汽车变速器性能检测试验台说明书.doc

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1、装订线长 春 大 学 毕业设计（论文）纸 前 言 由于发动机输出的转速和转矩与车辆驱动轮所需的转速和转矩之间存在着矛盾，须设立传动系来调节发动机的性能，即通过传动系改变传动比，将发动机的动力传递给驱动车轮，以适应外界负荷与道路条件变化的需要。车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于传动系以及传动系与发动机的匹配。变速器是现代汽车重要的组成部分。研究变速器与发动机的联合工作特性，需要对变速器的性能进行台架试验，变速器的维修需要进行故障诊断试验。国内变速器性能检测设备尚处于研究发展阶段。本文所设计的变速器性能检测试验台能够为变速器的性能或故障诊断提供参考数据，具有以下功能：提

2、供的动力能模拟变速器在汽车上的使用工况；负载能模拟汽车的道路行驶阻力；能检测变速器的特性参数及系统油压、流量、温度等数据。 随着汽车市场的不断扩大，汽车行业对变速器的需求不断增长，对汽车变速器的质量要求也越来越高，这就要求既要有高科技的加工手段，又要有高质量的检测设备，但目前国内采用的检测手段还不能全部满足现状的要求，主要表现在检测产品单一，跟不上产品的变化，检测手段落后，不能满足某些指标的检测，检测效率低，不能满足生产需要。因此研制一台手动汽车变速器试验台，就更显得迫切和需要。 根据要求本人设计了一款汽车变速器性能检测试验台，由于时间仓促和知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，请各位老师

3、给予批评指正。第1章 汽车变速器试验台概述1.1 汽车变速器试验台资料调查 变速器是现代汽车重要的组成部分。研究变速器与发动机的联合工作特性，需要对变速器性能进行台架试验，变速器的维修需要进行故障诊断。对变速器检测项目及检测方法进行了研究，设计了适合汽车维修企业使用的变速器试验台。汽车变速器性能检测试验台能够为变速器的性能或故障诊断提供参考数据，具有以下功能；提供的动力能模拟变速器在汽车上的使用工况；负载能模拟汽车的道路行驶阻力；能检测变速器变速器的特性参数及系统油压、流量温度等数据。 随着经济的飞速发展与科技的进步，我国汽车工业发展十分迅速，汽车保有量与日剧增，汽车不再是渴望不可求的奢侈品，

4、它已经逐渐的进入百姓家中。变速器作为汽车传动总成的关键部件，其性能的好坏直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性。因此，人们对变速器的性能要求越来越高。 现在市场上的变速器细分为5类：手动变速器（MT）、自动机械式变速器（AMT）、无级变速器（CVT）、双离合器变速器（DCT）、和自动变速器（AT），不同的变速器都有各自的优势。毫无争议的说，自动变速器是未来变速器发展的一个重要的方向。据测，2013年欧洲变速器市场上，配备手动变速器的汽车将占52%，配备自动手动变速器的将占10%，配备无级变速器的将占2%，配备双离合变速器的将占16%，配备自动变速器的将占20%。从以上数据我们可以看出，手动变速

5、器仍然占有很大份额。为此，我国相关标准对新生产和维修后的变速器都要求进行台架试验，但目前只有规模较大的变速器生产厂拥有专业的变速器试验台，而且这些高价格的试验台主要依赖进口。这种状况造成了手动变速器开发周期的缓慢，使变速器生产商在对产品修改时没有一个固定的标准，只能盲目的、尝试性的、试探性的修改，对工时、材料浪费严重。为此，研制出一套先进实用、价格适中的变速器试验台成为市场的迫切需要。 21世纪是汽车工业飞速发展的时代，现代先进的技术和生产方式得到大面积推广，产品的生产效率大大提高，汽车工业逐步成为许多国家的支柱产业，为了控制汽车产品质量，提高汽车品质，势必对其总成及零部件提出更高更严格的要求

6、。但是，原来的生产和试验方式已经显然不能满足现代高效率公司生产的需要。汽车普遍装备了变速器，变速器维修有一个广阔的市场，设计适应于汽车维修企业的变速器台架性能试验台，将提高自动变速器维修质量，促进行业发展。因此，对汽车手动变速器试验台的研究具有特别重要的意义。 因此，下面介绍的试验台系统，该系统实现了变速器综合性能的在线检测，并详细叙述了该试验台系统的体系结构及工作原理及其控制软件的开发及实现。目前国内的汽车变速器试验台自动化程度低、测试过程依赖于测试者的经验。该试验台系统自动程度高、测试多、实时性强且完全可靠。具体说来，该试验台系统具有以下优点：可进行几种不同型号变速器及其扩展类型变速器的性

