制元件设计142.4.2 控制流程图设计172.4.3

10、控制程序梯形图设计182.4.4 控制电路设计193 结论20参考文献 21致谢 22附录 23摘 要驱动桥由传动装置、主减速器、差速器、车轮和驱动桥壳等组成，驱动桥位于传动系的末端，是汽车整车中主要总成之一，它兼为整车的传动系、行驶系和制动系等中的一个主要环节，也影响着整车的诸多性能。而汽车试验是保证产品性能、提高产品质量和市场竞争力的重要手段。 首先阐述了课题所研究的意义，介绍了驱动桥试验台发展现状和趋势，以及课题在研究过程中所要完成的内容，以及所要做的准备工作，对将要进行的实验台设计进行了一个综合的概述，分析课题设计的前提条件，为课题的设计作好准备。然后驱动桥试验台的设计思路进行一个系统

11、的阐述。首先阐述实验台总体设计方案，检测内容为驱动桥的转矩转速性能；确定了设计思路，驱动桥性能试验台的设计基于对车桥的实际工作环境和实际路况的模拟，在此基础上到达检测驱动桥的转矩转速性能的效果，以达到在实际生产中降低生产成本，使产品性能最优化的效果。模拟测量汽车驱动桥的输入、输出转矩转速。然后通过驱动桥的输入输出转矩转速分析驱动桥的传动效率。 再对实验台的控制系统进行了详细的介绍。主要介绍控制元件、控制流程、控制电路和控制程序。实验台利用PLC控制变频器调节电动机的正反转以及转速，达到检测在不同转速下驱动桥转矩转速的传动效率。从而使实验台尽可能的实现自动化、电子化、智能化。关键词：驱动桥；转矩

12、转速；试验台。ABSTRACTDrive axle by the transmission device, main reducer, differential, and other components of the wheel and drive axle shell, drive axle, at the end of the drive train, and is one of the main assembly in the automotive, it and for the vehicle transmission system, driving system and braki

13、ng system of a main link, also affects the performance of the vehicle .The automobile drive axle test is to ensure that product performance, improve product quality and market competitiveness of the important means.Firstly expounds the significance of topic research, this paper introduces the presen

14、t situation and trend of development of the drive axle test bench, and the subject in the research process to be completed by the content, and have to do the preparatory work, to the test bench design will be conducted a comprehensive overview, analysis the premise condition of project design, to pr

15、epare for the design of the subject. Then the design ideas for drive axle test rig a system in this paper. First in this paper, the overall design scheme of test bench test content for the drive axle of the torque speed performance; Determine the design idea, the design of drive axle performance tes

16、t-bed based on the actual working environment of axle and the actual traffic simulation, on this basis to detect the effect of the drive axle of the torque speed performance, in order to achieve lower production costs in the actual production, the product performance optimization effect. Analog meas

17、uring automobile drive axle of input and output torque speed. And then through the analysis of the input and output torque speed drive axle drive axle transmission efficiency. To test bench control system to carry on the detailed introduction. Mainly introduces the control components, control proces

18、s, control circuit and control program. Experiments using PLC control inverter to adjust motor and reversing and speed, to test under different rotational speed drive axle torque speed transmission efficiency. To make the test bench as far as possible the realization of automation, electronic and in

19、telligent. Key words: drive axle; The torque speed; The test bench. 11. 绪论1.1 驱动桥性能试验系统研究的意义汽车驱动桥由差速器、差速器、桥壳、半轴及轮毂组成，它们之间有着严格面精密的配合关系，如在出厂前不进行台架实验检测，就很容易让一些不合格产品流出公司，进入市场。驱动桥常见故障有：正反转噪声太大、正反转点响、齿轮早期磨损；油封漏洞、主减速器与桥壳结合面密封不严导致漏油、焊缝漏油、砂孔漏油；轴承异响、差速失灵及制动器品质低等。目前，国内生产驱动桥的厂家较多，品种和规格也较齐全，其性能和质量基本上能够满足同道农业机械和工

