汽车传动轴扭转疲劳试验台

1、目录摘 要 abstract第一章 绪论11.1 汽车试验技术发展11.2 汽车检测分类与特点21.3 汽车传动轴简述31.4 问题的提出41.5 研究意义51.6 课题内容6第二章 汽车传动轴扭转疲劳试验台架总体设计72.1汽车传动轴扭转疲劳试验台设计思路72.2试验台机械结构设计72.2.1 试件夹持装置结构设计72.2.2 试件调整装置结构设计72.2.3 执行机构的设计82.2.4 动力装置设计92.2.4.1 液压油路部分设计112.2.4.2机械脉动部分设计132.2.4.3 减速器部分设计152.2.5 检测装置设计16第三章 试验台控制系统设计183.1 系统组成框图183.2

2、 系统硬件设计183.2.1 硬件接口设计193.2.2 硬件控制电路设计203.2.2.1 电源控制线路213.2.2.2 升降机控制线路213.2.2.3 调压电机控制线路223.2.2.4 变频电机控制电路223.2.2.5 液压站控制电路233.2.2.6 润滑控制电路243.3 系统软件设计243.4 人机界面设计26第四章 论文总结274.1 设计过程274.2 论文总结274.2.1 论文的创新点274.2.2 进一步研究的建议28致谢29参考资料30摘要汽车传动轴作为汽车零部件的重要组成部分，其在动力传递过程中有着相当重要的作用。汽车传动轴担负着变速器到主减速器的扭矩传递作用。

3、传动轴的工作条件很恶劣，汽车行驶时，由于悬架变位，变速器与驱动桥的相对位置不断变化，使传动轴与变速器间存在相对轴向位移。汽车在起步、加速和制动时，传动轴要承受很大扭矩，是汽车传动系中关键总成之一。它对整车性能影响极大，所以国家对汽车传动轴出厂的检验和传动轴的设计有着严格的要求。而国内对汽车传动轴的检测技术则一直落后于国外，因此汽车传动轴新一代检测试验台的研发迫在眉睫。本文针对汽车传动轴扭转疲劳试验台的总体方案设计进行了详细的说明，其中包括机械结构设计和控制系统设计两大部分。重点阐述了机械本体的结构设计包括试件夹持装置、动力装置、试件调整装置、检测装置和执行元件，液压站油路设计，电源控制电路设计

4、、液压站控制电路设计、齿轮泵电机控制电路设计等控制电路设计。并且对电阻应变片式扭矩传感器及光电编码器进行了必要的简述，对人机操作界面进行了设计。关键字：传动轴；试验台；检测技术；动力装置abstractthe transmission shaft as an important part of the course in power transmission has an important role. responsible for the transmission car to the main shaft reducer torque transfer effect. shaft is

5、very poor working conditions, car travel, due to suspension deflection, transmission and drive axle relative position changing, so that there is between the transmission shaft and axial displacement relative. car at the starting, acceleration and braking, the transmission shaft bearing considerable

6、torque, is the automobile transmission is one of key assembly. it has a great impact vehicle performance, so state factory inspection of transmission shaft, and transmission shaft design with strict requirements. the domestic technology is the detection of transmission shaft has been lagging behind

7、overseas, so a new generation of transmission shaft test bed is pressing. in this paper, transmission shaft reverse fatigue test bed design a detailed description, including the mechanical structure design and control system design two parts. focuses on the structural design including mechanical bod

8、y specimen clamping devices, power devices, adjust the sample devices, detection devices and actuators, hydraulic oil circuit design, power control circuit design, hydraulic station control circuit design, motor control gear pump circuit design, control circuit design. and on the resistance strain g

9、auge type torque sensors and optical encoders, the necessary brief, on the man-machine interface design.key words：transmission shaft; test bed; detection; power device第一章 前言1.1汽车试验技术发展（1）国外发展概况：国外一些发达国家，早在20世纪40、50年代就言之成功一些功能单一的检测设备，发展成为以性能调试和故障诊断为主的单项检测、诊断技术。20世纪60年代后，检测设备的应用获得较大发展，设备使用率大大提高，逐渐将单项检