7、能测试；测试过程可智能控制；短时间内可完成综合性能（换档、加载、同步器）测试；运行参数可实时显示；可进行故障的自动检测、报警及处理等。1.2 国内外发展趋势和现状汽车试验主要分为汽车道路试验和汽车台架试验两个部分。汽车道路试验在汽车工业发展的初期就得到了充分重视，成为汽车设计所必须依赖的一个方面，并出现一些专业汽车试验场。二次世界大战以后，汽车实验技术进入一个新的发展时期，这一方面是由于汽车生产发展的需要，另一方面也是许多相邻工业、相邻学科发展和渗透的结果。汽车空气动力特征、车辆地面学、车辆结构强度与载荷、车辆工作过程等试验研究都涉及到多方面的试验理论和技术，如系统分析、相似理论、误差理论、数

8、据随机处理等，这些基础性的研究工作有力地推动了汽车试验工作的发展。我们国家也随着汽车工业的发展也建立若干个大型试车场，如湖北襄樊试车场、海南试车场和定远试车场等。汽车道路试验一般试验周期长、成本高，容易受自然条件影响。因此开发相关实验台架是技术发展的必然趋势。随着电子技术和微机控制技术的快速发展，台架试验已经成为汽车整车及其部件各种性能的主要试验手段，在国内外无论是研究单位还是制造单位的研究水平越高，其台架设备也就越先进。台架试验同样也是汽车零配件在开发设计中主要的试验手段，借助台架试验对相关零部件或者总成的各项运行参数进行测试，通过分析比较从而得出生产的产品是否满足要求，并为开发新产品取的必

9、要的技术数据。从某种程度上说，检测设备的水平就是其产品质量水平的标志。近二十年间，世界电子技术的飞速发展大大加快了汽车技术的发展步伐。这期间，变速器检测诊断技术随着单子技术、计算机技术、自动化控制技术、传感技术的发展而不断发展，在工业发达国家，已经普遍应用高新技术改进和完善汽车变速器检测诊断设备，各种新型设备不断出现，并向多功能、小型化、数字化、智能化和综合化的方向发展。对于国外来说，美国SWRL公司最新推出的一款全电控机械驱动方式AMT的换挡执行机构就是采用了全电系统设计。这样的设计能够有效避免选档和换挡时发生干涉的问题。日本汽车工程组织也有类似的试验项目。此外, 根据检索, 在美国也有汽车

10、变速器检测试验方法获得国家专利局授权, 并公开转让。这些试验项目的开发为汽车整车及自动变速器的生产厂家提供了良好的依据, 促进产品质量的提高。但是, 国外的这些试验项目主要是针对变速器的研发和生产, 而对于维修企业或者变速器翻新企业来说, 还没有比较合适的试验标准来检测汽车变速器的综合性能。对于国内来说，目前中国汽车行业标准中制定了许多汽车零部件总成的技术标准和试验方法, 如制动器、转向器、机械变速器、减震器等, 甚至细致到对一些总成的部件, 都有相关的规范标准。而对于汽车手动变速器, 由于起步较晚, 国内有能力生产汽车变速器的多为合资企业, 因此国家尚未建立比较完整的试验方法和技术标准, 而

11、针对汽车变速器性能的台架试验方法更是屈指可数。目前仅有汽车用液力变扭器台架试验方法、汽车机械式变速器台架试验方法、汽车用液力变扭器技术条件, 更没有建立相应的评价指标。第2章 总体方案设计2.1 系统介绍该系统采用双变频电机模拟汽车变速器实现工况，从而实现对变速器性能的真实检测。电机的控制通过西门子6SE70系列变频器来实现。该系统变频器采用交流矢量控制技术，对大功率交流电机实现了精确控制。因为该系统中变频器数量不多、数据传输量不大，采用RS485总线来实现工控机与变频器之间的通讯，满足了实时性要求。由于PLC控制稳定、可靠，所以自动换档执行机构（机械手）采用PLC控制器来实现不同型号变速器的

