汽車變速器性能試驗臺設(shè)計

1、 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在 年解密后適用本

2、授權(quán)書2、不保密囗 。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 年 月 日目 錄摘要1Abstract21緒論31.1變速器結(jié)構(gòu)與工作原理的分析31.2汽車變速器性能試驗臺發(fā)展?fàn)顩r41.3本課題的目的和主要研究內(nèi)容42總體方案論證52.1試驗臺布置方案的選擇62.2加載裝置的選擇72.2.1電液比例加載系統(tǒng)72.2.2液壓加載器83總體技術(shù)方案設(shè)計93.1電機的選擇93.2變速箱的設(shè)計93.2.1確定變速箱的主要參數(shù)93.2.2齒輪的設(shè)計計算及校核93.2.3軸的設(shè)計計算及校核143.2.4鍵的設(shè)計計算及校核173.3加載器的選擇183.3.1心軸的設(shè)計183.3.2內(nèi)葉片

3、設(shè)計193.3.3外葉片設(shè)計203.3.4液壓缸的設(shè)計213.3.5擺缸缸蓋的設(shè)計233.3.6聚流體的設(shè)計243.4傳感器的選擇253.5聯(lián)軸器的選擇264試驗及數(shù)據(jù)處理方法275 SolidWorks軟件簡介與建模過程285.1 SolidWorks軟件簡介285.2 Solidwoks建模285.2.1傳動箱建模295.2.2加載裝置建模315.2.3總裝建模336結(jié)束語35致 謝36參考文獻3741摘要汽車變速器，是一套用于來協(xié)調(diào)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輪的實際行駛速度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動機的最佳性能。變速器可以在汽車行駛過程中，在發(fā)動機和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動機工作

4、在其最佳的動力性能狀態(tài)下。汽車變速器性能試驗臺是對汽車變速器進行綜合性能測試的實驗設(shè)備。通過試驗來檢驗汽車變速器設(shè)計的合理性以及評定變速器的綜合機械性能。本論文目的在于闡述我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容-汽車變速器性能試驗臺設(shè)計。試驗臺選用電封閉試驗臺。本文主要由五個部分組成。分別是：緒論，總體方案設(shè)計，方案論證（計算），微機控制系統(tǒng)設(shè)計，Solidworks建模過程。其中方案設(shè)計和Solidworks建模是耗時較多，比較重點的部分。后面會詳細介紹。關(guān)鍵詞：汽車變速器；試驗臺；Solidworks；微機控制AbstractThe auto transmission is a device used to c

5、oordinate engine speed and the actual speed of the wheel speed, used to play the best performance of the engine. Different variable speed transmission in the car driving the process, between the engine and wheels, shift can make the engine work in the best dynamic performance status.The vehicle tran

6、smission assembly performance test bed vehicle transmission performance testing of laboratory equipment. Test to test the rationality of the design of automotive transmission and assessment of mechanical properties of the transmission. The purpose of this paper is to elaborate on my graduation proje

7、ct content - automotive transmission assembly performance test rig design. The test rig selection of electric closed test bed. In this paper consists of five parts. They are: the introduction, the overall program design, argument (computing), the microcomputer control system design, Solidworks model

8、ing process. Design and Solidworks modeling is time-consuming, compare the part of the focus. Later in detail.Key words: automotive transmission ；testing bed ；Solidworks ；control with microcomputer1緒論 我的題目是“汽車變速器性能試驗臺設(shè)計”。20世紀(jì)是汽車工業(yè)飛速發(fā)展的時代,汽車工業(yè)逐步成為許多國家的支柱產(chǎn)業(yè)。作為工業(yè)產(chǎn)品，汽車具有許多特點：汽車的使用條件復(fù)雜，不僅要使用于各種不同的環(huán)境，公路，山

9、地，丘陵甚至陡坡，還要被不同人群使用，要求汽車使用方便，簡潔易操作。因此汽車的每個零部件都要嚴(yán)格的要求，特別是汽車的重要組成部分，如發(fā)動機，變速器，傳動系，轉(zhuǎn)向和制動系。一臺汽車在出廠之前必然需要許多的試驗結(jié)果確保其質(zhì)量合格。汽車變速器性能試驗臺是對汽車變速器進行綜合性能測試的實驗設(shè)備。通過試驗來檢驗汽車變速器設(shè)計的合理性以及評定變速器的綜合機械性能。為全面了解減速器總成性能，一般設(shè)計以下實驗：汽車減速器磨合實驗；變速器空載阻力矩實驗；變速器加載試驗；變速器噪音實驗。由于能力經(jīng)驗有限，設(shè)計主要完成：變速器加載試驗。本次設(shè)計的主要任務(wù)就是試驗臺在滿足傳動效率、疲勞壽命試驗要求的前提下，盡可能的滿

10、足經(jīng)濟、使用的原則。盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)件。測控系統(tǒng)采用微機控制比如單片機系統(tǒng)，以方便控制。同時試驗數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)處理也要達到設(shè)計任務(wù)的精度要求。試驗臺應(yīng)能連續(xù)加載和卸載，試驗轉(zhuǎn)速能自動調(diào)節(jié)與控制，同時為了直觀的把測試情況呈現(xiàn)給測試者，還應(yīng)能用數(shù)顯的方式顯示轉(zhuǎn)速和扭矩，數(shù)據(jù)還要能夠打印。三維造型軟件現(xiàn)在以廣泛運用。我使用的軟件是Solidworks。比傳統(tǒng)的手工繪圖有省時省力，直觀詳細的優(yōu)點。1.1變速器結(jié)構(gòu)與工作原理的分析變速器是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動比的齒輪傳動裝置。又稱變速箱。汽車變速器是通過改變傳動比，改變發(fā)動機曲軸的扭力，適應(yīng)在起步、加速、行駛以及克服各種道路阻礙等不同行