10、测、诊断设备连线建站（出现汽车检测站），成为既能进行安全环保检测，又能进行维修诊断的综合检测技术。随着微机的发展，不仅单个检测、诊断设备实现了微机控制，而且于20世纪70年代出现了检测控制自动化、数据采集自动化、数据处理自动化、检测结果自动保存并可打印的现代综合检测技术、检测效率极高。进入20世纪80年代后，一些先进国家的现代检测诊断技术已达到广泛应用的阶段，不仅社会上针对在用汽车的专职汽车监测站众多，而且汽车制造厂装配线终端和汽车维修企业内部也都建有汽车检测线，给交通安全、环境保护、节约能源、降低运输成本和提高运力等方面，带来了明显的社会效益和经济效益。（2）国内发展状况：我国的现代汽车检测

11、技术起步较晚。在20世纪60、70年代，国家有关部门虽然也从国外引进少量现代检测设备，国内不少科研单位和企业对汽车检测设备也组织过研制，但由于种种原因，该技术一直发展缓慢。跨入20世纪80年代以后，随着国民经济的发展，特别是随着汽车制造业、公路交通运输业的发展和进口车辆的增多，我国的机动车保有量迅速增加。车辆增加必然带来一系列社会问题，如何保证这些车辆安全运行和降低社会公害，逐渐提高了政府有关部门的议事日程上来，因而促进了汽车检测技术的发展，使之成为国家“六五”期间重点推广的项目，并视为推进汽车维修现代化管理的一项重要技术措施。交通部门自1980年开始，有计划地在全国公路交通运输系统筹建汽车综

12、合性能检测站，取得了很大成绩。公安部门在全国中等以上城市中，也建成了许多安全性能检测站。到20世纪90年代，除交通、公安两部门外，机械、石油、冶金、煤炭、林业、外贸等系统和部分大专院校，也建成了相当数量的汽车检测站。进入21世纪以后，交通、公安两部门的汽车检测站已建至县市级城市。可以说，中国已基本形成了全国性的汽车监测网，汽车建成诊断技术已初具规模。不仅如此，全国各地的汽车维修企业使用的检测设备也日益增多。可以预见，随着公路交通运输企业、汽车维修企业、汽车制造企业和整个国民经济的发展，我国的汽车检测诊断技术，在21世纪必将获得进一步发展，而且会取得更加明显的经济效益和社会效益。1.2 汽车检测

13、分类与特点汽车是一个由成千上万个零部件组装成的产品，每个零件的品质与功能，都有可能直接影响汽车的性能。因此，有关汽车的试验研究内容很广，需要解决的问题也极为复杂，既有涉及产品品质的检查性试验，也有涉及性能对比研究研发性试验，以及涉及安全和环保的认证试验等从事汽车试验的单位和部门也包括了生产企业、科研部门和认证机构、快用单位，可见，汽车试验研究本身已经成为伴随汽车技术发展的一个相对独立的研究领域。汽车试验可按其试验目的、试验对象和试验方法进行分类。 （1）按试验目的分类 品质检查试验。对目前生产的汽车产品，定期进行品质检查试验，鉴定产品品质的稳定性。为及时检查出产品存在的问题，一般情况下试验较简

14、单，通常是针对用户意见进行检查，并作出检查结论。一般每种产品都有具体的试验规范，如gb 133377汽车产品质量定期检查试验规程。 新产品定型试验。在新型汽车投产以前，首先按规程进行全面性试验，同时在不同地区(如我国华南亚热带、西藏高原、东北寒区等)进行适应性和使用性试验。在定型试验中，不允许出现重大损坏、性能恶化及维修频繁等情况。新设计或改进设计的试制样车，则应根据其生产纲领规定试验内容。大批量生产的车型，可先以小量(38辆)样车考验其设计性能，经改进后，再生产小批量(20辆左右)样车考验其性能、材料与工艺等。 科研性试验。为了改进现有产品或开发研制新产品，必须对车辆的新部件、新结构，采用的

15、新材料、新工艺等进行广泛深入地研究试验，试验常采用较先进的仪器设备。此外，新的试验方法与测试技术的探讨试验标准的制定，也是科研性试验的一部分。（2）按试验对象分类 整车试验目的是考核评定整车的它要技术性能，测出各项技术性能指标，如：动力性、经济性、平顺性、制动性及退过性等。此外，整车基本参数的测定也包括在内。 机构及总成试验主要考核机构及总成的工作性能和耐久性，如发动机功率、变速器效率、悬架装置的特性以及它们的结构强度疲劳寿命和耐久性等。 零部件试验主要考核其设计和工艺的合理性，测试其刚度、强度、磨损和疲劳寿命以及研究材料的选用是否合适。（3）按试验方法分类 室内台架试验。该试验能以较高的精度

