汽车变速器性能检测试验台毕业设计说明书

长春大学毕业设计（论文）纸共34页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊前言由于发动机输出的转速和转矩与车辆驱动轮所需的转速和转矩之间存在着矛盾，须设立传动系来调节发动机的性能，即通过传动系改变传动比，将发动机的动力传递给驱动车轮，以适应外界负荷与道路条件变化的需要。车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于传动系以及传动系与发动机的匹配。变速器是现代汽车重要的组成部分。研究变速器与发动机的联合工作特性，需要对变速器的性能进行台架试验，变速器的维修需要进行故障诊断试验。国内变速器性能检测设备尚处于研究发展阶段。本文所设计的变速器性能检测试验台能够为变速器的性能或故障诊断提供参考数据，具有以下功能：提供的动力能模拟变速器在汽车上的使用工况；负载能模拟汽车的道路行驶阻力；能检测变速器的特性参数及系统油压、流量、温度等数据。随着汽车市场的不断扩大，汽车行业对变速器的需求不断增长，对汽车变速器的质量要求也越来越高，这就要求既要有高科技的加工手段，又要有高质量的检测设备，但目前国内采用的检测手段还不能全部满足现状的要求，主要表现在检测产品单一，跟不上产品的变化，检测手段落后，不能满足某些指标的检测，检测效率低，不能满足生产需要。因此研制一台手动汽车变速器试验台，就更显得迫切和需要。根据要求本人设计了一款汽车变速器性能检测试验台，由于时间仓促和知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，请各位老师给予批评指正。长春大学毕业设计（论文）纸共34页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章汽车变速器试验台概述1.1汽车变速器试验台资料调查变速器是现代汽车重要的组成部分。研究变速器与发动机的联合工作特性，需要对变速器性能进行台架试验，变速器的维修需要进行故障诊断。对变速器检测项目及检测方法进行了研究，设计了适合汽车维修企业使用的变速器试验台。汽车变速器性能检测试验台能够为变速器的性能或故障诊断提供参考数据，具有以下功能；提供的动力能模拟变速器在汽车上的使用工况；负载能模拟汽车的道路行驶阻力；能检测变速器变速器的特性参数及系统油压、流量温度等数据。随着经济的飞速发展与科技的进步，我国汽车工业发展十分迅速，汽车保有量与日剧增，汽车不再是渴望不可求的奢侈品，它已经逐渐的进入百姓家中。变速器作为汽车传动总成的关键部件，其性能的好坏直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性。因此，人们对变速器的性能要求越来越高。现在市场上的变速器细分为5类：手动变速器（MT）、自动机械式变速器（AMT）、无级变速器（CVT）、双离合器变速器（DCT）、和自动变速器（AT），不同的变速器都有各自的优势。毫无争议的说，自动变速器是未来变速器发展的一个重要的方向。据测，2013年欧洲变速器市场上，配备手动变速器的汽车将占52%，配备自动手动变速器的将占10%，配备无级变速器的将占2%，配备双离合变速器的将占16%，配备自动变速器的将占20%。从以上数据我们可以看出，手动变速器仍然占有很大份额。为此，我国相关标准对新生产和维修后的变速器都要求进行台架试验，但目前只有规模较大的变速器生产厂拥有专业的变速器试验台，而且这些高价格的试验台主要依赖进口。这种状况造成了手动变速器开发周期的缓慢，使变速器生产商在对产品修改时没有一个固定的标准，只能盲目的、尝试性的、试探性的修改，对工时、材料浪费严重。为此，研制出一套先进实用、价格适中的变速器试验台成为市场的迫切需要。21世纪是汽车工业飞速发展的时代，现代先进的技术和生产方式得到大面积推广，产品的生产效率大大提高，汽车工业逐步成为许多国家的支柱产业，为了控制汽车产品质量，提高汽车品质，势必对其总成及零部件提出更高更严格的要求。