基于PLC控制的汽車驅動橋總成性能試驗臺設計

1、學號本 科 畢 業(yè) 論 文 基于PLC控制的汽車驅動橋總成性能試驗臺設計 教 學 系： 機電工程系 指導教師： 專業(yè)班級： 學生姓名： 二一六年四月畢業(yè)設計(論文)任務書學生姓名專業(yè)班級指導教師工作單位設計(論文)題目: 基于PLC控制的汽車驅動橋總成性能試驗臺設計設計（論文）主要內容：設計的試驗臺，滿足汽車驅動橋總成各項性能試驗要求，符合經(jīng)濟、實用的原則；測控系統(tǒng)要求采用PLC控制系統(tǒng)；試驗數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理有較高的精度：<2%；試驗臺應能自動連續(xù)調整試驗速度；試驗臺應能自動處理試驗數(shù)據(jù)，繪制相應性能曲線；要求完成的主要任務及其時間安排:根據(jù)汽車零部件性能測試標準，完成測控試驗臺總體方

2、案設計及論證；完成試驗臺總體技術方案設計，繪制試驗臺原理框圖；完成試驗臺主要裝置結構設計，并繪制試驗臺總裝配圖和主要零件圖；完成測試系統(tǒng)硬件和測控軟件設計；編寫設計說明書；必讀參考資料：1. 張義民.汽車零部件可靠性設計 M. 北京理工大學出版社 ， 2000-92. 張建民，機電一體化系統(tǒng)設計，北京：北京理工大學出版社，2006.2；3. 趙燕.可編程控制器原理與應用. 北京：北京大學出版，20084. 楊杰民. 現(xiàn)代汽車發(fā)動機構造M.上海交通大學出版社，1999，182-2605. 清華大學汽車工程系. 汽車構造M. 人民郵電出版社，2000，25-

3、142 指導教師簽名： 張玉平 教研室主任簽名：畢業(yè)設計(論文)開題報告題目基于PLC控制的汽車驅動橋總成性能試驗臺設計1. 目的及意義（含國內外的研究現(xiàn)狀分析）汽車驅動橋由差速器、差速器、橋殼、半軸及輪轂組成，它們之間有著嚴格而精密的配合關系，如在出廠前不進行臺架實驗檢測，就很容易讓一些不合格產(chǎn)品流出公司，進入市場。驅動橋常見故障有：正反轉噪聲太大、正反轉點響、齒輪早期磨損；油封漏洞、主減速器與橋殼結合面密封不嚴導致漏油、焊縫漏油、砂孔漏油；軸承異響、差速失靈及制動器品質低等。目前，國內生產(chǎn)驅動橋的廠家較多，品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質量基本上能夠滿足同道農(nóng)業(yè)機械和工程機的使用需求，呈現(xiàn)了

4、明顯的產(chǎn)業(yè)特點：由進口國外產(chǎn)品向國產(chǎn)化發(fā)展，由小作坊向正規(guī)化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，由低端產(chǎn)品向高端產(chǎn)品發(fā)展，由引進國外技術向自主研發(fā)發(fā)展。在技術方面，通過不斷提高自身鍛造技術及工藝水平來保證研發(fā)產(chǎn)品制造質量；通過利用先進科學的設計輔助手段來達到設計優(yōu)化的目的；通過不斷學習吸收國外先進的技術逐步實現(xiàn)技術與國際接軌的目標，從而提高產(chǎn)品的核心效力；通過運用先進的技術及方法來提高產(chǎn)品的性能，滿足市場需求，推進機電一體化進程。最近幾年，中國汽車市場發(fā)展非?？?，市場競爭也非常激烈。因此，專業(yè)生產(chǎn)汽車驅動橋的企業(yè)，非常重視產(chǎn)品質量，加強在線檢測，尤其是產(chǎn)品出廠前檢測，即對驅動橋總成進行臺架高難檢測十分必要。這樣可及時

5、對調整失控現(xiàn)象，從面達到保證產(chǎn)品質量，穩(wěn)定生產(chǎn)過程，減少產(chǎn)品售后故障，提高顧客滿意度及市場競爭力的目的。目前，我國的某些廠家生產(chǎn)出來的試驗臺，可通過程序設定，設備自行站裝夾來定位檢測，傳感器收集相關數(shù)據(jù)進行分析、判定、紀錄、查詢。國外有驅動橋總成綜合性能試驗臺采用直流電機驅動，可對驅動橋總成進行綜合性試驗，例如檢測主減速器、差速器的工作情況，潤滑性能及總成及其組件的強度，磨損等，同時可對溫度、轉速、轉矩、噪聲等參數(shù)進行測量。隨著人們生活水平的不斷提高，對汽車性能和質量要求也愈來愈高。汽車驅動橋是汽車傳動系中的一個重要總成，其主要功用是傳遞動力。為此，本文對開發(fā)檢測汽車驅動橋的轉矩轉速性能進行了

