汽车变速器性能测试系统设计

1、学 号：毕业设计说明书设计题目：汽车变速器性能测试系统设计学生姓名： 专业班级： 学 院： 指导教师： 2006年06月16日目 录摘 要1Abstract21 绪论31.1 课题背景31.2 汽车变速器检测设备概况41.2.1 机械传动试验台41.2.2 变速器换档机构试验台81.2.3 汽车传动系统综合性能试验台81.2.4 静强度试验设备91.2.5 振动疲劳强度试验设备91.3 课题的提出及研究的意义101.4 本课题分析研究的内容101.5 小结102 汽车变速器试验台设计要求分析112.1 汽车传动系原理和结构112.1.1 发动机112.1.2 变速器及变速器齿轮122.1.3

2、离合器162.1.4 万向传动装置182.1.5 后桥总成和驱动桥182.1.6 同步器192.2 汽车变速器的功能、性能要求232.2.1 汽车变速器的功能232.2.2 对变速器的性能要求242.3 手动变速器和自动变速器比较242.3.1 机械式手动变速器242.3.2 液力偶合自动变速器262.4 机械式手动变速器的主要类型272.5 变速器噪声和异响292.5.1 噪声292.5.2 异响302.6 小结303 汽车变速器试验台设备的设计目标和要求313.1 测试项目313.2 变速器试验台的工作原理313.3 电气控制系统组成部分323.4 试验台电气控制系统原理333.5 电气控

3、制系统技术要求333.6 被测物理量的选择353.7 电器控制安全保护要求353.8 变速器试验台总体技术要求353.8.1 试验过程控制方式的要求353.8.2 试验设备的选择363.8.3 润滑油温度控制363.9 设计参数要求363.10 机械系统设计要求373.11 注、排油装置373.12 试验台简单框图393.13 小结404 变速器换档耐久试验414.1变速器换档耐久试验要求414.2 开始试验工艺过程434.3 正拖、反拖的实现434.4换档机械手设计与实现454.5 典型实验器材的选择474.6 可编程控制器 PLC 的设计494.7 控制流程简图494.8 小结505 变速

4、器换档性能试验515.1 变速器换挡性能试验要求515.2 变速器换挡性能试验的实现515.3 试验器材的选择515.4 换档性能试验软件模块设计535.5 换档性能试验软件页面设计535.6 小结586 变速器静扭试验596.1 试验台系统设计596.2 试验台结构596.3 试验台的规格与系统功能606.4 主轴驱动、负载控制、测量系统部件的确定与选择616.4.1 主轴驱动部件的选择与确定616.4.2 负载控制方式的选择与确定626.4.3 测量控制系统的确定636.5 误差分析646.5.1 加载扭矩误差646.5.2 测量误差646.6 小结65结 论66致 谢67参考文献68摘

5、要汽车变速器是汽车传动系统中的主要部件之一，变速器工作状况的好坏直接影响到汽车整体性能,对变速器的试验检测至关重要。本文在系统分析了汽车变速器性能、功用、使用要求的基础上，综合机械、液压、电气三个方面，设计了汽车变速器试验台，完成汽车变速器的下线检验。试验台中设计了输入轴驱动和输出轴驱动装置。输入轴驱动（正拖）完成在不同档位时的变速器性能检测；输出轴驱动（反拖）进行不同档位换档测试。输入端电机转速调节由变频器来完成，输出端电机转速及扭矩设定通过伺服系统实现。通过电气控制系统控制输入端电机、输出端电机反复动力切换，来实现模拟汽车工况。同时，该试验台中设计了液压系统用于控制变速器的装夹、向变速器内

6、注排润滑油、输入端离合器的脱开闭合、输出端尾座的进退；传感器系统及仪表完成输出轴扭矩、输入和输出端转速、油温等项的测量。本试验台结构简洁合理，功能齐全，操作方便，具有一套精密完整的数字显示系统。其性能稳定可靠，能够满足生产检测要求。关键词： 汽车变速器；检测；试验台 AbstractAutomobile transmission is one of the major parts in the automobile gearing system, the performance of the transmission has a direct influence on the overall

