機(jī)械式前置汽車變速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
機(jī)械式前置汽車變速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),機(jī)械式,前置,汽車,變速器,實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1 緒論
1.1關(guān)于汽車變速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)
變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要組成部分。變速器的出廠檢驗(yàn)是控制出廠質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，出廠檢驗(yàn)的任務(wù)是在產(chǎn)品出廠前盡快發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決，以避免在用戶使用中出現(xiàn)質(zhì)量問題，這樣可有效控制產(chǎn)品質(zhì)量，減少售后服務(wù)的工作量，節(jié)約資金，降低成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)信譽(yù)度。利用加載試驗(yàn)臺(tái)作為變速器的出廠檢驗(yàn)設(shè)備，在國(guó)外早已普遍應(yīng)用。近些年來我國(guó)的部分生產(chǎn)廠家也開始使用加載試驗(yàn)臺(tái)對(duì)出廠設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)。使用加載試驗(yàn)臺(tái)，可在有載荷的情況下檢測(cè)變速器，更接近變速器的實(shí)際使用工況，能發(fā)現(xiàn)一些空載試驗(yàn)所檢查不出來的質(zhì)量問題，可有效控制變速器的質(zhì)量。因此設(shè)計(jì)開發(fā)一種性能好的變速器加載試驗(yàn)臺(tái)是非常重要的。
變速箱性能試驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)特定變速箱而設(shè)計(jì)利用電機(jī)分別模擬汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪上的負(fù)載，動(dòng)態(tài)的對(duì)汽車變速箱各個(gè)檔位齒輪傳動(dòng)比，各檔運(yùn)行震動(dòng)、噪聲，換檔力，摘檔力，換檔位移、摘檔位移，變速箱負(fù)載能力，運(yùn)行可靠性，變速箱同步器壽命等各方面性能進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證變速箱質(zhì)量的設(shè)備。變速箱性能試驗(yàn)臺(tái)既可以對(duì)新型變速箱的設(shè)計(jì)定型進(jìn)行考核也可以對(duì)定型變速箱出廠進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)，齒輪試驗(yàn)臺(tái)一般分為兩大類,一類為開式,一類為閉式。開式試驗(yàn)臺(tái)加載后,所需功率全部消耗在加載中,損失功率大。它只適合用于小功率短期工作的齒輪實(shí)驗(yàn)裝置,但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,目前仍有單位使用,其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。閉式齒輪試驗(yàn)臺(tái)分為電封閉式與機(jī)械封閉式兩大類。電封閉試驗(yàn)臺(tái),由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)齒輪箱,再帶動(dòng)發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)的發(fā)出的電能又回到電動(dòng)機(jī)中去,形成封閉系統(tǒng)。它可以節(jié)約50%的電能,但是電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的功率至少與實(shí)驗(yàn)齒輪箱的功率相等,因此,電封閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)也不適用大功率試驗(yàn)裝置。適用大功率試驗(yàn)裝置的是機(jī)械封閉試驗(yàn)臺(tái),如圖2所示,通過兩個(gè)相同的試驗(yàn)箱,中間的加載裝置加載。封閉功率流式試驗(yàn)臺(tái)較制動(dòng)式試驗(yàn)有著明顯的優(yōu)越性。目前使用的多是直流電封閉試驗(yàn)臺(tái),其轉(zhuǎn)速對(duì)電壓波動(dòng)非常敏感。為使其轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,必須采用十分復(fù)雜的電路系統(tǒng),這就大大地限制了直流電封閉試驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用。
圖1.1 開式試驗(yàn)臺(tái) 圖1.2閉式試驗(yàn)臺(tái)
汽車變速器系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中試驗(yàn)內(nèi)容最多、技術(shù)難度最大的試驗(yàn)設(shè)備之一, 這一點(diǎn)在汽車行業(yè)已形成共識(shí)。因此, 對(duì)汽車變速器系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)的研究具有特別重要的意義及必要性。
1.2變速器的分類及特點(diǎn)
在分類上有兩種方式：按傳動(dòng)比變化方式和按操縱方式的不同來分。
（1）按傳動(dòng)比變化方式來分：
有級(jí)式變速器是目前使用最廣的一種。它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。按所用輪系型式不同，有軸線固定式變速器(普通變速器)和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器(行星齒輪變速器)兩種。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動(dòng)比通常有3-5個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔，在重型貨車用的組合式變速器中，則有更多檔位。所謂變速器檔數(shù)即指其前進(jìn)檔位數(shù)。
無級(jí)式變速器其的傳動(dòng)比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無限多級(jí)變化，常見的有電力式和液力式(動(dòng)液式)兩種。電力式無級(jí)變速器的變速傳動(dòng)部件為直流串激電動(dòng)機(jī)，除在無軌電車上應(yīng)用外，在超重型自卸車傳動(dòng)系中也有廣泛采用的趨勢(shì)。動(dòng)液式無級(jí)變速器的傳動(dòng)部件為液力變矩器。
綜合式變速器 是指由液力變矩器和齒輪式有級(jí)變速器組成的液力機(jī)械式變速器，其傳動(dòng)比可在最大指與最小值之間的幾個(gè)間斷的范圍內(nèi)作無級(jí)變化，目前應(yīng)用較多。
（2）按操縱方式來分：
強(qiáng)制操縱式變速器是靠駕駛員直接操縱變速桿換檔。
自動(dòng)操縱式變速器其傳動(dòng)比選擇和換檔是自動(dòng)進(jìn)行的，所謂“自動(dòng)”，是指機(jī)械變速器每個(gè)檔位的變換是借助反映發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速的信號(hào)系統(tǒng)來控制換檔系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實(shí)現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。
半自動(dòng)操縱式變速器有兩種型式：一種是常用的幾個(gè)檔位自動(dòng)操縱，其余檔位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時(shí)，接通一個(gè)電磁裝置或液壓裝置來進(jìn)行換檔【1】。
機(jī)械式手動(dòng)變速器有如下特點(diǎn)：
