客车变速器疲劳寿命试验台机械结构设计.docx

精选资料 编号 毕业设计（论文）题目 客车变速器疲劳寿命 试验台机械结构设计 二级学院 车辆工程学院 如果需要配套图纸，加Q627790615。可修改编辑目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题研究的意义和目的11.1.1研究的意义11.1.2研究的目的21.2 客车变速器发展状况及和趋势21.2.1 我国客车变速器发展状况21.2.2客车变速器发展趋势31.3 变速器试验台在国内外研究现状41.4 本文主要研究内容52 试验台总体方案设计62.1 我国变速器试验行业标准62.2试验台架类型分析72.2.1 开式试验台72.2.2 封闭式试验台架82.2.2.1 机械封闭式试验台架82.2.2.2 液压封闭式试验台架92.2.2.3 电封闭式试验台架92.3 试验台架方案确定103 试验台零部件选型和设计123.1铸铁平台123.2 驱动电机的选型及其底座133.2.1驱动电机的选型133.2.2驱动电机的底座143.3传动箱及其底座设计153.3.1 传动箱设计153.3.2 传动箱底座设计183.4 转速转矩传感器选型及其支座设计193.4.1转速转矩传感器选型193.4.2转速转矩底座设计203.5 变速器专用夹具设计203.6传动轴设计233.7联轴器选型244 装配284.1 装配概述284.2 连接装配284.2.1 螺纹连接的装配284.2.2 键连接的装配294.2.3 联轴器的装配304.3 装配、调试工作中的注意事项315 总结与展望325.1全文总结325.2展望32参考文献34可修改编辑摘要 随着经济的发展，人们出行对乘坐车辆提出了更高的要求，使得近几年我国的客车行业得到井喷式发展。变速器是客车传动系统中的重要组成部分，其质量的好坏直接影响到客车的动力性、燃油经济性和操作性。及早发现变速器的设计缺陷和产品工艺问题，对提高变速器研发效率、消除变速器产品缺陷、保证整车质量都有十分重要的意义。本论文以客车的前置后驱机械式变速器为研究对象，依照国家汽车标准化技术委员会在QCT 568.4-2011汽车机械式变速器总成台架试验方法 第四部分 重型中规定重型汽车机械式变速器的台架试验方法，对变速器疲劳寿命试验台机械结构进行设计。变速器试验台经历了从开放式试验台到封闭式试验台的发展历程，目前的封闭式试验台又主要分为机械封闭式试验台、液压封闭式试验台和电封闭式试验台。通过对几种不同类型的试验台的研究，分析各自的优缺点，最终选用机械封闭式试验台。其结构简单，投资小，使用经济，性能稳定可靠。根据试验的要求和必要的计算对驱动电机、转速转矩传感器和联轴器等零部件进行选型。为了实现试验台的机械封闭的形式，设计两个传动箱改变中心距，从而达到能量的回收利用。为了搭建整个试验台，要对零部件进行安装和固定，需设计与之配合的夹具或者支座。利用CATIA设计铸铁平台、驱动电机支座、传动箱支座、转速转矩传感器和变速器专用夹具等部件的三维图形，用电子图版CAXA完成夹具和支座的零件图。对连接件的装配作出要求，指出搭建台架时需注意的问题，并完成整个疲劳寿命试验台机械结构方面的装配图。关键字： 变速器 试验台 机械结构 夹具设计可修改编辑Abstract With economic development, people travel by vehicle to put forward higher requirements, so that our country in recent years, passenger car industry has been development spurt. Bus transmission gearbox is an important part of its quality directly affects the bus power, fuel economy and maneuverability. Early detection of design flaws and problems of the transmission