536 液壓機械傳動開式試驗臺設計（有cad原圖+文獻翻譯）

536 液壓機械傳動開式試驗臺設計（有cad原圖+文獻翻譯）,536,液壓機械傳動開式試驗臺設計（有cad原圖+文獻翻譯）,液壓,機械傳動,試驗臺,設計,cad,原圖,文獻,翻譯 液壓機械傳動開式試驗臺設計 摘要 燃油經(jīng)濟性和較少的有害氣體排放和日益增大的舒適性等要求是現(xiàn)代汽車十分重要的研究課題. 液壓機械差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)是利用液壓機械無級傳動原理，將液壓傳動與齒輪傳動恰當組合的一種新型封閉雙功率流傳動機構(gòu)。本文介紹了機——電——液一體化動態(tài)仿真試驗臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能特點。討論了系統(tǒng)的動態(tài)性能及恒轉(zhuǎn)速控制的原理和基本規(guī)律。對部分試驗和理論結(jié)果進行了分析和研究,分析了車輛動力傳動試驗臺機械測功器的結(jié)構(gòu)和工作原理，提出了機械測功器的控制方案，并進行了仿真計算。針對已有機械傳動系統(tǒng)試驗臺存在的局限性提出了適合于不同傳動形式及測試要求的多功能試驗臺的設計思路，對所涉及的多功能試驗臺的組成和工作原理進行了分析討論，給出了不同組合形式時試驗臺結(jié)構(gòu)及測試控制方法。計算表明，合理的選擇可以使測功器獲得較好的動態(tài)特性。試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、加載方便、節(jié)能效果顯著，滿足了設計的要求。 關鍵詞： 車輛傳動,動力傳動試驗臺,性能分析,慣量模擬 Structure and performance Analysis of the Dynamic Simulation Bench for Vehicle Transmission System ABSTRACT To satisfy the demand for greeted fuel economy, fewerem jssion and enhanced comfort, which are very important themes for modern automat boilers.The bydro-mechanical differential turning mechanism using hydro-mechanical infinite transmission theory is the new close double flow transmission mechanism being suitably made up of hydraulic transmission and gear transmission.This paper introduces the structure and performance characteristics of an integrated electro-hydro-mechanical control system of the dynamic simulation bench for vehicle transmission. The dynamic performance and the theory and basic law of the constant speed control are discussed.Some theoretical and experimental results are analyzed.The construction and working principles of a power-trans mission test bench and a mechanical dynamometer analyzed .Control policy about the mechanical dynamometer is described,then the matching method of the control system and the pivotal parameter are gained. Dynamic analysis of this model is finally demonstrated in detail。This paper analyses and discusses both composition of the multifunction test and operating principle,and presents test, method of cont to and structures of various combining test .A design idea of multifunction test bed is put forward which is suitable for different driving form and test requirement.The test results show that system runs steadily,saves energy remarkably,loads conveniently, andsatisfies requirement of design。 Keywords: Vehicle transmission，Test bench，Performance analysis，Inertia simulat 前 言 近幾年來，我國的工程車輛工業(yè)發(fā)展迅猛，而隨著汽車工業(yè)的崛起也伴隨著對于產(chǎn)品的實驗與檢測手段的落后。尤其是目前，我國制造汽車尚在起始階段，還不成熟.但作為經(jīng)濟發(fā)展支柱的汽車工業(yè)，必然要在當今技術(shù)潮流中疾進，而以后汽車傳動系統(tǒng)發(fā)展方向是以自動變速器技術(shù)（自動變速器和液壓機械轉(zhuǎn)向裝置）為核心，所以為了給汽車自動傳動產(chǎn)品完善設計理念、交檢產(chǎn)品性能，控制產(chǎn)品的質(zhì)量，提高汽車的品質(zhì)，勢必對其零部件提出更高更嚴格的要求。傳動系是汽車實現(xiàn)發(fā)動機動力輸出到行駛的必須系統(tǒng)，變速器是汽車傳動系中一個重要總成，為了對變速器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和零部件的性能、壽命進行測試和分析。為產(chǎn)品設計與質(zhì)量評價提供可靠的科學依據(jù)，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量；避免在用戶使用中出現(xiàn)質(zhì)量問題，減少售后服務的工作量，節(jié)約資金，降低成本，提高產(chǎn)品的市場信譽度。所以傳動系統(tǒng)試驗臺的研究將為汽車、拖拉機的新技術(shù)改造提供試驗平臺，有力推動農(nóng)業(yè)機械行業(yè)科研水平的提高具有特別重要的意義。 