機械式前置汽車變速器實驗臺設(shè)計,機械式,前置,汽車,變速器,實驗,試驗,設(shè)計 機械設(shè)計簡介 設(shè)計過程 機器是機構(gòu)與其他零件的組合， 為了有益的用途而轉(zhuǎn)換，傳遞或利用能量，力或運動。實例有發(fā)動機，渦輪，車輛，卷揚機，印刷機，洗衣機和電影攝影機。 許多適用于機器設(shè)計的原理和方法也適用于不是真正機器的制成品，從輪轂蓋和檔案櫥柜到儀表和核壓力容器?！皺C械設(shè)計”這一術(shù)語比“機器設(shè)計”更為廣義，它包括機器設(shè)計。而對于某些儀器，如用以確定熱，流動線路和體積的熱力以及流體方面的問題要單獨考慮。但是，在機械設(shè)計時要考慮運動和結(jié)構(gòu)方面的問題以及保存和封裝的規(guī)定。在機械工程領(lǐng)域以及其他工程領(lǐng)域應用機械設(shè)計，都需要諸如開關(guān)，凸輪，閥門，容器和攪拌器等機械裝置。 設(shè)計始于真正的或想象的需要?，F(xiàn)有的儀器可能需要在耐用性，效率，重量，速度或成本上加以改進。 可能需要新的儀器來完成以前由人做的功能，如計算，裝配或保養(yǎng)。目標全部或部分地確定后，設(shè)計的下一步就是構(gòu)思能夠完成所需功能的機構(gòu)及其布置。為此，徒手畫草圖價值極大，它不但作為一個人想法的記錄和其他人討論的輔助手段，而且尤其適于與自己的想法交流，作為創(chuàng)造性思路的興奮劑。還需要有關(guān)部件的廣泛知識，因為一臺新機器常常由熟知的各類零件重新安排或替換而成，也許改變了尺寸和材料。無論在構(gòu)思過程中還是之后，一個設(shè)計者都會進行快速或粗略的計算或分析以確定一般尺寸和可行性。當一些關(guān)于所需或可用空間量的想法確定后，可以按比例畫草圖。 當幾個零件的大致形狀和幾個尺寸出來時，分析可以真正開始了。分析的目的在于使其具有令人滿意的或者優(yōu)越的性能，以及在最小重量下的安全性和耐用性和有競爭力的成本。設(shè)計師將為每一個關(guān)鍵的承載截面尋找最佳的比例和尺寸，以及幾個零件強度的平衡。然后選擇材料和處理方法。這些重要的目標只有通過基于機械原理的分析才可以得到，如關(guān)于反作用力和摩擦的最優(yōu)利用的靜力學原理；關(guān)于慣性，加速度和能量的動力學原理；關(guān)于應力和撓度的材料的彈性和強度原理；關(guān)于材料的物理行為原理；關(guān)于潤滑和水力驅(qū)動的流體力學原理。分析可以由構(gòu)思機械安排的同一個工程師來做，或者在大公司里由獨立的分析部門或研究組來做。分析的結(jié)果，可能需要新的安排和新的尺寸。不管是正式做的或非正式做的，設(shè)計是一個反復的和合作的過程，分析人員可以對所有階段起作用而不僅僅是他自己的階段。 最后，一項基于功能和可靠性的設(shè)計完成了，就可以制造樣機了。如果測試滿意，而且如果裝置要大量生產(chǎn)，就要對最初的設(shè)計進行一定的修改以確保以較低的成本大量生產(chǎn)。在隨后幾年的制造和使用期間，設(shè)計有可能因構(gòu)思了新想法或者基于測試和經(jīng)驗基礎(chǔ)上的進一步分析所顯示的改變而改變。銷售吸引力，客戶滿意度和制造成本都與設(shè)計有關(guān)，設(shè)計能力與工程投資的成功密切相關(guān)。 一些設(shè)計準則 在這一部分，有人建議運用創(chuàng)造性的態(tài)度進行的分析，這種分析可以引起重大改進以及對備用產(chǎn)品的構(gòu)思和完善，也許產(chǎn)品功能更多，更經(jīng)濟，更耐用。創(chuàng)造階段無需是最初和獨立的階段。雖然分析人員可能并不負責整個設(shè)計，但是他不僅僅是能從數(shù)字上提出要他解決的問題的正確答案，不僅僅是給出應力值，尺寸或者工作限制。他可以提出更廣泛的見解，以便改進規(guī)范或方案。由于在分析前或分析過程中，他會熟悉裝置及其工作條件，他就處于一個構(gòu)思備選方案的有利位置。最好他能提出建議改變形狀來消除力矩或應力集中，而不是允許構(gòu)建具有大截面和過多動態(tài)載荷的機構(gòu)。最好是他報廢他的細致的設(shè)計而不是后來看到的機械報廢。 為了激發(fā)創(chuàng)造性思維，建議設(shè)計人員和分析人員使用以下準則。前6條準則尤其適用于分析人員，雖然他可能涉及到所有這10項。 1. 創(chuàng)造性地利用所需的物理性能并控制不需要的。 2. 