11、駛條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速不同要求的需要。通俗上分為手動變速器(MT)，自動變速器(AT)， 手動/自動變速器，無級式變速器。汽車變速器一般由前箱體和后箱體組成。變速箱由變速傳動機構(gòu)和變速操縱機構(gòu)兩部分組成。變速傳動機構(gòu)的主要作用是改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的數(shù)值和方向；操縱機構(gòu)的主要作用是控制傳動機構(gòu)，實現(xiàn)變速器傳動比的變換，即實現(xiàn)換檔，以達到變速變矩。機械式變速箱主要應(yīng)用了齒輪傳動的降速原理。簡單的說，變速箱內(nèi)有多組傳動比不同的齒輪副，而汽車行駛時的換檔行為，也就是通過操縱機構(gòu)使變速箱內(nèi)不同的齒輪副工作。如在低速時，讓傳動比大的齒輪副工作，而在高速時，讓傳動比小的齒輪副工作。1.2汽車變速器性能試

12、驗臺發(fā)展?fàn)顩r國外較早開始了這方面的研究，如美國Gleason公司在五十年代就設(shè)計出用輪系作為加載系統(tǒng)的傳動試驗臺的方案。還有前蘇聯(lián)中央機械制造及設(shè)計研究院，美國通用動力公司，德國RENK公司，美國國家航空航天局（NASA）下屬的Lewis研究中心，日本豐田汽車公司，法國Skoda公司等。從試驗臺方案到最終樣品制造他們都做了大量的研究，形成了系統(tǒng)的設(shè)計模式。國內(nèi)起步較晚，研究工作始于八十年代。國內(nèi)較早從事這方面研究的有:重慶大學(xué)，鄭州研究所，長春汽車研究所，西安重型機械研究所，西安理工大學(xué)，合肥工業(yè)大學(xué)，四川工業(yè)大學(xué)等單位。他們的成果代表著我國機械試驗臺的發(fā)展水平。1.3本課題的目的和主要研究內(nèi)

13、容汽車變速器總成在正常情況下工作要滿足以下條件：工作平穩(wěn)，噪聲小，足夠的剛度和強度的較高的傳動效率。其中關(guān)鍵的是變速器能正確的傳遞扭矩轉(zhuǎn)速以及功率。為全面了解減速器總成性能，一般設(shè)計以下實驗：汽車減速器磨合實驗；變速器空載阻力矩實驗；變速器加載試驗；變速器噪音實驗。由于能力經(jīng)驗有限，設(shè)計主要完成：變速器加載試驗。2總體方案論證變速器加載試驗臺是最早出現(xiàn)的一種試驗臺通常有兩大類型，一種是開放式試驗臺，一種是電封閉式試驗臺。開式試驗臺結(jié)構(gòu)如下圖所示:功率輸入動力區(qū)試驗區(qū)模擬負載區(qū)功率損耗圖2-1 開式試驗臺主要結(jié)構(gòu)原理示意圖開放式試驗臺的動力區(qū)由電機（或內(nèi)燃機），調(diào)速器以及附屬裝置組成。它負責(zé)向系

14、統(tǒng)提供動力，其中包括轉(zhuǎn)速和扭矩。試驗區(qū)是由被測裝置，變速器，傳感器裝置以及其他的一些裝置組成。模擬負載區(qū)及附屬裝置組成。主要由測功機開放式試驗臺整套系統(tǒng)的工作原理及工作過程比較簡單，整套設(shè)備的技術(shù)含量低，制造成本相對較低，它的致命弱點是該臺架需要大功率動力(驅(qū)動電機或內(nèi)燃機)，能量無法反饋使用。閉式試驗臺結(jié)構(gòu)如下圖所示：功率輸入動力區(qū)試驗區(qū)模擬負載區(qū)電網(wǎng)圖2-2 電封閉式試驗臺主要結(jié)構(gòu)原理示意圖閉式試驗臺在實現(xiàn)加載的同時能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電的功能。發(fā)出的電力通過閉環(huán)系統(tǒng)提供給驅(qū)動端的電機。常規(guī)電封閉系統(tǒng)的優(yōu)點是能源利用好，效率高，構(gòu)造簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)加載。缺點是造價昂貴。 借鑒國內(nèi)外類似試驗設(shè)備，我

15、最終采用電封閉試驗臺。初期造價高，但長期使用下來，費用合理。而且沒有浪費和污染。經(jīng)過綜合考慮我決定采用可動態(tài)加載和改變載荷大小的機械封閉式試驗臺其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖2-3 試驗臺工作原理示意圖其總傳動比Z4/Z3×Z2/Z1=1.封閉系統(tǒng)封閉功率不是又外力提供，亦不能輸出到封閉系統(tǒng)之外這樣，動力裝置僅用來彌補系統(tǒng)內(nèi)的損耗功率。一般僅為封閉功率的十分之一到五分之一左右。因此，此封閉系統(tǒng)耗能很少。2.1試驗臺布置方案的選擇 通過反復(fù)考慮，最終確定試驗臺的布置方式。如下圖傳動箱2被試件傳感器傳動箱1傳感器陪試件 液 壓 加 載 器電動機 圖2-4試驗臺布置方案兩傳動箱總的傳動比必須為1，