6、探討和實際開發(fā)，其應用將有可能提高汽車驅動橋產(chǎn)品質量。本課題研究的是基于PLC控制的汽車驅動橋總成轉矩轉速性能試驗臺的設計。本課題探究的是，在電機不同轉速下，通過轉矩轉速傳感器在計算機上顯示出驅動橋輸入、輸出轉矩轉速的變化曲線，檢測汽車驅動橋轉矩轉速性能。 2基本內容和技術方案實驗臺上分別布置電機、聯(lián)軸器、轉矩轉速傳感器、傳動軸、轉矩轉速傳感器和加載器等。電機正反轉和轉速可通過變頻器調節(jié)。將各元器件相互之間用聯(lián)接起來，然后固定在實驗臺上（注意各元器件的同軸度）。驅動橋的傳動軸與傳感器聯(lián)接，兩個輪轂通過一個軸承座支撐起來。軸承座固定在實驗臺上（保證同軸度）。利用PLC控制變頻器調整電機的正反轉和

7、轉速，然后通過轉矩轉速傳感器，在計算機上顯示出的轉矩轉速變化曲線（轉矩轉速為驅動橋的輸入、輸出轉矩轉速）。從而顯示出在電機不同的轉速下，驅動橋轉矩轉速的變化來測試驅動橋的轉矩轉速性能。其總體結構簡圖如下圖1所示 圖1 實驗臺結構示意圖3. 進度安排：第1周第3周 查找文獻，了解驅動橋的工作原理及國內外發(fā)展現(xiàn)狀，完成方案設計寫出開題報告。第4周第7周 完成實驗臺總體設計方案（機械裝置設計和控制系統(tǒng)設計）第8周第11周 畫出總裝配圖、主要零件圖、三維圖、操作面板示意圖、接線圖、手繪復雜三維圖。第12周第13周 完成畢業(yè)設計論文。4指導老師意見：指導教師簽名： 年 月 日注：1. 開題報告應根據(jù)教師

8、下發(fā)的畢業(yè)設計（論文）任務書，在教師的指導下由學生獨立撰寫，在學院規(guī)定時間內完成；2設計的目的及意義至少800字，基本內容和技術方案至少400字；3指導教師意見應從選題的理論或實際價值出發(fā)，闡述學生利用的知識、原理、建立的模型正確與否、學生的論證充分否、學生能否完成課題，達到預期的目標。鄭重聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 本人簽名： 日期： 目 錄摘 要 1Abstract 21 緒論31.1 驅動橋性能試驗系統(tǒng)研

9、究的意義31.2 驅動橋性能實驗臺研究的現(xiàn)狀31.3 驅動橋性能實驗臺發(fā)展趨勢42 汽車驅動橋實驗臺的設計52.1 課題的設計依據(jù)及檢測內容52.1.1 課題的設計依據(jù)52.1.2 課題的檢測內容52.2 驅動橋試驗臺的總體設計方案62.2.1 實驗臺設計的思路62.2.2 實驗臺設計的示意圖72.3 實驗臺機械裝置的設計72.3.1 電機選型72.3.2 傳感器選型82.3.3 加載器選型92.3.4 聯(lián)軸器選型92.3.5 鍵的選擇102.3.6 支撐架的設計102.3.7 夾具的設計132.4 實驗臺控制系統(tǒng)的設計142.4.1 控制元件設計142.4.2 控制流程圖設計172.4.3

10、控制程序梯形圖設計182.4.4 控制電路設計193 結論20參考文獻 21致謝 22附錄 23摘 要驅動橋由傳動裝置、主減速器、差速器、車輪和驅動橋殼等組成，驅動橋位于傳動系的末端，是汽車整車中主要總成之一，它兼為整車的傳動系、行駛系和制動系等中的一個主要環(huán)節(jié)，也影響著整車的諸多性能。而汽車試驗是保證產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品質量和市場競爭力的重要手段。 首先闡述了課題所研究的意義，介紹了驅動橋試驗臺發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，以及課題在研究過程中所要完成的內容，以及所要做的準備工作，對將要進行的實驗臺設計進行了一個綜合的概述，分析課題設計的前提條件，為課題的設計作好準備。然后驅動橋試驗臺的設計思路進行一個系統(tǒng)