12、自动换档动作。 2.1.1 系统要求厂方要求试验台系统能够在线检测变速器的综合性能，包括以下试验：（1）各档换档试验；（2）变速器加载能力测试；（3）变速器操纵（同步器）性能的测试；（4）跳档检测；（5）变速器的疲功寿命试验；（6）传动效率试验。工作性能要求为：（1）系统运行稳定、安全可靠；（2）测试数据报表和测试及故障诊断的界面友好；（3）台架试验方法科学、规范，达到汽车机械式变速器台架试验方法国家标准；（4）在同一台架上对不同种变速器完成测试功能。 2.1.2 系统体系结构系统整体结构如图3.1所示。图3.1 系统结构图 试验台采用组合式结构，其中主要由试验台机电部分、换挡机械手部、控制部

13、分组成。试验台机电部分包括加载电机、汽车变速器与驱动单元。驱动单元包括驱动变频电机、惯性轮箱（用于模拟实车工况的惯性）、转速转矩传感器、输入接盘及各种安装支架和联轴器组成。以实现对变速器输出轴的驱动及转速、扭矩的检测。上述部件安装在一块调整底板上，方便更换不同品种变速器时做整体平移。试验台机电部分是该系统的最终执行机构，完成将变速器驱动到相应转速和加载扭矩，以达到特定测试工况。机械部分包括两个功率比较大的变频电机和试验台架。该系统中电机的性能对整体性能影响很大，因而选用交流变频电机。该电机能满足高精度的扭矩、转速控制，而且功率足够大，可以满足本系统试验工况要求。工作时，加载电机工作在发电状态下

14、，能量回馈到电网，大大节约了能源。试验台架包括离合器、传动机构和汽车变速器。因为试验时要达到高转速、高扭矩的工作状态，所以机械部分加工精度要高。汽车变速器是本系统测试对象，为了使装卸变速器的时间短，本试验台变速器的夹紧松开操作是通过油缸四轴连动压板来实现的。机械手换挡机构由执行元件、中级操纵机构、调整支架、控制系统及各种连接件组成，以实现换挡动作及换挡力、换挡速度、位移的控制与调整。安装在机械手上的拉压力传感器、位移传感器实现换挡力和换挡位移的数据检测。 换档机械手部分是控制部分的执行机构，机械手根据PLD发送的换档指令完成指定的换档动作。控制部分以计算机为中心，控制软件根据现场数据和当前工作

15、状态控制系统的流程、任务分配、指令发送、故障检测等；通过板卡通讯向PLC机械手发送换档控制指令、通过RS485总线变频器发送测试所需的转速和加载扭矩信号。控制部分还包括变频器、现场数据采集卡（PCL818L）、PLC控制器。变频器可以实现三相交流异步电动机的无级调速。变频器选用西门子6SE70系列变频器，该系列变频器采用交流电机的矢量控制技术对电机进行控制。矢量控制也叫磁场定向控制。它的基本思路是利用d-q旋转坐标变换，将定子电流分成励磁电流id1和转矩电流iq1，在调速过程中保持转子磁链不变，即id1为常数，此时交流电机调速原理与直流电机相同。现场数据采集卡将现场采集的数据传输到计算机。PL

16、D控制器根据计算机发送的指令完成将换档信号转换为换机械手的执行命令。其中包括润滑油温控制系统与电气控制系统。润滑油温控制系统由加热器、冷却器、温控器、温度传感器及油泵、阀门等组成，同变速器组成闭环系统，温度传感器装在变速器放油孔处，来反映实际温度与设定温度的差值，通过温控器可对润滑油进行加热或冷却的自动控制，以满足实验过程中对润滑油温的控制要求。电气控制系统由控制柜、控制台、触摸屏、PLC、变频器、计算机、传感器、二次仪表及各系统控制元件组成，控制面板上装有各种开关、指示仪表和指示灯，通过控制面板上的操纵元件进行设置调整和正常自动控制。通过触摸屏可输入各种命令，显示系统状态。通过采集卡、计算机

17、、打印机进行数据采集、处理及打印输出。 2.1.3 系统工作原理 本系统采用双电机模拟汽车工况,系统的检测分为计算机自动检测, 人工和计算机结合的半自动检测。自动检测是该系统主要使用的方式, 半自动主要是用于系统自身参数的调整。自动检测又分为变速器加载和变速器换档两个过程, 且两种过程交替进行。系统首先对变速器进行加载,加载电机通过变频器的扭矩闭环控制模拟汽车加载,其中驱动电机通过变频器的速度闭环控制模拟汽车的驱动机构,这时工控机通过控制变频器来实现对两台交流电机的拖动控制, 以实现加载过程中输入端电机为恒转速, 加载端电机为恒转矩, 达到为变速箱建立各种稳定工况的要求。然后进行换档过程, 这

