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1、I / 16 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 II / 16 摘要1 Abstract2 1 绪论3 1.1 课题背景 3 1.2 汽车变速器检测设备简况4 1.2.1 机械传动实验台 4 1.2.2 变速器换档机构实验台 8 1.2.3 汽车传动系统综合性能实验台8 1.2.4 静强度实验设备 9 1.2.5 振动疲劳强度实验设备 9 1.3 课题的提出及研究的意义10 1.4 本课题分析研究的内容10 1.5 小结 10 2 汽车变速器实验台设计要求分析11 2.1 汽车传动系原理和结
2、构11 2.1.1 发动机 11 2.1.2 变速器及变速器齿轮 12 2.1.3 离合器 16 2.1.4 万向传动装置 18 2.1.5 后桥总成和驱动桥 18 2.1.6 同步器 19 2.2 汽车变速器的功能、性能要求23 2.2.1 汽车变速器的功能 23 2.2.2 对变速器的性能要求 24 2.3 手动变速器和自动变速器比较24 2.3.1 机械式手动变速器 24 2.3.2 液力偶合自动变速器 26 2.4 机械式手动变速器的主要类型27 2.5 变速器噪声和异响29 III / 16 2.5.1 噪声29 2.5.2 异响30 2.6 小结 30 3 汽车变速器实验台设备的设
3、计目标和要求31 3.1 测试工程 31 3.2 变速器实验台的工作原理31 3.3 电气控制系统组成部分32 3.4 实验台电气控制系统原理33 3.5 电气控制系统技术要求33 3.6 被测物理量的选择35 3.7 电器控制安全保护要求35 3.8 变速器实验台总体技术要求35 3.8.1 实验过程控制方式的要求 35 3.8.2 实验设备的选择 36 3.8.3 润滑油温度控制 36 3.9 设计参数要求 36 3.10 机械系统设计要求37 3.11 注、排油装置 37 3.12 实验台简单框图 39 3.13 小结 40 4 变速器换档耐久实验 41 4.1 变速器换档耐久实验要求4
4、1 4.2 开始实验工艺过程43 4.3 正拖、反拖的实现43 4.4 换档机械手设计与实现45 4.5 典型实验器材的选择47 4.6 可编程控制器 PLC 的设计 49 4.7 控制流程简图 49 4.8 小结 50 IV / 16 5 变速器换档性能实验 51 5.1 变速器换挡性能实验要求51 5.2 变速器换挡性能实验的实现51 5.3 实验器材的选择51 5.4 换档性能实验软件模块设计53 5.5 换档性能实验软件页面设计53 5.6 小结 58 6 变速器静扭实验 59 6.1 实验台系统设计59 6.2 实验台结构 59 6.3 实验台的规格与系统功能60 6.4 主轴驱动、
5、负载控制、测量系统部件的确定与选择61 6.4.1 主轴驱动部件的选择与确定61 6.4.2 负载控制方式的选择与确定62 6.4.3 测量控制系统的确定 63 6.5 误差分析 64 6.5.1 加载扭矩误差 64 6.5.2 测量误差 64 6.6 小结 65 结论66 致谢67 参考文献 68 1 / 16 摘要 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 ,对变速器的实验检测至关重要。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 器实验台，完成汽车变速器的下线检验。 实验台中设计了输入
6、轴驱动和输出轴驱动装置。输入轴驱动 completes the noise test of the transmission at differentgears. The output axis pulls (reverse 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 i
7、s complemented by the servo system.The working condition of the analogue automobile is achieved by means of theElectric control systems control over the input electromotor and the outputelectrometers repeated power switch. At the same time, the hydraulic pressure systemis designed to control the tra
8、nsmission installation and clamp, the transmissionsinfusing and discharging of lubricating oil, the opening and closing of the input clutch, and the advance and retreat of the output rear seat. The input and theoutput assembly framework isdesigned, and the transmission-specialized infusing and disch
9、arging mechanism is designed. The sensor system and the meters complete the output torque。 input and output rotate speed, the noise of the transmission, the flowcapacity of the infusing and discharging, and the oil temperature measurement and monitoring. The structure of the test platform is simple
10、and reasonable. The functions arefully developed, and the operation is convenient. A set of accurate and comprehensivedigital display system has been designed. It has been proved through use that itsperformance is stable and reliable, and it can fully meet the requirements ofproduction test. Keyword