認識實用載荷及其重要性。 3. 預選考慮沒有作用的載荷。 4. 發(fā)明更有利的加載條件。 5. 提供最小重量的最有利的應力分布和剛性。 6. 用基本方程計算比例并使尺寸最優(yōu)化。 7. 選取材料以獲得性能組合。 8. 在備件和集成零件間仔細選擇。 9. 修改功能設(shè)計以適應生產(chǎn)過程和降低成本。 10.考慮裝配中使部件精確定位和互不干擾。 北京理工大學學報，1998，Vol.7,No.2 汽車變速器性能實驗臺自動控制 閻清東 項昌樂 馮永存 （北京理工大學車輛工程學院，北京 100081） 摘要 目的 實現(xiàn)汽車變速器性能實驗臺自動控制。 方法 采用了潤滑油油溫自動恒溫控制技術(shù)，微機控制變速器自動換檔，動力電機無級調(diào)速，加載電渦流測功機變載，試驗數(shù)據(jù)的自動采集與實時處理技術(shù)。 結(jié)果 潤滑油油溫控制在設(shè)定溫度℃；自動換檔簡單，可靠，準確 ；無級調(diào)速調(diào)載快速準確。加載轉(zhuǎn)矩偏差為r/min 。結(jié)論 將上述技術(shù)應用于汽車變速器性能試驗臺，利用該試驗臺對某型變速器進行了微機程控性能試驗，效果良好。 關(guān)鍵詞 汽車變速器；性能試驗；計算機輔助測試；自動控制。 分類號 U463.212 ；U467.12 為提高民族產(chǎn)品性能而對汽車各部件進行試驗和理論的復雜研究是發(fā)展民族汽車工業(yè)的重要途徑。齒輪箱是汽車變速器的一個關(guān)鍵部分，其特性會直接影響到變速器的性能。主要的性能參數(shù)是：變速器效率，潤滑油，噪音等等。因此，對各性能進行快速而精確的測試是很必要的。 在本文中，汽車變速器性能多功能試驗臺應用了自動控制技術(shù)，實現(xiàn)了潤滑油自動恒溫控制，可編程自動換檔，無級調(diào)速和負載調(diào)整，試驗數(shù)據(jù)的自動采集和處理，試驗報告和測試曲線的自動輸出，嚴格監(jiān)控了試驗環(huán)境，精度和速度。 1. 自動恒溫控制技術(shù) 性能測試中必須嚴格控制潤滑油的溫度，在整個試驗過程中油溫必須控制在設(shè)定溫度℃范圍內(nèi)。在本文中，采用了PID自動控制技術(shù)混合冷熱機油來實現(xiàn)潤滑油溫度恒定。該系統(tǒng)由潤滑油強制循環(huán)系統(tǒng)和帶有反饋的PID電子控制系統(tǒng)組成。圖1是潤滑油的強制循環(huán)系統(tǒng)圖，圖2是帶有反饋的PID電子控制系統(tǒng)圖。 圖1.潤滑油強制循環(huán)系統(tǒng) 1－電機 2－機油泵 3－壓力氣壓表 4－溢流閥 5－滑閥 6－過濾器 7－輔助油箱 8－截流閥 9－冷卻裝置 10－電子加熱器和熱機油箱 11－三通電子驅(qū)動閥 12－液壓油管 13－溫度傳感器 14－被測變速器 帶有反饋的PID自動控制系統(tǒng)用于控制三通電子可調(diào)閥的驅(qū)動電機。如果反饋溫度值低于設(shè)定溫度值，驅(qū)動電機將順時針轉(zhuǎn)動，熱機油流量增加，否則，驅(qū)動電機將逆時針轉(zhuǎn)動，冷機油流量增加。冷潤滑油來自于冷卻裝置 ，熱潤滑油來自裝有電子加熱器的熱潤滑油油箱，溫度計用于監(jiān)測變速箱機油溫度為PID溫度控制器提供了基本的設(shè)定數(shù)。輔助溫度控制器用于控制熱潤滑油箱中油溫保持在PID設(shè)定溫度的一定范圍內(nèi)。 圖2.PID自動控制原理圖 1－PID溫度控制器 2－溫度計 3－輔助溫度控制器 4－電子加熱器 5－熱機油箱溫度傳感器 6－變速器油溫傳感器 7－反饋溫度傳感器 8－三通電子可調(diào)閥驅(qū)動電機 2. 計算機控制系統(tǒng) 圖3是計算機自動控制流程圖 系統(tǒng)功能如下： 1. 監(jiān)測性能參數(shù)；輸入轉(zhuǎn)速和扭矩，輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，潤滑油溫度，檔位。 2. 調(diào)整主可變頻率電機的轉(zhuǎn)速和電渦流電力測功機的負載。 圖3.計算機自動控制流程圖 2.1換檔控制 換檔桿的運動是由用于換檔和位置控制的汽缸活塞曲柄機構(gòu)控制的，活塞行程是由電磁開關(guān)控制的。換檔過程完全是由單片機上的CPU控制的。圖4是換檔氣動系統(tǒng)，圖5是換檔控制電路布置圖，CPU通過向單片機上的CPU發(fā)送換檔指令以閉合相應的繼電器來控制電磁滑閥的動作，同時不同的氣動電路接通來實現(xiàn)不同的換檔和位置動作。 