16、因此選用兩個一模一樣的變速箱，一邊為升速，一邊為減速，則可以保證其傳動比正好為1。變速箱主要是為了形成功率的閉合回路，安裝時要有足夠的空間，因此變速箱的中心距要較大。所以在單級變速箱基礎(chǔ)上加一個中間過渡齒輪形成二級變速箱，這樣保證了變速及傳動要求，而且中心距足夠大。另外，傳動箱應(yīng)具有承載能力大、效率高、速度高、尺寸緊湊的特點, ,選擇齒輪傳動機構(gòu)，滿足條件。而且，齒輪傳動承載能力大,效率高,允許速度高,尺寸緊湊,壽命長。2.2加載裝置的選擇試驗臺加載方式一般分為液壓加載，箱體加載，重塊加載等，液壓加載體積小，接卸機構(gòu)簡單，液壓元件好選，加載穩(wěn)定，扭矩穩(wěn)定，容易程序控制，故選擇液壓加載器。2.2

17、.1電液比例加載系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)中采用電液比例控制。電液比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵根據(jù)輸入的電壓信號產(chǎn)生相應(yīng)動作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出的元件電與開關(guān)式液壓元件構(gòu)成的系統(tǒng)比較，所需液壓元件少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡化，并且控制方便;與電液伺服閥比較，抗污染能力強，可靠性高，價格便宜。電液比例加載液壓系統(tǒng)圖如圖2-5所示。1、油箱 2、粗油濾油器，3、溫度計，4、交流電動機，5、單向定量葉片泵6、壓力繼電器(上限設(shè)定)7、精油濾清器8、單向閥9、壓力繼電器(下限設(shè)定)10、液壓軟管11、壓力表開關(guān)12、壓力表13、三位四通電磁換向閥 14、電液比例溢流

18、閥 15、管接頭 16、液壓加載器 圖2-5 電液比例加載液壓系統(tǒng)圖來自液壓泵5的壓力油通過濾油器7和單向閥8后，油流分成兩路。一路壓力油經(jīng)三位四通電磁閥13到液壓加載器16，回油由電磁換向閥返回油箱。液壓加載器16的配油器回油單獨接管直接通油箱。另一路壓力油到電液比例溢流閥10。定量泵液壓系統(tǒng)為保持系統(tǒng)壓力，泵流量大于液壓加載器16的流量，油壓升高將溢流閥10打開，多余的油經(jīng)10回到油箱。打開壓力表開關(guān)11可通過壓力表12監(jiān)視系統(tǒng)的壓力。壓力繼電器6和9分別設(shè)定系統(tǒng)壓力的上限和下限值，上限設(shè)定是保持液壓系統(tǒng)在意外壓力升高超限時，自動輸出報警信號。下限設(shè)定電觸點與試驗臺拖動電機控制回路相連，以

19、保證只有在有一定最低油壓條件下，才可以使拖動電機帶動臺架旋轉(zhuǎn)，防止液壓加載器在缺油潤滑狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，否則極易磨壞加載器的配油器。2.2.2液壓加載器選擇外置式的液壓加載裝置，加載方便而且利于維修。如圖2-6所示,工作時,由液壓系統(tǒng)提供的壓力油進入液壓加載器的A腔,再通過內(nèi)葉片(與加載心軸成一體)與缸筒、外葉片(與缸筒成一體)與加載心軸之間的間隙滲透至B腔,然后回到油池, A、B腔之間存在的壓力差,構(gòu)成了對加載心軸的加載力矩,這對力矩經(jīng)過試驗臺中相應(yīng)部件的傳遞,就在被試變速器的輸入和輸出軸上加上了一組方向相反的力矩。顯然,上述加載力矩與工作腔中的油壓成正比,由于工作腔中的油壓是可調(diào)的,因而加載力矩

20、也是可調(diào)節(jié)的。圖2-6 外置式液壓加載器工作原理圖3總體技術(shù)方案設(shè)計3.1電機的選擇選擇北方連云港變速器生產(chǎn)的5T12H系列變速器為設(shè)計對象，該發(fā)動機最大功率60kw/6000r/min，最大轉(zhuǎn)矩120N/4200r/min。選擇BM系列變頻電動機。所需電機的容量為：Pw=P×15%=60×0.15=7.5kW選用的電機型號為：BM-132M-4,具體性能指標(biāo)見表3-1。表3-1 電機參數(shù)型號額定功率kW額定電流A功率因素cos額定轉(zhuǎn)速r/min額定電流A額定轉(zhuǎn)矩N.mBM-132M-47.515.60.814403149.73.2變速箱的設(shè)計電機額定轉(zhuǎn)速為1440r/mi

21、n，輸出轉(zhuǎn)矩為49.7 N.m，為滿足系統(tǒng)所需高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩的需要，應(yīng)增加一套變速機構(gòu)-變速箱。3.2.1確定變速箱的主要參數(shù)a. 由于變速器最高輸入轉(zhuǎn)速為5800r/min,而所選電機最高轉(zhuǎn)速為1500 r/min，所以總傳動比為：i=4.17中間齒輪起增加中心距的作用，齒數(shù)適當(dāng)選取。b. 根據(jù)變速器外形尺寸及附加加裝置尺寸，初步定傳動箱中心距a300mm.3.2.2齒輪的設(shè)計計算及校核3.2.2.1選定齒輪的類型，精度等級，材料 查機械設(shè)計手冊可得，選定傳動箱高速級為斜齒，低速級為直齒。由于齒輪相對軸承布置不對稱，要求軸的剛度較大，并使轉(zhuǎn)矩輸入、輸出端遠離齒輪，以減少因軸的彎曲變形引起載荷