1．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 2．體積較小 3． 制造成本低 4． 傳動(dòng)效率高 5． 操作復(fù)雜6 ．傳動(dòng)負(fù)荷率低下 7．熱負(fù)荷穩(wěn)定性差
1.3機(jī)械式變速器的基本要求
一般對(duì)變速器有以下幾個(gè)要求：1）保證汽車必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。2）設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸。3）設(shè)置倒擋，可使汽車倒退行駛。4）設(shè)置動(dòng)力傳輸裝置，需要是能進(jìn)行功率傳輸。5）換擋迅速、方便、省力。6）工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得跳擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象。7）變速器應(yīng)有高的工作效率。8）變速器的工作噪聲低。除以上所述之外，變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求，滿足汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的擋數(shù)、傳動(dòng)比范圍和各擋傳動(dòng)比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。在原變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，再附加一個(gè)箱體，這就在結(jié)構(gòu)變化不大的基礎(chǔ)上，達(dá)到增加變速器擋數(shù)的目的，變速器在傳動(dòng)系統(tǒng)中的布置如圖所示：
圖1.3 變速器在傳動(dòng)系統(tǒng)中位置圖
1.4 機(jī)械式變速器換擋規(guī)律
變速器的換檔規(guī)律是指兩排檔間換檔時(shí)刻變化的規(guī)律，它關(guān)系到動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)各總成潛力的挖掘與整體最優(yōu)性能的發(fā)揮，直接影響車輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，通過性及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力故它是變速器系統(tǒng)控制的核心內(nèi)容，換檔規(guī)律應(yīng)該是單值的，即對(duì)輸入變量的每一組合，僅存在唯一的輸出狀態(tài)---要么升檔或降檔要么維持現(xiàn)狀。
圖1.4 變速器換擋圖
工作狀態(tài)：
1、從低速擋換入高速擋：無同步器的變速器，要在空擋停留片刻，換擋不及時(shí)。
2、從高速擋換入低速擋：無同步器，要用加油門、兩腳離合器等復(fù)雜操作，增加了駕駛員的疲勞。
同步器的功能:保證換擋平順、及時(shí)，操作簡(jiǎn)化、減輕駕駛員疲勞【2】。
1.5 本文的主要內(nèi)容及其重點(diǎn)
對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，就必須對(duì)被試件有充分的了解,只有了解了被試件的結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)電特性及與其他部件的匹配關(guān)系，才能對(duì)試驗(yàn)臺(tái)和被試件的連接及試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，并分析得出試驗(yàn)臺(tái)所需的測(cè)試數(shù)據(jù)以及該如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和分析。就變速器檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)而言，還應(yīng)該了解變速器的故障原因和相關(guān)測(cè)試方法，這樣才能知道何種數(shù)據(jù)是本試驗(yàn)臺(tái)所需測(cè)試、記錄的常規(guī)項(xiàng)目。在整個(gè)課題中，本人的研究?jī)?nèi)容主要是通過對(duì)變速器的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行深入的理解分析，總結(jié)得出變速器臺(tái)架的試驗(yàn)方法(包括試驗(yàn)所需采集數(shù)據(jù)、試驗(yàn)流程等)，然后據(jù)此對(duì)變速器試驗(yàn)臺(tái)的硬件做出了合理的設(shè)計(jì)。
2 變速器試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)和工作原理
本試驗(yàn)臺(tái)主要用于5T07變速器出廠前的試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)其是否能否正常工作，及其故障所在，加以維修，并達(dá)到出廠技術(shù)參數(shù)。
該變速器擋位如圖：
A，B，C，D，E，F(xiàn) 6個(gè)擋位號(hào)可以自由定義。
擋位機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)換擋手柄水平方向的運(yùn)動(dòng)，例如：A→N1，選擋機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)換擋手柄垂直方向的運(yùn)動(dòng)，例如：N1→N0，換擋機(jī)構(gòu)與選擋機(jī)構(gòu)配合可實(shí)現(xiàn)交叉運(yùn)動(dòng)，如A→N1→N0→D。
圖2.1檔變速器檔位圖
手動(dòng)換檔過程要完成松開離合器、換檔、閉合離合器的動(dòng)作和定時(shí)加載。由于松開離合器、換檔、閉合離合器都是在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下工作的，因而每一動(dòng)作命令的發(fā)出都要先檢驗(yàn)其條件是否嚴(yán)格滿足以保證安全。離合器松開的條件為：電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)；換檔的條件為：必須檢測(cè)到離合器已松開；離合器閉合條件為：換檔到位。當(dāng)檔位換到位時(shí)，按該檔位的測(cè)試參數(shù)加載，加載一段時(shí)間就可以測(cè)得變速器的加載能力，加載完畢，將進(jìn)行下一檔位的測(cè)試，在程序中進(jìn)入換檔準(zhǔn)備過程。在換檔準(zhǔn)備過程中，當(dāng)前檔位標(biāo)志更替為下一個(gè)測(cè)試檔位的標(biāo)志，檔位參數(shù)（變比、檔位、加載扭矩、加載轉(zhuǎn)速）更改為下一測(cè)試檔位的參數(shù)。
試驗(yàn)臺(tái)所需測(cè)試的數(shù)據(jù)及測(cè)試步驟決定了其結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)應(yīng)圍繞功能要求而設(shè)計(jì);本章中將介紹試驗(yàn)臺(tái)的方案設(shè)計(jì)、主要結(jié)構(gòu)和工作原理，具體零件設(shè)計(jì)將在其他章節(jié)中詳述。
設(shè)備外形尺寸（臺(tái)體長(zhǎng)×寬×高）：4260 mm×1322mm×2250 mm，機(jī)械部分結(jié)構(gòu)如下：
圖2.2. 總體結(jié)構(gòu)圖
1．多楔帶傳動(dòng) 11.下右輸出軸 21. 變速器 31.外罩
2．反拖電機(jī) 12.多楔帶傳動(dòng) 22.變速器托架 32.床身
3．軸承座 13. 右矩形導(dǎo)軌 23.工件輸送裝置 33.多楔帶傳動(dòng)
4．下左輸出軸 14. 右水平移動(dòng)絲杠 24.上左輸出軸
5．彈性聯(lián)軸器 15. 右移動(dòng)滑臺(tái) 25.液壓缸
6．扭矩傳感器 16. 電磁離合器 26.直線導(dǎo)軌及滑塊
7. 磁粉加載器 17.上右輸出軸 27.左滑臺(tái)
8．多楔帶傳動(dòng) 18. 輸入電磁離合器 28.液壓缸
9．主變頻電機(jī) 19.液壓夾緊裝置 29.摩擦離合器
10．底座 20．輸入軸 30.直線導(dǎo)軌及滑塊
2.1設(shè)計(jì)依據(jù)
1. 實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)項(xiàng)目：