technology products, research and development to improve the transmission efficiency, to eliminate transmission product defects, ensure the quality of vehicle has a very important significance. In this paper, the bus rear-drive mechanical transmission for the study, in accordance with the provisions of the National Automotive Standardization Technical Committee of heavy machinery in the car QC T 568.4-2011 auto mechanical transmission assembly test methods of Part IV heavy in the bench test method type transmission, the transmission of the mechanical structure of the fatigue life test bed design. Transmission Test Bench has gone from an open test bed to the development process of closed-end test bench, test bench is currently closed and is divided into closed-end test machine, hydraulic test bed and enclosed electric enclosed test bed. Through several different types of test bench research, analyzes their advantages and disadvantages, the final selection of machinery enclosed test bed. Its structure is simple, small investment, the use of economic, stable and reliable performance. According to test requirements and the necessary calculations for the selection of the drive motor, speed and torque sensor couplings and other components. In order to achieve closed form mechanical test rig, designed two gearbox changes center distance to achieve the recycling of energy. In order to build the entire test bed, for parts to be installed and fixed, to be co-ordinated with the design of the fixture or abutment. Use CATIA design cast iron platform, the drive motor bearings, gearbox bearings, three-dimensional graphics and a transmission speed torque sensor dedicated fixture components, electronic chart CAXA complete fixture and bearing parts