汽车变速器性能试验台设计

PAGEPAGE38学位论文原创性声明本人郑重声明：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。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日目录TOC\o"1-3"\h\u23763摘要 125052Abstract 2112501绪论 3159491.1变速器结构与工作原理的分析 32171.2汽车变速器性能试验台发展状况 4107691.3本课题的目的和主要研究内容 47052总体方案论证 5181342.1试验台布置方案的选择 6283142.2加载装置的选择 7163772.2.1电液比例加载系统 7173542.2.2液压加载器 868483总体技术方案设计 9204953.1电机的选择 974813.2变速箱的设计 9234013.2.1确定变速箱的主要参数 9104993.2.2齿轮的设计计算及校核 9317813.2.3轴的设计计算及校核 1445103.2.4键的设计计算及校核 1773063.3加载器的选择 18291663.3.1心轴的设计 18181093.3.2内叶片设计 19253593.3.3外叶片设计 20124893.3.4液压缸的设计 21181063.3.5摆缸缸盖的设计 2345993.3.6聚流体的设计 24106883.4传感器的选择 25214643.5联轴器的选择 26100854试验及数据处理方法 2712005SolidWorks软件简介与建模过程 28155295.1SolidWorks软件简介 28240975.2Solidwoks建模 28129905.2.1传动箱建模 2926335.2.2加载装置建模 31169515.2.3总装建模 33252616结束语 3523740致谢 3632682参考文献 37摘要汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。汽车变速器性能试验台是对汽车变速器进行综合性能测试的实验设备。通过试验来检验汽车变速器设计的合理性以及评定变速器的综合机械性能。本论文目的在于阐述我的毕业设计内容-汽车变速器性能试验台设计。试验台选用电封闭试验台。本文主要由五个部分组成。分别是：绪论，总体方案设计，方案论证（计算），微机控制系统设计，Solidworks建模过程。其中方案设计和Solidworks建模是耗时较多，比较重点的部分。后面会详细介绍。关键词：汽车变速器；试验台；Solidworks；微机控制

AbstractTheautotransmissionisadeviceusedtocoordinateenginespeedandtheactualspeedofthewheelspeed,usedtoplaythebestperformanceoftheengine.Differentvariablespeedtransmissioninthecardrivingtheprocess,betweentheengineandwheels,shiftcanmaketheengineworkinthebestdynamicperformancestatus.Thevehicletransmissionassemblyperformancetestbedvehicletransmissionperformancetestingoflaboratoryequipment.Testtotesttherationalityofthedesignofautomotivetransmissionandassessmentofmechanicalpropertiesofthetransmission.

Thepurposeofthispaperistoelaborateonmygraduationprojectcontent-automotivetransmissionassemblyperformancetestrigdesign.Thetestrigselectionofelectricclosedtestbed.Inthispaperconsistsoffiveparts.Theyare:theintroduction,theoverallprogramdesign,argument(computing),themicrocomputercontrolsystemdesign,Solidworksmodelingprocess.DesignandSolidworksmodelingistime-consuming,comparethepartofthefocus.Laterindetail.Keywords:automotivetransmission；testingbed；Solidworks；controlwithmicrocomputer