圖4.氣動換檔示意圖 1－油水分離器 2－儲氣筒 3－氣壓表 4，5，10，11－ 電磁滑閥 6－單向閥 7－換檔控制氣缸 8－電磁開關(guān) 9－位置控制氣缸 圖5.換檔控制電路示意圖 1，2，3，4－整體式繼電器 5，6，7，8－滑閥控制電磁鐵 9－主CPU 10－單片機上的CPU 11－位置開關(guān) 2.2 轉(zhuǎn)速和負載的控制 液晶示波器的頻率是1.832MHZ。第一級分離頻率的時間常數(shù)是2.頻率分離器的頻率是921.6KHZ，而后，系統(tǒng)控制軟件為下級頻率分離器設(shè)定連續(xù)的時間常數(shù)以獲得連續(xù)的電壓。時間常數(shù)和頻率之間的關(guān)系是：時間常數(shù)=921.6/頻率。 控制轉(zhuǎn)速和負載的自動控制器帶有與計算機連接的電壓通道端口。再通過F/D（頻率/電壓）轉(zhuǎn)換器可以獲得控制電壓。輸入頻率，輸出電壓，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速和測功機。磁化電流之間的相應關(guān)系如下表： 表1. 對應關(guān)系 輸入頻率/KHZ 輸出電壓/V 驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速/（r/min） 測功機磁化電流/A 0 0 0 0 5 5 6000 5 3.計算機數(shù)據(jù)實時采集和處理 3.1數(shù)據(jù)實時采集 傳感器的信號在傳送到計算機以前，被高精度的V/F（電壓/頻率）和I/F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成類似的線性頻率信號。通過8253時間計數(shù)器和相應的計算，可以得出被測工程的可變值。對應關(guān)系：A=CN，A是工程值，N是時間計數(shù)器的脈沖值，C為轉(zhuǎn)換器的校對系數(shù)。 3.2數(shù)據(jù)實時處理 從傳感器獲取的原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，輸入功率，輸出功率，比例，效率會直接計算出來。同時，計算機屏幕上會顯示出效率曲線。 4. 實驗臺的結(jié)構(gòu) 性能實驗臺是一臺動力開環(huán)測試臺，由機械框架，電控系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)，潤滑油自動恒溫控制系統(tǒng)和可編程控制自動換檔系統(tǒng)組成。圖6是實驗臺的框架圖。動力組是55KW的高轉(zhuǎn)速可變頻電機，可以實現(xiàn)0-6000r/min范圍內(nèi)的連續(xù)可變調(diào)速。因此，變速器輸入可以省去一臺調(diào)速器，在很大范圍內(nèi)降低了實驗臺的噪音。負載組是一臺160KW的電渦流電力測功機，動力可以單邊或雙邊輸入，以達到配有差速齒輪或無差速齒輪的變速器的要求。在變速器的輸出端采用了同步帶，可以簡化實驗臺的結(jié)構(gòu)和降低噪音。 圖6.實驗臺框架結(jié)構(gòu)圖 1－55KW可變頻電機 2－輸入扭矩，轉(zhuǎn)速傳感器 3－被測變速器 4－輸出扭矩，轉(zhuǎn)速傳感器 5－同步帶 6－160KW電渦流電力測功機 7－潤滑油泵工作臺 8－換檔機構(gòu)系統(tǒng) 5.試驗舉例 在實驗臺上對ALTO變速器進行性能測試，通過原始數(shù)據(jù)處理，效率曲線如圖7所示。試驗過程中，檢測參數(shù)被控制在實驗臺許可范圍內(nèi)。試驗數(shù)據(jù)如下圖： 圖7.效率曲線 輸入轉(zhuǎn)速：（（1000，2000，3000）5）r/min； 輸入扭矩：（（28，56）1）N·m； 潤滑油溫度：（802）℃。 6.總結(jié) 1. 冷熱機油混合技術(shù)的采用，可以實現(xiàn)潤滑油恒溫控制。 2. 可編程自動換檔，可調(diào)轉(zhuǎn)速負載，和數(shù)據(jù)實時采集和處理技術(shù)的采用，變速器特性測試可以自動完成。 3. 試驗報告和測試結(jié)果曲線可以通過計算機顯示獲取。 參考文獻 Lu J F.傳感器端口通道和試驗裝置電路（中文版）。北京 北京航空工業(yè)出版社，1994 （收錄于1997.11.26） 8