Fig. For fitting attachment to requirements that states need to build a carriage attention to the problem and complete the entire fatigue life test bed mechanical structure assembly drawings.Keywords: Transmission Test Bench Mechanical Structure Fixture Design可修改编辑1 绪论1.1 课题研究的意义和目的1.1.1研究的意义 21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，是国家扶持和重点发展的产业之一1。提高我国汽车行业自主开发和自主创新的能力是我国汽车行业在“十一五”期间将重点解决的问题之一。2015年我国汽车产销总体平稳增长，全年汽车产销分别完成2450.33万辆和2459.76万辆，连续7年蝉联全球第一，创历史新高，比上年分别增长3.3%和4.7%，总体呈现平稳增长态势，产销增速比上年分别下降4个和2.2个百分点2。 汽车传动系统包括离合器、变速器、传动轴、驱动桥等3。众所周知，汽车传动系主要任务在于改变发动机的转矩同转速关系的特征，把动力有效而可靠地传递到驱动车轮上。汽车在使用过程中，传动部件发生磨损，其技术状况逐渐变差，从而导致汽车动力性下降，经济性变差，安全可靠性降低，发生故障几率增高，严重的影响汽车运输效率的发挥4。其中尤为重要的是如果变速器本身可能存在质量上的缺陷，那么随着驾驶时间的持续，行使里程的增加，变速器的技术状况变差，可靠性降低，增大交通隐患，甚至威胁到生命安全。 国内外由于变速器的问题造成的整车召回事件也频频出现：2007 年，昌河铃木由于手动变速器存在隐患，召回利亚纳汽车共计 11716辆。被召回的利亚纳的手动变速器操纵钢索销钉卡子与档支座之间的间隙过小，这样卡子与换档支座可能产生干涉。在长时间操作换档杆后，不仅可能造成档卡子疲劳断裂，而且可能造成换档钢索从换档杆连接处脱落，从而无法实现切换档位，最终使驾驶员对车速失去控制。2008 年，丰田召回了 83684 辆手动变速器存在安全隐患的问题车辆（包括雅力士、威驰、花冠、卡罗拉等 4 款车型）。被召回车辆的手动变速器换档控制轴与档杆固定螺母存在较大的松动脱落可能性，这样会造成换档杆脱落，进而导致无法换档。2008年10月美国通用公司由于汽车变速器出现故障，导致七家分公司停单。由于类似事件的不断发生，消费者和汽车制造厂家越来越关注和重视变速器的安全问题。研制变速器测试台架，对变速器进行多项性能试验，及早发现变速器的设计缺陷和产品工艺问题，对提高变速器研发效率、消除变速器产品缺陷、保证整车质量都有十分重要的意义。1.1.2研究的目的 汽车变速器开发研究主要是通过理论计算和分析得出所需性能要求。在根据设计计算的结果进行生产，这不可避免存在缺陷。产品在后期的实验和检测工作就显得尤为重要，因此有人说“汽车是实验出来的”5。国外汽车工业由于发展时间较长，并对试验检测工作十分重视，在资金上给予了巨大的投入，一般都有较为齐全的实验装备。再加上严格管理和精良的设备，与国内形成了较大的差距。所以，我国必须加大对试验检测设备的投入，才能大大缩短同国外同类厂家在试验手段上的差距，有利于我国汽车产品在国内外的竞争能力。1.2 客车变速器发展状况及和趋势1.2.1 我国客车变速器发展状况 从上个世纪80年中期至90年代末期，随着我国经济的发展，人们出行对乘坐车辆提出了更高的要求，但当时国内的制造水平普遍落后6。各大汽车公司通过学习尼奥普兰、凯斯鲍尔、沃尔沃、奔驰等豪华大客车的制造技术，逐步形成大型客车主流，这其中以宇通、金龙、金旅等为典型代表。前几年，我国客车出现了井喷式的迅猛发展。2007年，7 m以上大中型客车产销量近12万辆，较十年前增长10倍，占据世界市场1/3以上的份额7。客车主要出口对象为亚洲、非洲及中东等地区的一些发展中国家，目前正逐步向东欧国家、俄罗斯、乌克兰及少数欧美国家延伸。