車輛傳動系是車輛的重要組成部分，其作用不僅是為了實現(xiàn)減速（或者增速）、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運動傳遞路線、使各運動構(gòu)件協(xié)調(diào)配合工作；同時還把原動機輸出的功率和轉(zhuǎn)矩傳遞到驅(qū)動輪、或者其它執(zhí)行機構(gòu)上克服行駛阻力或工作阻力而做功。實現(xiàn)傳動路線、傳動方向的轉(zhuǎn)換和傳遞動力是車輛傳動系的兩個基本任務。 1傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹及功用 傳統(tǒng)的履帶式車輛傳動系和汽車傳動系相似，主要由用于切斷動力的離合器、變換檔位的變速器、起主要減速作用的主減速器、起差速作用的差速器、輪邊差速及用于轉(zhuǎn)向的輪邊制動器組成；現(xiàn)代履帶車輛傳動系不斷采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年的發(fā)展和改進，逐步形成了現(xiàn)代履帶車輛傳動系。現(xiàn)代履帶車輛傳動系，將液壓機械無級變速傳動技術(shù)應用于變速機構(gòu)取代了原來的離合器與固定軸式齒輪箱組成的變速機構(gòu)，其中以雙（多）功率流多段無級變速傳動為代表；差速及轉(zhuǎn)向裝置由液壓機械復合轉(zhuǎn)向取代，形成主要由行星排和液壓馬達、液壓泵組成的液壓機械連續(xù)無級傳動的復合轉(zhuǎn)向。 液壓機械無級變速傳動以液壓機械式無級自動變速器(HMT)為主，主要由多檔自動變速器、液壓變量泵和定量馬達構(gòu)成的液壓變速裝置、將機械和液壓動力合成的行星齒輪機構(gòu)三部分構(gòu)成。液壓機械傳動是一種液壓功率流與機械功率流并聯(lián)的新型傳動形式，通過機械傳動實現(xiàn)傳動高效率，通過液壓傳動與機械傳動相結(jié)合實現(xiàn)機械傳動無級變速。與傳統(tǒng)的機械式變速器相比，液壓機械式無級自動變速器有以下特點： ①能自動適應負荷和行駛阻力的變化，實現(xiàn)無級調(diào)速，保證發(fā)動機工作在最佳工作點，有利于提高其動力性、燃油經(jīng)濟性和工作效率。 ②以液體為傳力介質(zhì)，使傳動系動載大為減輕，易防止超載和發(fā)動機熄火，可大大提高有關零部件的壽命，對工作條件惡劣的農(nóng)業(yè)機械和工程機械尤為重要。 ③行駛平穩(wěn)，能吸收衰減振動、沖擊和噪聲，提高乘坐舒適性。 ④能以很低的車速穩(wěn)定行駛，可提高壞路上的通過性和低速作業(yè)質(zhì)量。 ⑤操作輕便，便于實現(xiàn)換檔自動化，降低駕駛員勞動強度。 ⑥體積小，重量輕，慣性小，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料，易于布置。 國外實際試驗資料表明：裝備無級自動變速器的拖拉機的作業(yè)性能顯著提高，不僅能降低操作強度，提高車輛作業(yè)速度，改善作業(yè)質(zhì)量，而且可以大幅度提高拖拉機的動力性和燃油經(jīng)濟性，統(tǒng)計對比數(shù)據(jù)表明生產(chǎn)效率提高12～16%，燃油消耗率降低8～10%，具有明顯經(jīng)濟性，并減少了排放。 有此可見液壓機械無級變速傳動系統(tǒng)有著很廣闊的市場，它不僅提高了工作效率，而且改善了駕駛員工作的環(huán)境。車輛傳動試驗臺是對車輛傳動系的主要傳動部件和裝置變速器、差速與轉(zhuǎn)向部件等進行綜合性能測試的試驗設備。通過試驗來檢驗傳動裝置設計的合理性，加工、制造、裝配和調(diào)試的工藝性。對試驗結(jié)果的深入分析有助于了解和評定傳動部件和裝置的綜合機械性能，同時也為工程設計人員提供實踐的參考資料和設計依據(jù)。隨著車輛傳動系向高速比、大功率、低噪聲等方向的飛速發(fā)展，人們對于車輛傳動系的性能提出了更高的要求，因此，對傳動試驗臺的深入研究具有重要的實際應用意義。 2 國內(nèi)外的現(xiàn)狀 國外很早就開始了這方面的研究，如除美國Gleason公司在五十年代就設計出的用輪系作為加載系統(tǒng)的傳動試驗臺的方案之外，比較著名的還有美國國家航空航天局(NASA)下屬的Lewis研究中心、前蘇聯(lián)中央機械制造與設計研究院、美國通用動力公司、德國RENK公司、日本明電舍動力公司、日本豐田汽車公司、美國伊利諾斯大學機械工程系、法國Skoda公司等。從試驗臺方案的設計到最終的樣品制造他們都進行了大量的研究工作，形成了系列化的設計模式。 從國內(nèi)來看，對于傳動試驗臺的研究起步相對較晚，始于八十年代初期，國內(nèi)較早從事這方面研究工作的單位有北京理工大學、重慶大學、鄭州機械研究所、長春汽車研究所等單位。他們先后建立起了各種形式的傳動試驗臺，這些試驗臺的建立從理論上和實踐上都取得了很大的進步，積累了豐富的經(jīng)驗，代表著我國機械傳動試驗設備的發(fā)展水平。 國內(nèi)外對機械傳動測試系統(tǒng)大多是采用傳統(tǒng)固定式的實驗室測試系統(tǒng)，而外國的一些數(shù)據(jù)采集/處理系統(tǒng)，其基本通道64路，可擴展到2048路。對于多路信號，通過軟件控制，采用數(shù)據(jù)串、并行傳輸方式，實現(xiàn)高速采樣。此類系統(tǒng)一般都建立在專用硬件和軟件基礎上，系統(tǒng)龐大、昂貴，硬、軟件的技術(shù)支持及維護高度依賴于供應商。國內(nèi)的許多大學及科研機構(gòu)也開發(fā)了具有一定功能的機械傳動測試系統(tǒng)，如機械傳動多功能試驗臺等。這些測試系統(tǒng)的開發(fā)填補了國內(nèi)機械傳動測試領域的空白。 總體分析，目前，國內(nèi)傳動性能試驗臺還停留在人工水平上，雖在市場上有著各具特色的傳動系統(tǒng)實驗臺，但是仔細分析就不難發(fā)現(xiàn)，都存在著一個共同的特點：自動化程度低；人機界面不友好，測試過程中依賴于測試者的經(jīng)驗；無法模擬實際工況對各種機械傳動產(chǎn)品性能的影響, 由于測試對象的多樣性和復雜性，在沒有對測試對象的動態(tài)特性進行系統(tǒng)和理論分析，不可能適用于所有機械傳動設備。這樣就使試驗數(shù)據(jù)準確性難以保證。 3 簡單介紹設計研發(fā)的試驗臺 常見的車輛傳動試驗臺一般都由驅(qū)動裝置、加載裝置、測量裝置，被試裝置等四部分組成，其基本組成見圖1-1。試驗動力由驅(qū)動裝置發(fā)出，經(jīng)測量裝置、被試裝置傳遞到加載裝置。測量裝置用來測量出動力傳遞過程中的一些基本機械參量，主要有轉(zhuǎn)速、扭矩，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后可得到系統(tǒng)的功率、效率等。通常用作驅(qū)動裝置的有發(fā)動機、電動機等；用作測量裝置的為轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器；用作加載裝置的有齒輪箱、發(fā)電機、液壓缸、磁粉制動器、電渦流測功機等。 