20、程机的使用需求，呈现了明显的产业特点：由进口国外产品向国产化发展，由小作坊向正规化产业化发展，由低端产品向高端产品发展，由引进国外技术向自主研发发展。在技术方面，通过不断提高自身锻造技术及工艺水平来保证研发产品制造质量；通过利用先进科学的设计辅助手段来达到设计优化的目的；通过不断学习吸收国外先进的技术逐步实现技术与国际接轨的目标，从而提高产品的核心效力；通过运用先进的技术及方法来提高产品的性能，满足市场需求，推进机电一体化进程。最近几年，中国汽车市场发展非常快，市场竞争也非常激烈。因此，专业生产汽车驱动桥的企业，非常重视产品质量，加强在线检测，尤其是产品出厂前检测，即对驱动桥总成进行台架检测十

21、分必要。这样可及时对调整失控现象，从面达到保证产品质量，稳定生产过程，减少产品售后故障，提高顾客满意度及市场竞争力的目的。但在我国，零部件加工制造水平低，偶然因素、人为因素很多，产品质量较差，且缺乏相应的检查，检测手段也很匮乏，因此零部件组装后，存在问题的可能性较大，对总成的检测主要依靠人根据经验去听、去感觉，随意性较大。因此需要一种驱动桥总成综合性能检测台，作为驱动桥总成出厂前的一次综合检验，提高产品出厂一次性合格率，希望通过对驱动桥性能试验台的设计，利用试验台对性能的检测，从而达到优化设计，汽车高效动作，同时降低成本，且达到安全可靠的目的，这就是此次研究的意义之所在。1.2 驱动桥性能实验

22、台研究的现状 我国国产车辆生产随着国民经济的不断提高，有了突飞猛进的发展，在生产技术上有了很大的进步，随之相应的检测、监测试验设备也有所发展，但就目前全国的研究情况来看，这些装置还存在许多有待于进一步研究的解决。首先存在的问题是国内还没有具体针对某一式车桥而设计的试验设备，故其试验精度很难达到要求，也没有针对某一式车桥试验设备的批量生产厂家，况且国内许多诸如驱动桥总成试验的研究发展自动化程度不高，严重成为我国汽车工业发展的瓶颈。 通常，驱动桥总成及其主要零部件也和汽车的其它主要总成及其零部件一样需要在室内进行台架试验，以考验驱动桥总成及其零部件在汽车整车结构与性能上的适应性，以及它们的可靠性、

23、耐久性和其它性能。目前，我国的某些厂家生产出来的试验台，可通过程序设定，设备自行站装夹来定位检测，传感器收集相关数据进行分析、判定、纪录、查询。驱动桥总成试验台可进行：（1）驱动桥总成静扭试验；（2）驱动桥总成齿轮疲劳试验；（3）驱动桥总成锥齿轮支撑刚性试验等。国外有驱动桥总成综合性能试验台采用直流电机驱动，可对驱动桥总成进行综合性试验，例如检测主减速器、差速器的工作情况，润滑性能及总成及其组件的强度，磨损等，同时可对温度、转速、转矩、噪声等参数进行测量。以水力测功器加载的形式驱动桥试验台也被俄罗斯莫斯科小型汽车制造厂和高尔基汽车制造厂所采用。随着人们生活水平的不断提高，对汽车性能和质量要求也

24、愈来愈高。汽车驱动桥是汽车传动系中的一个重要总成，其主要功用是传递动力。国外汽车驱动桥齿轮及其它零部件制造基本是自动化，零部件质量检测零部件制造过程同步进行，而国内汽车驱动桥制造水平与国外相比存在较大差距，产品质量一致性较差。总之，国内与国外在这方面的研究水平还是存在差距的。主要是在软件方面，国外的检测水准显得更加全面，更加智能化，这也是我们的目标。1.3 驱动桥性能实验台发展趋势 驱动桥总成是汽车的关键部件之一，其制动性能直接关系到汽车行驶安全，对整车质量质量影响很大。在安全性越来越成为汽车工业关注的焦点的今天，对制动性能的检测要求也越来越高。驱动桥总成试验系统则是在汽车生活过程中对驱动桥总