作为客车的重零部件，国产变速器也搭乘整车企业快速发展的快车，产生了大量优秀的客车变速器制造企业。 国内客车变速器行业中具有大规模和较大生产规模的企业主要有陕西法士特汽车传动集团有限公司、一汽集团解放公司变速器分公司、哈尔滨一汽变速器股份有限公司、浙江万里扬变速器股份有限公司、浙江中马汽车变速器股份有限公司、格特拉克（江西）传动系统有限公司、一汽轿车长春齿轮有限公司、东风汽车变速器有限公司、中国重汽集团大同齿轮有限公司、綦江齿轮传动有限公司、杭州前进齿轮箱集团股份有限公司等。在国内变速器厂家竞争的同时，国外变速器厂家也参与到竞争中，如德国ZF公司、英国艾里逊、美国伊顿、韩国统一等都看好国内市场，并且已经牢牢占领着高端市场。 现阶段，我国主流大型客车变速器来自德国等发达国家80-90年代的技术，至今已有20年，而在这20年里，我国的大型客车的发展已取得了长足的进步，技术水平已有了很大的提高。相比整车的技术发展，国内变速器厂家依靠消化吸收原引进技术来改进产品，虽有了一定的研发能力，但由于并未掌握核心技术，产品研发未取得根本性突破，使得变速器技术落后于国际先进技术，也还不能完全满足国内大型客车的发展要求。 尽管如此，现阶段国内的一些变速器企业已经展开了一系列的工作，开发出适合市场需求的产品。国内大中型客车变速器制造行业中，无论在产量还是技术上，綦江齿轮传动有限公司都处于行业领先地位。该公司新研制的大客车专用QJ S6-161 6挡变速器8，代表了我国当前手动客车变速器先进的特性和制造技术。1.2.2客车变速器发展趋势目前，全球使用的变速器大致可以分为5类：1.手动变速器（MT）；2.自动变速器（AT）；3.手自一体变速器（AMT）；4.无级别变速器（CVT）；5.双离合器变速器（DCT）9。这5种变速器各自都有自己的优点，对以后变速器的发展方向尚且还无法定论。但是国外客车的自动变速器配备率高达90%以上，我国的客车变速器配备率仅仅才10%，所以我国现阶段的技术和国外还有相当大的差距。在后面的几年，我国还是应该紧跟国外客车和变速器的发展方向，通过大量的合作和引进关键技术，培养自我的研发能力，以后在国际市场才有可能具备很强的竞争力。从国外发达国家大型客车的发展和我国大型客车技术现状来看，未来我国的大型客车有几方面的发展趋势：大型化、发动机大功率化、高可靠性、环保化、节能化、人性化10。根据未来客车技术的发展方向可以分析出未来客车变速器的发展趋势大概有以下几点：A. 大扭矩：目前，我国生产的13.7米及以上的的大型客车的发动机的最大扭矩已达到了近1800Nm，但是所使用的变速器都是德国ZF公司的8S180。现阶段国内尚无能力生产这种大扭矩的客车专用变速器，这确实也是当下我国变速器行业的一个短板。随着对大型客车的动力性要求越来越高，发动机的功率普遍提高，变速器的最大输入扭矩将达13001800Nm，我国就算是綦江齿轮厂的变速器的最大输入扭矩将达10001500Nm。B. 高可靠性：据有关资料显示，欧洲和日本客车大修里程约为100150万公里，但目前国内仅有少数变速器能满足国外大型客车的性能要求，大多数变速器的大修里程只能保持在50万公里，其变速器的使用寿命和可靠性等方面还有待提高。C. 人性化：2005年，在北京公开招标的4000辆公交车中有2000辆选用了自动变速器，这表明，操纵的轻便化或简单化，使车辆更加人性化，已成为大型客车的要求之一。国外的客车已经大量使用自动变速器，然而我国的配备率并不是很高。1.3 变速器试验台在国内外研究现状 国外汽车工业起步早，变速器试验技术已经比较成熟。设计制造出了大量技术含量高、测试精度高、自动化程度高的试验设备。在国外，从事试验台研发的都是实力雄厚的大型企业，如美国通用汽车公司，克莱斯勒公司等11。另外，国外还有专门为整车企业生产测试设备的企业，比如日本的西门子公司、美国S WRL公司和BBK公司，无论是手动变速器还是自动变速器，他们都开发相应的测试设备，以及大量的变速器综合性能试验台12。随着电子技术的不断完善，以后新型的试验台设备必将朝着数字化、小型化、多功能及智能化的方向发展。但是国外的试验设备购置费用太高，只有一些经济发达的地区从国外购买试验台。