驅(qū)動裝置→測量裝置→被測裝置→測量裝置→加載裝置 圖A 傳動試驗臺的基本構(gòu)成 機械傳動試驗臺從工作原理上可以分為：開放功率流式試驗臺和封閉功率流式試驗臺。 3.1 開式試驗臺原理和結(jié)構(gòu) 開式試驗臺組成原理如圖1-2動力傳動試驗臺主要由原動機、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、傳動裝置、電渦流測功機、慣量裝置、機械測功機、試驗臺監(jiān)控系統(tǒng)等設備組成。原動機（內(nèi)燃機或電動機）和傳動裝置是車輛原有的動力傳動裝置在試驗臺上的再現(xiàn)，是試驗臺的被試設備；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器用來測量試驗臺的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩；慣量裝置用于模擬車輛加減速過程中所受到的慣性力；機械測功器和電渦流測提供制動力矩；試驗臺監(jiān)控系統(tǒng)用以完成試驗臺的控制和試驗數(shù)據(jù)的采集和分析。 原動機→轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器→傳動裝置→轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器→電渦流→慣量裝置↓ ↓ ↑ ↑ ↓ → 測量裝置 → ↑ → → → → → 控制系統(tǒng) → → → → → → → → 圖B 開式試驗臺原理圖 3.2 閉式試驗臺原理和結(jié)構(gòu) 閉式試驗臺根據(jù)能量循環(huán)形式可分為電封閉式試驗臺（如圖1-3所示）和機械封閉式試驗臺（如圖1-4所示）兩種：電封閉式試驗臺機械部分與開式試驗臺相似，但其負載裝置必須是電機，即負載電機成為發(fā)電機，所發(fā)電流經(jīng)過控制系統(tǒng)反饋到驅(qū)動電機或輸入電網(wǎng)，以達到能量循環(huán)的目的（所謂“閉式”即是指功率或能量封閉循環(huán)）。電封閉式試驗臺從原動機發(fā)出的功率可以部分地反饋回原動機，既達到了加載的目的，又實現(xiàn)了節(jié)能。機械封閉式試驗臺的能量主要在傳動箱、陪試裝置、被試裝置、加載裝置之間流動，原動機所消耗的功率主要用于克服系統(tǒng)中摩擦損失所消耗的功。該種形式的試驗臺是目前國內(nèi)汽車變速器及驅(qū)動橋齒輪實驗中應用最多的試驗臺。 驅(qū)動裝置 傳感器 被試裝置 傳感器 加載裝置 測量裝置 控制系統(tǒng) 能量回饋 圖C封閉式試驗臺組成原理圖 原動機 傳 動 箱 傳 動 箱 陪試裝置 被試裝置 加載裝置 圖D機械封閉式試驗臺基本組成 有以上試驗臺結(jié)構(gòu)結(jié)合本次設計，分析可得如下注意事項和設計時主要遇到的問題： ⑴ 聯(lián)軸器的選擇和參數(shù)匹配； ⑵ 扭矩傳感器的選擇； ⑶ 電渦流測功機的選擇； ⑷ 慣性飛輪組的選擇； ⑸ 升速箱的設計： ① 升速箱結(jié)構(gòu)的選擇； ② 升速箱傳動比的確定； ③ 齒輪參數(shù)的確定； ④ 軸與齒輪的強度校核以及軸承的選定與壽命校核。 第一章 性能試驗臺的結(jié)構(gòu)分析 1 建立試驗臺的依據(jù) 參照中華人民共和國汽車行業(yè)標準中JB 3987-85《汽車機械式變速器臺架試驗方法》、《小客車及卡車自動變速器試驗規(guī)范》、JB3784-84《汽車轉(zhuǎn)向臺架試驗方法》和雙流傳動多段式自動變速器傳動特點，為從事開發(fā)、設計傳動系提供一種通用性強、操縱簡單、成本低、精度及自動化程度高、檢測速度快的實驗系統(tǒng)。 2 設計試驗臺功能目的 根據(jù)國家標準與傳動系裝車需要完成的性能試驗，本傳動試驗臺需要具備的功能如下： （1）能用于200馬力以下的工程機械、拖拉機和汽車傳動系試驗，能對雙流無級變速裝置進行檢測，并實現(xiàn)動態(tài)加載。 （2）由計算機操縱控制，具有模擬車輛行駛中的道路阻力等阻力特性，模擬拖拉機－農(nóng)具機組農(nóng)業(yè)作業(yè)的隨機過程的能力。 （3）具有高度的自動化水平，能自動完成傳感器標定，自動完成選定試驗，實時控制，實時顯示或打印轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、油溫、油壓、油耗等，自動繪制出被測變速器在模擬試驗中的有關動態(tài)特性曲線和換擋過程曲線。 （4）顯示與控制界面友好，便于操作。 3 試驗臺測定參數(shù) （1）傳動效率與輸出速度關系曲線； （2）扭矩比與輸出速度曲線； （3）輸入速度與輸出速度曲線； （4）輸出扭矩與輸出速度曲線； 試驗中需測取的參數(shù)主要有：變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，傳動系輸出軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，測功機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩 4 系統(tǒng)的設計 4.1 方案的比較與選擇 目前，機械傳動試驗臺加載方式主要分為兩大類：開放式和封閉式。封閉式有分機械封閉和電封閉兩類。 開放式方案與封閉方案比較：，封閉式試驗臺加工量大，能量可以回饋但傳動效率不高，且結(jié)構(gòu)復雜在運轉(zhuǎn)中載荷的改變不易實現(xiàn)，力矩不易控制試驗性能不夠穩(wěn)定；開放式試驗臺，系統(tǒng)輸入的試驗功率耗能比較大，能量不宜回收，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低可以滿足一般要求不高的性能試驗。故此次設計選用系統(tǒng)方案為開式試驗臺。 4.2系統(tǒng)框圖和原理 1-1開式試驗臺原理圖 4.3 試驗臺的基本構(gòu)成 有以上原理圖對傳動試驗臺基本類型的分析及對試驗臺試驗項目與功能的分析，設計如圖4.2-1所示開式結(jié)構(gòu)的傳動系試驗臺構(gòu)成方案：試驗臺主要由原動機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、被試變速箱、加載裝置、聯(lián)軸器、升速變速箱、慣性飛輪組、被試轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，信號采集與控制系統(tǒng)、傳動系油溫控制系統(tǒng)組成。（這里采集系統(tǒng)采用車輛研究所研究的PCM-3132，故這里未畫出其圖，只畫機械部分原理圖） 本試驗臺組成形式采用框架式組合結(jié)構(gòu)，其試驗范圍具有很強的可伸縮性，試驗范圍較寬。將傳動系中的轉(zhuǎn)向裝置后面部分去掉，將加載裝置移至變速器后，在接轉(zhuǎn)速傳感器，增加油耗儀等設備，適當更改機算計程序，即可得到一臺變速器性能試驗臺；將變速器后面去掉，將加載裝置移至其后，更改計算機程序，即可得到一臺車輛發(fā)動機試驗臺，擴展其計算機程序，可得到不同性質(zhì)的試驗臺；保留全部實驗設備及為可測試整個傳動系性能的傳動試驗臺。