1绪论我的题目是“汽车变速器性能试验台设计”。20世纪是汽车工业飞速发展的时代,汽车工业逐步成为许多国家的支柱产业。作为工业产品，汽车具有许多特点：汽车的使用条件复杂，不仅要使用于各种不同的环境，公路，山地，丘陵甚至陡坡，还要被不同人群使用，要求汽车使用方便，简洁易操作。因此汽车的每个零部件都要严格的要求，特别是汽车的重要组成部分，如发动机，变速器，传动系，转向和制动系。一台汽车在出厂之前必然需要许多的试验结果确保其质量合格。汽车变速器性能试验台是对汽车变速器进行综合性能测试的实验设备。通过试验来检验汽车变速器设计的合理性以及评定变速器的综合机械性能。为全面了解减速器总成性能，一般设计以下实验：=1\*GB3①汽车减速器磨合实验；=2\*GB3②变速器空载阻力矩实验；=3\*GB3③变速器加载试验；=4\*GB3④变速器噪音实验。由于能力经验有限，设计主要完成：=3\*GB3③变速器加载试验。本次设计的主要任务就是试验台在满足传动效率、疲劳寿命试验要求的前提下，尽可能的满足经济、使用的原则。尽可能多的采用标准件。测控系统采用微机控制比如单片机系统，以方便控制。同时试验数据的采集和数据处理也要达到设计任务的精度要求。试验台应能连续加载和卸载，试验转速能自动调节与控制，同时为了直观的把测试情况呈现给测试者，还应能用数显的方式显示转速和扭矩，数据还要能够打印。三维造型软件现在以广泛运用。我使用的软件是Solidworks。比传统的手工绘图有省时省力，直观详细的优点。1.1变速器结构与工作原理的分析变速器是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置。又称变速箱。汽车变速器是通过改变传动比，改变发动机曲轴的扭力，适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。通俗上分为手动变速器(MT)，自动变速器(AT)，手动/自动变速器，无级式变速器。汽车变速器一般由前箱体和后箱体组成。变速箱由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成。变速传动机构的主要作用是改变转矩和转速的数值和方向；操纵机构的主要作用是控制传动机构，实现变速器传动比的变换，即实现换档，以达到变速变矩。机械式变速箱主要应用了齿轮传动的降速原理。简单的说，变速箱内有多组传动比不同的齿轮副，而汽车行驶时的换档行为，也就是通过操纵机构使变速箱内不同的齿轮副工作。如在低速时，让传动比大的齿轮副工作，而在高速时，让传动比小的齿轮副工作。1.2汽车变速器性能试验台发展状况国外较早开始了这方面的研究，如美国Gleason公司在五十年代就设计出用轮系作为加载系统的传动试验台的方案。还有前苏联中央机械制造及设计研究院，美国通用动力公司，德国RENK公司，美国国家航空航天局（NASA）下属的Lewis研究中心，日本丰田汽车公司，法国Skoda公司等。从试验台方案到最终样品制造他们都做了大量的研究，形成了系统的设计模式。国内起步较晚，研究工作始于八十年代。国内较早从事这方面研究的有:重庆大学，郑州研究所，长春汽车研究所，西安重型机械研究所，西安理工大学，合肥工业大学，四川工业大学等单位。他们的成果代表着我国机械试验台的发展水平。1.3本课题的目的和主要研究内容汽车变速器总成在正常情况下工作要满足以下条件：工作平稳，噪声小，足够的刚度和强度的较高的传动效率。其中关键的是变速器能正确的传递扭矩转速以及功率。为全面了解减速器总成性能，一般设计以下实验：=1\*GB3①汽车减速器磨合实验；=2\*GB3②变速器空载阻力矩实验；=3\*GB3③变速器加载试验；=4\*GB3④变速器噪音实验。由于能力经验有限，设计主要完成：=3\*GB3③变速器加载试验。

2总体方案论证变速器加载试验台是最早出现的一种试验台通常有两大类型，一种是开放式试验台，一种是电封闭式试验台。开式试验台结构如下图所示:功率输入功率输入动力区试验区模拟负载区功率损耗图2-1开式试验台主要结构原理示意图开放式试验台的动力区由电机（或内燃机），调速器以及附属装置组成。它负责向系统提供动力，其中包括转速和扭矩。试验区是由被测装置，变速器，传感器装置以及其他的一些装置组成。模拟负载区及附属装置组成。主要由测功机开放式试验台整套系统的工作原理及工作过程比较简单，整套设备的技术含量低，制造成本相对较低，它的致命弱点是该台架需要大功率动力(驱动电机或内燃机)，能量无法反馈使用。闭式试验台结构如下图所示：功率输入功率输入动力区试验区模拟负载区电网图2-2电封闭式试验台主要结构原理示意图闭式试验台在实现加载的同时能够实现发电的功能。发出的电力通过闭环系统提供给驱动端的电机。