25、成性能进行检测试验，检测试验合格的车桥才能用于装车。这不仅有利于提高汽车总装下线后的整车质量，减少返修和调整工作量，而且可利用检测结果分析和改进驱动桥总成在设计或加工装配中存在的问题。随着汽车电子化发展，自动化越高，对传感器的依赖程度也就越大。汽车用传感器的种类多样化和使用数量的增加，使得传感器朝着多功能化、集成化、智能化和微型化方向发展。这些将使未来的智能化集成传感器不仅能提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号作放大等自理；同时它还能自动进行校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰能力，保证传感器信号的质量不受影响，即使在特别严酷的使用条件下仍能保持较高的精度；另外，它还具有结构紧凑、安装方便的优

26、点。总之，驱动桥的综合性能试验台会朝着电子化、自动化、智能化、多功能化的方向发展。2. 汽车驱动桥实验台的设计2.1 课题的设计依据及检测内容2.1.1 课题的设计依据驱动桥一般由传动装置、主减速器、差速器、车轮和驱动桥壳等组成。（1） 主减速器 主减速器一般用来改变传动方向，降低转速，增大扭矩，保证汽车有足够的驱动力和适当的速度。主减速器类型较多，有单级、双级、轮边减速器等。（2） 差速器差速器用以连接左右半轴，可使两侧车轮以不同角速度旋转同时传递扭矩。保证车轮的正常滚动。有的多桥驱动的汽车，在分动器内或在贯通式传动的轴间也有差速器，称为桥间差速器。其作用是在汽车转弯或在不平坦的路面上行驶时

27、，使前后驱动车轮之间产生差速作用。目前大多数汽车采用行星齿轮式差速器，普通锥齿差速器由两个或四个圆锥行星齿轮、齿轮轴、两个圆锥半轴齿轮和左右差速器壳等组成。（3） 半轴半轴是将差速器传来的扭矩再传给车轮，驱动车轮旋转，推动汽车行驶的实心轴。（4） 桥壳驱动桥壳的主要功用是支撑汽车质量，并承受由车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车驾（或车身）；同时，它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体。驱动桥的作用是：通过主减速器齿轮的传动，降低转速，增大转矩；主减速器采用锥齿轮传动，改变转矩的传递方向；通过差速器可以使内外侧车轮以不同转速转动，适应汽车的转向要求；通过桥壳和车轮，实现承载及传力作用。驱

28、动桥位于传动系的末端，是汽车整车中主要总成之一，它兼为整车的传动系、行驶系和制动系等中的一个主要环节，也影响着整车的诸多性能。2.1.2 课题的检测内容（1）检测产品品种：江铃汽车专用车厂生产的后驱动桥；（2）额定承载2000kg，自重141kg；（3）实验转速：正转02000r/min,反转0750r/min；（4）加载扭矩：01000NM；（5）最大桥包直径：440mm；（6）轮辋规格：6.5H；轮毂直径d=120mm；（7）主减速比：i=4.556；（8）轮距：1700mm；图2.1 非断开式后驱动桥的结构2.2 驱动桥试验台的总体设计方案2.2.1 实验台设计的思路驱动桥试验台的设计基

29、于对车桥的实际工作环境和实际路况的模拟，在此基础上到达检测驱动桥的各种性能，降低生产成本，使产品性能最优化。用变频电机来模拟动力源，将电机与转矩转速传感器通过联轴器连接，转矩转速传感器另一端与联轴器联接，然后将驱动桥的传动轴接在联轴器的另一端。驱动桥的轮毂用一对轴承通过一对轴承座，垫在实验台上。使驱动桥水平放置，然后将后桥定位并夹紧。在驱动桥两个轮毂上各加载一个加载器，用来模拟汽车在行驶过程中与地面之间产生的摩擦力。接着在两个加载器的另一端轴各连接一个转矩转速传感器，模拟测量汽车驱动桥的输出转矩转速。各轴之间均用联轴器联接。实验台的控制流程为：PLC控制变频器调整电机转速，将动力然后联轴器带动