7、performance of the automobile. It is important to test automobile transmission. The Thesis systematically analyzes the performance, function and requirements of the automobile transmission; it synthesizes mechanism, hydraulic pressure and electric system and designs the automobile transmission assem

8、bly test platform to complete the test of torque loaded after the automobile transmission is assembly.The input and output axis equipment is designed in the test platform. The input axis pull (positive pull) completes the noise test of the transmission at different gears. The output axis pulls (reve

9、rse pull) test the shifting at different gears. The rotate speed adjustment of the input electromotor is done by transducer, and the rotate speed and torque design of the output electromotor is complemented by the servo system .The working condition of the analogue automobile is achieved by means of

10、 the Electric control systems control over the input electromotor and the output electrometers repeated power switch. At the same time, the hydraulic pressure system is designed to control the transmission installation and clamp, the transmissions infusing and discharging of lubricating oil, the ope

11、ning and closing of the input clutch, and the advance and retreat of the output rear seat. The input and the output assembly framework isdesigned, and the transmission-specialized infusing and discharging mechanism is designed. The sensor system and the meters complete the output torque; input and o

12、utput rotate speed, the noise of the transmission, the flow capacity of the infusing and discharging, and the oil temperature measurement and monitoring.The structure of the test platform is simple and reasonable. The functions are fully developed, and the operation is convenient. A set of accurate

13、and comprehensive digital display system has been designed. It has been proved through use that its performance is stable and reliable, and it can fully meet the requirements of production test.Keywords： Automobile transmission，testing ，test platform1 绪论1.1 课题背景当前汽车及其变速器的设计工作，其中许多计算都是近似的，不尽可靠，需经试验验证

14、，以判断所设计的产品是否在可靠性、寿命、性能和经济性方面达到了预期的结果，并找出其薄弱的环节，作为改进设计的依据。对于已经定型并投入成批生产的产品，在生产过程中也要通过试验来保证产品质量。至于产品的局部结构改进，重大的材料和工艺变更，同样需要通过试验作出是否可行的判断。因此汽车变速器的产品试验是一项十分重要的工作，普遍受到重视。变速器试验中最接近实际情况的方法是把试验变速器装于用户的汽车上在运输行驶中进行使用试验；其次是在试验车特定行驶条件下进行的道路试验。使用试验和道路试验是必不可少的，但存在着试验周期长，试验耗费大等缺点，但是室内台架试验可以弥补其不足之处。室内台架试验的优点是试验周期短，

15、不受天气情况、季节、昼夜以及交通道路条件的限制并可在很大程度上排除人为的错误。试验中产生的零件损耗可以通过仪器进行准确的鉴测。全部试验条件可以准确地重复出现；对不同的试件进行对比试验尤为方便。总之，变速器的使用试验、道路试验和室内台架试验三者是互相补充，各有侧重的，共同构成完整的试验体系。变速器作为汽车的一个重要部件应该工作可靠、寿命长、易于操纵和维修，经济性及动力性好，安全、质量轻并且价格低廉。为验证上述要求能否满足，需进行的变速器试验工作是相当复杂的。时间急迫往往是变速器试验工作面临的重大困难。新设计的变速器需要尽快定型投产，给试验工作提出了难于接受的限期；设计过程中继续不断地对产品加以修

16、改，更给试验工作增加了难度。 所有的试验工作必须得到可以在短期内重复再现的结果，其试验条件也必须能够重复实现。变速器试验的项目包括以下几个方面：1变速器性能方面2变速器疲劳寿命方面3变速器静扭试验进入21世纪我国的汽车工业得到了飞速的发展，随着我国加入WTO，我国汽车工业面临更加严峻的挑战和激烈的竞争。汽车行业作为许多国家的支柱产业，它代表了一个国家的工业水平，也影响一个国家的国民经济，因此提高汽车产品的竞争力尤为重要。为了控制汽车产品质量，提高汽车的品质，势必对其总成及零部件提出更高更严格的要求。传动系是汽车实现发动机动力输出到行使系的必需系统，变速器是汽车传动系中一个重要总成。为了对变速器