16、在室内试验台上测试汽车整车及总和零部件，并能消除不需研究的某些因素，容易控制试验条件。近10年来，在台架试验中也广泛采用电子计算机技术。例如室内台架试验，广泛应用计算机控制，随机负柄加载以及自动分析记录的数据采集系统。因此，室内台架试验可以模拟实际使用工况，建立起室内台架试验与实际道路试验相应的关系，以代替一部分道路试验，这样不仅提高了试验精度，而且缩短了试验周期。 室外道路试验。汽车在实际使用的道路条件下现场试验，其试验结果比较符合实际使用情况，可全面考核其技术性能，所以这是应用最普遍的方法。但试验的影响因素多，如条件环境不易控制，受车上空间条件的限制，使传感器的安装及测试参数的记录、处理均

17、较室内试验困难。近10年已陆续发展了各种高性能的小型传感器和电子仪器以及应用磁带记录器作现场记录。此外，还发展了遥测系统，使道路试验技术更趋完善。 试验场试验。该试验按预先制定的试验项目、规范，在规定的行驶条件下进行。试验场可设置比实际道路更恶劣的行驶条件和各种典型道路与环境，在这种条件下进行可靠性试验，寿命试验及环境试验，也可以进行强化试验以缩短试验周期；提高试验结果的可比性。1.3 汽车传动轴简述汽车传动轴一般选用万用传动轴作为传动动力的媒介，汽车传动轴担负着变速器到主减速器的扭矩传递作用。传动轴一般由高抗扭、抗弯的空心碳钢钢管制成。万向传动轴由万向节、轴管及其伸缩花键等组成，对于长轴距的

18、汽车，有时还加装中间支承。它主要用于工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。图1-1 几种常见汽车传动轴。图1-1 几种常见汽车传动轴万向传动轴应满足如下基本要求：（1）保证所连接的两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠而稳定地传递动力。（2）保证所连接的两轴尽可能等速运转。由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许的范围内，在使用车速范围内不应产生共振现象。（3）传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。万向传动轴在汽车上的应用比较广泛。发动机前置后轮或全轮驱动汽车驱动时，由于悬架不断变形，变速器或分动器的输出轴与驱动桥输入轴轴线之间的相对位置经

19、常变化，因而普遍采用可伸缩的十字轴式万向传动轴，某些汽车根据总布置要求需将离合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一段距离，考虑到它们之间很难保证轴与轴同心及车架的变形，所以常采用十字轴万向传动轴或挠性万向传动轴。1.4 问题的提出随着我国汽车工业的飞速发展和汽车保有量的急剧增加，09年席卷世界的丰田汽车召回事件，汽车安全问题引起了各国政府和广大民众的高度关注。汽车安全问题已经是威胁人身安全的第一大隐形杀手。众所周知，汽车传动轴是汽车动力传动的中间媒介，而传动轴主要参数扭矩则是一个相当关键的参数，车辆在样车试验阶段对此参数的需求更加迫切，若能准确、可靠、方便地测出动力传动轴的平均或瞬时的扭矩值和

20、转速，这对改进和提高车辆的性能大有裨益，正是因为传动轴在汽车传动系中的重要地位和对整车性能的影响，对其的研究一直都是国内外的热点问题。随着国家对汽车总成、零部件质量重视程度的逐步提高，汽车传动轴试验任务不但增加，急需增加传动轴试验能力。中国汽车工程研究院设备加工中心是一家国家授权的汽车整车和汽车总成、零部件检测仪器生产机构。自1993年成立以来，针对汽车制动系统、汽车转向系统、汽车传动系统、汽车电器及车身附件等开发了多个品种的零部件试验台，分别销往国内众多的整车及零部件厂家，为我国汽车企业产品质量提高和技术进步作出了重大的贡献。目前，在设备品种开发及销量方面，居同行业前列。经过在中国汽车工程研

21、究院设备加工中心为期3个月的调研学习得知，虽然国内外有一些传动轴检测试验设备，但由于此类设备属于非标准设备，其试验侧重点、试验方法和控制手段各异，无法满足企业实际需要，因此提出了自主设计汽车传动轴扭转疲劳试验台架的要求。1.5 研究意义汽车传动轴试验台的作用，就其本质来说是测试传动轴在工作状态下扭矩参数，并对其疲劳寿命进行测试。我国的传动轴试验检测设备是在引进国外设备的基础上发展起来的。目前，在用的设备中从日本、美国、德国进口的各种类型的试验检测设备，也有国内厂家生产的检测设备，其试验原理、试验方法和设备技术水平都有较大的差异。通过对国内外试验设备资料的研究，研制符合企业自身要求的传动轴试验台