30、转矩转速传感器，然后通过转矩转速传感器，在计算机上显示出的转矩转速变化曲线（转矩转速为驱动桥的输入转矩转速）；动力再由驱动桥传动轴经过驱动桥内各传动系统传到轮毂，然后传给加载器、转矩转速传感器，在工控机上显示出的转矩转速变化曲线（即为驱动桥的输出转矩转速）。从而测出在电机不同的转速下，驱动桥转矩转速的变化，在计算机上显示出的曲线可分析出驱动桥转矩转速的效率，即为驱动桥的转矩转速性能。2.2.2 实验台设计的示意图电机将动力通过联轴器、传感器、联轴器依次传给驱动桥后桥的传动轴，然后动力从传动轴经过驱动桥内各传动系统传递到轮毂，再传到加载器、转矩转速传感器。利用转矩转速传感器来检测实验对象的输入、

31、输出转矩转速来检测驱动桥的转矩转速性能。实验台示意图如图2.2所示：图2.2 实验台设计示意图2.3 实验台机械装置的设计2.3.1 电机选型出于对实验转速：正转02000r/min，反转0750r/min；加载扭矩01000NM等因素的考虑，加之实验中要改变转速，所以需要一个驱动装置既要提供足够的动力，又要能够实现变速。所以选用变频电机，变频电机采用“电动机+变频器”的交流调速方式，使机械自动化程度和生产效率大为提高，且能使设备小型化。综全考虑，选用YVF2系列变频调速三相异步电动机电机型号YVF2-315L-1。电机功率160kw，转矩1018.5NM。其工作原理：变频器是利用电力半导体器

32、件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源心供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为三相桥式逆变器，且输出为PWM小型，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。2.3.2 传感器选型机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为扭矩（torsional moment）。转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素紧密联系。本实验选用转矩转

33、速传感器。转矩转速传感器安装于功率传动轴之间，它和TR-1型转矩转速功率测量仪及CZ型磁粉制动器配合使用，可以测量各种发动机、电机、风机、压缩机、液压泵、齿轮箱等动力机械及传动机械在0-6000转/分范围内的转矩转速功率。转矩转速传感器的工作原理图如图2.3所示：图2.3 转矩转速传感器工作原理图转矩转速传感器作用特点：（1）信号输出可任意选择波形-方波或脉冲波；（2）检测精度高、稳定性好、抗干扰性强；（3）不需反复调零即可；连续测量正反扭矩；（4）既可测量静止所知，也可测量动态扭矩；（5）体积小、重传感器可脱离二次仪表独立使用，只要按插座针号提供+15V，-15V（200mA）的电源，即可输

34、出阻抗和扭矩成正比的等方波或脉冲波频率信号。量轻、易于安装。（6）测量范围：0-10000NM标准可选，非标准2万NM、3万NM、5万NM、8万NM、10万NM、15万NM、20万NM、50万NM、100万NM、200万NM可定制，特殊量程定制。转矩转速传感器1（驱动桥输入转矩转速）根据实验对象驱动桥及电机选型，出于对实验转速：正转02000r/min，反转0750r/min；加载扭矩01000NM等和电机功率160kw，转矩1018.5NM以及保证联轴器在连接时能够较好的连接（电动机主轴直径为80mm），查表可知在满足以上条件是，传感器的主轴尺寸须在60、63、65、70、71、75、80由

35、此选择出最为符合本实验的转矩转速传感器LDN-08D型动态扭矩传感器（主轴直径为75mm，最大扭矩为5000NM）。转矩转速传感器1、3（驱动桥输出转矩转速）转矩转速传感器2和3都是检测驱动桥输出转矩转速，与驱动桥的输入转矩转速相差不大，所以传感器b和c选择与驱动桥的输入转矩转速传感器同一型号的传感器。2.3.3 加载器选型选用加载器给驱动桥左右两个轮毂各联接一个加载来模拟汽车行驶过程中与地面产生的摩擦力。转矩转速传感器检测驱动桥的输出转矩转速。所选加载器的额定扭矩、功率、转速等均要达到驱动桥的各项数据。综合考虑实验要求，选择型号为HS5000-100RB的液压动态扭矩加载器。HS5000-1