常规电封闭系统的优点是能源利用好，效率高，构造简单，能够实现动态加载。缺点是造价昂贵。借鉴国内外类似试验设备，我最终采用电封闭试验台。初期造价高，但长期使用下来，费用合理。而且没有浪费和污染。经过综合考虑我决定采用可动态加载和改变载荷大小的机械封闭式试验台其结构如下图所示：图2-3试验台工作原理示意图其总传动比Z4/Z3×Z2/Z1=1.封闭系统封闭功率不是又外力提供，亦不能输出到封闭系统之外这样，动力装置仅用来弥补系统内的损耗功率。一般仅为封闭功率的十分之一到五分之一左右。因此，此封闭系统耗能很少。2.1试验台布置方案的选择通过反复考虑，最终确定试验台的布置方式。如下图传动箱2被试件传感器传动传动箱2被试件传感器传动箱1传感器陪试件液压加载器液压加载器电动机电动机图2-4试验台布置方案两传动箱总的传动比必须为1，因此选用两个一模一样的变速箱，一边为升速，一边为减速，则可以保证其传动比正好为1。变速箱主要是为了形成功率的闭合回路，安装时要有足够的空间，因此变速箱的中心距要较大。所以在单级变速箱基础上加一个中间过渡齿轮形成二级变速箱，这样保证了变速及传动要求，而且中心距足够大。另外，传动箱应具有承载能力大、效率高、速度高、尺寸紧凑的特点,,选择齿轮传动机构，满足条件。而且，齿轮传动承载能力大,效率高,允许速度高,尺寸紧凑,寿命长。2.2加载装置的选择试验台加载方式一般分为液压加载，箱体加载，重块加载等，液压加载体积小，接卸机构简单，液压元件好选，加载稳定，扭矩稳定，容易程序控制，故选择液压加载器。2.2.1电液比例加载系统液压系统中采用电液比例控制。电液比例阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件电与开关式液压元件构成的系统比较，所需液压元件少，系统结构大为简化，并且控制方便;与电液伺服阀比较，抗污染能力强，可靠性高，价格便宜。电液比例加载液压系统图如图2-5所示。1、油箱2、粗油滤油器，3、温度计，4、交流电动机，5、单向定量叶片泵6、压力继电器(上限设定)7、精油滤清器8、单向阀1、油箱2、粗油滤油器，3、温度计，4、交流电动机，5、单向定量叶片泵6、压力继电器(上限设定)7、精油滤清器8、单向阀9、压力继电器(下限设定)10、液压软管11、压力表开关12、压力表13、三位四通电磁换向阀14、电液比例溢流阀15、管接头16、液压加载器图2-5电液比例加载液压系统图来自液压泵5的压力油通过滤油器7和单向阀8后，油流分成两路。一路压力油经三位四通电磁阀13到液压加载器16，回油由电磁换向阀返回油箱。液压加载器16的配油器回油单独接管直接通油箱。另一路压力油到电液比例溢流阀10。定量泵液压系统为保持系统压力，泵流量大于液压加载器16的流量，油压升高将溢流阀10打开，多余的油经10回到油箱。打开压力表开关11可通过压力表12监视系统的压力。压力继电器6和9分别设定系统压力的上限和下限值，上限设定是保持液压系统在意外压力升高超限时，自动输出报警信号。下限设定电触点与试验台拖动电机控制回路相连，以保证只有在有一定最低油压条件下，才可以使拖动电机带动台架旋转，防止液压加载器在缺油润滑状态下旋转，否则极易磨坏加载器的配油器。2.2.2液压加载器选择外置式的液压加载装置，加载方便而且利于维修。如图2-6所示,工作时,由液压系统提供的压力油进入液压加载器的A腔,再通过内叶片(与加载心轴成一体)与缸筒、外叶片(与缸筒成一体)与加载心轴之间的间隙渗透至B腔,然后回到油池,A、B腔之间存在的压力差,构成了对加载心轴的加载力矩,这对力矩经过试验台中相应部件的传递,就在被试变速器的输入和输出轴上加上了一组方向相反的力矩。显然,上述加载力矩与工作腔中的油压成正比,由于工作腔中的油压是可调的,因而加载力矩也是可调节的。图2-6外置式液压加载器工作原理图

3总体技术方案设计3.1电机的选择选择北方连云港变速器有限公司生产的5T12H系列变速器为设计对象，该发动机最大功率60kw/6000r/min，最大转矩120N/4200r/min。选择BM系列变频电动机。所需电机的容量为：Pw=P×15%=60×0.15=7.5kW选用的电机型号为：BM-132M-4,具体性能指标见表3-1。表3-1电机参数型号额定功率kW额定电流A功率因素cosΦ额定转速r/min额定电流A额定转矩N.mBM-132M-47.515.60.814403149.73.2变速箱的设计电机额定转速为1440r/min，输出转矩为49.7N.m，为满足系统所需高转速、小转矩的需要，应增加一套变速机构-变速箱。3.2.1确定变速箱的主要参数a.由于变速器最高输入转速为5800r/min,而所选电机最高转速为1500r/min，所以总传动比为：i==4.17中间齿轮起增加中心距的作用，齿数适当选取。b.