(1) 檢查兩種變速箱的五個(gè)前進(jìn)擋，一個(gè)倒擋狀態(tài)(換擋是否靈活，是否有脫擋現(xiàn)象，是否有卡死現(xiàn)象，換擋是否到位)。
(2) 檢查裝配是否有錯(cuò)裝、漏裝和異物，以及產(chǎn)生的異響。
(3) 各檔換檔試驗(yàn)；變速器加載能力測(cè)試；變速器操縱性能的測(cè)試；換檔力的測(cè)試；噪音測(cè)試；跳檔檢測(cè)；傳動(dòng)效率試驗(yàn)
2 .實(shí)驗(yàn)臺(tái)工藝要求
(1)液動(dòng)夾緊、定位準(zhǔn)確、安全可靠、裝夾方便。
(2)設(shè)備應(yīng)帶離合器和剎車系統(tǒng)。
(3)設(shè)備應(yīng)能對(duì)5T07變速箱五個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋不停機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。
(4)在沒有屏蔽的前提下，用聲級(jí)計(jì)測(cè)出五個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋的噪聲。
(5)試驗(yàn)臺(tái)的輸出軸轉(zhuǎn)速為1000rpm。
(6)設(shè)備噪聲不超過80dB。
2.2 工藝流程
根據(jù)設(shè)備要求，變速箱試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試工藝流程為：
(1)設(shè)備起動(dòng)。
(2)將變速箱放置在試驗(yàn)臺(tái)的托架上。
(3)手動(dòng)打開變速箱的加油孔或空氣過濾口，將加油管頭插入，定量加油。
(4)變速箱前端面的定位銷孔與夾具體上的定位銷配合，同時(shí)變速箱第一軸與試驗(yàn)臺(tái)輸出主軸為花鍵嚙合。
(5)通過控制液壓站，使夾具體上的夾緊油缸工作，油缸拉桿回縮，其壓頭壓緊變速箱體。
(6)計(jì)算機(jī)控制離合器合攏，變速箱同設(shè)備主軸同速運(yùn)轉(zhuǎn)。
(7)檢測(cè)各需被檢測(cè)項(xiàng)目(換擋、剎車過程為模擬汽車駕駛過程)。
(8)試驗(yàn)完畢。手動(dòng)連續(xù)液壓站，使夾緊油缸桿外伸，放松變速箱體，導(dǎo)軌復(fù)位。
(9)擰開變速箱放油口，油經(jīng)接油盤流到試驗(yàn)臺(tái)底座油箱，再回到定量加油機(jī)油箱。
(10)放油完畢，移走變速箱，完成試驗(yàn)。
2.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作原理和組成
工作原理：變速器試驗(yàn)臺(tái)是對(duì)汽車變速器臺(tái)架性能試驗(yàn)和故障分析的系統(tǒng)。變速器試驗(yàn)臺(tái)的基本原理是通過測(cè)量變速器的輸入、出功率 ,然后得到變速器的傳動(dòng)效率。實(shí)現(xiàn)這測(cè)量的過程是 ,通過電機(jī)對(duì)變速器輸入轉(zhuǎn)矩 , 在輸入端安裝扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器 ,測(cè)得輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。在變速器輸出端連接加載器 ,實(shí)現(xiàn)變速器的制動(dòng)。在加載器和變速器之間安裝轉(zhuǎn)矩測(cè)量傳感器 ,測(cè)量輸出轉(zhuǎn)矩。經(jīng)過換算代入測(cè)得的輸入轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)就可以得到輸入功率、輸出功率及傳動(dòng)效率。
該速器試驗(yàn)臺(tái)由機(jī)械平臺(tái)、電控柜、計(jì)算機(jī)控制三部分組成，變速器測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用模塊化結(jié)構(gòu),由變頻電機(jī)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、被測(cè)變速器、磁粉制動(dòng)器，聯(lián)軸器、電氣控制臺(tái)、工控機(jī)及測(cè)試軟件等模塊組成,可實(shí)現(xiàn)對(duì)5T07機(jī)械式變速器的自動(dòng)進(jìn)給、自動(dòng)夾緊等功能；以Labview為軟件開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變頻調(diào)速器、步進(jìn)電機(jī)、磁粉加載器、離合器等的計(jì)算機(jī)控制，以及對(duì)變速器的輸出軸的扭矩、轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量【3】。
結(jié)構(gòu)上分3部分：
（1）主運(yùn)動(dòng)部分：計(jì)算機(jī)→變頻器→電機(jī)→多楔帶→電磁離合器→輸入軸→變速器
（2）加載器部分：計(jì)算機(jī)→工作臺(tái)移動(dòng)→與變速器輸出軸聯(lián)接→輸出軸→多楔帶傳動(dòng)→計(jì)算機(jī)控制磁粉加載器加載
（3）工裝部分：變速器安裝在托架上→工作臺(tái)移動(dòng)→變速器定位→液壓夾緊。
該項(xiàng)目實(shí)際達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)：
1．變速器輸入扭矩最大為85N·m；
2．變速器輸入轉(zhuǎn)速范圍為0~3000r/min；
3．變速器輸出負(fù)載最大為1000N·m；
4．扭矩測(cè)量偏差小于±0.5%；
5．轉(zhuǎn)速測(cè)量偏差小于± 5r/min；
6. 整機(jī)噪聲為75dB。
2.4 臺(tái)體機(jī)械結(jié)構(gòu)形式
變速器試驗(yàn)臺(tái)是一個(gè)集機(jī)、電、液為一體的設(shè)備，本文主要參照汽車實(shí)體變速器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)其工作現(xiàn)狀進(jìn)行了一定的模擬，系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)主要由基本臺(tái)體、主拖動(dòng)電機(jī)(變速器驅(qū)動(dòng)裝置)、反拖電機(jī) 、加載裝置、變速器裝夾機(jī)構(gòu)、臺(tái)架位置調(diào)整機(jī)構(gòu)、傳感機(jī)構(gòu)、輸出傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 、輸入傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。
主要配置要求
1. 各運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)置滿足運(yùn)動(dòng)要求的潤(rùn)滑與防塵，導(dǎo)軌要求貼塑，以減小摩擦力。
2. 旋轉(zhuǎn)部位設(shè)置防護(hù)殼、罩保證安全。
3. 設(shè)備本體是安裝各組件的基礎(chǔ)，應(yīng)采用鑄造結(jié)構(gòu)，充分保證整機(jī)的剛性，并具有減震吸震的功效。
4. 機(jī)床外觀按機(jī)電一體化布局，機(jī)床外觀整齊，美觀大方，管線整齊排列，機(jī)床防銹按照ZBJ50011-89及JB2554-79執(zhí)行；在適當(dāng)位置增加記錄臺(tái)及放置記錄本的物件箱。
2.5 動(dòng)力設(shè)備選擇
常見的驅(qū)動(dòng)裝置有電動(dòng)機(jī)（交流電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)等），測(cè)功機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)，其中用發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，其噪聲較大，對(duì)工作環(huán)境會(huì)產(chǎn)生排放及噪聲污染;發(fā)動(dòng)機(jī)不易調(diào)節(jié)到要求的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與扭矩，目前以電動(dòng)機(jī)使用最為廣泛。因?yàn)樗哂袡C(jī)械特性硬，調(diào)速簡(jiǎn)單，操作方便，并能正反轉(zhuǎn)，能進(jìn)行能量的可逆變換等特點(diǎn)。它除了能做瞬態(tài)試驗(yàn)以外，還大量地被用作振動(dòng)噪音試驗(yàn)，效率試驗(yàn)及大負(fù)荷試驗(yàn)。特別是在振動(dòng)噪音試驗(yàn)及效率試驗(yàn)中，電動(dòng)機(jī)不僅能滿足作為驅(qū)動(dòng)元件的要求，還能在回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，控制精度，響應(yīng)特性，低噪音等方面滿足試驗(yàn)的要求，故動(dòng)力源選電動(dòng)機(jī)。（電機(jī)具體型號(hào)選擇后面章節(jié)將詳述）。