22、沿齒寬分布不均勻。對齒輪材料的基本要求：齒面有足夠的硬度和耐磨性，輪齒有足夠的抗彎曲強度及沖擊韌性，易于達到加工所需精度；對于高速齒輪還有較好的抗膠合能力。除非受生產(chǎn)技術(shù)條件的限制，一般盡可能采用硬齒面齒輪或中硬齒面齒輪。根據(jù)試驗臺要求，兩對大小齒輪均采用20GrMnTi鋼滲碳淬火（機械設(shè)計表11-2/P226），硬度56-62HRC。由圖11-12c查的彎曲疲勞極限應(yīng)力；由圖11-13c查得接觸疲勞極限應(yīng)力。高速級Z1、Z2采用斜齒輪，低速級Z2、Z3采用直齒輪。按輪齒彎曲疲勞強度設(shè)計確定許用應(yīng)力 其中：YST-應(yīng)力修正系數(shù)，采用國家標(biāo)準(zhǔn)約定的值計算YST=2；YN-彎曲疲勞強度計算的壽命系

23、數(shù)，一般取YN=1；SFmin-彎曲強度的最小安全系數(shù)，重要傳動取SFmin=1.6-3.0，一般傳動取SFmin=1.3-1.5，本 設(shè)計取SFmin=1.6；選取載荷系數(shù)K由表11-4/P237確定齒輪加工等級為7級；由P232得，通常近似取K=1.3-1.7,原動機為電動機，工作載荷平穩(wěn)，齒輪支撐對稱布置時取較小值，本設(shè)計取K=1.4。a .初步選定齒輪參數(shù)（斜齒輪）由于 i1=，i=4.17。則 i1=2.4， i2=1.74。小齒輪名義轉(zhuǎn)矩其中T-變速器最大輸入扭矩；-彈性聯(lián)軸器效率概略值，取0.99；-彈性聯(lián)軸器效率概略值，取0.98。初步選定齒輪參數(shù) Z1=29，Z2=i1Z1=

24、69.6,取Z2=70，Zv1=Z1/(cos)3=29/(cos15.)3=32確定齒形復(fù)合系數(shù)YFS=4.06（由圖11-18差得）。將以上參數(shù)代入，得 mm為湊中心距，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=3mm。則中心距 mm為便于箱體孔加工和校驗，取a=155mm，則 =16.6516.計算幾何尺寸 齒寬系數(shù)，取大值時可減小直徑，從而減小傳動的中心距，并在一定程度上減輕包括箱體在內(nèi)的整個傳動裝置的重量，但是卻增大了齒寬和軸向尺寸，增加了載荷分布的不均與性，齒輪為硬齒面，取d=0.5。 b2=dd1=0.5×60.54=30.27mm,取b2=32mm； b1=b2+(510)mm=3742mm，

25、取b1=40mm。校核齒面接觸強度 采用鑄鋼（P235/表11-3），彈性系數(shù)ZE=188.9MPa。齒面許用接觸應(yīng)力 其中：接觸強度的最小安全系數(shù)，一般傳動取=1.01.2.重要傳動取=1.31.6.本設(shè)計取 =1.4。接觸疲勞強度計算的壽命系數(shù)，一般取=1。工作硬化系數(shù)，它是用以考慮經(jīng)磨齒的硬齒面小齒輪與調(diào)質(zhì)鋼大齒輪相嚙合時，對大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化的作用，當(dāng)兩輪均為硬齒面時， =1。 <故齒面接觸疲勞強度足夠，設(shè)計正確。b.初步選定齒輪參數(shù)（直齒輪）小齒輪名義轉(zhuǎn)矩 (為齒輪傳動效率概略值)初定小齒輪齒數(shù)Z3=37 Z4Z3×i264.38，取Z4=63確定復(fù)合齒形系數(shù)（查

26、圖11-18/P233)YFS=4.01同a.齒寬系數(shù)d=0.5，載荷系數(shù)K=1。將上述參數(shù)代入 mm為湊中心距，取m=3mm。中心距 mm 取b4=56mm 校核齒面接觸強度 則 <=1071MPa故，滿足設(shè)計要求。確定傳動箱中心距 a=a1+a2=155+150=305mm3.2.2.2齒輪參數(shù)表 1）斜齒輪端面模數(shù)mt3.13mm螺旋角分度圓直徑d1=90.81mm d2=219.19mm齒頂高ha=3mm齒根高hf=3.75mm全齒高h=6.75mm頂隙c=0.75mm齒頂圓直徑da1=96.81mm da2=225.19mm齒根圓直徑df1=83.31mm df2=211.69

27、mm法向齒距Pn=9.42mm端面齒距Pt=9.83mm標(biāo)準(zhǔn)中心距a=155mm基圓db1=85.33mm db2=205.97mm法面模數(shù)mn=3mm 2）直齒輪模數(shù)m=3壓力角分度圓直徑d3=111mm d4=189mm齒頂高ha=3mm全齒高h=6.75mm頂隙c=0.75mm齒頂圓直徑da3=117mm da4=195mm齒根圓直徑df3=103.5mm df4=181.5mm基圓直徑db3=104.31mm db4=177.6mm齒距p=9.42mm 3.2.3軸的設(shè)計計算及校核1）各軸轉(zhuǎn)速： 2）確定軸的最小軸徑由公式知：各軸傳遞相同功率，而第一軸轉(zhuǎn)速最低，所以第一軸的最小軸徑最大