11、的闡述。首先闡述實驗臺總體設計方案，檢測內容為驅動橋的轉矩轉速性能；確定了設計思路，驅動橋性能試驗臺的設計基于對車橋的實際工作環(huán)境和實際路況的模擬，在此基礎上到達檢測驅動橋的轉矩轉速性能的效果，以達到在實際生產(chǎn)中降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品性能最優(yōu)化的效果。模擬測量汽車驅動橋的輸入、輸出轉矩轉速。然后通過驅動橋的輸入輸出轉矩轉速分析驅動橋的傳動效率。 再對實驗臺的控制系統(tǒng)進行了詳細的介紹。主要介紹控制元件、控制流程、控制電路和控制程序。實驗臺利用PLC控制變頻器調節(jié)電動機的正反轉以及轉速，達到檢測在不同轉速下驅動橋轉矩轉速的傳動效率。從而使實驗臺盡可能的實現(xiàn)自動化、電子化、智能化。關鍵詞：驅動橋；轉矩

12、轉速；試驗臺。ABSTRACTDrive axle by the transmission device, main reducer, differential, and other components of the wheel and drive axle shell, drive axle, at the end of the drive train, and is one of the main assembly in the automotive, it and for the vehicle transmission system, driving system and braki

13、ng system of a main link, also affects the performance of the vehicle .The automobile drive axle test is to ensure that product performance, improve product quality and market competitiveness of the important means.Firstly expounds the significance of topic research, this paper introduces the presen

14、t situation and trend of development of the drive axle test bench, and the subject in the research process to be completed by the content, and have to do the preparatory work, to the test bench design will be conducted a comprehensive overview, analysis the premise condition of project design, to pr

15、epare for the design of the subject. Then the design ideas for drive axle test rig a system in this paper. First in this paper, the overall design scheme of test bench test content for the drive axle of the torque speed performance; Determine the design idea, the design of drive axle performance tes

16、t-bed based on the actual working environment of axle and the actual traffic simulation, on this basis to detect the effect of the drive axle of the torque speed performance, in order to achieve lower production costs in the actual production, the product performance optimization effect. Analog meas

17、uring automobile drive axle of input and output torque speed. And then through the analysis of the input and output torque speed drive axle drive axle transmission efficiency. To test bench control system to carry on the detailed introduction. Mainly introduces the control components, control proces

18、s, control circuit and control program. Experiments using PLC control inverter to adjust motor and reversing and speed, to test under different rotational speed drive axle torque speed transmission efficiency. To make the test bench as far as possible the realization of automation, electronic and in

19、telligent. Key words: drive axle; The torque speed; The test bench. 11. 緒論1.1 驅動橋性能試驗系統(tǒng)研究的意義汽車驅動橋由差速器、差速器、橋殼、半軸及輪轂組成，它們之間有著嚴格面精密的配合關系，如在出廠前不進行臺架實驗檢測，就很容易讓一些不合格產(chǎn)品流出公司，進入市場。驅動橋常見故障有：正反轉噪聲太大、正反轉點響、齒輪早期磨損；油封漏洞、主減速器與橋殼結合面密封不嚴導致漏油、焊縫漏油、砂孔漏油；軸承異響、差速失靈及制動器品質低等。目前，國內生產(chǎn)驅動橋的廠家較多，品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質量基本上能夠滿足同道農(nóng)業(yè)機械和工

20、程機的使用需求，呈現(xiàn)了明顯的產(chǎn)業(yè)特點：由進口國外產(chǎn)品向國產(chǎn)化發(fā)展，由小作坊向正規(guī)化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，由低端產(chǎn)品向高端產(chǎn)品發(fā)展，由引進國外技術向自主研發(fā)發(fā)展。在技術方面，通過不斷提高自身鍛造技術及工藝水平來保證研發(fā)產(chǎn)品制造質量；通過利用先進科學的設計輔助手段來達到設計優(yōu)化的目的；通過不斷學習吸收國外先進的技術逐步實現(xiàn)技術與國際接軌的目標，從而提高產(chǎn)品的核心效力；通過運用先進的技術及方法來提高產(chǎn)品的性能，滿足市場需求，推進機電一體化進程。最近幾年，中國汽車市場發(fā)展非?？?，市場競爭也非常激烈。因此，專業(yè)生產(chǎn)汽車驅動橋的企業(yè)，非常重視產(chǎn)品質量，加強在線檢測，尤其是產(chǎn)品出廠前檢測，即對驅動橋總成進行臺架檢測十