2.6本章小結(jié)
本章建立在對(duì)試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析和了解的基礎(chǔ)上，結(jié)合變速器的實(shí)際檢測(cè)項(xiàng)目，初步擬定試驗(yàn)臺(tái)的工藝流程和設(shè)計(jì)過程，介紹了變速器試驗(yàn)臺(tái)的組成，設(shè)計(jì)工程中要解決的主要內(nèi)容，簡(jiǎn)明地介紹了試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 尤其對(duì)控制系統(tǒng)的機(jī)械硬件組成和功能要求作了介紹。
3 電機(jī)的選擇
選擇電動(dòng)機(jī)的內(nèi)容包括：電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，要確定電動(dòng)機(jī)的具體型號(hào)。
3.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式
電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式要根據(jù)電源（交流或直流）、工作條件、（溫度、 環(huán)境、 空間尺寸等）和載荷特點(diǎn)（性質(zhì) 、大小、 啟動(dòng)性能和過載情況）來選擇。沒有特殊要求時(shí)均應(yīng)選用交流電動(dòng)機(jī)，其中以三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)用的最多。設(shè)計(jì)手冊(cè)表12.1所列Y系列電動(dòng)機(jī)為我國(guó)推廣采用的新產(chǎn)品，適用于不易燃、不易爆 、無腐蝕性氣體的場(chǎng)合，以及要求較好啟動(dòng)性能的機(jī)械。三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、低速轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、節(jié)約電能、工作效率等優(yōu)異的性能,是其它交流調(diào)速方式無法比擬的。故在所設(shè)計(jì)系統(tǒng)中選用該型號(hào)電動(dòng)機(jī)作為系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)【4】。
3.2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量
標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的容量由額定功率表示。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的額定功率。容量小于工作要求，則不能保證工作機(jī)正常工作，或使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載，發(fā)熱大而過早損壞；容量過大則增加成本，并且由于功率和功率因數(shù)低而造成浪費(fèi)。
電動(dòng)機(jī)容量主要由運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，只要其電動(dòng)機(jī)的負(fù)載不超過額定值，電動(dòng)機(jī)便不會(huì)發(fā)熱，通常不必校和發(fā)熱和 啟動(dòng)力矩。所需電動(dòng)機(jī)的功率為 ：
= Kw (式3.2.1)
式中： 為工作機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率，kw；
工作機(jī)所需輸入功率，kw；
電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總參數(shù)。
工作機(jī)所需功率Pw應(yīng)由機(jī)器工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得，例如
= Kw (式3.2.2)
或 pw = Kw (式3.2.3)
式中：F 為工作機(jī)的阻力，N；
v 為工作機(jī)的線速度，m/s；
T 為工作機(jī)的阻力矩，n﹒m；
nw 為工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min；
w 為工作機(jī)的效率 。
總效率按下式計(jì)算：
= 1234﹒﹒﹒﹒n (式3.2.4 )
其中各值分別為傳動(dòng)裝置中每一傳動(dòng)副 ，每對(duì)軸承 ，每個(gè)聯(lián)軸器 ，的效率其概略值見下表：
表3.1
種類
效率η
帶
傳
動(dòng)
平帶無壓緊輪的開式傳動(dòng)
0.98
平帶有壓緊輪的開式傳動(dòng)
0.97
平帶交叉?zhèn)鲃?dòng)
0.90
V帶傳動(dòng)
0.96
聯(lián)
軸
器
凸緣聯(lián)軸器
0.97 ～ 0.99
齒式聯(lián)軸器
0.99
彈性聯(lián)軸器
0.99 ～ 0.995
萬向聯(lián)軸器（α≤3）
0.97 ～ 0.98
萬向聯(lián)軸器（α>3）
0.95 ～ 0.97
滾動(dòng)
軸承
球軸承（稀油潤(rùn)滑）
0.99（一對(duì)）
滾子軸承（稀油潤(rùn)滑）
0.98（一對(duì)）
減
（變）
速器
單級(jí)圓柱齒輪減速器
0.97 ～ 0.98
雙級(jí)圓柱齒輪減速器
0.95 ～ 0.96
行星圓柱齒輪減速器
0.95 ～ 0.98
單級(jí)錐齒輪減速器
0.95 ～ 0.96
雙級(jí)-圓錐齒輪減速器
0.94 ～ 0.95
無級(jí)減速器
0.92 ～ 0.95
3.3確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
同一類型的電動(dòng)機(jī)，相同的額定功率有許多種轉(zhuǎn)速可供選擇。如選用低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，因極數(shù)較多而外廓尺寸及重量較大，故價(jià)格較高，但可使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比及尺寸減小。選用高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)則相反。因此應(yīng)全面分析比較其利弊來選定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
按照工作機(jī)的轉(zhuǎn)速要求和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍，可以推算出電動(dòng)機(jī)的可選范圍：
n = (i1 i2 ﹒﹒﹒in) nw r/min (式3.3.1)
式中： n 為電動(dòng)機(jī)的可選轉(zhuǎn)速范圍, r/min
i1 i2 ﹒﹒﹒in 為各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)范圍
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求:輸入扭矩為:85Nm; 輸入轉(zhuǎn)速為0-3000r/min;反拖電機(jī)功率為:3kw;輸出扭矩為小于1000N.m.取總效率為0.86將原始數(shù)據(jù)帶入式3.2.3
pw = Kw ==31.05 KW
主電機(jī)與輸入軸傳動(dòng)比定為3/10,反拖電機(jī)與輸出軸傳動(dòng)比定為1.其他各級(jí)總傳動(dòng)比設(shè)為0.9,帶入式3-5
n = (i1 i2 ﹒﹒﹒in) nw r/min
得nw = 1111 r/min
根據(jù)以上數(shù)據(jù)查設(shè)計(jì)手冊(cè)表12.1,主電機(jī)選用Y225M-2型,反拖電機(jī)選用Y132M1-6型.表12.3可查得電動(dòng)機(jī)的外形尺寸、中心高、軸伸尺寸、鍵聯(lián)接尺寸、地腳尺寸等參數(shù).