18、时工控机通过板卡和PLC 进行通信, 机械手根据计算机发出的指令信号完成对不同型号变速器的换档动作，从而能控制变速器换档到指定档位,此时, 换档力通过拉压力传感器传送到工控机进行采集。在换档过程中, 电机转速和转矩的上升和下降有一定的斜率, 以防止对变速器冲击过大。整个测试过程中, 转速、转矩、换档力和档位等各种数据信息分别在信号箱和工控机显示器上进行显示。当转速大于额定转速或转矩大于额定转矩等情况发生时, 通过声光报警来提醒操作员, 并且根据预先设定采取紧急停机或自然停机等相应措施。在测试过程中，控制软件对系统的运行参数实时记录显示，并对温度、转速、扭矩、电流信号等进行实时监控，遇到故障自动

19、报警、自动分析。2.2 方案分析参考以上的调查我对试验台的设计方案如下，专用试验台设计我考虑的基本原则是：（1）试验对象的运转特点、要求达到的试验效果，以便决定试验台的结构形式；（2）充分考虑试验对象实际工作时的环境与运动形式，尽可能在试验台上模拟出来；（3）具有足够的强度和刚度，以免由于试验台的原因造成试验结果的失真；（4）加载方式应结合实际，切实、可靠，程序加载、随机加载或激振加载都是台架试验台发展的趋势；（5）自动记录和计算机数据处理是避免人为误差的一种有效方式，实时处理是现代试验尽力采用的一种方式。通过在长春齿轮厂调研和图书馆查阅资料，并与老师共同研究讨论，对HY7-130变速器性能检

20、测试验台提出以下两种设计方案：方案一：采用电动机拖动，电机选用高速电机，电机与主传动系统用联轴器连接，被检测变速器直接用轴连接；采用气动夹紧，手动注油，磁粉式加载器加载，手动联接，手动换档。方案二：采用电动机拖动，电机选用普通电机，用同步器变速机构传动，主传动系统中用同步器进行增速，并且在主轴箱内加离合器，便于起动和停止；夹紧装置采用气动夹紧，自动注放油，用直流发电机进行加载，手动换档，手动联接。2.3 确定方案方案一的优点：采用高速电动机和直接用轴连接，简化了试验台的结构，且磁粉式加载器体积小，重量轻，激磁功率小，制动转矩与转动件的转速无关,运转无噪声，可以在长期的滑动中运转，可以产生平缓过

21、渡的转矩，通过电流激磁可得到精确的转矩值，能在很短的时间内重新产生转矩等优点；其缺点：采用高速电动机拖动，成本高；采用手动注油，效率低。方案二的优点：采用普通电动机拖动，降低了产品的成本；采用自动注放油，提高了自动化程度，并且提高了工作效率，特别是采用直流发电机加载，节约了能源，实现了能源的回收和再利用，且比磁粉加载对环境的污染小得多。通过对两种方案的比较，应选用第二种方案。下图为HY7-130变速器试验台的原理图。 图3.5 HY7-130变速器试验台的原理图第3章 软件设计3.1 系统软件的开发与实现图3.2 软件功能结构该系统控制软件是基于组态王6.01二次开发的、功能结构如图3.2所示

22、。该系统从功能上完成了自动试验、手动试验、单独换档试验、疲劳试验和效率试验。计算机自动试验是本系统的主要部分，在这种状态下计算机控制变速器的测试过程，包括：试验流程、试验过程中换档顺序、各个档位的转速给定、加载扭矩给定、系统协调、信号检测及处理等。在自动试验控制下，完成从空档到最高档位的换档和加载交替过程，接着完成从最高档位降低到最低档位的降档换档，最后完成倒档测试。手动试验是由人操作手动操作台的按钮完成的，其程序主要完成监测、报警功能。单独换档是应厂家要求对某一指定档位进行试验。疲劳试验和效率试验分别对变速器的耐久性和传动效率进行测试。组态王6.01有丰富的画面制作系统，支持无限色和二十四种

23、过滤色，并具有丰富的图库和图库精灵、丰富的动画连接向导。利用组态王6.01界面开发系统可给各种控制模式开发生动的界面，非常形象、美观。由于自动试验过程是本软件系统的关键，故以下仅对自动试验进行讨论。 3.1.1 接口通讯参数组态王与I/O设备之间的通讯很方便，主要通过以下几种方式进行通讯：串口通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口方式。组态王有丰富的数据类型，使用起来特别方便。接口通讯参数如图3.3所示计算机板卡现场数据换档档位指令欧姆龙PLC电机转速、扭矩指令变频器图3.3 接口通讯参数示意图计算机通过检测现场数据，根据任务规划状态向PLC和变频器发送相应的控制指令。现场数据