17、产品结构和零部件的性能、寿命进行测试和分析，为产品设计与质量评价提供可靠的科学依据，缩短产品开发周期和提高产品质量，国家颁布了相关法规：I.QC/T568-1999 汽车机械变速器台架试验方法。II.ZB/T21005-1985 微型货车变速器台架试验方法。III.QC/T29110-1993 汽车变速器分动器总成及其齿轮质量分等。1.2 汽车变速器检测设备概况汽车变速器检测项目很多，根据文献，对以下一些试验台进行简单介绍。1.2.1 机械传动试验台传动试验台是汽车零部件试验的主要设备之一，也是各个汽车部件总成的主要试验设备，它可以对变速器、联轴器、传动轴、后桥、分动器、轮边减速器以及各种汽车

18、齿轮进行效率、温升、振动噪声、承载力和疲劳寿命试验，因而它成为汽车厂的底盘试验室，以及各传动总成配套厂的主要试验设备，在汽车的试验设备中具有重要的地位，按其工作原理可将其分为三类：开式试验台、电封闭式试验台和机械封闭式试验台。1 开式试验台和电封闭式试验台。这两种试验台都是由驱动电机、输入传感器、被试件、输出传感器、升速器、加载装置组成。电封闭试验台和开式试验台的基本型式如图1所示，两种试验台的工作原理都是由驱动电机驱动被动件，由加载装置加上给定的载荷，由各种传感器测出各种所需指标，电封闭试验台和开式试验台的加载装置实际上就是一台测功机，只不过电封闭式试验台所用测功机是可将电能返回电网的电力测

19、功机，能量基本上形成了一个封闭系统，因而称为电封闭试验台，而开式试验台的测功机其能量不能回收，因此称之为开式试验台。显然电封闭式试验台较开式试验台有明显的优越性，电封闭式试验台具有反应灵敏、易于控制、布置方便灵活、不受被测件尺寸和传动比的限制、节能等优点，在汽车行业得到了越来越广泛的应用。图 1 应用开式试验台测定变速器效率的装置示意图1测功机(或驱动电机) 2扭矩测量仪(或传感器) 3被测试变速器4陪试变速器 5加载装置(或测功机)2 机械封闭式试验台。机械封闭式试验台的基本型式如图2 所示，机械封闭式试验台是由驱动电机、两个传动箱、输入扭矩转速传感器、被试件、输出扭矩转速传感器、加载器等组

20、成，其工作原理是被试件通过两个传动箱形成一个封闭的传动系统通过加载器使该封闭系统产生一个内扭矩，当驱动电机拖动整个系统以转速运转时，被试件就相当于正在传递功率=.，此时，驱动电机只需克服整个传动系统的阻力，当系统效率较高时，驱动电机所消耗能量就很少，一般只占试验功率的5%20%，由于这种试验台试验时相当于有一个封闭环功率流在这个封闭的机械传动系统内流动，因此称之为机械封闭式试验台，机械封闭式试验台具有节能、控制方便、可靠性好、造价低等优点，同电封闭式试验台相比，它在同等投资下可以进行更大功率的试验，这是它的主要优点，其缺点是被试件必须成对进行试验，需受封闭系统尺寸的限制。近年来，国内已有单位研

21、制出了机械封闭和电封闭兼用的传动试验台，其作法是在电封闭试验台的基础上配备合适的传动箱和加载器可使其成为机械封闭式试验台，这样只需很小的投资便可使试验台的试验功率得以扩大几倍。（1）（2）图 2 应用闭式试验台测定变速器的装置示意图1电动机 2辅助齿轮箱 3扭矩传感器 4被测试变速5陪试变速器 6加载器图3 换档试验台示意图1测速发动机 2离合器从动盘 3测力传感器 4位移传感器5被试变速器 6转速扭矩仪 7飞轮 8电动机1.2.2 变速器换档机构试验台变速器换档机构试验台，其主要特点是利用一组或两组可变惯量飞轮组合来模拟汽车行驶时被试件的工作状况。变速器换档机构试验台如图3所示。该试验台主要