22、架，使其更好地模拟传动轴的实际使用模式和环境条件，更真实地反映传动轴性能，从而提高传动轴研发水平，提升传动能力，发展丰富传动理论。研制高水平传动轴试验台架，还可以提高传动轴检测测试技术，提高试验台架的设计水平，特别对传动轴产品的研发、质量控制以及整车传动性能的提高都有十分重要的意义。1.6 课题内容本文通过对国内外试验台架的研究，提出汽车传动轴扭转疲劳试验台架设计思路，完成了试验台架的总体设计。论文完成了以下几个方面的工作：（1）、汽车传动轴扭转疲劳试验台的设计思路和设计方法研究；（2）、汽车传动轴扭转疲劳试验台架结构设计；（3）、试验台控制系统的总体设计；（4）、试验台动力加载系统、传动系统

23、、控制系统、测量系统设计；第二章 汽车传动轴扭转疲劳试验台架总体设计2.1 汽车传动轴扭转疲劳试验台设计思路将试件即传动轴安放在试验台，通过加载装置加载一定的扭矩，测试装置测试扭矩和扭角。其设计思路的原理是力平衡扭矩测量法，利用平衡扭矩去平衡被测扭矩，从而求得被测扭矩的方法。当转轴受扭矩作用时，机体上必定有方向相反的平衡扭矩，因此测量出机体上平衡扭矩就可以知道被测扭矩大小。图2-1 设计原理图如图2-1所示。汽车传动轴扭转疲劳试验台是由加载装置、试件、扭矩检测装置三个大部分组成。加载装置为试件传动轴提供试验所需扭转，扭矩检测装置测试扭矩和扭角。2.2 试验台机械结构设计2.2.1 试件夹持装置

24、结构设计汽车传动轴两端一般为万向节，故传动轴的安装只需将两端万向节与试验台夹持装置固定即可。通过螺栓连接将传动轴与夹持装置固定。如图2-2 图2-2 右装夹头部和左装夹头部2.2.2 试件调整装置结构设计从汽车传动轴在实际安装和运转的位置得知，其并不是在水平位置安装和运转，而国内外相关测试试验台则设计为水平测试，在这种环境测试下的传动轴扭转数据并不是传动轴真正工作条件下的测试试验数据，并不具有客观实际价值，只有完全模拟传动轴在实际工作条件下的状态才能测试出接近真实的试验数据。因此，在设计时考虑到传动轴的安装条件，设计试件调整装置，可将传动轴的安装角度改变，从而更加接近真实环境。如图2-3图2-

25、3 调整装置结构示意图1-丝杆 2-螺母副 3-机架 4-引导块 5-校正块 6-安装板 7-蜗轮蜗杆升降电机 8-t型槽 9-导向滑块由图2-3得，机架通过引导块在床身上可以直线运动，安装板与导向滑块通过螺栓连接，导向滑块可在机架上的t型槽内做上下的直线运动，并通过校正板进行上下直线方向上的校正，通过升降电机的正反转来调整丝杆的的旋转，螺母副与安装板固定，丝杆的旋转即可控制安装板的上下运动，而安装板上安装有传动轴的夹持装置，传动轴便可以实现调整角度的安装条件。当需要进行调整传动轴的安装角度时，只需将安装板与导向滑块间的螺栓拧松，然后通过升降电机的电动按钮来控制升降，达到所需角度停止，将螺栓拧

26、紧便可进行变角度实验。根据传动轴的实际安装角度可在安装板的上下两极位设置形成开关，防止调整角度过大对测试的准确性、实用性影响。2.2.3 执行机构的设计执行机构即将动力扭矩传动到传动轴上，怎么样能更好的传递是设计的难点，通过实地的调研和参考已有的试验设备，本设计采用液压缸与摆块来实现扭矩的传递。如图2-4 图2-4 执行机构结构局部示意图1-床身 2-支承架 3-连接法兰 4-吊耳 5-光电编码器 6-摆块 7-液压缸一 8-液压缸二由图2-4可得，支承架通过t型螺栓与床身连接，连接法兰则与试件传动轴的万向节相连接，吊耳与龙门架连接，使得液压缸吊装能够正常工作，光电编码器通过测试转轴的转角来得