電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)如下表3.2：
電機(jī)型號(hào)
額定功率
KW
額定轉(zhuǎn)速
r/mim
最高轉(zhuǎn)速
r/mim
額定轉(zhuǎn)矩
N.m
Y225M-2
45
2970
3000
Y132M1-6
3
960
1000
反托電機(jī)外形如圖：
圖3.1 反托電機(jī)結(jié)構(gòu)圖
3.4主電機(jī)轉(zhuǎn)速控制
選用一臺(tái)FRENIC5000P11S低噪聲、高性能、多功能變頻器對(duì)主電機(jī)進(jìn)行變速控制。支持輸出功率大于等于45KW。輸出轉(zhuǎn)速在3000r/min范圍內(nèi)可通過簡(jiǎn)易控制面板及通信接口自由控制。在本系統(tǒng)內(nèi)采用通信接口與上位機(jī)通信，上位機(jī)按通信協(xié)議向變頻器發(fā)送轉(zhuǎn)速值。由于變頻器通信口采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，與上位機(jī)的RS232標(biāo)準(zhǔn)之間需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，在變頻器與上位機(jī)間用研華的RS232-485轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接。
3.5本章小結(jié)
本章對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主部件異步電機(jī)的進(jìn)行了選型，對(duì)電機(jī)的容量，轉(zhuǎn)速范圍和電機(jī)的外形尺寸進(jìn)行了確定。對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的各部件提出以下要求：
（1）試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)體現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置的整體性并兼顧各系統(tǒng)的獨(dú)立性。
（2）試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)具有可調(diào)整性和替換性。
（3）試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)保持一定的先進(jìn)性。
4 輸入部件的設(shè)計(jì)
輸入部件與主電機(jī)相連，將動(dòng)力傳輸給工件，使系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。輸入部件主要包括輸入軸、皮帶輪 、摩擦離合器（電樞直接安裝在皮帶輪上）、軸承、及軸承端蓋等 。
4.1輸入軸設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件都要裝在軸上來實(shí)現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，大多數(shù)軸還起著傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。軸要用滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承來支承。
軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較小，較常用。最常用的45鋼，為保證其力學(xué)性能應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。
軸設(shè)計(jì)的主要問題：
在一般情況下軸的工作能力取決于它的強(qiáng)度和剛度。在設(shè)計(jì)軸時(shí)除應(yīng)按工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還需滿足其它一系列的要求，例如：
1）多數(shù)軸上零件不允許在軸上有軸向移動(dòng)，要用軸向固定的方法使它們?cè)谳S上有確定的位置；
2）為傳遞扭矩，軸上零件還要作軸上固定；
3）對(duì)軸與其它零件間有相對(duì)滑動(dòng)的表面應(yīng)有耐磨性的要求；
4）軸的加工、熱處理、裝配、檢驗(yàn)、維修等都應(yīng)有良好的工藝性；
軸的設(shè)計(jì) ：
軸的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力設(shè)計(jì)兩方面的內(nèi)容。
1.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。以下為軸的設(shè)計(jì)過程：
1） 軸上裝配方案：
由右至左依次為：緊固螺母、 皮帶輪、 摩擦離合器、 軸承及軸承端蓋，由此對(duì)各段軸的粗細(xì)順序作初步安排。
2）軸上零件的定位：
為防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。
3）各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定。
2. 零件在軸上的定位和裝拆方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段所需直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所配合的公差【5】。
3. 具體設(shè)計(jì)：
1） 輸入軸上的功率P 轉(zhuǎn)速N 和轉(zhuǎn)矩T
取皮帶傳動(dòng)功率為0.97則
P = PW= 85kw0.97=82.45kw (式4.1.1)
N = 3000r/min
T = 9550000=9550000=270584N.mm (式4.1.2)
2）確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由下表
表4.1
軸常用的幾種材料的[]及A0值
軸的材料
Q235-A20
Q275 35
（1Cr18Ni9Ti）
45
40Cr35SiMn
38SiMnMo 3Cr13