22、由驱动电机、飞轮、转速扭矩传感器、被试变速器、力传感器、换档执行机构组成，该试验台可用于进行同步器和换档机构的性能与寿命试验，也可用来进行非同步变速器换档齿轮或啮合齿轮的齿轮冲击磨损试验。1.2.3 汽车传动系统综合性能试验台国外也有人称传动系万能试验台，该试验台结构型式如图4 所示。图4 传动系统综合试验台简图1驱动电机 2输入传感器 3离合器 4变速器 5后桥 6飞轮7传感器 8加载电机 9飞轮 10传感器 11加载电机 12传动轴汽车传动系是汽车底盘中最重要的一部分，它包括了底盘中如变速器、离合器、传动轴、后桥、制动器等主要的几个总成，因此人们十分重视传动系统试验设备的研制，到目前为止，

23、传动系的几个主要总成都有了其专用的试验装置，也有了相应的试验规范，但是由于汽车的行驶是一个复杂的过程，要在单个总成试验台模拟被试件在实际行驶时的工况是十分困难的，所以各总成的试验数据都是建立在一种极限工况下（如最大扭矩下试验）取得的。而汽车毕竟在这种极限下行驶的时间很少，因此台架试验结果同汽车实际行驶试验的结果有较大的差距。因此现有的台架试验只能说是一种对比试验，如何解决这一问题，国内外许多学者和研究机构都在进行这方面的探索。1989 年德国大众汽车公司开始研制一种将整个汽车传动系联接起来进行寿命试验的试验台，称之为传动系万能试验台。1991 年，大众公司开始研制模拟汽车行驶工况的传动系统综合

24、试验台，这种试验台能模拟汽车的各种行驶工况，进行试验，并能同时进行变速器性能、寿命试验。与此同时日本有关学者也在进行传动试验台上用电机模拟发动机工况的研究，并申请了专利。另外，法国、美国有些汽车公司也在进行传动系统室内道路模拟试验的研究，我国的重庆工业管理学院车辆工程学院车辆工程系在建设汽车零部件试验室的同时，开展了汽车传动系室内道路模拟试验的研究，并将此课题上报兵总，已被列为部级课题，当前，结构强度的疲劳试验设备已实现了在室内模拟道路使用工况进行试验，如美国的公司和德国的申克公司都已推出类似设备并已在世界上得到广泛的应用。而关于旋转零部件的室内疲劳道路模拟却仍处于初始研究阶段，因此这方面的研

25、究已成为国内外有关学者关注的热点。1.2.4 静强度试验设备这一类试验设备主要由以下几种试验设备组成：1 静扭试验机。用于传动轴、半轴、变速器以及所有需要校核扭转强度的零部件。2 拉压试验设备。用于桥壳、车架、车身、前桥、传动轴等零部件的弯曲强度和刚度试验以及车身、弹簧等零部件的拉压试验。1.2.5 振动疲劳强度试验设备这类试验设备主要用于结构件的弯曲疲劳强度试验、扭转疲劳强度试验和拉压疲劳寿命试验，如车桥、车架、驾驶室、前轴等部件的弯曲疲劳寿命试验和半轴、传动轴、转向杆等零部件的扭转疲劳试验以及减振器、弹簧、车身等部件的拉压振动疲劳试验。其主要的设备种类有：液压脉动疲劳试验机、机械式振动疲劳试验机和扭转疲劳试验机等。近年来，国内外在结构件的疲劳强度试验设备和试验方法上的研究取得了重大进展，以电液伺服技术和计算机技术为基础的汽车室内道路模拟试