24、包括：变速器当前档位、转速、扭矩、通过拉压力传感所测得的挂档力、离合器开关信号、变速器夹紧信号、轴承温度等。其中与PLC的通讯利用组态王的板卡通讯方式，组态王与变频器通讯采用组态王的串口通讯方式，组态王与现场数据通讯通过PCL818L扩展板卡来实现。现场数据用于检测工作状态是否到位和故障报警等，如机械手是否换档到位是根据现场采集的速度之比和配方中的速比是否一致来判断的，而温度、转速等指标又是故障报警的依据。3.2 自动换档过程的实现 3.2.1 自动换档过程流程图自动换档过程要完成松开离合器、换档、闭合离合器的动作和定时加载以及档位的自动更替。由于松开离合器、换档、闭合离合器都是在电机运转的情

25、况下工作的，因而每一动作命令的发出都要先检验其条件是否严格满足以保证安全。离合器松开的条件为：电机的转速必须在预设的范围内；换档的条件为：必须检测到离合器已松开；离合器闭合条件为：换档到位。如果条件不满足就等待条件满足，但是等待时间也是有限制的，故采用定时器计时的方法来控制顺序动作等待时间。当档位换到位时，按该档位的测试参数加载，加载一段时间就可以测得变速器的加载能力，因而加载的定时也采用定时器来完成。加载计时完毕，将进行下一档位的测试，在程序中进入换档准备过程。在换档准备过程中，当前档位标志更替为下一个测试档位的标志，档位参数（变比、档位、加载扭矩、加载转速）更改为下一测试档位的参数。自动换

26、档过程流程图如下图3.2.1所示。 图3.2.1 自动换档过程流程图 3.2.2 基于组态王编程实现自动档换过程组态王事件命令语言可以规定在事件发生、存在和消失时分别执行的程序。离散变量名或表达式都可以作为事件。当该事件刚刚发生时，该单元的程序只执行一次；当该事件存在时，按照设定的时间间隔反复执行该单元程序；当该事件消失时，该单元程序只执行一次。事件命令语言存在时的循环执行程序与普通程序的while循环类似，但不完全相同。事件命令语言在事件存在条件下可以控制和调节系统循环执行的时间，因而有利于过程控制的定时操作。事件命令语言可以完成普通程序的if、while条件，同时可以达到定时功能。而且工业

27、控制中很多都是通过离散状态变更来激发程序的流程。组态王命令语言形式很适合开发这种过程。自动换档过程建立了多种工作状态：“换档准备”、“换档开始”、“换档成功”、“加载”、“运行”、“试验完成”等。以这些工作状态和计算机检测到的现场数据组合构成不同的事件，再以这些不同的事件之间相互激发、转换的逻辑关系实现自动换档过程的逻辑关系。这里采用了组态王事件命令语言中事件存在时循环的定时功能。当程序进入定时器状态时，采用计数器进行倒计时，事件存在时命令语言其它的程序都处于不被激发状态。在这种状态下，通过设定计数器起始计数值n和事件命令语言存在时循环执行一次的时间t，可以设定定时器的定时T（T=nt）。组态

28、王还具有配方功能。在制造领域，配方用来描述生产一件产品所用的不同配料之间的比例关系，具生产过程中一些变量对应的参数设定值的集合。不同型号变速器和不同档位的测试参数（转速、加载扭矩等）数据结构类型是一致的，只是比例关系不同，因而采用配方功能比例方便。该软件系统具有连网功能，可以远程检测现场工作状态，可并入企业的CIMS系统。试验台系统综合了计算机、通讯、自动化、电子、电气、机械等方面知识，是一个智能化的变速器综合性能在线检测机电一体化试验系统，自动化程序度、检测时间缩短，大大降低了运行成本、提高了生产效率。制动电机采用回馈制动，节约能源。系统控制方法精确，检测传感器精度高，达到了很高的精度。应用

29、组态王强大的通讯和过程控制能力，减少了控制程序的开发时间。第4章 局部方案设计4.1 加载装置设计要在试验台上准确进行变速器性能测试、技术状况检查和故障诊断，就需要采取一定的技术措施，保证室内的测试条件尽可能准确的模拟实际工作条件。首要的一条就是模拟汽车在实际运行中受到的各种阻力，因此，需要选择合适的加载方式。 试验台的负载设备应当满足试验时所需的加载和转速范围，并能平稳地、精细地调节负荷，模拟汽车的行驶阻力。通常，动力传动设备试验采用水力测功机、电涡流测功机、磁粉制动器、液压加载器、机械加载器、直流电机或交流电机作为吸功装置，也就是人们通常所说的负载。现将这几种常用的负载进行分析比较以确定该