并且维修和升级试验设备非常不方便，所以仅靠进口国外试验设备很难满足我国变速器发展的要求。 在国内，随着经济的发展，加上国家政策的扶持，汽车行业对变速器性能的要求也越来越高，使得对变速器试验台的研究也是日趋深入。从机械开放式到机械封闭式结构，再到技术含量比较高的电封闭式结构都各有涉及，自动化程度、加载形式也各不相同。我国现阶段对变速器研发的机构大致有以下几种：A.国内大型的变速器制造企业，如东风变速器分公司、綦江齿轮变速器，青山变速器等；B.国内高校科研机构，有吉林大学，武汉理工大学，重庆理工大学，北京理工大学等；C.高校和企业合作的形式；D.国内企业和国外企合作的形式，长安铃木就向西门子购买了前置前驱变速器试验台；E.国内也有专门企业生产测试设备，例如重庆凯瑞汽车试验设备开发有限公司，济南奇安教学设备有限公司等。国内相关科研机构本着刻苦钻研的科研精神，通过一步一步的摸索，不断地总结经验，针对问题寻找解决方法，确实也收获了很多科研成果。 针对目前各种汽车变速器试验台设备普遍存在功能单一，适用范围窄的缺点，重庆理工大学石晓辉教授等人提出了一种手自动变速器综合试验台13。该试验台采用交流电封闭技术，通过合理设计驱动，使用两个加载和三个调速箱来适应不同变速器的转矩转速范围，获得灵活多变的加载方式，适应不同结构形式和类型的变速器。该试验台不仅能够对绝大部分常用前驱和后驱机械变速器进行疲劳寿命、传动效率等多项试验，而且还能对手自动变速器实际运行工况进行动态模拟，具有转矩转速范围宽，使用方便、功能齐全和结构简单等优点。 南通常测机电设备有限公司的李海兵提出了一种采用加长轴进行过度的新型前置前驱变速箱试验台14。前置前驱车用变速箱的布置的主要矛盾点是变速箱输入轴和输出轴间距较小，台架驱动电机和加载电机的半径大于该距离，台架布置有一定的难度。通过延长可加载电机传动轴，并使右加载电机偏置，使驱动电机与加载传动轴没有干涉。加载延长后，如果偏置角度较大，可变成两节传动，中键增加过度轴，该试验台控制精度高，同时节约了成本，架构简单，适合行业广泛使用。同济大学樊俊松教授提出了一种可自动调整位姿的汽车变速器通用试验台架16。其优点是根据不同结构尺寸的变速器预先设计加工好离合器壳体安装面板与离合器安装面板，提高对不同结构尺寸变速器的通用性。通过支架上的角度传感器来检测变速器绕传动轴的旋转角度，并通过电驱动或者液压组件将其调整到目标角度，然后通过制动机构将变速器固结于支架上。实现整个试验的自动控制，对于减少测试时间，实现台架测试无人值守具有非常重要的意思。1.4 本文主要研究内容1. 通过比较各个类型试验台的优缺点，完成客车变速器疲劳寿命试验台的总体布置及方案设计；2. 对试验台的各零部件进行选型和设计，并完成试验台各零部件的固定安装工装设计，绘制零件图；3. 完成各个零部件传动轴的联接设计，绘制装配图。2 试验台总体方案设计2.1 我国变速器试验行业标准 在QCT 568.4-2011汽车机械式变速器总成台架试验方法 第四部分 重型17（以下简称试验方法）中规定了重型汽车机械式变速器的台架试验方法，适用于输入扭矩700Nm的重型汽车机械式变速器，该标准于2011年8月1日开始正式实施。 试验方法规定变速器的试验项目包括：1.变速器传动效率试验；2.变速器噪声试验；3.变速器密封性能试验；4.变速器静扭强度试验；5.变速器疲劳寿命试验；6.变速器同步器寿命试验；7.变速器同步器换挡性能试验；8.变速器温升试验；9.变速器清洁度测定。 本课题只研究变速器疲劳寿命试验，在这里只介绍变速器疲劳寿命试验的步骤： 1.磨合规范 变速器第一轴输入扭矩为各档位试验扭矩的一半; 变速器第一轴输入转速1450rpm; 前进挡磨合时间分别不少于1小时，倒挡磨合不少于0.5小时； 润滑油及油量按设计要求确定； 磨合油温为8010； 磨合后应更换润滑油。 2.疲劳寿命试验试验设备一半包括：驱动装置，加载装置，转速转矩，温度测量仪等。 将磨合后的变速器安装在试验台上； 试验油温为8010； 试验采用排挡循环试验方法，每一变速器重复进行10个循环，每个循环从抵挡开始做，逐次向高挡转换，直接挡不做试验。