36、00RB加载器，扭矩加载器HS系列是由一个液压摆动缸和一个旋转接头组成。液压摆动缸是依据旋转叶轮原理制成。液压旋转接头的作用是液压介质传递到旋转的液压摆缸内。液压油驱动叶片扭矩角，同时也具有润滑和冷却作用。液压旋转接头配有伺服阀，压力传感器及蓄能器（高频扭矩转换时需要）。通过软管与液压供应站连接。加载器轴端与法兰的连接采用150锥形接触，及液压无间隙式静配合连接。特点：非接触式密封技术；配备液压静态阀；高于0.1%的调节精度；高动态响应；高应用频率范围；高启动速度；坚固耐用的结构；超长使用寿命。所选加载器的规格型号尺寸为：HS2500100RB额定扭矩：2500NM；最大扭矩：5000NM；直

37、径224mm；主轴直径90mm；重量：55kg。2.3.4 联轴器联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转心传递所知的机械零件。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。刚性联轴器的特点：重量轻，超低惯性和高灵敏度；免维护，超强抗油和耐腐蚀性；无法容许偏心，使用时就让轴尽量外露主体材质可选铝合金/不锈钢；固定方式有夹紧、顶丝固定。（1）联轴器1 联轴器1连接在电动机与传感器之间。根据实验要求，选择普通的刚性联轴器（GY型凸缘联轴器）。主动端d=80mm，从动端d=75mm， 根据刚性联轴器型号规格尺寸表查得选择型号为GY8联轴器GB/T 5843-2003。（2）

38、联轴器2 联轴器2的作用是将转矩转速传感器与驱动桥后桥的传动轴联接起来，可选择普通的刚性联轴器（GY型凸缘联轴器）。转矩转速传感器作为主动端，传动轴d=75mm，驱动桥作从动端，查得后桥的传动轴d=90mm，所以选择GY9联轴器GB/T 5843-2003。（3）联轴器3、4联轴器3和4是驱动桥轮毂左右两端连接加载器的。由于驱动桥轮子大小一致，所以轮毂两端对称，所选加载器型号应该一致。轮毂作为主动端直径为120mm，加载器的连接轴作用从动端，轴直径为90mm。所以选择型号为GY10联轴器GB/T 5843-2003。（4）联轴器5、6 联轴器5和6是与轮毂两端连接的加载器分别与转矩转速传感器联

39、接联轴器。由于驱动桥两端轮毂对称，所以联轴器型号相同。主动端加载器轴直径为90mm，从动端转矩转速传感器轴直径为75mm。所以选择型号为GY9联轴器GB/T 5843-2003。2.3.5 键的选择平键，是依靠两个侧面作为工作面，靠键与键槽侧面的来传递转矩的键。平键分为普通型平键、薄型平键、导向型平键、滑键四种。普通平键对中性好，定位精度高，折装方便，但无法实现轴上零件的轴向固定，用于高速或承受冲击、变载荷的轴；薄型平键用于薄壁结构和传递转矩较小的地方；导向型平键用螺钉把键固定在轴上，用于轴上的零件沿轴移动量不大的场合；滑键固定在轮毂上，轴上零件带着键作轴向移动，用于轴上零件沿轴移动量较大的场

40、合。实验中，总共用到12个键。根据设计，选择普通平键。分别为：（1）联轴器1的两个键分别为： 键1：b=22mm，h=14mm，L=70mm的圆头普通平键（A型）：键A22×70GB/T 1096-2003 键2：b=20mm，h=12mm，L=70mm的圆头普通平键（A型）：键A20×70GB/T 1096-2003（2）联轴器2的两个键分别为： 键3：b=20mm，h=12mm，L=70mm的圆头普通平键（A型）：键A20×70GB/T 1096-2003 键4：b=25mm，h=14mm，L=70mm的圆头普通平键（A型）：键A25×70GB/T