根据变速器外形尺寸及附加加装置尺寸，初步定传动箱中心距a＝300mm.3.2.2齿轮的设计计算及校核选定齿轮的类型，精度等级，材料查《机械设计手册》可得，选定传动箱高速级为斜齿，低速级为直齿。由于齿轮相对轴承布置不对称，要求轴的刚度较大，并使转矩输入、输出端远离齿轮，以减少因轴的弯曲变形引起载荷沿齿宽分布不均匀。对齿轮材料的基本要求：齿面有足够的硬度和耐磨性，轮齿有足够的抗弯曲强度及冲击韧性，易于达到加工所需精度；对于高速齿轮还有较好的抗胶合能力。除非受生产技术条件的限制，一般尽可能采用硬齿面齿轮或中硬齿面齿轮。根据试验台要求，两对大小齿轮均采用20GrMnTi钢渗碳淬火（《机械设计》表11-2/P226），硬度56-62HRC。由图11-12c查的弯曲疲劳极限应力；由图11-13c查得接触疲劳极限应力。高速级Z1、Z2采用斜齿轮，低速级Z2、Z3采用直齿轮。按轮齿弯曲疲劳强度设计确定许用应力其中：YST-应力修正系数，采用国家标准约定的值计算YST=2；YN-弯曲疲劳强度计算的寿命系数，一般取YN=1；SFmin-弯曲强度的最小安全系数，重要传动取SFmin=1.6-3.0，一般传动取SFmin=1.3-1.5，本设计取SFmin=1.6；选取载荷系数K由表11-4/P237确定齿轮加工等级为7级；由P232得，通常近似取K=1.3-1.7,原动机为电动机，工作载荷平稳，齿轮支撑对称布置时取较小值，本设计取K=1.4。a.初步选定齿轮参数（斜齿轮）由于i1=，i=4.17。则i1=2.4，i2=1.74。小齿轮名义转矩其中T-变速器最大输入扭矩；-弹性联轴器效率概略值，取0.99；-弹性联轴器效率概略值，取0.98。初步选定齿轮参数Z1=29，Z2=i1Z1=69.6,取Z2=70，Zv1=Z1/(cosβ)3=29/(cos15.)3=32确定齿形复合系数YFS=4.06（由图11-18差得）。将以上参数代入，得mm为凑中心距，取标准模数mn=3mm。则中心距mm为便于箱体孔加工和校验，取a=155mm，则=16.6516.计算几何尺寸齿宽系数，取大值时可减小直径，从而减小传动的中心距，并在一定程度上减轻包括箱体在内的整个传动装置的重量，但是却增大了齿宽和轴向尺寸，增加了载荷分布的不均与性，齿轮为硬齿面，取Ψd=0.5。b2=Ψdd1=0.5×60.54=30.27mm,取b2=32mm；b1=b2+(5~10)mm=37~42mm，取b1=40mm。校核齿面接触强度采用铸钢（P235/表11-3），弹性系数ZE=188.9MPa。齿面许用接触应力其中：—接触强度的最小安全系数，一般传动取=1.0~1.2.重要传动取=1.3~1.6.本设计取=1.4。—接触疲劳强度计算的寿命系数，一般取 =1。—工作硬化系数，它是用以考虑经磨齿的硬齿面小齿轮与调质钢大齿轮相啮合时，对大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，当两轮均为硬齿面时，=1。<故齿面接触疲劳强度足够，设计正确。b.初步选定齿轮参数（直齿轮）小齿轮名义转矩(为齿轮传动效率概略值)初定小齿轮齿数Z3=37Z4＝Z3×i2＝64.38，取Z4=63确定复合齿形系数（查图11-18/P233)YFS=4.01同a.齿宽系数Ψd=0.5，载荷系数K=1。将上述参数代入mm为凑中心距，取m=3mm。中心距mm取b4=56mm校核齿面接触强度则<=1071MPa故，满足设计要求。确定传动箱中心距a=a1+a2=155+150=305mm齿轮参数表1）斜齿轮端面模数mt3.13mm螺旋角β分度圆直径d1=90.81mmd2=219.19mm齿顶高ha=3mm齿根高hf=3.75mm全齿高h=6.75mm顶隙c=0.75mm齿顶圆直径da1=96.81mmda2=225.19mm齿根圆直径df1=83.31mmdf2=211.69mm法向齿距Pn=9.42mm端面齿距Pt=9.83mm标准中心距a=155mm基圆db1=85.33mmdb2=205.97mm法面模数mn=3mm2）直齿轮模数m=3压力角分度圆直径d3=111mmd4=189mm齿顶高ha=3mm全齿高h=6.75mm顶隙c=0.75mm齿顶圆直径da3=117mmda4=195mm齿根圆直径df3=103.5mmdf4=181.5mm基圆直径db3=104.31mmdb4=177.6mm齿距p=9.42mm3.2.3轴的设计计算及校核1）各轴转速：2）确定轴的最小轴径由公式知：各轴传递相同功率，而第一轴转速最低，所以第一轴的最小轴径最大。选取轴的材料为45号钢，取，则按式初步估算第一轴的最小直径为：所以第二轴与第三轴的最小轴径比19.06mm大即可。考虑到第三轴输出端与连接转速转矩传感器输入端的联接轴联接，而传感器输入轴轴径为26mm，联接轴联接处轴径设计为35，所以定第三轴最小轴径为35mm，第三轴轴承内径为45mm。