前进挡完成10个试验循环后，倒挡运行两小时； 每一档位的每一试验循环次数取其总循环次数的1/10，并根据输入转速和变速器速比确定每一试验循环的时间。图 2-1 寿命指标 3.试验结果处理在试验期间没有漏油等故障，且主要零部件五断裂，齿面无严重点蚀（点蚀面积不超过4mm2，或深度超过0.5mm）、无剥落、轴承无卡滞等，判定检验合格。2.2试验台架类型分析 综合分析目前国内外变速器试验台的研究现状，根据功率传递路线的不同可以分为两类：开放式试验台和封闭式试验台。根据试验台架能量反馈方式的不同，封闭式试验台可以分为机械封闭式试验台、液压封闭式试验台和电封闭式试验台。其中电封闭式试验台又可以分为交流电封闭试验台和直流电封闭试验台18。2.2.1 开式试验台 开放式试验台架是最早使用的变速器测试台架类型。从驱动装置发出的功率流经过被测试变速器后被模拟负载直接以热能的形式消耗掉，功率的流动方向不能构成一个封闭的回路，所以称这种类型的台架为开放式试验台架19，其原理如图2-2所示。图 2-2 开放式试验台主要结构原理示意图 试验台驱动装置一般可采用发动机、液压马达或电动；试验区主要包含被测试的变速器、传动轴、传动轴承和转速转矩传感器；测功机吸收从变速器输出的功率，常见的装置有：1.直流测功电机带（电阻箱 )；2.电涡流测功机或水力测功机 ；3.由液压系统组成的加载装置。 开放式试验台架的特点是工作原理简单，测试台架系统技术含量较低、操作和控制方便，设备的制造成本也相对较低，并且维修也非常快捷。但它最突出的缺点是试验台测功机的能量不能回收使用，需要驱动装置提供大功率的能量输入来保证设备的正常运行。目前只有少数传递功率较小的变速箱试验还在使用开式试验台。2.2.2 封闭式试验台架 封闭式试验台架是在开放式试验台架的基础上发展而来。和开放式试验台架最大的不同是封闭式试验台架能够将模拟负载区的能量通过机械、液压或者电的形式返回到动力区，从而在台架的功率流动方向上形成一个封闭的回路21。据统计，维持封闭式试验台运转（克服台架运动件及被试件、陪试件的运转阻力、发电机效率损失等）仅需原动机的20%25%，也就是说可以将原动机总功率中大约70%80%的能量回收再利用。这样，整个台架的功率输入仅需补偿试验台架正常工作时所耗散的功率即可保证系统的运行，从而很好的节约能源。2.2.2.1 机械封闭式试验台架 机械封闭式试验台架使用齿轮变速箱来实现驱动和负载功率的封闭，整个测试台架的功率损失非常小，只有齿轮机械摩擦和搅油等损失，依靠外部的功率输入来补偿该部分损失。试验台结构原理示意图如图2-3所示。图 2-3 机械封闭式试验台架原理示意图 可以看出试验台由电机、两个变速箱、传感器、加载装置、被测装置和陪试装置六部分组成。其中两个变速箱是电机和被试箱转速转矩不匹配时改变增加的附加传动系统，当电机转速低，变速箱输入端转速高的时候可以使用升速箱，当电机转速过高的时候可以使用减速箱。机械封闭式试验台架的特点是故障分析容易，维修方便快捷。但是这种试验台架尺寸链太长，组成复杂，导致安装调试相当困难，并且噪声很大22。2.2.2.2 液压封闭式试验台架 液压封闭式试验台架的加载功率封闭是通过泵和马达来实现的，动力由马达提供，泵作为加载装置，可以进行动态加载。试验台原理和机械封闭式试验台架非常相似，就是用马达和液压泵代替变速箱，不采用齿轮直接传动，而采用液压封闭链。封闭液压系统的特点是其结构简单，系统能量损失小，工作效率高，容易设计。但是考虑到液体随时间函数的线下欧线性关系不强，只能考虑宏观的效果。同时还需要液压辅助系统，那么台架整体占地面积较大，不便于布置，制造成本也较高。2.2.2.3 电封闭式试验台架 电封闭式试验台架的机械结构和开放式试验台架的机械结构类似，但必须采用电力测功机作为试验台的负载。动力装置选用电动机，加载装置选用发电机，发电机产生的电能传输到主电网或者台架的公共直流母线，然后传递给动力装置来驱动整个台架的运行，从而实现能量的循环利用。常规电封闭试验台的优点是能源利用好，效率高，构造简单，能够实现动态加载，但其突出缺点就是价格昂贵。电封闭式试验台架又分为交流母线电封闭试验台架和直流母线电封闭试验台架。 