27、到实验数据扭角。执行机构在工作状态下，液压缸通过油液的驱动，推动液压缸活塞，使得活塞杆沿竖直方向运动，活塞杆拉动摆块做绕轴线的摆转运动，摆块与连接法兰通过螺栓连接，驱动传动轴进行扭转运动，从而达到提供动力的目的。图2-5为执行机构完整示意图。图2-5 执行机构示意图2.2.4 动力装置设计动力装置设计是本试验台架的关键部分，其担当着为传动轴提供扭转动力，是完成汽车传动轴扭转疲劳试验台核心设计部分。汽车传动轴扭转疲劳试验台架需做三方面的传动轴试验，即传动轴静扭转刚性试验、传动轴静扭转强度试验、扭转疲劳试验。根据汽车标准qc-t 523-1999汽车传动轴总成台架试验方法的要求，静扭转刚性试验的步

28、骤要求传动轴的基准面按标准状态装在试验台上，按一定的方向对传动轴施加扭矩，施加扭矩加到额定负荷为止，然后退回到原始状态。之后按一定方向施加扭矩进行试验，用检测装置自动记录扭矩及其相应扭角（或逐级加载和卸载并记录扭矩及其相应的扭角）。静扭转强度试验的步骤要求传动轴的基准面按标准状态装在试验台上，按一定的方向对传动轴施加扭矩，施加扭矩加到额定负荷为止，然后退回到原始状态。按一定方向施加扭矩进行试验，用检测装置自动记录扭矩及其相应扭角（或逐级加载和卸载并记录扭矩及其相应的扭角），直到传动轴最薄弱的零件损坏为止。扭转疲劳试验的步骤要求用传动轴的基准面按标准状态装在试验台上。试验采用非对称循环，交变扭矩

29、的最大试验扭矩取规定的额定载荷负荷，最小试验扭矩取额定负荷的30%，交变扭矩的幅值为ma=（mmax-mmin）/2。按上述规定施加交变扭矩，进行试验直到传动轴中某个最薄弱零件疲劳损坏为止。根据上述三项实验步骤要求，实地调研和对以往设计资料的研究，动力部分设计为机械本体与液压共同驱动来实现。将动力部分分为液压油路部分、机械脉动部分、减速器部分。2.2.4.1 液压油路部分设计选择液压油路作为动力部分设计的一部分是因为液压机构能提供稳定的压力，并且无刚性冲击，适合长时间的动力提供，温升小，占地体积小，控制方便。调研得知，国内外所设计的传动轴扭转疲劳动力提供部分多为液压驱动，故采用液压回路作为动力

30、装置的一部分。如图2-6 所示，动力装置液压原理图，润滑支路工作原理：液压泵将油箱内的液压油吸入并通过滤油器，经过电磁换向阀进入润滑油分油器中，为动力装置机械部分进行润滑和冷却降温，如：各滚动轴承进行强制润滑冷却和各连接处进行强制润滑冷却。当压力油液超过压力继电器-5设定值时，压力继电器动作，使电磁换向阀-6 ya1得电，换到右位，从而不再为润滑支路进行供油，转而经过单向阀-8为主支路进行供油。主支路的工作原理：当需要做扭转疲劳实验时，液压泵将油箱内的液压油吸入并通过滤油器，经过电磁换向阀-16左位，流入脉动头-15，脉动头通过脉动头活塞推动油液进入液压缸-14.进行扭转疲劳实验时，只需一个液

31、压缸即可满足试验条件，故截止阀-14关。传动轴的反扭矩使油液回复。当需要需做静扭实验时，电磁换向阀-16 ya2得电，换到右位，油液不经脉动头-15直接流入，此时截止阀-14开，油液流入液压缸-14的下腔和液压缸-12上腔，两缸的活塞杆上、下运动，从而可以使得传动轴受单向的扭转。电磁换向阀-10和溢流阀-11组成泄压保护回路，对液压回路进行保护。图2-6 液压原理图由图2-6知，滤油器的作用是除去混在油液中的各种杂质，使进入系统的油液保持一定的清洁度，从而保证液压元件和系统可靠的工作。因为当液压系统中混有杂质微粒时，会卡住滑阀，堵塞小孔，加剧零件的磨损，缩短元件的使用寿命。油液污染越严重，系统