第二轴轴承内径定为40mm，那么其最小轴径就是40mm。考虑到第一轴齿轮较大及电动机输出轴轴径为32mm，因此第一轴轴承内径选45mm的轴承，配合齿轮处轴径取48mm，最小轴径为35mm。3）轴的结构设计①拟定轴上零件的装配方案以第一轴为例，在轴中间位置安装齿轮，一端制成轴肩，另一端以轴套加以固定，轴承与齿轮最近面相隔大约相距25mm，初选深沟球轴承6208，滚动轴承一边用轴肩加以轴向定位，一边以轴套固定，外边均有轴承盖加以紧固。第一轴具体尺寸见图纸1轴-变速箱。轴及齿轮中心处轴承中心处轴及齿轮中心处轴承中心处轴承中心处轴承中心处=40+11.5+25=76.5mm=40+11.5+25=76.5mm图3－1轴承安装图4）选择轴的材料该轴无特殊要求，因而选用调质处理的45号碳钢，查得：，，。5）求轴上的载荷按照所确定的轴的基本尺寸，求出齿轮所在剖面处的，，，及的值。＝2T/d＝2×177.9×103÷320＝1111.9NFr＝Ft·＝1111.9·＝404.7N齿轮所受力如下图：图3－2垂直面受力图图3－2垂直面受力图∴图3－3水平面受力图图3－3水平面受力图∴∴∴∴6）按弯扭合成应力校核轴的强度按表15-3，对于的碳钢，承受对称循环变应力时，许用应力，故安全所以设计合理轴上弯矩图，转矩图及受载简图如下所示：图3－4受载简图45.534N.m弯矩图：45.534N.m15.476N.m图3－5水平面弯矩图15.476N.m48.092N.m图3－6垂直面弯矩图48.092N.m图3－7合成弯矩弯矩图177.9N.m177.9N.m图3－8转矩图3.2.4键的设计计算及校核以第一轴联接齿轮处键的设计为例计算及校核1）类型选择：由于轴传递的扭矩为120，连接与轴上的零件基本上没有滑动，对中性要求不算太高，键亦无需轴向固定，故选用圆头普通平键（A型）。2）尺寸选择由《机械零件设计手册》以及轴径74mm，故选，，3）平键的强度计算由式：（3-3）又由表6－1查得，代入上式得：所以强度足够，故设计正确。3.3加载器的选择3.3.1心轴的设计液压加载器中，所有的受力都将由心轴传动，心轴同时承受转矩和弯矩，因此心轴的参数设计非常关键，它关系到加载器的强度和承受载荷能力。碳素钢比合金钢价格低廉，对于应力集中的敏感性比较小，可进行热处理改变器综合性能，且其加工工艺性好因此轴的材料选用45号钢。初算轴的直径本次试验选择TYBZ-1500-160L-4三相异步电动机，其额定功率为15kW，额定转速为1500r/min。轴的结构设计要在初步计算轴径的基础上进行。轴的直径可按扭转强度法进行估算，即（3-4）式中，P为轴传递的功率，kW；n为轴的转速，r/min；C为由轴的材料和受载情况确定的系数。若轴的材料为45#钢，则通常取C=106~117。取C=110，又有n=1500r/min。由此可计算求得：=23.7mm而轴又要设计键槽，又要装配叶片，因此需要设计一个叶片槽，相应轴径应放大20%，而且轴较长，于是取心轴伸出端轴径为70mm。确定心轴主要部分直径为100mm，计算安装叶片处的轴径D。安装叶片处受力较大，所以D=d+20＝120mm。心轴设计的难点在于设计各个进油和出油孔，初步设计轴的轴向钻2个长孔一个用来进油长360mm，一个用来出油长420mm；直径均为15mm，两孔相距30mm，在开孔的轴端用两个油栓密封。在径向方向开三个进油孔将进油腔与轴向进油孔相通，在开三个出油孔将出油孔与轴向出油孔相通。每三孔相差120°均布。轴安装轴承处的加工要求：滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，外圈与外壳孔的配合采用基轴制，与一般圆柱面配合不同，由于轴承的内、外径上偏差均为零，故在配合种类相同的情况下，内圈与轴径的配合较紧，外圈与外壳孔的配合较松，因此相应的轴的加工精度一般应与轴承精度相对应。考虑到轴采用车工加工且对轴承精度影响较大，所以轴的加工精度取轴承同级精度或者高一级精度。心轴尺寸见下面的工程图：图3-9心轴工程图3.3.2内叶片设计载荷大小与两油腔的压力差、叶片中点到轴中心的距离、叶片受压面积有关：M=NPSL(Nm)（3－5）其中:N是叶片的个数；M是油缸的加载力矩；P是两油腔的压力差；L是叶片中点到轴中心线的距离；S是叶片受压面积；初定N＝3将有关参数带入有：M=NPSL=36MPaSL=6000NmSL=初定h＝40mm，B＝2～3h＝104mm，L＝80mm。由此可知心轴直径100mm，安装内叶片处直径120mm，长104mm；由此可以确定内叶片直径为120mm。内叶片加工技术要求：要求和摆缸相结合的面以及两端面高频淬火之后硬度HRC48～56，并且内径根据主轴直径120mm尺寸配磨，以保证与主轴装配间隙0.03～0.06mm。