图 2-4 交流电封闭式试验台原理示意图 通过交流母线电封闭试验台原理示意图可以看到，这种试验台的能量循环主要是靠电网来直接实现20。其功率传递方式主要有两种：A.采用直流电机作为动力装置，动力经过被测装置传递到直流发电机，再到直流电动机，带动交流发电机转动，将能力转化为交流电反馈到电网中。B.采用变频器和交流电动机组合成动力装置，驱动被测装置，直流发电机作为加载装置，发出的直流电通过逆变器变为交流电以后再反馈到电网中。这两种方式的传动部件都比较多，能量转化次数多，从而造成能量回馈效率不高，同时设备成本增加，试验台的占地面积也会增加。最主要的是这种变速器反馈会电网的交流电会对电网造成一定的谐波干扰，可能会污染能源。 图2-5直流电封闭式试验台原理示意图 直流母线电封闭试验台架示意图如图2-5所示，这种试验台拥有自己独立的公共直流母线。使用整流器把电网中的交流电转化为直流电，直接给直流母线提供电能。流过变频器来驱动交流电动机作为动力装置，加载装置采用直流发电机，将机械能转化为直流电反馈回公共直流母线，从而实现了系统内部的能量循环利用。使用中只需要通过整流器从电网补充少量的能量来补偿系统的能量损失。电能在台架系统内部循环利用，并且电网到直流母线之间的能量传输是单向传输，能够有效避免测试台架对电网的谐波干扰。直流母线电封闭试验台架的机械部分比较简单，抬价的搭建和试件的拆装容易。缺点是其电器系统比较复杂，电力测功机的成本高，电路系统维修不便。2.3 试验台架方案确定 对于开式试验台，虽然台架设计相对简单，但是其能源消耗巨大、噪声大。并且本课题所研究试验台主要是做变速器的疲劳试验，能量不能回收利用，长期的运行成本会很高，不宜采用这种台架结构。液压封闭式试验台架的工作效率很高，结构简单但容易造成泄漏污染，并且设备占地面积大，不适合室内测试环境使用。电封闭式测试台架的主要优点是机械结构简单、台架搭建和试件拆卸容易，还能实现电能的回收利用，缺点是操纵、控制机构复杂，电力机械和维护的成本很高。交流母线电封闭式测试台架的电能直接通过电网，容易对电网造成谐波干扰。直流电封闭式测试台架需要加装全套发电设备，使得整个试验台的价格相当昂贵。机械式封闭试验台结构简单，投资小，使用经济，性能稳定可靠。在变速器及驱动桥的总成疲劳寿命试验中，广泛采用机械封闭式试验台架。综上所述，本课题选择机械封闭式试验台架，其主要结构如图所示。图 2-6 机械封闭式试验台架简图 使用驱动电机来模拟客车发动机，输出合适的转速和转矩。通过联轴器和前传动箱相连接，传动箱的作用主要是用来改变中心距，从而实现整个试验台的能量封闭，其传动比也就是1。经过联轴器2连接一个转速转矩传感器，用其来测量被试变速器输入端的转速转矩，并且记录数据。联轴器3来连接输入轴转速转矩传感器和被试变速箱。被试变速器的输出端与陪试箱输出端用车用传动轴相连接，也就是平常称呼的背靠背连接。陪试变速器出去通过联轴器4和输出轴转速转矩传感器连接，测试输出端的转速转矩，理论上所测值应当和输入轴转速转矩传感器所测值一样。再经过联轴器5将能量传递到后传动箱，后传动箱的中心距和前传动箱的中心距相等，使得闭合回路轴线可以和电机的输出轴线重合。后传动箱再通过联轴器6，传动轴，联轴器7将能量传递到加载器里面。加载器来模拟变速器的负载，其主要还是使用液压加载装置。加载器再通过联轴器8，传动轴，联轴器9将能量传递到前传动箱，从而就实现了功率的封闭。整个能量回路中主要有各个零部件的机械损失和热损失，但不是很大，在原动机的20%25%，所以很好的节约了能量，实现了能量的循环利用。 本课题以綦江的某一款客车用变速器为参考，设计整个试验台的其他零部件。变速器的主要参数如下：表2.1 綦江某一客车用变速器主要参数额定扭矩1挡2挡3挡4挡5挡6挡7挡8挡R挡1500Nm8.266.084.533.362.471.811.351.0012.993 试验台零部件选型和设计3.1铸铁平台 本课题为整个试验台架设计有一基础平台，其主要用于对各个零部件的装配和夹紧，同时还可以很好的避免试验设备对实验环境的影响。变速器的疲劳寿命试验本就是长时间的试验，同时在工作过程中有较强的振动和噪声，试验台安装在基础平台，而不直接与地面相接触，振动不会直接传递到地面上，这样就可以很好的改善试验环境，减少对实验人员的伤害。 