11、s： Automobiletransmission，testing ，test platform 3 / 16 1 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 实验验证，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实验来保证产品质量。至于产品的局部结构改 进，重大的材料和工艺变更，同样需要通过实验作出是否可行的判断。因此汽车变 速器的产品实验是一项十分重要的工作，普遍受到重视。 变速器实验中最接近实际情况的方法是把实验变
12、速器装于用户的汽车上在运输 行驶中进行使用实验；其次是在实验车特定行驶条件下进行的道路实验。使用实验 和道路实验是必不可少的，但存在着实验周期长，实验耗费大等缺点，但是室内台 架实验可以弥补其不足之处。 室内台架实验的优点是实验周期短，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。实验中产生的零件损耗可以通过仪 器进行准确的鉴测。全部实验条件可以准确地重复出现；对不同的试件进行对比实 验尤为方便。 总之，变速器的使用实验、道路实验和室内台架实验三者是互相补充，各有侧 重的，共同构成完整的实验体系。 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
13、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 的变速器实验工作是相当复杂的。时间急迫往往是变速器实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，给实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改，更给实验工作增加了难度。 所有的实验工作必须得到可以在短期内重复再现的结果，其实验条件也必须能够重 复实现。 变速器实验的工程包括以下几个方面： 1变速器性能方面 2变速器疲劳寿命方面 3变速器静扭实验 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 4 / 16 工业面临更加严峻的挑战和激烈的竞争。汽车行业作为
14、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实验方法。 II.ZB/T21005-1985 微型货车变速器台架实验方法。 III.QC/T29110-1993 汽
15、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简况 汽车变速器检测工程很多，根据文献，对以下一些实验台进行简单介绍。 1.2.1机械传动实验台 传动实验台是汽车零部件实验的主要设备之一，也是各个汽车部件总成的主要 实验设备，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 种汽车齿轮进行效率、温升、振动噪声、承载力和疲劳寿命实验，因而它成为汽车 厂的底盘实验室，以及各传动总成配套厂的主要实验设备，在汽车的实验设备中具 有重要的地位，按其工作原理可将其分为三类：开式实验台、电封闭式实验台和机 械封闭式实验台。 1 开式实验台和电封闭式实验台。这两种实验台都是由驱动
16、电机、输入传感器、被试 件、输出传感器、升速器、加载装置组成。电封闭实验台和开式实验台的基本型式 如图1所示，两种实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，电封闭实验台和开式实验台的加载装 置实际上就是一台测功机，只不过电封闭式实验台所用测功机是可将电能返回电网 的电力测功机，能量基本上形成了一个封闭系统，因而称为电封闭实验台，而开式 实验台的测功机其能量不能回收，因此称之为开式实验台。显然电封闭式实验台较 开式实验台有明显的优越性，电封闭式实验台具有反应灵敏、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
17、业得到了越来越广 泛的应用。 5 / 16 图 1 应用开式实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 6 / 16 4陪试变速器 5加载装置 (或测功机 2 机械封闭式实验台。机械封闭式实验台的基本型式如图2 所示，机械封闭式实验台是由驱动电机、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
18、时，驱动电机所消耗能量就很 少，一般只占实验功率的 5% 20%，由于这种实验台实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实验台，机械封闭式实验台具有节能、控制方便 、可靠性好、造价低等优点，同电封闭式实验台相比，它在同等投资下可以进行更 大功率的实验，这是它的主要优点，其缺点是被试件必须成对进行实验，需受封闭 系统尺寸的限制。 近年来，国内已有单位研制出了机械封闭和电封闭兼用的传动实验台，其作法 是在电封闭实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实验 台，这样只需很小的投资便可使实验台的实验功率得以扩大几倍。 公司开发 的道路模拟实
19、验设备能够在室内模拟汽车的实际使用工况进行实验，这样可以调节 和缩短实验周期，实验的重复性好、精度高。可以排除许多外界因素的影响，因而 具有广泛的适应性和先进性。国外主要汽车厂家几乎都具备了道路模拟实验设备的 手段和能力，我国的许多汽车厂家和科研单位如一汽、南所、上汽所、重庆公路所 、吉林工大、兵器 201所等单位都相继引进了这种类型的实验设备，开展了不少有成 果的科研工作。 1.3 课题的提出及研究的意义 国外利用汽车变速器实验设备对变速器各项性能的综合测试的研究，一直是汽 车行业一个非常活跃的领域，检测手段向多样化、智能化方向发展，基本实现了对 汽车变速器各项性能的有效检测。但直接从国外进
20、口设备，价格非常昂贵。 近年来，我国随着汽车工业水平的大幅度发展，对汽车变速器的性能要求越来 越高，因此对汽车变速器检测设备的合理性、可靠性也提出了更高的要求。因汽车 变速器实验设备是汽车传动系统中实验内容最多、技术难度最大的实验设备之一， 所以设计一套合理、可靠的检测设备，实现检测设备的国产化，对实现汽车工业的 国产化，会起到一定的推动作用。我们在消化吸收国外先进技术的同时，根据国产 汽车变速器的现状，设计配套实用的检测设备，不仅具有较高的现实意义，而且具 有极大的经济价值。 本实验台是用于汽车变速器组装完成后，出厂前性能检测而设计的，能够模拟 汽车工况。与前面提到的各种检测设备有所不同。 1.4 本课题分析研究的内容 1 分析汽车变速器的原理、结构及对变速器性能要求，进而提出对汽车变速器实验台 设备的要求。 2 进行汽车变速器实验台设备的总体设计。 3 进行汽车变速器实验台设备的结构设计。 4 根据设计，制造出汽车变速器实验台，并投入运行使用。 11 / 16 1.5 小结 以上主要介绍了汽车变速器系统实验台的主要构成与种类，着重在机械硬件方 面去分析研究开放式及封闭式汽车变速器系统实验台主要结构、特点及工作原理， 为以后汽车变速器实验台方案的选择提供依据 12 / 16