[]/MPa
15～25
20～35
25～45
35～55
A0
149～126
135～112
126～103
112～97
查得A0=112，于是得
dmin = A0 =112mm =33.82 mm (式4.1.3)
輸出軸的最小直徑顯然是最右端螺紋處，摩擦離合器為標(biāo)準(zhǔn)件，取軸與離合器配合處直徑為39mm，螺紋處外徑為30mm。
4.2皮帶型號(hào)的選擇
在帶傳動(dòng)中，常用的有平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)、和同步帶傳動(dòng)等。多楔帶兼有平帶和V帶的優(yōu)點(diǎn)；柔性好，摩擦力大，能傳遞的功率大，并解決了多根V帶長(zhǎng)短不一而使各帶受力不均的問題。所以本系統(tǒng)中采用多楔帶傳動(dòng)。
多楔帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法主要有三種 :
(1) 按帶的強(qiáng)度條件設(shè)計(jì) ;
(2) 按帶傳動(dòng)的滑動(dòng)曲線設(shè)計(jì) ;
(3) 按保證不打滑并具有一定的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
目前我們大多采用第三種方法，多楔帶主要用于傳遞功率較大而結(jié)構(gòu)要求較緊湊的場(chǎng)合，傳遞比可達(dá)10，帶速可達(dá)40m/s。
多楔帶的主要結(jié)構(gòu)如下：
1.1頂層纖維
由帆布和橡膠粘合而成，其作用是保護(hù)張力線、橫向支撐、承受張緊輪的摩擦。
1.2張力線
由合成聚脂纖維制成，其作用是承擔(dān)多楔帶的主要拉力。
1.3底層橡膠
由橫向和徑向纖維組成的膠料構(gòu)成，作用是傳遞摩擦力、承受橫向壓力。
其實(shí)體及部分規(guī)格如下表4.2所示：
型? 號(hào)
楔 距 Pb
帶 高 h
楔 角 a°
PH
1.6
3
40°
PJ
2.34
4
40°
PK
3.56
6
40°
PL
4.7
10
40°
PM
9.4
17
40°
多楔帶又可分為PH型、PJ型、PK 型、PL型及PM型，本系統(tǒng)均選用PL系列多楔帶：楔 距 Pb = 4.7mm 帶 高 h = 10mm 楔 角 a°= 40°
4.3 皮帶的設(shè)計(jì)
現(xiàn)在普遍采用的多楔帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序?yàn)椋?.根據(jù)附件傳遞功率確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率；2.根據(jù)附件性能和允許轉(zhuǎn)速來選定帶輪的最佳直徑，從而確定帶速和傳動(dòng)比；3.確定帶的有效長(zhǎng)度和包角；4.計(jì)算帶的緊邊張力，松邊張力，確定預(yù)張緊力；5.確定楔數(shù)【6】。
設(shè)計(jì)功率P d = = 1.082.45=82.45kw (式4.3.1)
選取帶輪有效直徑均為160mm。
帶速 V = = 26 ≤ Vmax (式4.3.2)
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查的Vmax = 30m/s故符合要求。
帶每楔傳遞的功率P1選取3.71kw。
帶的楔數(shù)計(jì)算公式為z = =7.75 (式4.3.3)
帶的楔數(shù)取為8。
多楔帶傳動(dòng)的預(yù)緊力表4.3：
型號(hào)
J
L
M
預(yù)緊力
(2~4.8)z
(5.5~15)z
(21~60)z
對(duì)于PL型楔帶預(yù)緊力根據(jù)上表確定為：
=（5.5~15）z=44~120N，取=100N (式4.3.4)
軸上載荷Fr = （F1+F2）sin （1250+250）1=1500N.m (式4.3.5)
帶選為8PL2240型。
楔帶包角
撓性次數(shù)：u ，1/s
其中，m為帶輪數(shù)，v帶速 m/s , 為楔帶長(zhǎng)度，=6~10
帶厚： ，mm 按標(biāo)準(zhǔn)系列取為4.8，膠布層數(shù)為4.
帶寬 b ,mm
按膠布層數(shù)為4，選取傳動(dòng)帶寬度為b=80mm..
帶的截面積：A ，， (式4.3.6)
為工作情況系數(shù)，按下表選取4.4：
載荷情況
載荷平穩(wěn)
載荷變動(dòng)小
載荷變動(dòng)較大
載荷變動(dòng)很大
系數(shù)值
1
1.1
1.2
1.3
為單位面積所能傳遞的功率，； ,包角，，計(jì)算得出單位面積所能傳遞的功率=4.4
為包角系數(shù)，時(shí)，=1.00
確定依據(jù)：1.傳動(dòng)形式為簡(jiǎn)單開口傳動(dòng)；2.兩輪軸心連線與水平線交角為。
確定=1.00
=1022
4.4帶輪型號(hào)的選擇
設(shè)計(jì)帶輪時(shí) ,應(yīng)使其結(jié)構(gòu)便于制造 ,質(zhì)量分布均勻 ,質(zhì)輕 ,并避免出現(xiàn)由于鑄造而產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。
帶輪有三部分：輪緣（安裝傳動(dòng)帶）；輪轂（安裝在軸上）；輪輻或腹板（連接輪緣和輪轂）。帶輪有如下圖幾種形式：實(shí)心式、腹板式、孔板式、及輪輻式等。帶速小于30m/s的傳動(dòng)帶，其帶輪一般選用HT200制造。
圖 4.1 帶輪的常見形式
帶輪型式選擇的一般規(guī)則是 :當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑D = (2. 5 ～ 3) d 范圍時(shí)可采用實(shí)心式;當(dāng)基準(zhǔn)直徑 D < 300mm 時(shí) ,可采用腹板式 ;當(dāng)基準(zhǔn)直徑 D -d > 100mm 時(shí) ,可采用孔板式 ; 當(dāng)基準(zhǔn)直徑 D >300mm 時(shí) ,可采用輪輻式。在結(jié)構(gòu)上帶輪應(yīng)易于制造，能避免由于鑄造而產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力，重量要輕。帶輪工作表面要保證適當(dāng)?shù)拇植诙戎担悦夂芸彀褞摹?