21、分必要。這樣可及時對調整失控現(xiàn)象，從面達到保證產(chǎn)品質量，穩(wěn)定生產(chǎn)過程，減少產(chǎn)品售后故障，提高顧客滿意度及市場競爭力的目的。但在我國，零部件加工制造水平低，偶然因素、人為因素很多，產(chǎn)品質量較差，且缺乏相應的檢查，檢測手段也很匱乏，因此零部件組裝后，存在問題的可能性較大，對總成的檢測主要依靠人根據(jù)經(jīng)驗去聽、去感覺，隨意性較大。因此需要一種驅動橋總成綜合性能檢測臺，作為驅動橋總成出廠前的一次綜合檢驗，提高產(chǎn)品出廠一次性合格率，希望通過對驅動橋性能試驗臺的設計，利用試驗臺對性能的檢測，從而達到優(yōu)化設計，汽車高效動作，同時降低成本，且達到安全可靠的目的，這就是此次研究的意義之所在。1.2 驅動橋性能實驗

22、臺研究的現(xiàn)狀 我國國產(chǎn)車輛生產(chǎn)隨著國民經(jīng)濟的不斷提高，有了突飛猛進的發(fā)展，在生產(chǎn)技術上有了很大的進步，隨之相應的檢測、監(jiān)測試驗設備也有所發(fā)展，但就目前全國的研究情況來看，這些裝置還存在許多有待于進一步研究的解決。首先存在的問題是國內還沒有具體針對某一式車橋而設計的試驗設備，故其試驗精度很難達到要求，也沒有針對某一式車橋試驗設備的批量生產(chǎn)廠家，況且國內許多諸如驅動橋總成試驗的研究發(fā)展自動化程度不高，嚴重成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的瓶頸。 通常，驅動橋總成及其主要零部件也和汽車的其它主要總成及其零部件一樣需要在室內進行臺架試驗，以考驗驅動橋總成及其零部件在汽車整車結構與性能上的適應性，以及它們的可靠性、

23、耐久性和其它性能。目前，我國的某些廠家生產(chǎn)出來的試驗臺，可通過程序設定，設備自行站裝夾來定位檢測，傳感器收集相關數(shù)據(jù)進行分析、判定、紀錄、查詢。驅動橋總成試驗臺可進行：（1）驅動橋總成靜扭試驗；（2）驅動橋總成齒輪疲勞試驗；（3）驅動橋總成錐齒輪支撐剛性試驗等。國外有驅動橋總成綜合性能試驗臺采用直流電機驅動，可對驅動橋總成進行綜合性試驗，例如檢測主減速器、差速器的工作情況，潤滑性能及總成及其組件的強度，磨損等，同時可對溫度、轉速、轉矩、噪聲等參數(shù)進行測量。以水力測功器加載的形式驅動橋試驗臺也被俄羅斯莫斯科小型汽車制造廠和高爾基汽車制造廠所采用。隨著人們生活水平的不斷提高，對汽車性能和質量要求也

24、愈來愈高。汽車驅動橋是汽車傳動系中的一個重要總成，其主要功用是傳遞動力。國外汽車驅動橋齒輪及其它零部件制造基本是自動化，零部件質量檢測零部件制造過程同步進行，而國內汽車驅動橋制造水平與國外相比存在較大差距，產(chǎn)品質量一致性較差?？傊瑖鴥扰c國外在這方面的研究水平還是存在差距的。主要是在軟件方面，國外的檢測水準顯得更加全面，更加智能化，這也是我們的目標。1.3 驅動橋性能實驗臺發(fā)展趨勢 驅動橋總成是汽車的關鍵部件之一，其制動性能直接關系到汽車行駛安全，對整車質量質量影響很大。在安全性越來越成為汽車工業(yè)關注的焦點的今天，對制動性能的檢測要求也越來越高。驅動橋總成試驗系統(tǒng)則是在汽車生活過程中對驅動橋總

25、成性能進行檢測試驗，檢測試驗合格的車橋才能用于裝車。這不僅有利于提高汽車總裝下線后的整車質量，減少返修和調整工作量，而且可利用檢測結果分析和改進驅動橋總成在設計或加工裝配中存在的問題。隨著汽車電子化發(fā)展，自動化越高，對傳感器的依賴程度也就越大。汽車用傳感器的種類多樣化和使用數(shù)量的增加，使得傳感器朝著多功能化、集成化、智能化和微型化方向發(fā)展。這些將使未來的智能化集成傳感器不僅能提供用于模擬和處理的信號，而且還能對信號作放大等自理；同時它還能自動進行校正，具有較強的抵抗外部電磁干擾能力，保證傳感器信號的質量不受影響，即使在特別嚴酷的使用條件下仍能保持較高的精度；另外，它還具有結構緊湊、安裝方便的優(yōu)