但是，原来的生产和试验方式已经显然不能满足现代高效率公司生产的需要。汽车普遍装备了变速器，变速器维修有一个广阔的市场，设计适应于汽车维修企业的变速器台架性能试验台，将提高自动变速器维修质量，促进行业发展。因此，对汽车手动变速器试验台的研究具有特别重要的意义。长春大学毕业设计（论文）纸共34页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊因此，下面介绍的试验台系统，该系统实现了变速器综合性能的在线检测，并详细叙述了该试验台系统的体系结构及工作原理及其控制软件的开发及实现。目前国内的汽车变速器试验台自动化程度低、测试过程依赖于测试者的经验。该试验台系统自动程度高、测试多、实时性强且完全可靠。具体说来，该试验台系统具有以下优点：可进行几种不同型号变速器及其扩展类型变速器的性能测试；测试过程可智能控制；短时间内可完成综合性能（换档、加载、同步器）测试；运行参数可实时显示；可进行故障的自动检测、报警及处理等。1.2国内外发展趋势和现状汽车试验主要分为汽车道路试验和汽车台架试验两个部分。汽车道路试验在汽车工业发展的初期就得到了充分重视，成为汽车设计所必须依赖的一个方面，并出现一些专业汽车试验场。二次世界大战以后，汽车实验技术进入一个新的发展时期，这一方面是由于汽车生产发展的需要，另一方面也是许多相邻工业、相邻学科发展和渗透的结果。汽车空气动力特征、车辆地面学、车辆结构强度与载荷、车辆工作过程等试验研究都涉及到多方面的试验理论和技术，如系统分析、相似理论、误差理论、数据随机处理等，这些基础性的研究工作有力地推动了汽车试验工作的发展。我们国家也随着汽车工业的发展也建立若干个大型试车场，如湖北襄樊试车场、海南试车场和定远试车场等。汽车道路试验一般试验周期长、成本高，容易受自然条件影响。因此开发相关实验台架是技术发展的必然趋势。随着电子技术和微机控制技术的快速发展，台架试验已经成为汽车整车及其部件各种性能的主要试验手段，在国内外无论是研究单位还是制造单位的研究水平越高，其台架设备也就越先进。台架试验同样也是汽车零配件在开发设计中主要的试验手段，借助台架试验对相关零部件或者总成的各项运行参数进行测试，通过分析比较从而得出生产的产品是否满足要求，并为开发新产品取的必要的技术数据。从某种程度上说，检测设备的水平就是其产品质量水平的标志。近二十年间，世界电子技术的飞速发展大大加快了汽车技术的发展步伐。这期间，变速器检测诊断技术随着单子技术、计算机技术、自动化控制技术、传感技术的发展而不断发展，在工业发达国家，已经普遍应用高新技术改进和完善汽车变速器检测诊断设备，各种新型设备不断出现，并向多功能、小型化、数字化、智能化和综合化的方向发展。对于国外来说，美国SWRL公司最新推出的一款全电控机械驱动方式AMT的换挡执行机构就是采用了全电系统设计。这样的设计能够有效避免选档和换挡时发生干涉的问题。。日本汽车工程组织也有类似的试验项目。此外,根据检索,在美国也有汽车变速器检测试验方法获得国家专利局授权,并公开转让。这些长春大学毕业设计（论文）纸共34页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊试验项目的开发为汽车整车及自动变速器的生产厂家提供了良好的依据,促进产品质量的提高。但是,国外的这些试验项目主要是针对变速器的研发和生产,而对于维修企业或者变速器翻新企业来说,还没有比较合适的试验标准来检测汽车变速器的综合性能。对于国内来说，目前中国汽车行业标准中制定了许多汽车零部件总成的技术标准和试验方法,如制动器、转向器、机械变速器、减震器等,甚至细致到对一些总成的部件,都有相关的规范标准。而对于汽车手动变速器,由于起步较晚,国内有能力生产汽车变速器的多为合资企业,因此国家尚未建立比较完整的试验方法和技术标准,而针对汽车变速器性能的台架试验方法更是屈指可数。目前仅有汽车用液力变扭器台架试验方法、汽车机械式变速器台架试验方法、汽车用液力变扭器技术条件,更没有建立相应的评价指标。