内叶片的尺寸见下面的工程图：图3-10内叶片3.3.3外叶片设计外叶片形状及尺寸与内叶片相当，外叶片内径120mm，外径200mm。外径中心部分开两个螺纹孔，和一个销孔和摆缸相对应以便以后安装。外叶片的加工技术要求：要求和与摆缸相结合的面以及两端面高频淬火之后硬度HRC48~56，并且内径根据主轴直径120mm尺寸配磨，以保证与主轴装配间隙0.03～0.06。外叶片尺寸见下面工程图：图3-11外叶片3.3.4液压缸的设计液压缸是将液压能转换为机械能的一种执行元件，主要用于要求实现往复直线运动或往复摆动运动的场合，选择摆动液压缸来实现转矩和角速度的输出。采用碳素钢就可以满足要求，只是其中的20号钢的力学性能较低，且不能进行调质处理，因此选择45号钢并调质到241~285HBS。摆缸壳体的加工工艺要求：缸体内径采用H8，H9配合。表面粗糙度当采用橡胶密封圈密封的时候选择0.1～0.4需要珩磨。液压缸内径D的圆度公差值可按9、10或11级精度选择，圆柱度公差值可按8级精度选取。液压缸断面的垂直度公差值可按7级精度选取为了防止腐蚀和提高寿命，缸内表面应镀以厚度为30～40的铬层，镀后进行研磨或者抛光。2）摆缸内径的确定根据心轴直径120mm,查GB/T2348-93缸筒内径尺寸系列可知主要有125mm,160mm,200mm,250mm等尺寸可供选择。结合内叶片高度40mm，刚好选择200mm.3）摆缸外径的确定：摆缸壁厚的计算(3-6)其中：——液压缸材料要求最小值（m）——液压缸外径余量（m）——腐蚀余量（m）的计算有以下几种形式：当/D≤0.08时，按薄壁缸计算：(3-7)当/D=0.08～0.3时按中等壁厚缸计算：(3-8)当/D≥0.3时按厚壁缸计算：对于塑性材料：(3-9)对于脆性材料：(3-10)式中D——液压缸内径（m）——液压缸最高工作压力，当工作压力p<16MPa时，＝1.5p；当工作压力p>16MPa时，＝1.25p；——材料的许用应力（MPa）=(3-11)式中[]——材料的抗拉强度（MPa）n——安全系数安全系数的选择依据下表表3-2安全系数选择材料静载荷变动载荷冲击载荷不对称对称钢35812铸铁461015本次题目所设计的摆缸内径为200mm，200×0.08＝16mm200×0.3＝60mm 设计壁厚应该在16mm～60mm之间 其中工作油压P=0.5～6Mpa≤16Mpa，所以＝1.5P采用45号钢[]=285Mpa所以[]==23.125Mpa(安全系数n查表获得，为8)按照中等壁厚计算

===0.059m国内外工厂的实际采用的液压缸外径中，内径为200mm的采用45号钢做材料的一般外径为250mm，因此初定摆缸外径为250mm。3.3.5摆缸缸盖的设计液压缸的缸盖可选用35、45号锻钢或者ZG35、ZG45铸钢或者HT200、HT300、HT350铸铁等材料。缸盖的加工中要求直径d（基本尺寸同摆缸内径）D2（基本尺寸同心轴直径）应该有圆柱度要求的，应按照9、10、11级精度选取。一般取0.03mm，端面与直径轴线的垂直度应按照7级精度选择。设计的摆缸选择法兰连接比较合适。结构简单，易于加工，易装卸。左右端盖结构基本一致，只是右端盖由于要和连接轴相连，所以比左端盖要多设计三个安装螺钉的螺孔。摆箱壳体尺寸见下面的工程图：图3-12摆箱壳体3.3.6聚流体的设计由于轴是高速旋转的，而液压系统提供的液压油是不不可能随之旋转的，因此，需要设计一个零件来实现将液压系统提供的液压油输入到心轴中，聚流体就是用来将液压油输入心轴的一种零件。聚流体的加工技术要求：聚流体与心轴相配合的内表面有圆柱度要求，与箱体和其端盖相配合的端面有和内表面的垂直度要求。要求与心轴相配合的内表面淬火HRC45～56；孔100mm与心轴配磨，保证间隙在0.02～0.03mm之间。在尺寸和性能上没有特殊要求，故采用45号钢就可以。聚流体尺寸见下面的工程图：图3-13聚流体工程图3.4传感器的选择NJ型扭矩传感器通过弹性轴、两组磁电信号发生器，把被测转矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号，这两组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比，而其相位差的变化部分又与被测转矩成正比。将传感器的这两组电信号用专用屏蔽电缆线送入NC型扭矩测量仪或装有扭矩卡的计算机，即可得到转矩、转速及功率的精确值。NJ型扭矩传感器与NC-2A型扭矩仪或CB2000卡配套使用，是一种测量各种动力机械转动力矩、转速、及机械功率的精密测量仪器。根据系统的工作状况，传感器的转矩工作范围应为0～165Nm，转速工作范围应为0～5800r/min。转矩测量精度为2％。选用四川诚邦测控技术有限公司生产的NJ1200传感器两个。