在此過程中只需要增加少量的傳感器，而所要改變的只是計算機對加載設備的控制策略與數(shù)據(jù)處理方法，實質(zhì)只是更改計算機程序，即可完成這些轉(zhuǎn)變。 圖中的被測傳動系用支座固定在地面上，在動力源與傳動系變速器之間，安裝扭矩/速傳感器，該傳感器用于測量發(fā)動機輸出功率隨負載的變化而變化的情況,為傳動系的輸入功率。被測傳動系兩輸出半軸端頭各連接扭矩/速傳感器，測量轉(zhuǎn)向裝置輸出轉(zhuǎn)速、扭矩，從而可以測得兩驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速及輸出扭矩。在雙功率流的液壓機械自動變速器的液力傳動支路，在變量泵之前和定量馬達之后分別安裝一個轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，從而可以測試傳動系變速器傳動效率、轉(zhuǎn)矩特性等及整個傳動系的傳動效率、轉(zhuǎn)向特性，液壓功率分流比，液力傳動支路的傳動效率等。 加載系統(tǒng)安裝在拖拉機半軸兩側(cè)，為半軸提供負荷。在加載系統(tǒng)與后橋輸出之間裝慣性飛輪組，以模擬整車在行駛過程中的轉(zhuǎn)動慣量。扭矩、轉(zhuǎn)速傳感器與發(fā)動機、變速器、終傳動、升速箱等均用聯(lián)軸器聯(lián)接構(gòu)成傳動試驗臺的機械系統(tǒng)。 圖中所有組件都均固定在水泥平臺上，其基礎高于90號混凝土澆注，配料按體積為1份水泥，2.5份黃沙，4份石子。為了減少試驗臺震動能量向外界傳遞，可以在混凝土基礎下墊一層黃沙并在基礎四周開200毫米寬，800毫米深的防震槽，用木屑或爐渣充填，瀝青蓋頂。 控制系統(tǒng)以工控計算機為核心，主要可分為三個部分：由扭矩、轉(zhuǎn)速、油壓、油溫等傳感器，放大調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器硬件與計算機虛擬面板等組成的信號采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；由D/A轉(zhuǎn)換器、控制電路與測功機控制系統(tǒng)組成的模擬加載系統(tǒng)；以及傳動系油恒溫系統(tǒng)。信號采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，傳感器將機械量信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號，模擬電信號經(jīng)過濾波、整流、放大、抗干擾等調(diào)理，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以識別的數(shù)字信號量，通過采樣、分析、處理軟件在計算機屏幕上顯示或者打印輸出。根據(jù)采集到的信號，調(diào)整計算機控制程序，控制測功機控制系統(tǒng)完成對測試系統(tǒng)的加載。傳動系液壓潤滑油對整個系統(tǒng)的正常工作有著舉足輕重的作用，需要保持其油溫在一定的范圍之內(nèi)，可采用后述系統(tǒng)控制傳動系油溫，以便傳動系在實驗過程中正常工作。 1-2加裝采集系統(tǒng)的開式原理圖 （圖中“||”符號為聯(lián)軸器） 4.4 轉(zhuǎn)向試驗 參照中華人民共和國汽車行業(yè)標準中JB 3987-84《汽車液壓轉(zhuǎn)向加力裝置及動力轉(zhuǎn)向器總成臺架試驗方法》和雙功率流液壓無級轉(zhuǎn)向傳動特點，確定本車輛傳動試驗臺能夠完成的基本試驗如下： 液壓轉(zhuǎn)向加力裝置及動力轉(zhuǎn)向總成的臺架試驗 包括性能試驗和可靠性試驗。 性能試驗包括轉(zhuǎn)向盤總轉(zhuǎn)動圈數(shù)測定、自由間隙測定、功能試驗、轉(zhuǎn)向力特性試驗、轉(zhuǎn)向靈敏度特性試驗、內(nèi)泄露試驗、回正能力試驗等試驗可參考。 驅(qū)動特性——具有正向功率流的正向旋轉(zhuǎn)特性 定輸入扭矩特性——這一試驗是在控制輸出側(cè)測功機速度的同時，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動輸出側(cè)測功機的速度來獲得為該試驗所選擇的扭矩。 空載特性——沒有功率輸出的正向旋轉(zhuǎn)特性 第二章 原動機的選擇 試驗臺原動機可采用直流電動機或者發(fā)動機。 直流電動機具有易于控制、運行平穩(wěn)和機械特性硬等優(yōu)點，若加載裝置采用直流發(fā)電機，則直流發(fā)電機發(fā)出的電能可以直接回饋給電動機，不需要逆變環(huán)節(jié)，可構(gòu)成電封閉試驗臺。這樣可以大大地簡化試驗臺的組成，節(jié)約電能，降低系統(tǒng)復雜程度。且采用電動機其噪聲較小，對工作環(huán)境污染??；調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速；啟動、制動和過載轉(zhuǎn)矩大；易于控制，可靠性較高。另外，采用電動機可以較好的應用電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論來實現(xiàn)試驗過程的自動控制，如電動機的啟動、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、力矩調(diào)節(jié)以及試驗過程的自動監(jiān)測、保護等功能。 原動機采用內(nèi)燃發(fā)動機，可以直接將要與原變速器配套使用的單片機等控制系統(tǒng)用于變速傳動系統(tǒng)的性能測試，發(fā)動機本身的工作狀態(tài)的變化較電動機更能接近實際。但發(fā)動機本身的工作狀態(tài)將對整個測試系統(tǒng)的測試精度及測試的可重復性帶來極大的影響，發(fā)動機本身較電動機的可控性較差，噪聲高，對環(huán)境污染嚴重。 由以上分析可知，直流電動機機械特性硬，調(diào)速性能好，調(diào)速控制方便易實現(xiàn)，是一種較好的動力驅(qū)動源，但直流電機啟動電流較大，無專用供電設備會造成電網(wǎng)電壓的極大波動，影響其它用電設備的正常運行，有專用供電設備則需較大的經(jīng)濟投入。電動機對車輛原動機的運行只能是近似的模擬，不可能對具有軟機械特性的發(fā)動機狀態(tài)完全復現(xiàn)，為了能更好地完成傳動系裝車前的各種試驗，并綜合考慮經(jīng)濟及其它方面的條件，可以選用原履帶拖拉機的發(fā)動機，從而完成傳動系的扭矩傳遞及全面特性的測試。 由以上分析，此試驗臺選用參考車型--東方紅-1302R履帶式拖拉機的發(fā)動機作為試驗臺的動力源： 發(fā)動機型號為：LR6100ZT8 額定轉(zhuǎn)速2300r/MIN 標定功率106KW 傳動系平均輸入功率：96KW 第三章 聯(lián)軸器的選擇 1 聯(lián)軸器的功用和選擇 聯(lián)軸器的基本功用是連接兩軸，并傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。