32、工作性能越差、可靠性就越低，甚至会造成故障。油液污染是液压系统发生故障、液压元件过早磨损、损坏的重要原因。比例溢流阀的作用可以实现自动控制、远程控制和程序控制，在此回路中可以实现压力的大小调整。蓄能器的作用是将液压系统中的压力油储存起来，在需要时又重新放出。其作用有以下四方面。一、做辅助动力源，液压系统的执行元件是间歇运动，在这种系统中设置蓄能器后，即可采用一个功率较小的泵，以减小主传动的功率，使整个液压系统的尺寸小、重量轻、价格便宜，同时减少功率损耗，降低系统温升；二、做紧急动力源；三、补充泄露和保持恒压，因执行元件长时间不动作，而要保持恒定压力，用蓄能器来补偿泄露，从而使压力恒定；四、吸收

33、液压冲击，由于换向阀突然换向，液压泵突然停车，执行元件的运动突然停止，甚至人为的需要执行元件紧急制动等原因，都会使管路内的液体流动发生急剧变化，而产生冲击力。虽然设置有泄压安全阀，但仍然难免产生压力的短时剧增和冲击，这种冲击压力，往往引起系统中的仪表、元件和密封装置发生故障甚至损坏或者管道破裂，此外还会使系统产生明显的振动。在液压缸冲击源之前装设蓄能器，则可吸收和缓和这种液压冲击。2.2.4.2 机械脉动部分设计机械脉动部分即液压回路中的脉动头，对如何实现可调节的脉动机械部分设计是汽车传动轴扭转疲劳试验台架最核心的设计部分。机械脉冲部分需完成可调速度、可调整行程、可周期循环三个基本动作，因此设

34、计需从这三方面考虑。由于汽车传动轴在做扭转疲劳实验时，需做上万次的扭转，耗时、耗能都很大，而且需要恒定的扭转力。单独考虑直接使用液压系统驱动时，由于液压泵能提供的压力大小、是否能长时间持续供给稳定的压力、液压泵的能源消耗问题等都直接制约着使用液压系统作为脉动部分的动力源。故放弃直接使用液压泵站作为其动力源的考虑。分析脉动部分动作，为可调速、调行程大小的循环上下运动，考虑到脉动部件需做持久和压力恒定的运动，故设计如下，图2-7 机械脉动部分机构运动简图设计。图2-7 机械脉动部分机构运动简图1-原动件 2-杆2 3-杆3 4-滑块 5-滑块架 6-调节件 7-杆7由机械脉动部件机械运动简图2-7

35、得，其工作原理为：1-原动件通过变频电机与变频器的组合控制频率的大小来控制原动件的转速。拖动2-杆2和3-杆3，从而使4-滑块在5-滑块架内进行上下运动。6-调节件在一般情况下固定，当需要调节滑块的上下运动行程时，通过转动调压电机来使调节件转动，增加或降低滑块在滑块架内的行程大小，从而实现目标运动，即滑块在滑块架内可以完成速度可调、行程可调、动作循环的机械脉动运动。机械脉动部分机构自由度为：f=3n-(2p1+ph)=53-（27）=1注：杆2、杆3、杆7三杆连接处为复合铰，有两个转动副机械脉冲部分整体视图2-8图2-8 机械脉冲部分整体视图1-进油口 2-油缸 3-上箱体 4-下箱座 5-出

36、油部6-轴承端盖 7-出油口 8-轴由图2-8可得，在机械脉动部分中，油液通过1-进油口，进入脉冲头部的油缸，通过脉冲头活塞缸的上、下运动，油液被脉冲头活塞缸挤出，被挤出油液经7-出油口，进入执行件液压缸中。在整个装置中，原动件通过变频电机驱动，而活塞杆的上、下运动行程则由调压电机驱动。整个装置不仅具有占地体积小、动作平稳、噪声小、振动小、总造价低等优点，并且能满足设计所需的所有动作要求。2.2.4.3 减速器部分设计减速器部分为连接变频电机与机械脉冲部分原动件，由于变频电机的转速高于试验所需，故需要进行减速设计，本设计采用普通的机械齿轮减速器，能够满足试验所需的转速要求。下图2-9为动力装置