NJ型转速转矩传感器安装尺寸如图3-9所示。图3-9转速转矩传感器表3-3NJ1200规格参数型号额定转距N.m许用转速r/minABDGLHhISKNJ12002000～600140180268390293855221.514NJ型转距转速传感器使用时的安装方式如图3-2所示。应注意的是传感器的驱动端与动力输入端相连。增加中间支承的目的是为了保证传感器不因更换测试设备照成安装同轴度的变化所引起的测试数据的变化，同时可避免因安装不同轴而使传感器承受弯矩，从而引起测试数据的不稳定。建模时简化如下：图3-4传感器3.5联轴器的选择对于安装在两个背靠背连接的两个变速器那一轴线上的联轴器，考虑到其两轴的偏激以及缓冲减振，同时考虑到联轴器的工作条件，使联轴器只能传递扭矩，不能传递弯矩，这样就显著改善了传感器的工作条件，保证了测量精度，所以选择了弹性联轴器中的HL3型弹性柱销联轴器。试验台其它的地方均选择LM型弹性联轴器。

4试验及数据处理方法：根据试验规范及其内容，本试验台主要完成变速器机械效率试验、润滑试验、耐久性试验和齿轮磨损试验。下面主要说明机械效率试验和耐久性试验的试验方法。在传动效率试验中，将变速器输入转速调至4000r/min~6000r/min之间，然后每隔一定的时间进行自动连续加载，用扭矩传感器测出在一定载荷下变速器的输入扭矩T入和输出扭矩T出，则其效率为：＝T出/T入。变速器加载试验变速器加载试验是测试汽车变速器在各档位下，对应个转速和转矩时的机械效率，集体规定的转矩和转速为：设定不同转速，保持转矩不变，分别在3档，4档和5档，测定机械效率1300r/min3000r/min4300r/min5250r/min设定不同转矩，保持转速不变，分别在3档，4档和5档，测定机械效率74.5Nm149Nm223.5Nm313Nm根据各种不同的扭矩画出不同的效率曲线，然后据此作出效率曲线（用最小二乘法拟合），如图所示：载荷载荷图4－2效率图

5SolidWorks软件简介与建模过程5.1SolidWorks软件简介Solidworks软件功能强大，组件繁多。Solidworks功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。在SolidWorks中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体，SolidWorks的性能得到极大的提高。★SolidWorks可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。★用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。★镜像部件是SolidWorks技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。★SolidWorks用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。★SolidWorks提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。工程图是全相关的，当你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。★从三维模型中自动产生工程图，包括视图、尺寸和标注。★增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。★使用RapidDraft技术，可以将工程图与三维零件和装配体脱离，进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。★用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。5.2Solidwoks建模Solidwork建模也是本次毕业设计课题的重要组成部分。在前面的基础框架确定后，对各个部分进行相应的计算，确定一些参数。最后要表现出来设计内容。此时就要靠建模仿真了。通过建模，我们可以看到设计的内容，并分析一些配合，帮助我们更加了解自己设计的试验台。下面对重要部分的建模做介绍和分析。5.2.1减速箱建模根据前面的设计，减速箱为二级减速箱。要完成减速箱里装配建模，必须首先完成其中各个零件的建模。主要有：三根轴以及对应的轴承，轴承盖（包括两种），套筒，键，毡圈，螺钉等。其中，三根轴前面已经设计完成。然后查《机械设计课程设计》对应轴承，轴承盖（包括两种），套筒，键，毡圈，螺钉尺寸，开始建模。一零件建模如下图图5-1传动箱中间轴图5-2连接轴端盖图5-3箱盖图5-4箱座图5-4减速箱装配5.2.2加载装置建模加载装置其实算比较复杂的，包括的零件也比较多。主要有：心轴，摆箱壳体，摆箱壳体端盖，内叶片，外叶片，套筒，支架。其中，心轴设计最为复杂，而且它关系到整个加载装置的工作原理。一些零件建模如下：图5-7内叶片图5-8外叶片图5-9心轴心轴的工程图：图5-10心轴加载装置总装配图如下：图5-11加载装置装配5.2.3总装建模总装的完成建立在其他各个部分完成的基础下。各部分包括：减速箱，加载装置，变速器，传感器，长连接轴等。前面已经显示了减速箱和加载装置的建模过程。下面贴出了其他几个主要部分的建模：图5-12简化变速器图5-13简化电动机然后依次配合，完成总装，如下：图5-14总装