有時聯(lián)軸器也用安全保險裝置，應用聯(lián)軸器可以方便地將組成機器的相關部分如原動機部分、傳動部分等連接起來。 聯(lián)軸器分為兩類：剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。 剛性聯(lián)軸器：它用在被連接的兩軸要求嚴格對中以及工作中無相對位移之處 撓性聯(lián)軸器：它用在被連接的兩軸有較大的安裝誤差及工作中有相對位移之處。所以設計時就要注意聯(lián)軸器的型號應合理的選擇。 聯(lián)軸器的類型主要是根據(jù)機器的工作特點、性能要求（如緩沖減震、補償軸線位移、安全保護等結(jié)合聯(lián)軸器的性能選擇合適的類型。一般來說，對載荷平穩(wěn)、同軸度好、無相對位移的可選用剛性聯(lián)軸器；難以保持兩軸嚴格對中、有相對位移的應選用撓性聯(lián)軸器；對傳遞轉(zhuǎn)矩較大的重型機械，可選用齒輪聯(lián)軸器；對需要有一定的補償量，單向移動而沖擊載荷不大的中低速傳動的水平軸的連接，可選用滾子鏈聯(lián)軸器，對高速軸，應選用撓性聯(lián)軸器；對軸線相交的兩軸，則易選用萬象聯(lián)軸器。 2 聯(lián)軸器的載荷計算 公稱轉(zhuǎn)矩 T=9550P/N =9550×96/2300 N.M =398.6 N.M 由表查得載荷系數(shù)K=1.5，故計算轉(zhuǎn)矩為： Tc=KT =1.5×398.6 N.M =597.9 N.M 3 聯(lián)軸器的尺寸確定 在以上可以選用本試驗臺的聯(lián)軸器：從標準中查得TL9型彈性套柱銷聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩為1000N.M許用最大轉(zhuǎn)速為2850R/MIN軸徑為50—71之間，故適用。聯(lián)軸器的材料為ZG270-500、HT200、35鋼，短時過載不得超過公稱轉(zhuǎn)矩的2倍。 第四章 轉(zhuǎn)速扭矩傳感器的選擇 傳感器的選擇是試驗系統(tǒng)一個關鍵問題，它對系統(tǒng)的測試結(jié)果、控制精度及可靠性等問題都有較大的影響。對于傳動系統(tǒng)的試驗主要的傳感器有：扭矩傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器以及一些輔助傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等。扭矩與轉(zhuǎn)速傳感器用于測試傳動系統(tǒng)輸入、輸出，可測得變速器的換檔規(guī)律與傳動系效率還有轉(zhuǎn)向裝置的輸入、輸出，同時和電流傳感器配合用于試驗臺的電模擬加載。扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的選取在首先保證傳感器的測量量程與工作轉(zhuǎn)速范圍前提下，應優(yōu)先選取精度等級、靈敏度高，可重復性、線性、動態(tài)特性好，質(zhì)量輕體積小動態(tài)傳感器。其被測值應盡可能接近所選傳感器的最佳測量范圍，即滿量程的三分之二左右（如1000N.m傳感器的最佳測量范圍在600N.m附近）。另外，選用傳感器規(guī)格還要考慮被測對象的最大轉(zhuǎn)矩和過載一般不大于額定轉(zhuǎn)矩的150%。 以原動機額定轉(zhuǎn)速2300rpm，對應額定功率106KW計，柴油發(fā)動機，最大轉(zhuǎn)矩點的發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩可高于額定轉(zhuǎn)矩的15%，因此，原動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩Me輸入扭矩為： （Nm） 故該位置的扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的額定扭矩Te1為: M/e=506.15×1.5=759 N.m 原動機的轉(zhuǎn)速范圍在1250～2500r/min之間，故而安裝在此處的扭矩與轉(zhuǎn)速傳感器1可選如表3所示。根據(jù)前面對傳動系中各位置的扭矩與轉(zhuǎn)速分析，變速器輸出端的扭矩轉(zhuǎn)速傳感器4，后橋兩端的扭矩轉(zhuǎn)速傳感器5、6，液壓分流回路的扭矩與轉(zhuǎn)速傳感器2、3依據(jù)同樣的原理選取。各處的扭矩、轉(zhuǎn)速值以及可供選取的傳感器如表3所示。 名 稱 位置轉(zhuǎn)速 位置轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 許用轉(zhuǎn)速 生產(chǎn)廠商 型號 數(shù)量 傳感器1 1250-2500 0-759 1000 四川誠邦 CNJ—803 1 傳感器2 -4300--4300 0-367 500 四川誠邦 CNJ—803 1 傳感器3 0--4800 0-1846 2000 四川誠邦 CNJ—803 1 圖4-1 技術(shù)參數(shù)和外型尺寸 第五章 升速箱的設計 1 概述 為了使加載裝置工作在其允許的工作轉(zhuǎn)速、扭矩范圍內(nèi)，必須設計一個升速箱能使其在大功率、低轉(zhuǎn)速、高扭矩或小功率、高轉(zhuǎn)速、低扭矩的時候滿足測功機的工作范圍，使被測傳動系統(tǒng)的輸出軸在經(jīng)過升速箱的升速、降扭或降速、升扭以適應試驗臺加載裝置的工作范圍內(nèi)。 升速箱與被測傳動系統(tǒng)、原動機及電渦流測功機的參數(shù)優(yōu)化匹配，可得到良好的測試精度、準確性；采用互鎖裝置可使操縱可靠，不跳檔、自動脫檔；采用同步器可使換檔輕便，無沖擊和噪聲。 升速箱的結(jié)構(gòu)可參考汽車變速器，但不同于變速器。試驗臺的升速箱采用飛濺潤滑，輸入軸采用強制潤滑。 升速箱的設計系列按輸出轉(zhuǎn)矩分級，傳動比應按動力-傳動系參數(shù)的匹配要求調(diào)整、更換；根據(jù)試驗臺的使用情況進行壽命設計，并對起進行壽命計算。 為保證升速箱具有良好的工作性能，對升速箱應提出如下設計要求： ⑴正確選擇升速箱的檔位數(shù)和傳動比，使之出電渦流的參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證試驗臺具有良好的精確性，不會出現(xiàn)超負荷運轉(zhuǎn)。 ⑵操縱簡單、方便、迅速、省力； ⑶傳動效率高，工作平穩(wěn)、噪聲在滿足試驗臺工作要求下盡可能的小； ⑷體積下、質(zhì)量輕、承載能力強，工作可靠； ⑸制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長； ⑹貫徹零件標準化、部件通用化及總成系列化等設計要求，遵守有關標準規(guī)定，參考《中華人民共和國機械行業(yè)標準》JB/T6703.1——2000中《拖拉機轉(zhuǎn)向器臺架試驗方法》，嚴格遵守標準中有關的試驗要求； ⑺設置動力輸出裝置與電渦流和傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配。 