28、。選取軸的材料為45號鋼，取，則按式初步估算第一軸的最小直徑為：所以第二軸與第三軸的最小軸徑比19.06mm大即可?？紤]到第三軸輸出端與連接轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器輸入端的聯(lián)接軸聯(lián)接，而傳感器輸入軸軸徑為26mm，聯(lián)接軸聯(lián)接處軸徑設(shè)計為35，所以定第三軸最小軸徑為35mm，第三軸軸承內(nèi)徑為45mm。第二軸軸承內(nèi)徑定為40mm，那么其最小軸徑就是40mm?？紤]到第一軸齒輪較大及電動機輸出軸軸徑為32mm，因此第一軸軸承內(nèi)徑選45mm的軸承，配合齒輪處軸徑取48mm，最小軸徑為35mm。3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定軸上零件的裝配方案以第一軸為例，在軸中間位置安裝齒輪，一端制成軸肩，另一端以軸套加以固定，軸承與齒輪最

29、近面相隔大約相距25mm，初選深溝球軸承6208，滾動軸承一邊用軸肩加以軸向定位，一邊以軸套固定，外邊均有軸承蓋加以緊固。第一軸具體尺寸見圖紙1軸-變速箱。軸及齒輪中心處軸承中心處軸承中心處=40+11.5+25=76.5mm圖31 軸承安裝圖4）選擇軸的材料 該軸無特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45號碳鋼，查得： ，。5）求軸上的載荷按照所確定的軸的基本尺寸，求出齒輪所在剖面處的，及的值。2T/d2×177.9×103÷3201111.9 N FrFt·1111.9·404.7 N齒輪所受力如下圖：圖32 垂直面受力圖圖33 水平面受力圖 6）

30、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 按表15-3，對于的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應(yīng)力時，許用應(yīng)力，故安全所以設(shè)計合理軸上彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖及受載簡圖如下所示：圖34 受載簡圖45.534N.m彎矩圖：15.476N.m圖35 水平面彎矩圖48.092N.m圖36 垂直面彎矩圖圖37 合成彎矩彎矩圖177.9N.m圖38 轉(zhuǎn)矩圖3.2.4鍵的設(shè)計計算及校核以第一軸聯(lián)接齒輪處鍵的設(shè)計為例計算及校核1）類型選擇： 由于軸傳遞的扭矩為120，連接與軸上的零件基本上沒有滑動，對中性要求不算太高，鍵亦無需軸向固定，故選用圓頭普通平鍵（A型）。2）尺寸選擇 由機械零件設(shè)計手冊以及軸徑74mm，故選，3）平鍵的強度計算 由式

31、： （3-3） 又由表61查得，代入上式得： 所以強度足夠，故設(shè)計正確。3.3加載器的選擇3.3.1心軸的設(shè)計 液壓加載器中，所有的受力都將由心軸傳動，心軸同時承受轉(zhuǎn)矩和彎矩，因此心軸的參數(shù)設(shè)計非常關(guān)鍵，它關(guān)系到加載器的強度和承受載荷能力。碳素鋼比合金鋼價格低廉，對于應(yīng)力集中的敏感性比較小，可進行熱處理改變器綜合性能，且其加工工藝性好因此軸的材料選用45號鋼。初算軸的直徑本次試驗選擇TYBZ-1500-160L-4三相異步電動機，其額定功率為15kW，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計要在初步計算軸徑的基礎(chǔ)上進行。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強度法進行估算，即 （3-4）式中，P為軸傳遞的功率，k

32、W；n為軸的轉(zhuǎn)速，r/min；C為由軸的材料和受載情況確定的系數(shù)。若軸的材料為45#鋼，則通常取C=106117。取C=110，又有n=1500r/min。由此可計算求得： =23.7mm而軸又要設(shè)計鍵槽，又要裝配葉片，因此需要設(shè)計一個葉片槽，相應(yīng)軸徑應(yīng)放大20%，而且軸較長，于是取心軸伸出端軸徑為70mm。確定心軸主要部分直徑為100mm，計算安裝葉片處的軸徑D。安裝葉片處受力較大，所以D=d+20120mm。心軸設(shè)計的難點在于設(shè)計各個進油和出油孔，初步設(shè)計軸的軸向鉆2個長孔一個用來進油長360mm，一個用來出油長420mm；直徑均為15mm，兩孔相距30mm，在開孔的軸端用兩個油栓密封。在

33、徑向方向開三個進油孔將進油腔與軸向進油孔相通，在開三個出油孔將出油孔與軸向出油孔相通。每三孔相差120°均布。軸安裝軸承處的加工要求：滾動軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，外圈與外殼孔的配合采用基軸制，與一般圓柱面配合不同，由于軸承的內(nèi)、外徑上偏差均為零，故在配合種類相同的情況下，內(nèi)圈與軸徑的配合較緊，外圈與外殼孔的配合較松，因此相應(yīng)的軸的加工精度一般應(yīng)與軸承精度相對應(yīng)。考慮到軸采用車工加工且對軸承精度影響較大，所以軸的加工精度取軸承同級精度或者高一級精度。心軸尺寸見下面的工程圖：圖3-9心軸工程圖3.3.2內(nèi)葉片設(shè)計載荷大小與兩油腔的壓力差、葉片中點到軸中心的距離、葉片受壓面積有關(guān)：M