30、变速器试验台的负载。 水力测功机的工作原理是用水作为制动介质，将原动机输出的机械能转换为热能，通过水冷却后带走热量。是传统成熟的技术，具有价格便宜，首期投资少，可靠性高的特点。但用水来冷却，需要消耗大量的水，动力机械输出的功率不能回收，且需要庞大的水循环设施；反应速度慢，不利于扭矩瞬态控制；低速小扭矩，只能制动，不能倒拖；电涡流测功机是机电一体化产品，通过磁场进行制动。制动器调节原动机的载荷，并同时把所吸收的原动机功率转换为热能，经水冷却后带走热量，所以电涡流测功机也需要冷却水循环系统；磁粉制动器以磁粉为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动或传递转矩的目的。其输出转矩与激磁电流呈良好的

31、线性关系而与转速或滑差无关；直流电力测功机工作原理是将直流电机发出的直流电经DCS 直流调速系统逆变为交流电，并通过DCS 直流调速系统调节电机的上网电流来控制原动机的转速和扭矩；交流电力测功机交流变频加载技术是在上世纪末逐步发展起来的一门新技术。其工作原理是将交流电机发出的交流电经变频器逆变为直流电，然后再逆变为交流电上网。交流变频调速系统调节电机的上网电流来控制原动机的转速和扭矩。 综上所述，水力测功机、电涡流测功机、磁粉制动器价格相对要便宜些，但是使用这些负载装置所吸收的能量大部分不可重新利用，会耗费大量的能源。虽然直流测功电机调速性能好，控制简单，但直流电机由于换向器的影响，不能适用于

32、高速运行，因此在转速很高的情况下，往往采用机械减速装置，因此占地面积大，系统复杂且维修费用高。随着对动力装置（例如内燃机、变速器等）性能要求的提高，对测功机性能的要求也在逐渐提高，水力测功机和电涡流测功机已很难满足试验的要求。 输入轴离合控制及输出轴载荷控制整个测试流程中要求对变速器输出轴施加一定的载荷，且根据挡位的不同载荷值也不一样，换挡过程中要进行频繁的对输入轴的离合操作。现存较成熟的加载器有液加载方式和电加载方式，考虑到系统的简洁性，离合器与加载器的控制方式应尽量减少系统分立设备的数量。因此，本平台根据工厂试验的实际条件和本试验台的特点，综合考虑各方面的因素应选择机械加载。该系统由发电机

33、、伸缩花键套组成。 4.1.1 加载阻力的确定 加载阻力主要是模拟在汽车运行过程中，变速器输出轴上所受的载荷，所以需要根据前面所确定的模型将作用在车轮上的行驶阻力，简化到变速器的输出轴上。经等效转换后，则可得到作用在变速器输出轴上的负载力矩M： (1)式中 r 车轮半径，(m)； F作用在车轮上的行驶阻力，(N)。 汽车的行驶阻力主要由滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力所组成，表示为驱动力平衡方程式： Ft=Ff+Fw+Fi+Fj (2)式中 Ff滚动阻力，(N)； Fw空气阻力，(N)； Fi坡度阻力，（N）； Fj加速阻力，（N）。 当Fj（Ff+Fw+Fi ）0时，汽车能够在坡道上正

34、常起步、匀速或加速行驶。汽车的驱动力越大，加速性能就越好，爬坡能力也越强。汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。加速时，不仅平移质量产生惯性力，旋转质量也要产生惯性力偶矩。为了便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，以系数 作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车旋转质量换算系数，汽车加速时的阻力为：式中 汽车旋转质量换算系数， 1； g 重力加速度，(kg/m2)； du/dt行驶加速度，(m/s2)，其余各项阻力计算出。 4.1.2 正拖与反拖的实现在试验台进行正向转矩加载试验过程中，驱动侧电机处于电动机状态，

35、其供电装置工作在整流状态，将电网电能转化为机械能，以驱动被试变速器；而加载侧电机处于发电机状态，供电装置工作在逆变状态，将机械能转化为电能，通过变频调速器的直流母线回馈给驱动电机，形成电封闭加载，能量使用效率很高。在试验台进行反拖试验时，驱动侧电机处于发电状态，加载侧电机处于电动机状态，整个试验系统构成了能量封闭系统。 (1)正拖 正拖传动路径，如图4.1.2(1)所示。图4.1.2（1）驱动端电机相当于行驶中的汽车发动机，而加载电机是变速器所受的负载，模拟行驶中汽车的载荷。 （2）反拖反拖路径图，如图4.1.2（2）所示。 图4.1.2（2） 当离合器脱开时，加载电机带动变速器以及离合器摩擦