41、1096-2003（3）联轴器3和4的两个键分别相同： 2键5、6：b=32mm，h=18mm，L=70mm的圆头普通平键（A型）：键A32×70GB/T 1096-2003 2键7、8：b=25mm，h=14mm，L=70mm的圆头普通平键（A型）：键A25×70GB/T 1096-2003（4）联轴器5和6的两个键分别相同： 2键9、10：b=25mm，h=14mm，L=70mm的圆头普通平键（A型）：键A25×70GB/T 1096-2003 2键11、12：b=20mm，h=12mm，L=70mm的圆头普通平键（A型）：键A20×70GB/T 1

42、096-20032.3.6 支撑架的设计（1）电动机支撑架的设计电动机外壳直径为645mm，驱动桥最大桥包直径约为440mm，电动机和驱动桥体积较大，电动机底座支撑架不易过高；另外，为保证电动机在转动过程中，不会产生晃动，可以在电动机的底下垫一块钢板，然后用螺栓，将电机固定在底座上。所以用一块30mm高的钢板将电动机垫起来即可。（选用M24×100mm×4个）如图2.4所示：图2.4 电动机支撑架设计图（2）转矩转速传感器1号支撑架的设计由于转矩转速传感器对于电动机和驱动桥而言，相对较小，所以，转矩转速传感器的支撑架应当设计时，高度应当适当高。并且，将转矩转速传感器用螺栓固

43、定在支撑架上，而支撑架通过螺栓固定在底座钢板上。为方便螺栓与螺母配合，支撑架与传感器连接面，令螺栓孔较支撑架要突出。支撑架与底座配合安装，设计时为安装方便，将支撑架的下端设计成与上端同样的形状，用螺栓连接。所以转矩转速传感器的支撑架设计如图2.5所示：（3）转矩转速传感器2号、3号支撑架的设计因为2号与3号转矩转速传感器与两个加载器是对称安装在驱动桥两个轮毂的两端，所以可以将两个传感器的支撑架设计成一样的，然后对称安装即可。在更换检测样品时，传感器不需要拆卸下来，所以设计的时候可以直接用螺栓将其固定在支撑架上，然后将支撑架同样用螺栓固定在底座板上。由于驱动桥的传动轴是水平放置的，所以可以想像成

44、传动轴的中心线和两个轮毂中心所在中心线在同一个水平面上，即传感器2、3号与1号的中心线在同一水平面上。传感器2、3号与1号都是同一种传感器，所以它们的下底面在同一平面上，且它们距底座的高度是相等的，所以它们的支撑架可以设计成一样的。转矩转速传感器2号和3号的设计图如图2.5所示：图2.5 转矩转速传感器支撑架设计图（4）加载器支撑架的设计 加载器的规格型号为：HS2500100RB，这种加载器的底座带有螺丝孔，可以像转矩转速传感器一样用螺丝固定。加载器的直径为224mm，相对于电动机、驱动桥来说相对较小，轮毂的中心距底座距离为360mm，所以加载器中心距离底座248mm，即支撑架的高度为248

45、mm。为方便螺栓与螺母配合，支撑架与加载器连接面，令螺栓孔比支撑架要突出。支撑架与底座配合安装，设计时为安装方便，将支撑架的下端设计成与上端同样的形状突出部分用于螺栓连接。所以加载器支撑架的设计图如图2.6所示。图2.6 加载器支撑架设计图2.3.7 夹具的设计（1）轴承的选型 轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转数度。轴承的作用是支撑字面解释就是用来承轴的，支撑的实质就是能够承担径向载荷。也可以理解为它是用来固定轴的，就是固定轴使其只能实现转动，而控制其轴向和径向的移动。如果电机没有轴承的话根本就不能工作，因为轴可能向任何