37、示意图，由机械脉动部分、液压工作站和减速器部分三块组成。图2-9 动力装置示意图2.2.5 检测装置设计根据汽车标准qc t 523-1999汽车传动轴总成台架试验方法，汽车传动轴扭转疲劳试验台架的检测装置应由两部分组成：传动轴的扭转扭矩和扭角。由设计原理，力平衡扭矩测量法可得出扭矩检测装置和扭角检测装置在试验台架上的布置，如下图2-10和图2-11.图2-10 应变片布置图2-11 光电编码器布置应变片的布置如图2-10，对称的布置4片应变片。扭角检测装置则直接安装在前轴处如图2-11。第三章 试验台控制系统设计3.1 系统组成框图图3-1 系统组成框图3.2 系统硬件设计通过分析机械本体部

38、分得，汽车传动轴扭转疲劳试验台架硬件部分由升降电机、调压电机、变频电机及其风机、齿轮泵电机、控制柜散热风机五大部分组成，根据设计所要求完成的测试部分，还有扭矩传感器、光电编码器、行程开关等弱电源部分，接触器、继电器等弱电控制电源部分。由此分析，绘制出主回路电气原理图。见图3-2 主回路电气原理图图3-2 主回路电气原理图3.2.1 硬件接口设计硬件接口是根据所选用的传感器所设计。选用的4个扭矩传感器自带放大器接电源+12v、-12v。选用的四个行程开关接电源0v、+12v。选用的光电编码器电源接0v、+24v。选用的比例溢流阀及比例阀放大器电源接0v、+24v。四个扭矩传感器、四个行程开关、光

39、电编码器、比例溢流阀连接到数据采集卡，将采集得来的数据信号传输到计算机内进行处理。如图3-3 接口设计。图3-3 接口设计扭矩传感器的检测敏感元件是电阻应变桥。将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上以组成应变电桥，只要向应变电桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号，然后将该应变信号放大，再经过压频转换变成与扭应变成正比的频率信号。通过采集该信号进行计算分析即可测试得到传动轴扭矩。光电编码器通过光电转换将被测轴的角位移增量转换成相应的脉冲数字量，然后由计算机数字控制系统或计数器计数得到角位移。光电编码器由光源、聚光镜、光电码盘、光栏板、光敏元件和信号处理电路组成，其中光电码盘与工作轴连在一

40、起。码盘可用玻璃材料制成，表面镀上一层不透光的金属铬，然后在上面制成向心透光狭缝。透光狭缝在码盘圆周上等分，数量从百条到几千条不等。这样，整个码盘圆周上就等分成若干透明与不透明区域。当光电码盘随工作轴一起转动时，在光源的照射下，透过光电码盘和光栏板形成忽明忽暗的光信号。光敏元件把此光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的整形、放大、分频、计数、译码后输出或显示。3.2.2 硬件控制电路设计 汽车传动轴扭转疲劳试验台架硬件是由升降电机、调压电机、液压工作站及润滑油路、变频电机五部分组成，故硬件控制电路由电源控制线路、升降机控制线路、调压电机控制电路、液压站控制电路、变频电机控制电路、润滑控制电

41、路六方面组成。3.2.2.1 电源控制线路电源控制线路的设计目的是控制总电源的开关，并且做到开关平稳，有电源开启、闭合的显示。如图3-4 电源控制线路。图3-4 电源控制线路图sb1为电源关，sb2为电源开。当红灯亮表示电源没有接通，当绿灯亮表示电源已接通。3.2.2.2 升降机控制线路升降机控制线路的设计目的是控制试件调节装置的上、下运动，应做到手动点动控制，并且有上、下运动的极限。如图3-5 升降机控制线路。图3-5 升降机控制线路图sb3为正转按钮，sb4为反转按钮。当运动到上极限位置，行程开关一断开正转回路，使不能正转，当运动到下极限位置，行程开关二断开反转回路，使不能反转。线路中实现

42、了正、反转的自锁，使其不能同时正转反转。3.2.2.3 调压电机控制线路调压电机控制线路的设计目的是控制调压电机的正转和反转，通过点动控制调压电机的正、反转来调整机械脉冲头部油缸内活塞杆的行程最大输出值、最小输出值。且对油缸活塞杆的最大、最小输出值进行限制。如图3-6调压电机控制线路图。图3-6 调压电机控制线路图sb5为正转按钮，sb6为反转按钮。当调压电机正转使活塞杆能运动到上极限位置时，行程开关三断开正转回路，使得调压电机不再正转。当调压电机反转使活塞杆能运动到下极限位置时，行程开关四断开反转回路，使得调压电机不再反转。线路中实现了正、反转的自锁，使其不能同时正转反转。3.2.2.4 变