第2章总体方案设计2.1系统介绍该系统采用双变频电机模拟汽车变速器实现工况，从而实现对变速器性能的真实检测。电机的控制通过西门子6SE70系列变频器来实现。该系统变频器采用交流矢量控制技术，对大功率交流电机实现了精确控制。因为该系统中变频器数量不多、数据传输量不大，采用RS485总线来实现工控机与变频器之间的通讯，满足了实时性要求。由于PLC控制稳定、可靠，所以自动换档执行机构（机械手）采用PLC控制器来实现不同型号变速器的自动换档动作。2.1.1系统要求厂方要求试验台系统能够在线检测变速器的综合性能，包括以下试验：（1）各档换档试验；（2）变速器加载能力测试；（3）变速器操纵（同步器）性能的测试；（4）跳档检测；（5）变速器的疲功寿命试验；（6）传动效率试验。工作性能要求为：（1）系统运行稳定、安全可靠；（2）测试数据报表和测试及故障诊断的界面友好；（3）台架试验方法科学、规范，达到汽车机械式变速器台架试验方法国家标准；长春大学毕业设计（论文）纸共34页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（4）在同一台架上对不同种变速器完成测试功能。2.1.2系统体系结构系统整体结构如图3.1所示。图3.1系统结构图试验台采用组合式结构，其中主要由试验台机电部分、换挡机械手部、控制部分组成。试验台机电部分包括加载电机、汽车变速器与驱动单元。驱动单元包括驱动变频电机、惯性轮箱（用于模拟实车工况的惯性）、转速转矩传感器、输入接盘及各种安装支架和联轴器组成。以实现对变速器输出轴的驱动及转速、扭矩的检测。上述部件安装在一块调整底板上，方便更换不同品种变速器时做整体平移。试验台机电部分是该系统的最终执行机构，完成将变速器驱动到相应转速和加载扭矩，以达到特定测试工况。机械部分包括两个功率比较大的变频电机和试验台架。该系统中电机的性能对整体性能影响很大，因而选用交流变频电机。该电机能满足高精度的扭矩、转速控制，而且功率足够大，可以满足本系统试验工况要求。工作时，加载电机工作在发电状态下，能量回馈到电网，大大节约了能源。试验台架包括离合器、传动机构和汽车变速器。因为试验时要达到高转速、高扭矩的工作状态，所以机械部分加工精度要高。汽车变速器长春大学毕业设计（论文）纸共34页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊是本系统测试对象，为了使装卸变速器的时间短，本试验台变速器的夹紧松开操作是通过油缸四轴连动压板来实现的。机械手换挡机构由执行元件、中级操纵机构、调整支架、控制系统及各种连接件组成，以实现换挡动作及换挡力、换挡速度、位移的控制与调整。安装在机械手上的拉压力传感器、位移传感器实现换挡力和换挡位移的数据检测。换档机械手部分是控制部分的执行机构，机械手根据PLD发送的换档指令完成指定的换档动作。控制部分以计算机为中心，控制软件根据现场数据和当前工作状态控制系统的流程、任务分配、指令发送、故障检测等；通过板卡通讯向PLC机械手发送换档控制指令、通过RS485总线变频器发送测试所需的转速和加载扭矩信号。控制部分还包括变频器、现场数据采集卡（PCL818L）、PLC控制器。变频器可以实现三相交流异步电动机的无级调速。变频器选用西门子6SE70系列变频器，该系列变频器采用交流电机的矢量控制技术对电机进行控制。矢量控制也叫磁场定向控制。它的基本思路是利用d-q旋转坐标变换，将定子电流分成励磁电流id1和转矩电流iq1，在调速过程中保持转子磁链不变，即id1为常数，此时交流电机调速原理与直流电机相同。现场数据采集卡将现场采集的数据传输到计算机。PLD控制器根据计算机发送的指令完成将换档信号转换为换机械手的执行命令。其中包括润滑油温控制系统与电气控制系统。润滑油温控制系统由加热器、冷却器、温控器、温度传感器及油泵、阀门等组成，同变速器组成闭环系统，温度传感器装在变速器放油孔处，来反映实际温度与设定温度的差值，通过温控器可对润滑油进行加热或冷却的自动控制，以满足实验过程中对润滑油温的控制要求。电气控制系统由控制柜、控制台、触摸屏、PLC、变频器、计