本機(jī)械系統(tǒng)根據(jù)輸入的設(shè)計(jì)參數(shù) ，此處選用實(shí)心帶輪，具體參數(shù)為：有效直徑250mm，帶輪孔徑66mm，輪槽數(shù)：8，有效直徑偏差0.15徑向圓跳動(dòng)0.25，端面圓跳動(dòng)0.32，輪槽工作表面粗糙度3.2μm，離合器帶輪有效直徑160mm，輪孔內(nèi)裝有軸承，根據(jù)軸承參數(shù)帶輪內(nèi)徑選為68mm。
4.5摩擦離合器的型號(hào)選擇
離合器控制的好與壞,決定汽車起步、換擋過程的品質(zhì)。實(shí)現(xiàn)離合器的最佳控制可以減小傳動(dòng)系統(tǒng)零部件沖擊,提高其使用壽命與乘坐舒適性。摩擦離合器是應(yīng)用得最廣也是歷史最久的一類離合器，它基本上是由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。主、從動(dòng)部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳動(dòng)動(dòng)力的基本結(jié)構(gòu)，而離合器的操縱機(jī)構(gòu)主要是使離合器分離的裝置。
圖4.2 徑向杠桿式多摩擦片離合器技術(shù)參數(shù)及外形尺寸
徑向杠桿式多摩擦片離合器的主要技術(shù)參數(shù)和尺寸參考系列???? /mm
許用轉(zhuǎn)矩[T]/N·m
形式I
形式II
20
40
80
160
200
320
450
640
900
1400
2300
軸徑dmax
15
22
32
45
45
48
60
68
70
80
100
尺寸
D
d1
a
a1
l
l1
c
E
m
B
B1
70
35
45
55
56
25
37
28
4
18
10
90
50
60
75
83
60
35
46
6
24
10
100
60
70
85
83
35
60
46
6
24
10
125
72
85
100
98
50
70
52.5
10
32
15
135
72
85
100
98
50
70
52.5
10
32
15
150
72
85
100
108
50
76
58
10
32
15
170
102
120
140
148
70
103
77.5
13
50
26
195
102
120
140
148
70
103
76
13
50
26
210
102
120
140
175
80
125
94
15
50
26
260
120
145
170
205
80
148
111
15
55
26
315
153
175
205
230
90
160
119
20
70
30
摩擦面對(duì)數(shù)z
6
10
10
10
8
10
10
8
10
6
6
摩擦面直徑
外徑
54
67
78
98
108
123
141
162
178
225
270
內(nèi)徑
34
50
60
72
78
84
102
118
132
155
189
接合力/N
100
120
180
250
250
300
300
350
400
700
900
壓緊力/N
1260
1430
1940
3250
9000
6250
6900
10400
10800
20500
27600
??? ①接合力指加壓環(huán)的軸向推力。
4.6鍵的選擇計(jì)算
鍵的主要失效形式為工作面被壓潰。
輸入軸的鍵的校核：
高速輸入軸開鍵槽處直徑為32mm，選擇鍵12X28，鍵長(zhǎng)取28mm
鍵的強(qiáng)度校核：
σp = == 47.43Mpa
[σp] = 50-60 Mpa
所以滿足要求。
4.7本章小結(jié)
本章在對(duì)皮帶和帶輪類型進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件楔帶和帶輪進(jìn)行了選型，對(duì)其安裝配合進(jìn)行了計(jì)算匹配，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)前端多楔帶附件傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作，介紹了多楔帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序，即設(shè)計(jì)功率、帶速和傳動(dòng)比、帶的有效長(zhǎng)度和包角、帶的楔數(shù)的確定；介紹了多楔帶布置方案，多楔帶的面積，多楔帶輪系的共面要求等。
5 輸出部件的設(shè)計(jì)
輸出部件于工件輸出軸相連，起傳輸和消耗動(dòng)力的作用。根據(jù)前置試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)，采用左右軸輸出。輸出部件包括上傳輸軸、離合器、花鍵軸、皮帶輪、下傳動(dòng)軸、負(fù)載、軸承及使外花鍵軸移動(dòng)的動(dòng)力裝置（左側(cè)位移較大，采用液壓傳動(dòng)；右側(cè)位移較小采用螺旋副傳動(dòng)）【8】。
5.1軸承類型的選擇：
軸承是支承軸頸的部件，滑動(dòng)軸承一般用在重載、有潤(rùn)滑的條件下。本實(shí)驗(yàn)裝置重量大、在空載下運(yùn)轉(zhuǎn)而且只用油脂潤(rùn)滑所以采用滾動(dòng)軸承。
滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)：1）在一般工作條件下，摩擦阻力矩大體和液體動(dòng)力潤(rùn)滑相當(dāng)，采用它機(jī)器啟動(dòng)力矩小； 2）徑向游隙比較??； 3）對(duì)于同尺寸的軸頸，滾動(dòng)軸承的寬度要比滑動(dòng)軸承的小，可使機(jī)器的軸向結(jié)構(gòu)緊湊；4）大多數(shù)滾動(dòng)軸承能同時(shí)受徑向和軸向載荷，軸承組合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。5）消耗潤(rùn)滑劑少，便于密封、易于維護(hù)；6）不需要用有色金屬；7）標(biāo)準(zhǔn)化程度高成批生產(chǎn)，成本低。
滾動(dòng)軸承的缺點(diǎn)：1）承受沖擊載荷能力差；2）高速重載下軸承壽命低；3）振動(dòng)及噪聲較大；4）徑向尺寸比滑動(dòng)軸承大。
根據(jù)常用滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)、類型和性能以及選擇軸承時(shí)必須了解軸承的工作載荷、轉(zhuǎn)速及其它使用要求選擇，選用原則：
（1）速較高、載荷較小、要求旋轉(zhuǎn)精度高時(shí)易選用球軸承；載荷大或有沖擊載荷時(shí)選用滾子軸承。
（2）軸承在受徑向和軸向載荷時(shí)一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；若徑向載荷較大，軸向載荷小可選用深溝球軸承；當(dāng)軸向載荷較大徑向載荷較小時(shí)，可采用推力角接觸球軸承。
本設(shè)計(jì)中軸、軸承受軸向力不大，所以選較常用的深溝球軸承。主承受徑向載荷也可承受一定的雙向的軸向載荷。（具體型號(hào)在各軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可見）。
為了最大限度降低整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)架的振動(dòng)，減小測(cè)量誤差，軸承采用彈性軸承座支撐，它由內(nèi)圈和外圈組成，內(nèi)，外圈之間通過筋板連接，筋板是彈性軸承座的主要變形吸振部位。
5.2上傳輸軸的設(shè)計(jì)
根據(jù)該軸的工作需求，將其分為三部分，第一部分為與帶輪輸出軸直接連接的內(nèi)花鍵軸，第二部分為外花鍵軸，第三部分為外花鍵軸。
1.輸出軸上的功率P 轉(zhuǎn)速N和轉(zhuǎn)矩T
T = 9550000
T = 1000000 N.mm
n = 3000r/min
P == =314.136kw (式5.2.1)
2 .確定軸的最小直徑：
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表3.1
查的A0=112，于是得：
dmin = A0 =112mm =59.78 mm
3.上傳輸軸左部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（由右至左）：
1）第一節(jié)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（由右至左）：
第一 二段軸肩為1.5mm；二三段軸肩高度為1.5mm，二段與六段安放軸承，軸徑為68mm，因主要承受徑向載荷，所以軸承選用滾動(dòng)軸承中的深溝球軸承，其代號(hào)為6314。軸承采用軸肩定位，查表的其軸肩高度為6mm，故第五段軸徑為70mm。最右段與摩擦離合器相連取其軸徑為60mm,。 取軸端倒角為245，各軸肩處圓角半徑為1mm。
圖 5.1
2) 第二節(jié)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（由右至左）：
軸的最右端與摩擦離合器聯(lián)接，直徑為60mm，此段軸配合軸承選用深溝球軸承，型號(hào)為6314。根據(jù)其裝配要求第二段軸徑為68mm，長(zhǎng)為60mm；第三段軸徑為70mm，軸長(zhǎng)56mm；第四段軸徑為84mm，軸長(zhǎng)80mm；第五段軸徑70mm，軸長(zhǎng)54mm；第六段軸徑68mm，軸長(zhǎng)60mm；第七段為花鍵軸，其工作時(shí)于內(nèi)外花鍵軸接合長(zhǎng)度為100mm，當(dāng)換工件時(shí)向左移動(dòng)200mm的距離，故其總長(zhǎng)為300mm.