46、方向运动，而电机工作时要求轴只能作转动。从理论上来讲不可能实现传动的作用，不仅如此，轴承还会影响传动，为了降低这个影响在高速轴的轴承上必须实现良好的润滑，有的轴承本身已经有润滑，叫做预润滑轴承，而大多数的轴承必须有润滑油，负责调整运转时，由于摩擦不仅会增加能耗，而且更容易损坏轴承。 轮毂的直径为120mm，所以所选轴承的内径为120mm。要求所选轴承能满足实验对象的负荷和转速，轴承的宽应该稍大些，所以选用型号为6324的深沟球轴承，内径120mm，外径260mm，宽55mm，重量14.78kg。（2）轴承座的设计在实验开始后，虽然轮毂会转动，但是在轮毂的两端各加载了一个加载器，加载器会用支撑架

47、固定在实验台上，这就相当于驱动桥的夹具，所以在设计驱动桥的夹具时，只需要设计一个轴承座用以支撑轮毂的重量即可。设计夹具时用一对轴承座在驱动桥轮毂的两端，轮毂转动时，轴承也起到作用。然而轴承在轮毂转动时也会转动，为避免轴承在转动时不会滑动，所以要设计一个夹具固定轴承的装置。将轴承座上端设计成U形槽，轴承放进去后只会转动。为方便驱动桥的安装与拆卸，轴承座与底座连接面用螺栓联接，将轴承座底端较突出一部分，方便螺栓的安装。夹具设计图如图2.7所示：图2.7 轴承座设计图2.4 实验台控制系统的设计2.4.1 控制元件设计（1）PLC的选型可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而

48、设计。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作竺，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器PLC主要用来控制加载器的运行和电机的启动、停止，正转、反转，加速、减速。用PLC控制整个系统，不仅要能通过程序进行自动控制，也能进行手动控制。实验台控制系统示意图如图2.8所示：图2.8 控制系统示意图实验台的检测可通过传感器直接测量，对采集到的信号数据进行处理，再由显示器显示出来，处理信号的电路模块和PLC显示器组成一个系统

49、，可实现对驱动桥转矩转速性能的自动控制检测。根据实验要求，所需PLC的I/O分配表如表2.1所示表2.1 PLC的I/O分配表输入输出X0急 停Y0变频器运行/停止X1启 动Y1变频器正/反转信号X2停 止Y2变频器频率增加/减小信号X3自 动Y3加载器1总开关X4手 动Y4加载器2总开关X5电机正转X6电机反转X7电机停止X8频率增加X9频率减小本实验台控制的系统较简单，总共只有15个输入、输出端口。三菱公司FX系列产品适应面广，是国内使用最广泛的PLC系列产品这一。FX系列产品中，有4个子系列，根据FX系列PLC的性能对比，选择三菱继电器输出型，输入、输出点数均为16，输入、输出电压为24

50、V，PLC电源电压为220V。（2）变频器的选型变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调整的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。汇川MD320变频器输入输出端子：5个DI（双向输入，1个高速），2个AI，2个DO（1个高速口），1个AO，1

51、个继电器（可扩展I/O）。可实现简易PLC16段定时远行。（3） 数据采集卡的选型数据采集（DAQ），是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集的目的是为了测量电压、电流、温度、压力或声音等物理现象。基于PLC的数据采集，通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合，进行测量。尽管数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义，但各个系统采集、分析和显示信息的目的却都相同。数据采集系统整合了信号、传感器、激励器、信号调理、数据采集设备和应用软件。本实验中，所用到的传感器有转矩转速传感器，选用研华PCI-1711多功能数据采集卡进行处理，再通过显示器显示出来。图2.9为研华PCI-1711多功能数据采集卡。图2.9 研华PCI-1711多功能数据采集卡2.4.2 控制流程设计 本实验的PLC系统控制流程图如图2.10所示：图2.10 控制流程图2.4.3 控制程序设计本实验的控制程序梯形图如图2.11所示：图2.11 控制程序梯形图2.4.4 控制电路设计 系统控制电路如图2.12所示：图2.12 控制电路图3. 结论通过实际使用确定其可靠性和有效性，