平台的材料的选用主要根据平台的使用要求。目前铸铁是机架使用最多的一种材料，它的流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件。在铸造中加入少量合金元素可提高耐磨性。铸铁的内摩擦大，阻尼作用强，故动态刚性好。铸铁还具有切割性能好，价格便宜，也易与大量生产等23。所以本实验台采用铸铁平台。 铸铁平台的总体尺寸为5000X3000X100。采用六角头螺栓M20x75和其他零部件联接。由于不同的变速器输入轴与输出轴的横向垂直距离不同，要求所有底座都可以在平台上进行纵向和横向的移动。如图所示，在平台上设置纵向和横向的T型槽，螺栓大头端可以在T型槽里面滑动。T型槽的纵向和横向的间距都是250mm，上端宽度为22mm，下端宽度为40mm，深度为18mm。同时在纵向和横向T型槽的交点处设计有直径为50mm的孔，方便螺栓大头从这里取出和方便安装。用CATIA软件绘制整个铸铁平台的三维造型，最后所生成的部分工程图如下图所示。 图 3-1部分铸铁平台俯视图 图 3-2 部分铸铁平台正视图3.2 驱动电机的选型及其底座3.2.1驱动电机的选型 驱动电机的作用是用来模拟发动机，传递到变速器输入轴的动力应该满足传统车辆发动机的转速、转矩要求24。选择电动机包括选择电动机的类型、结构形式、转速、功率和型号。1 电动机的类型和结构形式 电动机的类型和结构形式应根据电源种类（直流或交流）、工作条件（温度、环境等）、工作时间的长短（连续或间歇）及载荷的性质、大小、启动性能和过载情况等条件来选择。Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维修方便等优点，故其应用广泛。各种生产机械的工作环境差异很大，电动机与工作机械也有各种不同的连接方式，所以应当根据具体的生产机械类型、工作环境等特点，来确定电动机的结构型式，如直立式、卧式、开启式、封闭式、防滴式、防暴式等各种型式。2 确定电动机的转速 同一功率的异步电动机有同步转速3000r/min、1500r/min、1600r/min、750r/min等几种。从第二章的变速器实验的行业标准中规定，其试验转速不得小于1450r/min，所以选择同步转速为1500r/min的电动机。3 确定电动机的功率和型号 电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率过小，不能保证工作机的正常工作或是电动机长期过载而过早损坏；功率选的过大，则电动机价格高，且经常不在满载下运行，电动机的效率和功率因数都比较低，造成很大的浪费。电动机功率的确定，主要与其载荷的大小、工作时间的长短、发热多少有关，对于长期连续工作、载荷较稳定的机械，可根据电动机所需的功率Pd来选择。 （式3-1）可以确定所需转速T=1500 Nm，转速n=1500r/min，带入式（3-1）则工作机所需的有效功率为 为了保证试验台的可行性，所选电动机的功率应当在计算值之上，确定电动机的功率选择220KW。 通过综合分析，选用的电机型号为Y355M1-4，具体性能指标见表3.1表 3.1 驱动电机主要技术参数电机型号：Y355M1-4额定功率(Kw)220噪声Db(A)106额定转速(r/min)1480振动(mm/s)3.5转矩（Nm)1419重量(Kg)1580额定电流(A)390级数4额定电压（V)380频率(Hz)50驱动电机外形尺寸与安装尺寸如图3-3所示图 3-3 驱动电机外形尺寸与安装尺寸3.2.2驱动电机的底座 为了将驱动电机固定在铸铁平台上，并且保证驱动电机的同轴度，为驱动电机设计一底座。考虑到驱动电机可以在铸铁平台上纵向和横向的移动，其驱动电机底座下端尺寸为1600mmx1600mm，高度为295mm，与铸铁平台进行配合，通过6颗粗牙六角头螺栓来连接。底座的上表面设计有4个孔，用于驱动电机在底座上的固定。如图3-4所示。为了减轻整个底座的质量，在不影响其刚度和强度的前提下，在底座的左侧和右侧分别挖有4个200mmx200mm的孔，同时也方便连