34、=NPSL (Nm) （35）其中: N是葉片的個數(shù)；M是油缸的加載力矩； P是兩油腔的壓力差； L是葉片中點到軸中心線的距離； S是葉片受壓面積；初定N3將有關(guān)參數(shù)帶入有：M=NPSL=36MPaSL=6000NmSL=初定h40mm，B23h104mm，L80mm。由此可知心軸直徑100mm，安裝內(nèi)葉片處直徑120mm，長104mm；由此可以確定內(nèi)葉片直徑為120mm。內(nèi)葉片加工技術(shù)要求：要求和擺缸相結(jié)合的面以及兩端面高頻淬火之后硬度HRC4856，并且內(nèi)徑根據(jù)主軸直徑120mm尺寸配磨，以保證與主軸裝配間隙0.030.06mm。內(nèi)葉片的尺寸見下面的工程圖：圖3-10內(nèi)葉片3.3.3外葉片

35、設(shè)計外葉片形狀及尺寸與內(nèi)葉片相當(dāng)，外葉片內(nèi)徑120mm，外徑200mm。外徑中心部分開兩個螺紋孔，和一個銷孔和擺缸相對應(yīng)以便以后安裝。外葉片的加工技術(shù)要求：要求和與擺缸相結(jié)合的面以及兩端面高頻淬火之后硬度HRC4856，并且內(nèi)徑根據(jù)主軸直徑120mm尺寸配磨，以保證與主軸裝配間隙0.030.06。外葉片尺寸見下面工程圖：圖3-11外葉片3.3.4液壓缸的設(shè)計液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的一種執(zhí)行元件，主要用于要求實現(xiàn)往復(fù)直線運動或往復(fù)擺動運動的場合，選擇擺動液壓缸來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和角速度的輸出。采用碳素鋼就可以滿足要求，只是其中的20號鋼的力學(xué)性能較低，且不能進行調(diào)質(zhì)處理，因此選擇45號鋼并調(diào)質(zhì)到2

36、41285HBS。擺缸殼體的加工工藝要求：缸體內(nèi)徑采用H8，H9配合。表面粗糙度當(dāng)采用橡膠密封圈密封的時候選擇0.10.4需要珩磨。液壓缸內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級精度選擇，圓柱度公差值可按8級精度選取。液壓缸斷面的垂直度公差值可按7級精度選取為了防止腐蝕和提高壽命，缸內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為3040的鉻層，鍍后進行研磨或者拋光。2）擺缸內(nèi)徑的確定根據(jù)心軸直徑120mm,查GB/T2348-93缸筒內(nèi)徑尺寸系列可知主要有125mm,160mm,200mm, 250mm等尺寸可供選擇。結(jié)合內(nèi)葉片高度40mm，剛好選擇200mm.3）擺缸外徑的確定：擺缸壁厚的計算 (3-6)其中：液壓缸材料

37、要求最小值（m） 液壓缸外徑余量（m）腐蝕余量（m）的計算有以下幾種形式：當(dāng)/D0.08時，按薄壁缸計算： (3-7)當(dāng)/D =0.080.3時按中等壁厚缸計算： (3-8)當(dāng)/D 0.3時按厚壁缸計算：對于塑性材料： (3-9)對于脆性材料： (3-10)式中 D液壓缸內(nèi)徑（m）液壓缸最高工作壓力，當(dāng)工作壓力p<16MPa時，1.5p；當(dāng)工作壓力p>16MPa時，1.25p；材料的許用應(yīng)力（MPa）= (3-11)式中材料的抗拉強度（MPa） n安全系數(shù)安全系數(shù)的選擇依據(jù)下表表3-2 安全系數(shù)選擇材料靜載荷變動載荷沖擊載荷不對稱對稱鋼35812鑄鐵461015本次題目所設(shè)計的擺缸

38、內(nèi)徑為200mm，200×0.0816mm200×0.360mm設(shè)計壁厚應(yīng)該在16mm60mm之間其中工作油壓P=0.56Mpa16Mpa，所以1.5P 采用45號鋼=285Mpa 所以= 23.125Mpa (安全系數(shù)n查表獲得，為8)按照中等壁厚計算=0.059m國內(nèi)外工廠的實際采用的液壓缸外徑中，內(nèi)徑為200mm的采用45號鋼做材料的一般外徑為250mm，因此初定擺缸外徑為250mm。3.3.5擺缸缸蓋的設(shè)計液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或者ZG35、ZG45鑄鋼或者HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。缸蓋的加工中要求直徑d（基本尺寸同擺缸內(nèi)徑）D2（基

39、本尺寸同心軸直徑）應(yīng)該有圓柱度要求的，應(yīng)按照9、10、11級精度選取。一般取0.03mm，端面與直徑軸線的垂直度應(yīng)按照7級精度選擇。設(shè)計的擺缸選擇法蘭連接比較合適。結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，易裝卸。左右端蓋結(jié)構(gòu)基本一致，只是右端蓋由于要和連接軸相連，所以比左端蓋要多設(shè)計三個安裝螺釘?shù)穆菘?。擺箱殼體尺寸見下面的工程圖：圖3-12擺箱殼體3.3.6聚流體的設(shè)計由于軸是高速旋轉(zhuǎn)的，而液壓系統(tǒng)提供的液壓油是不不可能隨之旋轉(zhuǎn)的，因此，需要設(shè)計一個零件來實現(xiàn)將液壓系統(tǒng)提供的液壓油輸入到心軸中，聚流體就是用來將液壓油輸入心軸的一種零件。聚流體的加工技術(shù)要求：聚流體與心軸相配合的內(nèi)表面有圓柱度要求，與箱體和其端蓋相