2 升速箱的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 升速箱采用三軸式，第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應齒輪想嚙合，且第一、二軸同心。這是由于兩軸式在高檔工作時，齒輪和軸承均承載，因而噪聲較大也增加了磨損，減少了其使用壽命。 升速箱采用斜齒圓柱齒輪，它比直齒圓柱齒輪有更長的壽命、更低的噪聲，雖然其制造復雜且在工作中有軸向力。 圖5.1 升速箱動力傳遞原理圖 由電渦流采用四川誠邦的DW250，最大吸收扭矩為：1100 最高轉(zhuǎn)速為：5500 額定扭矩轉(zhuǎn)速為：2000——2800 參考考東方紅——1302R橡膠履帶拖拉機各參數(shù)，由于此參考車型為（12+4）檔的變速箱，范圍大，所以為匹配電渦流吸收功率，設計升速箱選檔位為2檔三軸式。 ⑴ 齒輪型式 斜齒圓柱齒輪雖然工作時有軸向力且加工復雜，但是其運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、壽命長，在這里升速箱的齒輪選用斜齒圓柱齒輪。 ⑵ 軸的結(jié)構(gòu)與分析 升速箱在工作時承受轉(zhuǎn)矩及彎矩，軸的明顯變形將影響齒輪的正常嚙合，產(chǎn)生較大的噪聲，降低使用壽命。軸的結(jié)構(gòu)形狀除應保證其強度與剛度外，還應考慮齒輪、同步器及軸承等的安裝、固定。 第一軸與齒輪做成一體，第二軸制成階梯式的便于齒輪安裝，從受力及合理利用材料來看，都是需要的。各截面尺寸不應相差懸殊，用彈性擋圈定位各檔齒輪。中間軸為旋轉(zhuǎn)式，軸上滾動軸承支承在軸的兩端，其上的常嚙合齒輪、二檔齒輪與軸做成一體，一檔齒輪采用鍵與軸連接。 軸上齒輪與軸用滾針軸承，這是由于滾針軸承定位精度高有利于齒輪嚙合，傳動效率高且飛濺潤滑能滿足它的要求。 為適應單位質(zhì)量傳遞的功率、增強其承載能力、具有更高的可靠性、更長的壽命和更好的性能等方向發(fā)展，升速箱盡量采用圓錐滾子軸承，它的直徑小、寬度大、接觸線長，容量大，可以承載高負荷。 ⑶換檔機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與選擇 換檔機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式有同步器、嚙合套和直齒滑動等三種。同步器雖然結(jié)構(gòu)較復雜、制造成本低、精度要求嚴、軸向尺寸大以及存在同步環(huán)的使用壽命有待提高等問題，但由于它能保證輕便、迅速、無沖擊、無噪聲換檔，且對操作技術(shù)無要求，也可延長齒輪壽命，故在設計升速箱的時候采用同步器。 3 升速箱傳動比的確定 由公式Ne/Ig×I。=N Te×Ig×I。=T 在滿足電渦流扭矩和轉(zhuǎn)速要求下用湊配法湊配出升速箱的傳動比，在修正傳動比從而得出。 可知湊配法選擇升速箱傳動比，一檔傳動比：1.2 二檔傳動比：0.18 4 中心矩 中心矩對升速箱的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選中心矩應能保證齒輪的強度。三軸式升速箱中心矩可根據(jù)對已有的變速箱經(jīng)驗公式初選： 式中 ——中心矩系數(shù)，在這里取，=9.5 ——變速器處于一檔時，且升速箱處于一檔時候升速箱輸出轉(zhuǎn)矩 ——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 =440×0.96×0.95×0.99×0.99×6.9×2.5×0.96×0.18 =1201 N.M ——變速器一檔傳動比 ——中央傳動比 I ——升速箱一檔傳動比 所以 A=136 5 升速箱的軸向尺寸 升速箱的軸向尺寸與檔位數(shù)、齒輪型式、換檔機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式都有直接的關系，設計時可根據(jù)中心矩尺寸參照貨車變速器軸向尺寸處選。 軸向尺寸： 二檔 （2.7-3.0）A 既軸向尺寸應在256.5—285之間，經(jīng)過設計計算得到軸向尺寸為：269 6 齒輪參數(shù) 齒輪模數(shù)由齒輪的彎曲疲勞強度或最大載荷作用下的靜強度所決定。選擇模數(shù)時應考慮到當增大齒寬而減小模數(shù)時將降低升速箱的噪聲，而為了減小升速箱的質(zhì)量，則應增大模數(shù)并減小齒寬和中心矩。由公式： 可得出斜齒輪法面模數(shù)Mn=4 選擇斜齒輪的螺旋角時應力求使中間軸上的軸向力相互抵消。為此，中間軸上的全部齒輪一律取右旋，而第一、第二軸上的斜齒輪取左旋，使其軸向力經(jīng)軸承蓋由殼體承受。 這里初選： α=20、β=25 齒寬的選擇既要考慮升速箱的質(zhì)量小，軸向尺寸緊湊，又要保證輪齒的強度及工作平穩(wěn)性的要求。通常是根據(jù)齒輪模數(shù)來確定齒寬b： B=Kc*Mn=30 Kc—齒寬系數(shù)，取Kc=8 5 各檔齒輪齒數(shù)的分配 ⑴ 確定1檔齒輪的齒數(shù) 已知1檔傳動比，且 為了確定，的齒數(shù)，先求齒數(shù)和 這里應注意升速箱的齒數(shù)選擇是第一軸的常嚙合齒輪取大點，中間軸上的常嚙合齒數(shù)取小些，其他齒輪和變速器剛好向反，既變速器中第二軸大的都取小于中間軸的齒數(shù)，由此依次類推，在算完一檔齒輪齒數(shù)后應反算中心矩，修正后的中心矩是各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。 參 數(shù) 齒 數(shù) 43 18 19 42 15 46 6 升速箱齒輪的設計計算 由以上結(jié)果計算，各檔齒輪參數(shù)，如下表： 序號 計算項目 計算公式 非變位齒輪 [1] 變位系數(shù) ε=0 [2] 端面模數(shù) 4.5 4.5 4.5 [3] 端面壓力角 0.4 0.4 0.4 [4] 分度圓直徑 d=Z*Mt =193.5 =81 85.5 189 67.5 207 [5] 齒頂高 4 4 4 [6] 齒根高 5 5 5 [7] 齒全高 9 9 9 [8] 齒定圓直徑 201.5 89 93.5 197 75.5 215 [9] 齒根圓直徑 183.5 71 75.5 179 57.5 197 [10] 中心矩 137.25 137.25 137.25 [11] 法向基節(jié) 13.27 13.46 13.31 [12] 基圓直徑 179 75 71 172.3 53.4 193 [13] 當量齒數(shù) 60 25 24 61 67 18 表5.1 齒輪參數(shù) 7 升速箱軸與軸承 升速箱軸在工作中承受著轉(zhuǎn)矩及來自齒輪嚙合的圓周力、徑向力和斜齒輪的軸向力引起的彎矩。