43、频电机控制电路变频电机控制电路的设计目的是控制变频电机的开、断，并且能够实现自锁。如图3-7 变频电机控制电路。图3-7 变频电机控制电路sb变频电机开为变频电机闭合开关，sb变频电机关为变频电机断开开关，并且能够实现自锁。3.2.2.5 液压站控制电路液压站控制电路的设计目的是控制液压站内静扭电磁换向阀和泄压电磁换向阀的得电与失电，并且能够实现静扭与脉动互锁。齿轮泵的开、断与自锁控制。如图3-8 液压站控制电路。图3-8 液压站控制电路sb齿轮泵开为齿轮泵电机闭合开关，sb齿轮泵关为齿轮泵电机断开开关。zj1为中间继电器，当摁下sb齿轮泵开，zj1闭合，ya3得电，泄压电磁换向阀接右位，油液

44、不到脉冲头，而直接经泄压电磁换向阀到油缸，完成泄压。当摁下sb脉动时，zj2得电，ya3断电，油液进入机械脉冲头部的油缸内，即实现扭转疲劳试验要求。而当sb静压摁下后，ya2得电，静扭电磁换向阀接右位，不经机械脉冲油缸直接进入执行元件中，即可实现静扭试验要求。3.2.2.6 润滑控制电路润滑控制电路的设计目的是完成对机械脉冲部分的强制润滑，以防止因磨损而导致机械部分提早出现故障。如图3-9 润滑控制电路图3-9 润滑控制电路当润滑油路内的油液压力超过额定值时，压力继电器得电，ya1接通，接右位，从而断开润滑油路，不再继续进行润滑供油。并且实现自锁。3.3 系统软件设计图3-10 静扭试验软件设

45、计流程框图图3-11 扭转疲劳试验软件设计流程框图本试验软件设计由静扭试验软件设计和扭转疲劳试验软件设计两项组成，通过分析汽车标准qc t 523-1999汽车传动轴总成台架试验方法，得到静扭和扭转疲劳试验的软件设计流程框图，见图3-10和图3-11。3.4 人机界面设计试验界面所需要的数据有四个采集得到的扭矩，光电编码器采集到的扭转角度，通过变频器得到的变频电机转速和比例溢流阀的比例调节大小。并且应有齿轮泵控制按钮、调压电机控制按钮、实验类型选择开关按钮、变频电机控制按钮，由此设计图3-12 人机界面图。图3-12 人机界面图第四章 论文总结4.1 设计过程本次毕业设计过程大致可分为5个阶段

46、：第一阶段，为查阅资料阶段，本阶段完成了对试验台测试技术资料的查阅，并对试验台测试有了详细的了解，并且开始撰写文献综述和外文翻译。第二阶段，为实地调研阶段，调研地址为中国汽车工程研究院设备加工中心，历时3个月。调研期间选择了自己毕业设计所选择的课题题目，并查阅了相关汽车传动轴知识和汽车传动轴检测技术知识。与导师交流，确定课题研究方向和研究价值，为之后的设计阶段做铺垫。第三阶段，为总体设计阶段，通过将大学所学机械知识结合工厂所学知识，设计出汽车传动轴扭转疲劳试验台架的机械本体部分，对相应的机械部分进行3d建模。并与导师交换意见，对设计中遇到的问题和迷惑解答，更正和完善设计中的错误和疏漏。第四阶段

47、，为控制部分进行设计，完成对传动轴的硬件设计和软件框图设计，对人机界面进行设计，并完成对主回路电气原理图、液压站控制电路图、电源控制电路图、润滑回路控制电路图、液压泵电机控制电路图、调压电机控制电路图、变频电机控制电路图等电路图的绘制。请教导师毕业论文的书写格式，并且拟写出毕业论文的条框。第五阶段，为撰写毕业论文阶段，对之前设计部分总和，并且加以文字表达，进行最后的查缺补漏。导师对论文的全面审查，提出论文的重心，并对其进行重点叙述。4.2 论文总结4.2.1 论文的创新点1、论文通过对汽车标准qc t 523-1999汽车传动轴总成台架试验方法的分析，完整的提出了汽车传动轴静扭强度试验和扭转疲劳试验的方法、原理和思路。把汽车传动轴扭转疲劳试验台架分为了试件夹持装置、试件调整装置、执行机