40、配合的端面有和內(nèi)表面的垂直度要求。要求與心軸相配合的內(nèi)表面淬火HRC4556；孔100mm與心軸配磨，保證間隙在0.020.03mm之間。在尺寸和性能上沒有特殊要求，故采用45號鋼就可以。聚流體尺寸見下面的工程圖：圖3-13聚流體工程圖3.4傳感器的選擇 NJ型扭矩傳感器通過彈性軸、兩組磁電信號發(fā)生器，把被測轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成具有相位差的兩組交流電信號，這兩組交流電信號的頻率相同且與軸的轉(zhuǎn)速成正比，而其相位差的變化部分又與被測轉(zhuǎn)矩成正比。將傳感器的這兩組電信號用專用屏蔽電纜線送入NC型扭矩測量儀或裝有扭矩卡的計算機，即可得到轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率的精確值。NJ型扭矩傳感器與NC-2A型扭矩儀或CB20

41、21 卡配套使用，是一種測量各種動力機械轉(zhuǎn)動力矩、轉(zhuǎn)速、及機械功率的精密測量儀器。根據(jù)系統(tǒng)的工作狀況，傳感器的轉(zhuǎn)矩工作范圍應(yīng)為0165Nm，轉(zhuǎn)速工作范圍應(yīng)為05800r/min。轉(zhuǎn)矩測量精度為2。選用四川誠邦測控技術(shù)生產(chǎn)的NJ1200傳感器兩個。NJ型轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器安裝尺寸如圖3-9所示。 圖3-9 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器表3-3 NJ1200規(guī)格參數(shù)型號額定轉(zhuǎn)距N.m許用轉(zhuǎn)速r/minABDGLHhISKNJ12002000600140180268390293855221.514NJ型轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)速傳感器使用時的安裝方式如圖3-2所示。應(yīng)注意的是傳感器的驅(qū)動端與動力輸入端相連。增加中間支承的目的是為了保證

42、傳感器不因更換測試設(shè)備照成安裝同軸度的變化所引起的測試數(shù)據(jù)的變化，同時可避免因安裝不同軸而使傳感器承受彎矩，從而引起測試數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。建模時簡化如下：圖3-4傳感器3.5聯(lián)軸器的選擇對于安裝在兩個背靠背連接的兩個變速器那一軸線上的聯(lián)軸器，考慮到其兩軸的偏激以及緩沖減振，同時考慮到聯(lián)軸器的工作條件，使聯(lián)軸器只能傳遞扭矩，不能傳遞彎矩，這樣就顯著改善了傳感器的工作條件，保證了測量精度，所以選擇了彈性聯(lián)軸器中的HL3型彈性柱銷聯(lián)軸器。試驗臺其它的地方均選擇LM型彈性聯(lián)軸器。4試驗及數(shù)據(jù)處理方法：根據(jù)試驗規(guī)范及其內(nèi)容，本試驗臺主要完成變速器機械效率試驗、潤滑試驗、耐久性試驗和齒輪磨損試驗。下面主要說明

43、機械效率試驗和耐久性試驗的試驗方法。在傳動效率試驗中，將變速器輸入轉(zhuǎn)速調(diào)至4000r/min6000r/min之間，然后每隔一定的時間進行自動連續(xù)加載，用扭矩傳感器測出在一定載荷下變速器的輸入扭矩T入和輸出扭矩T出 ，則其效率為：T出 /T入 。1） 變速器加載試驗變速器加載試驗是測試汽車變速器在各檔位下，對應(yīng)個轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩時的機械效率，集體規(guī)定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速為： 設(shè)定不同轉(zhuǎn)速，保持轉(zhuǎn)矩不變，分別在3檔，4檔和5檔，測定機械效率1300r/min 3000r/min 4300r/min 5250r/min 設(shè)定不同轉(zhuǎn)矩，保持轉(zhuǎn)速不變，分別在3檔，4檔和5檔，測定機械效率 74.5Nm 149Nm

44、223.5Nm 313Nm根據(jù)各種不同的扭矩畫出不同的效率曲線，然后據(jù)此作出效率曲線（用最小二乘法擬合），如圖所示：載荷圖42 效率圖5 SolidWorks軟件簡介與建模過程5.1 SolidWorks軟件簡介 Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks 功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。 在S

45、olidWorks 中，當(dāng)生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關(guān)系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設(shè)計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。 SolidWorks 可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。 用智能零件技術(shù)自動完成重復(fù)設(shè)計。智能零件技術(shù)是一種嶄新的技術(shù)，用來完成諸如將一個標(biāo)準(zhǔn)的螺栓裝入螺孔中，而同時按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。 鏡像部件是SolidWorks 技術(shù)的巨大突破。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關(guān)系或與其他零件具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件）的新的零部件。

46、 SolidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術(shù)，來加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術(shù)能夠自動地捕捉并定義裝配關(guān)系。 SolidWorks 提供了生成完整的、車間認可的詳細工程圖的工具。工程圖是全相關(guān)的，當(dāng)你修改圖紙時，三維模型、各個視圖、裝配體都會自動更新。 從三維模型中自動產(chǎn)生工程圖，包括視圖、尺寸和標(biāo)注。 增強了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件的圖層支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。 使用RapidDraft技術(shù)，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進行單獨操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝配體的全相關(guān)。 用交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件