剛度不足會產(chǎn)生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，產(chǎn)生過大的噪聲，降低齒輪的強度、耐磨性及壽命 升速箱軸的最大直徑D與支承間的距離L可按下列關系式選： 對第一軸及中間軸： 對第二軸： 三軸式的升速箱的第二軸與中間軸的最大直徑d可根據(jù)A按下式初選： 第一軸花鍵部分直徑d可按下計算： 式中，K為經(jīng)驗系數(shù)，K=4.0-4.6 參數(shù) 類型 第一軸 第二軸 中間軸 軸徑 65 61 60 軸長 340 280 表5.2 軸的參數(shù) 升速箱軸承是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置并參考同類車型的相應軸承以后，按照國家規(guī)定的軸承標準選定，在進行壽命的計算。對試驗臺升速箱滾動軸承耐久性的評價是以軸承滾動體與滾道表面的接觸疲勞為依據(jù)，承受動載荷是其工作的基本特征。升速箱軸承是在由傳動系轉(zhuǎn)矩變化曲線所決定的非穩(wěn)定工況下工作，因此也象齒輪計算那樣，作為升速箱第一軸的計算轉(zhuǎn)矩T應取發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩來計算的。 對汽車軸承壽命的要求是轎車30萬KM滑車和大客車25萬KM，所以在這里升速箱中軸承的壽命要求是25—30萬KM之間。 在這里根據(jù)各個軸徑的數(shù)值初選軸承： 軸承型號 基本尺寸 d D B 6210 50 90 20 6214 70 125 24 7208C 40 80 18 表5.3 軸承型號和基本尺寸 8 升速箱的校核 零件在軸上的布置方案確定后，可初步估算軸所需的最小直徑，進而初步確定階梯軸各段的直徑、長度、和配合類型。軸徑的初步計算可看上文。 按軸上的零件布置方案和定位要求，從軸端段起逐一確定各段軸的直徑，當軸段有配合要求時，應盡量采用推薦的標準直徑。 軸和軸上的零件的結(jié)構(gòu)、工藝以及軸上零件的安裝布置 ，對軸的強度有很大的影響，所以應進行充分考慮，以利于提高軸的承載能力，減小軸的尺寸和機器的重量，降低制造成本。 ① 改變軸上零件的布置，合理安排動力傳遞路線，可減小軸所受的載荷。 ② 改進軸上零件的結(jié)構(gòu)，減輕軸的載荷。 ③ 改變零件的結(jié)構(gòu)形狀以消除或減少應力集中。 ④ 改進軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強度。 ⑴ 齒輪的校核： 根據(jù)上一小節(jié)的齒輪參數(shù)進行校核，該齒輪采用硬齒面，按彎曲疲勞強度計算，在校核齒面的接觸強度。 設計的齒輪均用流行的汽車齒輪材料20CrMnTi鋼滲碳淬火處理，硬度為56——62HRC，查彎曲疲勞極限應力：，查接觸疲勞極限應力為： 由于考慮到升速箱第二軸一檔齒輪承受的扭矩較大，所以應注重校核第二軸一檔齒輪。第一軸和中間軸一直在嚙合過程中一直在承受傳遞轉(zhuǎn)矩，所以也應重點校核 第二軸一檔齒輪 彎曲疲勞強度校核： =663.4 N/ 式中： （） Z為齒數(shù)，取為15；為法面模數(shù)，取為25度；y為齒型系數(shù)，取0.15； 。 齒輪的材料為20GrMnTi，齒輪的 由可得： 齒輪彎強符合要求。那么其他齒輪在一檔和二檔的時候彎強也符合。 齒輪的接觸強度： 輪齒的接觸應力按下式計算： =1937.45〈=2000 式中：b=30 第一軸常嚙合齒輪： =836.7〈 =1267.53<=1400 ⑵ 軸的校核： 因第一軸承受的轉(zhuǎn)矩最大，故重點校核第一軸的強度；又因常嚙合齒輪與軸承的受力點非常接近，故軸的彎曲強度可以不用校核，著重校核第一軸的扭轉(zhuǎn)強度，第一軸的最小直徑D=60mm，扭轉(zhuǎn)強度由公式 計算。式中：， 故所設計軸強度滿足要求。 第六章 加載裝置的選擇 1 概述 傳動系試驗臺傳統(tǒng)加載裝置采用水力測功機、電渦流測功機、液壓加載裝置、磁粉制動器、電力測功機等。水力測功機占地面積大，加載控制難度大，控制精度低度，水資源浪費嚴重，操縱復雜，維護不便，壽命短，能耗大，現(xiàn)在已較少采用。電渦流測功機控制容易，控制精度較高，但國內(nèi)低轉(zhuǎn)速大扭矩電渦流測功機幾乎是空白，為模擬車輛運行工況，在測功機和傳動裝置之間必須增加變速變扭裝置，且電渦流測功機作為吸功設備，將機械能轉(zhuǎn)化為熱能而散失，對能源的浪費較大。液壓加載裝置可控性好，低速機械特性好，但國產(chǎn)液壓元件泄漏嚴重，密封性能差；進口設備造價高，故國內(nèi)很少采用。電力側(cè)功機吸收的機械能轉(zhuǎn)化為電能，可直接將電能回饋給直流電動機，可降低能源消耗，電力側(cè)功機控制容易，易于實現(xiàn)試驗過程的自動監(jiān)測、自動控制，提高試驗臺架的自動控制水平，但在非電封閉式試驗臺架中將電能回饋給電網(wǎng)會造成電網(wǎng)電壓的波動影響其它用電設備的正常運行。 2 各種測功器的特性分析 （1）電渦流測功機特性 電渦流測功機的功率特性曲線見圖6-1，它表示測功機在不同轉(zhuǎn)速下所能吸收的最大功率，由OABC三段限線組成：OA—最大扭矩線，表示當最大扭矩為常數(shù)時，隨轉(zhuǎn)速變化，測功機所能吸收的最大功率；AB—最大功率線，測功機在工作時最大吸功功率；BC—最高轉(zhuǎn)速線，測功機在工作時允許的最高轉(zhuǎn)速。增加勵磁電流和轉(zhuǎn)速時，測功機的吸收功率也隨之增加。但當勵磁電流達到一定值時，由于磁路達到飽和狀態(tài)，勵磁電流不能繼續(xù)增加而保持恒定;此時繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速時，測功機的吸收功率隨轉(zhuǎn)速的增加變化很小，幾乎表現(xiàn)為恒定.這一轉(zhuǎn)速范圍和所對應的功率即為測功機的額定轉(zhuǎn)速和額定功率。在無勵磁電流時，測功機的特性曲線相當于不同轉(zhuǎn)速下測功機的機械損耗特性曲線，這一曲線的下方部分是不能進行有效測試的。OABC三段限線所包圍的區(qū)域為測功機的工作范圍。在此區(qū)域內(nèi)測功機所吸收的功率可以隨勵磁電流任意調(diào)整。 電渦流測功機的扭矩特性曲線見圖6-2測功機所能承受的扭矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加，開始階段增長速率較快，后來逐漸趨于平緩，當轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的最低值時扭矩達到最大值；在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，由于吸收功率的恒定，所以扭矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小。在無勵磁電流時，測功機的扭矩特性曲線也有一損耗曲線與功率特性曲線相對應。 