圖5.2
對(duì)花鍵軸段的校和：
(式5.2.2)
該花鍵為空載下移動(dòng)的動(dòng)聯(lián)接，齒面未經(jīng)熱處理，使用和制造情況中等，[P]值為20～30MP ，計(jì)算結(jié)果在其范圍內(nèi)，故校和結(jié)果滿足強(qiáng)度要求。
軸承壽命的校核計(jì)算：
軸承壽命是指軸承的一個(gè)套圈或滾動(dòng)體的材料出現(xiàn)第一個(gè)疲勞擴(kuò)展跡象前，一個(gè)套圈相對(duì)于另一個(gè)套圈的總轉(zhuǎn)數(shù)，或在某一轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)【9】。
壽命計(jì)算公式
式中：P——當(dāng)量動(dòng)載荷，單位為N；
C——基本額定動(dòng)載荷，單位為N；
n——軸的轉(zhuǎn)速，單位為t/min;
——溫度系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16-9，取=0.95
——載荷系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16-10，取=1.5
ε——壽命系數(shù)，對(duì)于球軸承ε=3，對(duì)于滾子軸承ε=10/3。
6314型深溝球軸承的基本尺寸：d=70, D=150, B=35, =82，=138，基本額定載荷：=71.8，=36.3；極限轉(zhuǎn)速：4300r/min(脂潤(rùn)滑)，5000 r/min(油潤(rùn)滑)。
圖5.3
（1）求軸承所受載荷
軸承1：
徑向載荷 由力矩平衡得
軸向載荷 兩軸承用雙固定式支承結(jié)構(gòu)，指向軸承2，由軸承2承受；軸承1則不承受軸向載荷，即
軸承2：
徑向載荷 由力平衡得
軸向載荷 ，軸承2承受載荷遠(yuǎn)大于軸承1，故應(yīng)按軸承2計(jì)算。
根據(jù)題意選6314型深溝球軸承，其基本尺寸：內(nèi)徑為70mm，中系列深溝球軸承，正常寬度系列，正常結(jié)構(gòu)，0級(jí)公差，0組游隙。
查手冊(cè)，。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材或手冊(cè)中的徑向系數(shù)和軸向系數(shù)表，，應(yīng)用線性內(nèi)插法求，
，取，
，故6314軸承合適。
3) 第三節(jié)軸的設(shè)計(jì)：
第三段軸外需配合軸承，選用深溝球軸承，其代號(hào)為6318，軸肩高度為7mm。根據(jù)該軸承的配合要求，確定第一段軸的外徑定為81mm，第二段軸徑為90mm，第三段軸徑為104mm ，第四段軸徑為90mm，第五段軸徑為88mm，第六段與皮帶輪配合其直徑為66mm，皮帶輪的夾緊定位方式右側(cè)為軸肩定位，左側(cè)為圓螺母定位。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下示：
圖 5.4 輸出軸
當(dāng)軸的強(qiáng)度和剛度相同時(shí)，顯然，空心軸的外徑比實(shí)心軸要稍大一些。在計(jì)算時(shí)，可將傳遞功率乘上一個(gè)系數(shù)，以考慮空心軸外徑的增加。這個(gè)系數(shù)和軸的內(nèi)徑和外徑比有關(guān)，可參考下表5.1：
內(nèi)外徑之比
0.5
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
功率的計(jì)算系數(shù)
1.07
1.16
1.22
1.32
1.46
1.7
d/Dmin = 62mm/88mm= 0.7045
則功率計(jì)算系數(shù)選為1.32
dmin = A0 =112mm =57.908 mm (式5.2.3)
81mm>57.908mm
故滿足強(qiáng)度要求。
4) 左輸出軸部分第二段軸在工件拆卸時(shí)采用液壓為動(dòng)力源，使其向左移動(dòng)200mm的距離。
5.3 左驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)液壓缸的選取
液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算：
外部載荷P = M g f
M：導(dǎo)軌滑塊重量與導(dǎo)軌上物體的總重；（左側(cè)導(dǎo)軌上有外花鍵軸1重16.5kg，輸出軸2重16.3kg，摩擦離合器重11.9kg，兩個(gè)軸承座組件重80kg，滑臺(tái)板重54kg，墊塊60kg）。
M = 16.5 + 16.3 + 11.9 + 80 + 54 + 60
= 238.7kg
g = 9.8N/kg
f為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)0.15
則 P = M g f
= 238.7 9.8 0.15
= 350.89N
行程要求：
實(shí)現(xiàn)最大進(jìn)給200mm依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用DG-J34C-E1L型液壓缸，液壓缸最大行程為250mm，內(nèi)徑d=72mm，推桿直徑為24mm，工作壓力0.25MPa，推力907N ，拉力為765N
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