36、片空转，驱动电机不停机，此时，相当于汽车驾驶员脚踏离合器，使离合器分离，进行挂档以避免齿轮产生冲击。当离合器闭合时，相当于发动机制动状态，如汽车在下坡时，因质量的分力作用而加速，此时若频繁地使用车轮制动器，将会使其过热，也很危险。此时如果将选档手柄置于低档，并且将发动机油门松到最小，汽车惯性经驱动轮、变速器反拖发动机，驱动力消耗到发动机升速上，就是利用发动的摩擦阻力来制动汽车，使汽车下坡减速，起到辅助制动的作用。因此，在反拖时，依次完成变速器一档至五档以及倒档的动态换档性能的测试，并模拟发动机制动，进行反拖试验。4.2 物料搬运装置设计4.2.1 概述物料搬运是利用人力或搬运机械，按要求将物料

37、从一个位置移动到另一个位置，为实现特定目的而进行的有效作业的总称。在工厂中，为了减轻工人的劳动量，物料搬运一般采用自动化机构，达到提高工作效率的目的。物料搬运设计应注意以下几个原则：（1）系统原则：物料搬运系统是一个系统，必须从提高系统效率的角度来研究和改善各个环节和设备，不能孤立地处理某一个问题，以免使整个系统不协调，收不到预期的效果。（2）及时原则：必须按时按要求准确的把机器运送到指定地点。（3）节能原则：必须以节省能源为原则。（4）经济原则：要以经济、实用作为评价优劣的重要准则，追求的目标是效益最高，而不是费用最省。（5）环境保护原则：环境保护是规划设计现代物料搬运系统必须注意的一个原则

38、，特别是要尽量减小噪音。 4.2.2方案提出上下料机构应采用自动化，达到提高工作效率的目的，减轻工人的劳动强度。上下料机构可采用多种方案，达到自动化要求，常用方案有如下几种：方案一：自动悬挂式输送机。该机构采用液压缸驱动，使机械手自动夹紧和松开，并自动提升和下降工件，采用电动机带动蜗杆使蜗轮转动，从而使该机构可旋转一个角度，使工件放于工作台。方案二：采用推式悬挂输送机。这是一种自动化程度较高的综合性运输设备，其主要部件：牵引元件、滑架、轨道、承载小车、驱动装置等。方案三：自动导向地面搬运车。该机构采用自动导向，无需驾驶员，随机操作，车辆能沿着预定的路线行驶。此机构可配上辅助装卸机构，如机械手、

39、动力或无动力的轨道、推杆、油缸、翻杆机构等，则可使整个装卸运输过程自动化。从各方面进行比较，本试验台上下料机构采用第一种方案。该机构与装配线和变速器性能试验台的布局图如下图所示：约860mm装配线HY7-130变速器 上下料装置 约900mm HY7 -130变速器性能试验台图4.1 装配线和变速器性能试验台的布局图 机械手从装配线上把变速器抓紧并提升旋转120度角后放变速器于试验台上该种布局适合一个工人完成变速器的上下料操作和检测变速器的全过程，达到精减人员，提高工作效率的目的。该机构的提升用液压缸来实现。液压传动与电气、 机械等传动相比较，具有以下的优点： （1）液压传动装置的重量轻、结构

40、紧凑、惯性小。 （2）能在很大的调整范围内实现无级变速。 （3）传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。 （4）操作简单，便于实现自动化，特别是电液联合应用时，能够完全充分发挥两者的优点。 （5）易于实现过载保护。 （6）可实现低速的强力传动，无需减速器。 液压传动也有其自身缺点：液压系统中的漏油，影响运动平稳性和正确性。 （1）因液体中含有空气容易产生噪声，并使低速运动不平稳。 （2）温度变化时，液体粘性变化，引起传动特性的变化。 （3）液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较困难。 液压缸和其他容积式液动机一样，都是靠密封的工作容积来传递力和速度的液压缸密封的好坏，直接影响液压杆的工作