47、的不同的位置，以便了解運動的順序。交替位置顯示視圖是專門為具有運動關(guān)系的裝配體而設(shè)計的獨特的工程圖功能。5.2 Solidwoks建模Solidwork建模也是本次畢業(yè)設(shè)計課題的重要組成部分。在前面的基礎(chǔ)框架確定后，對各個部分進行相應(yīng)的計算，確定一些參數(shù)。最后要表現(xiàn)出來設(shè)計內(nèi)容。此時就要靠建模仿真了。通過建模，我們可以看到設(shè)計的內(nèi)容，并分析一些配合，幫助我們更加了解自己設(shè)計的試驗臺。下面對重要部分的建模做介紹和分析。5.2.1減速箱建模根據(jù)前面的設(shè)計，減速箱為二級減速箱。要完成減速箱里裝配建模，必須首先完成其中各個零件的建模。主要有：三根軸以及對應(yīng)的軸承，軸承蓋（包括兩種），套筒，鍵，氈圈，螺

48、釘?shù)?。其中，三根軸前面已經(jīng)設(shè)計完成。然后查機械設(shè)計課程設(shè)計對應(yīng)軸承，軸承蓋（包括兩種），套筒，鍵，氈圈，螺釘尺寸，開始建模。一零件建模如下圖圖5-1傳動箱中間軸圖5-2連接軸端蓋圖5-3箱蓋圖5-4箱座圖5-4減速箱裝配5.2.2加載裝置建模加載裝置其實算比較復(fù)雜的，包括的零件也比較多。主要有：心軸，擺箱殼體，擺箱殼體端蓋，內(nèi)葉片，外葉片，套筒，支架。其中，心軸設(shè)計最為復(fù)雜，而且它關(guān)系到整個加載裝置的工作原理。一些零件建模如下：圖5-7內(nèi)葉片圖5-8外葉片圖5-9心軸心軸的工程圖：圖5-10心軸加載裝置總裝配圖如下：圖5-11加載裝置裝配5.2.3總裝建?？傃b的完成建立在其他各個部分完成的基礎(chǔ)

49、下。各部分包括：減速箱，加載裝置，變速器，傳感器，長連接軸等。前面已經(jīng)顯示了減速箱和加載裝置的建模過程。下面貼出了其他幾個主要部分的建模：圖5-12簡化變速器圖5-13簡化電動機然后依次配合，完成總裝，如下：圖5-14總裝6結(jié)束語我設(shè)計的試驗臺有以下特點： 設(shè)計的試驗臺采用封閉式試驗臺，節(jié)約能源，經(jīng)濟實用。 選用液壓加載器，加載平穩(wěn)，而且能夠在試驗中連續(xù)加載和卸載。 采用了BM系列變頻電動機，試驗轉(zhuǎn)速能自動調(diào)節(jié)與控制 利用微機系統(tǒng)對試驗過程實施監(jiān)控，使電機能自動調(diào)速，并對電機轉(zhuǎn)速進行檢測，顯示，方便對試驗臺工作狀態(tài)的了解。 采用了先進的NJ1型傳感器，采集的數(shù)據(jù)有一定的精度。 通過數(shù)碼管顯示器

50、可以顯示轉(zhuǎn)速、扭矩，通過打印機打印試驗數(shù)據(jù)。 使用Solidworks對試驗臺結(jié)構(gòu)建模，非常直觀，而且可以對設(shè)計結(jié)構(gòu)更加了解。本次畢業(yè)設(shè)計是對我們四年專業(yè)學(xué)習(xí)的一次考驗。初拿到這個題目，一片茫然。但是在查詢了各種資料，更是通過老師的指導(dǎo)，我慢慢摸出了門道，知道了自己的設(shè)計方向。在工作過程中，我們在老師的指導(dǎo)下，每周合理安排了工作量，循序漸進。最終完成了自己的設(shè)計。不那可否認，本次設(shè)計還是存在很多不足的，特別是我對微機方面的知識不足，設(shè)計能力不強，很多還是要依靠老師指點和前輩經(jīng)驗。但是在機械設(shè)計方面，特別是軟件建模，我有了長足的進步。對整個試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計，為我今后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。感謝本

51、次畢業(yè)設(shè)計，讓我學(xué)到很多，也意識到自己有更多不足，要在今后的學(xué)習(xí)工作中繼續(xù)努力。致 謝本論文的撰寫是在吳老師的悉心關(guān)懷和指導(dǎo)下完成。從論文的開題、撰寫到初稿的修改直至完成，吳老師給了我很多的指導(dǎo)和幫助，吳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、扎實認真的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，是我學(xué)習(xí)的楷模。在此論文成稿之際，特向吳老師致以最誠摯的感謝。在四年的本科學(xué)習(xí)期間，武漢理工大學(xué)機電學(xué)院的各位任課老師對我悉心傳授知識和耐心指導(dǎo)，這為我的畢業(yè)論文撰寫打下了堅實的基礎(chǔ)，在此，謹(jǐn)向各位老師致以崇高的敬意和無限的感激。同時還要感謝機電學(xué)院的其他老師，在我學(xué)習(xí)期間給予的指導(dǎo)和幫助。參考文獻1 唐增寶，常建娥.機械設(shè)計課程設(shè)計.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2021 .92 鄔惠樂，邱毓強.汽車拖拉機試驗學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，1980.5 2522573 高維山，張思浦.變速器.北京：人民交