圖6-1 測功機功率特性 圖6-2測功機的扭矩特性 由車輛動力特性圖可知，隨著轉(zhuǎn)速的增加，車輛的功率也隨之增加，在額定轉(zhuǎn)速下能發(fā)出額定功率。內(nèi)燃機具有低速大扭矩的外特性，即受外力阻礙時能以降低轉(zhuǎn)速為代價來增大扭矩克服阻力。通常認為，只要測功機的額定功率和轉(zhuǎn)速大于車輛輸出的最大功率和轉(zhuǎn)速，即可進行有效的測試，并以此作為測功機選型的依據(jù)。其實，從測功機和車輛的動力特性曲線可知，車輛變速器輸出的功率和測功機所能吸收的功率都是相對于某一特定的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速范圍而言的。功率的比較必須以相同的轉(zhuǎn)速為必要條件，由于變速器輸出最大功率所對應的轉(zhuǎn)速和測功機的額定轉(zhuǎn)速具有一定的差異，因此其功率也不能等同而論。同樣，變速器輸出的最大扭矩和測功機的最大扭矩，由于各自所對應的轉(zhuǎn)速不同，也不能直接加以比較。所以，測功機選型時必須使其功率特性曲線和扭矩特性曲線包容變速器輸出的特性曲線。 電渦流測功機的扭矩和轉(zhuǎn)速由裝于其上的電阻應變片式拉壓力傳感器和磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出經(jīng)測量放大變換成0~10V的模擬電壓，送入電渦流測功機測控儀的控制部分，然后根據(jù)一定的控制策略進行控制。對電渦流測功機采用不同的控制策略主要可以得到恒轉(zhuǎn)速、恒轉(zhuǎn)矩和恒電流。 由以上分析可知，電渦流測功機作為負載模擬設備，其結(jié)構(gòu)簡單，精度高、壽命長、動態(tài)反應較快、穩(wěn)定性好、低速扭矩較大、額定轉(zhuǎn)速高、可雙向旋轉(zhuǎn)、與測控系統(tǒng)配套，可實現(xiàn)自動化操作等特點，是一種較好的測功加載設備，但轉(zhuǎn)速太低時無法實現(xiàn)加載，此時需升速增扭設備。 （2）磁粉制動器 磁粉制動器是一種性能優(yōu)越的自動控制元件。它以磁粉為工作介質(zhì)，以激磁電流為控制手段，達到控制制動或傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。其輸出轉(zhuǎn)矩與激磁電流呈良好的線性關系而與轉(zhuǎn)速或滑差無關，并具有響應速度快結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。 磁粉制動器的特性曲線如圖6-3~5。電流-力矩特性：?激磁電流與轉(zhuǎn)矩基本成線性關系，通過調(diào)節(jié)激磁電流可以控制力矩的大小；?轉(zhuǎn)速-力矩特性：力矩與轉(zhuǎn)速無關，保持定值，靜力矩和動力矩沒有差別；負載特性：磁粉制動器的允許滑差功率,在散熱條件一定時,是定值。其連續(xù)運行時，實際滑差需在允許滑差功率以內(nèi)。使用轉(zhuǎn)速高時，需降低力矩使用。 圖6~3磁粉制動器力矩特性 圖6~4磁粉制動器轉(zhuǎn)速-力矩特性 圖6~5磁粉制動器負載特性 由磁粉制動器的負載特性曲線可知，其負載特性和車輛傳動系的輸出特性曲線非常相似，宜于作為車輛傳動系的加載設備。磁粉制動器是近年來開始應用于車輛試驗領域的，其負荷控制方便，噪聲小，低速加載性能好，但其滑差功率較?。醋畲笈ぞ厥窃试S的轉(zhuǎn)速很低），吸收功率低，只適用于小噸位車輛的變速器試驗。 在臺架結(jié)構(gòu)中，為了克服電渦流測功機零轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速時吸功扭矩小，磁粉制動器總吸收功率低的缺點，可以將此二吸功設備串聯(lián)使用，以增強吸收功率設備的吸收能力。 （3）吸功設備主要性能比較 吸功設備主要性能比較如下表所示： 名 稱 低速性能 高速性能 節(jié)能效果 正反加載 倒拖驅(qū)動 冷卻方式 功率范圍 電加載器 很好 好 電反饋、節(jié)能效果好 可以 可以 風冷 大 電渦流測功機 差 好 不能 可以 不能 水冷 大 水力測功機 更差 一般 不能 不能 不能 水冷 大 磁粉制動器 可以 不好 不能 可以 不能 水冷 小 表6~1加載裝置的對比 3 試驗臺用測功機的選配 根據(jù)測功器的性能及適用情況合理地選擇不同類型的測功器，需要從多方面來綜合考慮。 （1）設計功率 設計功率包括扭矩、轉(zhuǎn)速和功率，所選擇的測功器一般要有余量，被測車輛動力系統(tǒng)的最大功率通常為測功器的最大功率的75%～80%。當然，國外的測功器本身就可以在短期內(nèi)允許超負荷150%，則試驗臺設計的最大功率可以更接近測功器功率。 傳動系動力源最大輸出功率Ne為106KW，對應額定轉(zhuǎn)速ne為2300r/min，變速器在最低檔時輸出最大輸出轉(zhuǎn)矩，在額定功率下的最大輸出轉(zhuǎn)矩為 ， 其中為變速器最大傳動比； 對于柴油發(fā)動機，最大轉(zhuǎn)矩點的發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩可高于額定轉(zhuǎn)矩的15%，因此，變速器的最大輸出轉(zhuǎn)矩Mme： （Nm） 變速器的理想輸出特性曲線如圖6-6 圖6-6變速器的理想輸出特性曲線 動力從變速器輸出經(jīng)主傳動進一步減速增扭.圖可知，車輛驅(qū)動輪輸出扭矩為： 車輛驅(qū)動輪輸出轉(zhuǎn)速為： n為變速器輸出轉(zhuǎn)速，為后橋傳動比； 轉(zhuǎn)/分 因為履帶車輛的輸出扭矩太大，一般測功機無法滿足需要，故在傳動系最終輸出與測功機之間需增加降扭增速裝置——升速箱，則測功器需要吸收的扭矩為： 轉(zhuǎn)速為： 圖6-7傳動系輸出扭矩特性曲線（不包含輪邊減速器） （2）測功器的匹配 選用合適的測功器，不僅要考慮最大功率、最高轉(zhuǎn)速的選擇，而且還要特別注意測功器特性的選擇。首先要注意測功器的工作范圍，包括轉(zhuǎn)速范圍和扭矩范圍。對于發(fā)動機測功，要求發(fā)動機的扭矩—轉(zhuǎn)速曲線（Mn）應落在所選的測功器特性曲線的OABCD范圍之內(nèi)，但對于自動變速系統(tǒng)的測試，特別是對車輛傳動系測試用的測功器，除應滿足上述要求外，還要特別注意低轉(zhuǎn)速區(qū)測功器OA段的力矩變化情況。如圖6-9所示 圖6-8經(jīng)升速處理后的特性曲線 圖6-9車輛自動變速傳動系輸出特性曲線 由前面的分析可知，車輛自動變速傳動系輸出扭矩MT與輸出轉(zhuǎn)速nT的變化關系如圖2－11中曲線5所示。由曲線5可知，傳動系的輸出扭矩MT隨轉(zhuǎn)速nT的下降而增大，當nT=n1時，MT=MTmax，所以應選擇低速特性好的側(cè)功器，并且 OA線越靠近 Y軸越好，為了說明問題，把最大扭矩相同的各種測功器的OA段曲線也畫于圖2－20中，圖中n2、n3、n4分別為電渦流測功器、直流測功器和水力測功器所能測試的最低轉(zhuǎn)速，而交流測功器的轉(zhuǎn)速n5為零，即n5＜n2＜n3＜n4。由圖可知，交流測功器的低速特性最好，