41、性能，因此密封是液压结构组成中的一个重要环节。为了设计出好的液压缸，在设计密封时，应对密封提出以下要求： （1）密封件适用的温度范围广； （2）密封件使用寿命长； （3）密封结构简单，拆装方便； （4）密封处的摩擦力要小； （5）在一定的工作压力下，保证良好的密封，使其泄漏量为最小。 提高液压缸效率的措施： （1）密封圈密封 当液压缸采用密封圈密封时，由于基本上杜绝了泄漏，因此容积效率很高，液压缸的效率近似等于它的机械效率。一般来说，工作压力越高，液压缸的效率越高。应该着重减小静摩擦力来提高启动机械效率。 （2）间隙密封 对采用间隙密封的液压缸，容积效率随工作压力的提高和间隙的增大而降低，机械

42、效率则恰好相反。 4.2.3 液压缸的选择 液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。 液压缸部件通常可以分为柱塞式、活塞式和差动式三种。一般根据上下料装置的总体结构、缸的总压力大小及工作条件的要求来选定。柱塞式液压缸，此结构在水压机中应用最多，广泛应用于工作缸、回程缸、工作台移动缸及平衡缸等处。它结构简单，制造容易，但只能正向作用，反向运动则需用回程缸来实现，故在此不选用。差动柱塞式液压缸多用于回程缸，该种结构多一处密封，但当回程缸

43、装在横梁上时，与活动横梁的连接比较简单。活塞式液压缸，活塞在运动的两个方向上都要求密封，因此缸的内表面在全长上均需加工，精度及光洁度要求较高，结构比较复杂，适用于其他辅助机构，其行程不受限制。因此通过比较选用活塞式液压缸。其结构如图4.2.3。1缸底 2弹簧挡圈 3套环 4卡环 5活塞 6o型密封圈7支撑环 8挡圈 9Y型密封圈 10缸桶 11管接头 12导向套13缸盖 14防尘圈 15活塞杆 16定位螺钉 17耳环图4.2.3 活塞式液压缸结构图4.3 夹紧机构设计 4.3.1 夹紧机构的组成与选择夹紧机构是用以装夹工件的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床的正确位置，并把工

44、件可靠的夹紧。设计夹具时，工件夹紧方法的确定，是在工件定位基准、夹具定位机构和导向装置的结构确定之后进行的，但工件的夹紧同工件的定位和导向装置是密切联系着的，因此在设计夹具时，这几个方面应当同时考虑。在进行夹紧机构的结构设计之前，必须首先确定夹紧机构的下列主要项目：夹紧力的作用点、方向和大小；夹紧动力的种类；最合理的夹紧结构示意图及传动方式等。其中夹紧力的作用点和方向，在制定机床方案进行工艺分析时就已经确定了，并且以特殊的符号表示在被加工零件工序图中,以作为夹具结构设计的依据。设计时要根据工件特点、工艺方法、加工情况(粗、精加工；单面、多面加工等)以及工件的定位安装形式等因素来选择夹紧机构的形

45、式。设计夹紧机构时，应注意满足以下基本要求：(1)保证加工精度 夹紧机构应能保证工件可靠地接触相应的定位基面，夹紧后不许破坏工件的正确位置。夹紧后，工件在加工过程中，不应由于切削力的作用而产生位移和晃动。为此，必须保证夹紧机构能产生定够的夹紧力，同时还要求具有较高的刚性。由于组合机床通常都是多面多刀同时进行加工，夹具往往在较大的切削力作用下工作，提高夹紧机构的刚性，是十分重要的，因此组合机床夹具的夹紧螺栓、压板和传动杠杆等通常都比较粗大，以保证其足够的刚性。夹紧工件时，不应破坏的已加工表面，也不应引起工件过大的变形，夹紧机构应力求使工件夹紧稳定和变形较小。为此，应当正确地选择夹紧部位和设置辅助支承等。当加工刚性很差的工件时，或在精加工机床夹具上，夹紧机构应能保证夹紧力有调节的可能性。保证生产率 夹紧机构应当具有适当的自动化程度。夹紧动作要力求迅速，多压板夹紧时要力求采用联动夹紧机构，以缩短辅助时间。由于组合机床是适用于成批和大量生产的专用机床，因此有条件采用比较完善的夹紧机构和实现夹紧自动化。保证工作可靠一具有自锁性能 夹紧机构除了应当能产生足够的夹紧力外，通常 还要求具有自锁性能以保证它的工作可靠性。在自动夹紧或用自动扳手夹紧的夹紧机构中，通常使其中间传动机构具有自锁性，以保证在撤除夹紧动力后工件仍不致于松开。气动夹紧通常也需要有自锁