6结束语我设计的试验台有以下特点：设计的试验台采用封闭式试验台，节约能源，经济实用。选用液压加载器，加载平稳，而且能够在试验中连续加载和卸载。采用了BM系列变频电动机，试验转速能自动调节与控制利用微机系统对试验过程实施监控，使电机能自动调速，并对电机转速进行检测，显示，方便对试验台工作状态的了解。采用了先进的NJ1型传感器，采集的数据有一定的精度。通过数码管显示器可以显示转速、扭矩，通过打印机打印试验数据。使用Solidworks对试验台结构建模，非常直观，而且可以对设计结构更加了解。本次毕业设计是对我们四年专业学习的一次考验。初拿到这个题目，一片茫然。但是在查询了各种资料，更是通过老师的指导，我慢慢摸出了门道，知道了自己的设计方向。在工作过程中，我们在老师的指导下，每周合理安排了工作量，循序渐进。最终完成了自己的设计。不那可否认，本次设计还是存在很多不足的，特别是我对微机方面的知识不足，设计能力不强，很多还是要依靠老师指点和前辈经验。但是在机械设计方面，特别是软件建模，我有了长足的进步。对整个试验台的结构设计，为我今后的工作打下了坚实的基础。感谢本次毕业设计，让我学到很多，也意识到自己有更多不足，要在今后的学习工作中继续努力。致谢本论文的撰写是在吴老师的悉心关怀和指导下完成。从论文的开题、撰写到初稿的修改直至完成，吴老师给了我很多的指导和帮助，吴老师严谨的治学态度、扎实认真的工作作风给我留下了深刻的印象，是我学习的楷模。在此论文成稿之际，特向吴老师致以最诚挚的感谢。在四年的本科学习期间，武汉理工大学机电学院的各位任课老师对我悉心传授知识和耐心指导，这为我的毕业论文撰写打下了坚实的基础，在此，谨向各位老师致以崇高的敬意和无限的感激。同时还要感谢机电学院的其他老师，在我学习期间给予的指导和帮助。参考文献[1]唐增宝，常建娥.机械设计课程设计.武汉：华中科技大学出版社，2006.9[2]邬惠乐，邱毓强.汽车拖拉机试验学.北京：机械工业出版社，1980.5252－257[3]高维山，张思浦.变速器.北京：人民交通出版社，1990.8154－165[4]容一鸣.机械式闭式试验台原理简介.2004.2[5]刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2001.7158－210[6]陈光东，赵性初.单片微型计算机原理与接口技术.：华中科技大学出版社，1999.4[7]房小翠.单片微型计算机与机电接口技术.北京：国防工业出版社，2001.11[8]立雅科技.solidworks2004入门与实例详解.北京：中国铁道出版社，2004.2[9]明仁雄，万会雄.液压与气压传动.北京：国防工业出版社，2003.10[10]徐宏毅.画法几何及工程制图.西安：西安地图出版社，1999.8[11]廖军.汽车变速器系统综合试验台的分析研究.广西机械，2000，4.31－33[12]高为革.电液比例控制加载机械闭式变速器试验台.液压与气动.1994.4[13]A.V.Novikov,V.V.Fedorov.Nondestructivecontrolofthequalityofautomobilepartsatthevolzhskiiautomobileplant.MetalScienceandHeatTreatment，1996，10.450－452[14]MartinJ.Beckmann,RichardL.Gustafson,ThomasF.Golob.LocationalfactorsinautomobileownershipdecisionsPublication:TheAnnalsofRegionalScience，1997，1.1－12[15]张佑林，王琳.现代机械工程图学教程.北京：科学出版社，2007[16]闻邦椿.机械设计手册—5版.北京：机械工业出版社，2010[17]黎明发，张开银，黄莉.材料力学.北京：科学出版社，2007[18]SolidWorks公司.SolidWorks零件与装配体教程[M].机械工业出版社,2010[29]陆利锋,江洪,伍锦辉.SolidWorks工程师高教程[M]化学工业出版社,2006[20