26、點。總之，驅動橋的綜合性能試驗臺會朝著電子化、自動化、智能化、多功能化的方向發(fā)展。2. 汽車驅動橋實驗臺的設計2.1 課題的設計依據(jù)及檢測內容2.1.1 課題的設計依據(jù)驅動橋一般由傳動裝置、主減速器、差速器、車輪和驅動橋殼等組成。（1） 主減速器 主減速器一般用來改變傳動方向，降低轉速，增大扭矩，保證汽車有足夠的驅動力和適當?shù)乃俣?。主減速器類型較多，有單級、雙級、輪邊減速器等。（2） 差速器差速器用以連接左右半軸，可使兩側車輪以不同角速度旋轉同時傳遞扭矩。保證車輪的正常滾動。有的多橋驅動的汽車，在分動器內或在貫通式傳動的軸間也有差速器，稱為橋間差速器。其作用是在汽車轉彎或在不平坦的路面上行駛時

27、，使前后驅動車輪之間產(chǎn)生差速作用。目前大多數(shù)汽車采用行星齒輪式差速器，普通錐齒差速器由兩個或四個圓錐行星齒輪、齒輪軸、兩個圓錐半軸齒輪和左右差速器殼等組成。（3） 半軸半軸是將差速器傳來的扭矩再傳給車輪，驅動車輪旋轉，推動汽車行駛的實心軸。（4） 橋殼驅動橋殼的主要功用是支撐汽車質量，并承受由車輪傳來的路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車駕（或車身）；同時，它又是主減速器、差速器、半軸的裝配基體。驅動橋的作用是：通過主減速器齒輪的傳動，降低轉速，增大轉矩；主減速器采用錐齒輪傳動，改變轉矩的傳遞方向；通過差速器可以使內外側車輪以不同轉速轉動，適應汽車的轉向要求；通過橋殼和車輪，實現(xiàn)承載及傳力作用。驅

28、動橋位于傳動系的末端，是汽車整車中主要總成之一，它兼為整車的傳動系、行駛系和制動系等中的一個主要環(huán)節(jié)，也影響著整車的諸多性能。2.1.2 課題的檢測內容（1）檢測產(chǎn)品品種：江鈴汽車專用車廠生產(chǎn)的后驅動橋；（2）額定承載2000kg，自重141kg；（3）實驗轉速：正轉02000r/min,反轉0750r/min；（4）加載扭矩：01000NM；（5）最大橋包直徑：440mm；（6）輪輞規(guī)格：6.5H；輪轂直徑d=120mm；（7）主減速比：i=4.556；（8）輪距：1700mm；圖2.1 非斷開式后驅動橋的結構2.2 驅動橋試驗臺的總體設計方案2.2.1 實驗臺設計的思路驅動橋試驗臺的設計基

29、于對車橋的實際工作環(huán)境和實際路況的模擬，在此基礎上到達檢測驅動橋的各種性能，降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品性能最優(yōu)化。用變頻電機來模擬動力源，將電機與轉矩轉速傳感器通過聯(lián)軸器連接，轉矩轉速傳感器另一端與聯(lián)軸器聯(lián)接，然后將驅動橋的傳動軸接在聯(lián)軸器的另一端。驅動橋的輪轂用一對軸承通過一對軸承座，墊在實驗臺上。使驅動橋水平放置，然后將后橋定位并夾緊。在驅動橋兩個輪轂上各加載一個加載器，用來模擬汽車在行駛過程中與地面之間產(chǎn)生的摩擦力。接著在兩個加載器的另一端軸各連接一個轉矩轉速傳感器，模擬測量汽車驅動橋的輸出轉矩轉速。各軸之間均用聯(lián)軸器聯(lián)接。實驗臺的控制流程為：PLC控制變頻器調整電機轉速，將動力然后聯(lián)軸器帶動

30、轉矩轉速傳感器，然后通過轉矩轉速傳感器，在計算機上顯示出的轉矩轉速變化曲線（轉矩轉速為驅動橋的輸入轉矩轉速）；動力再由驅動橋傳動軸經(jīng)過驅動橋內各傳動系統(tǒng)傳到輪轂，然后傳給加載器、轉矩轉速傳感器，在工控機上顯示出的轉矩轉速變化曲線（即為驅動橋的輸出轉矩轉速）。從而測出在電機不同的轉速下，驅動橋轉矩轉速的變化，在計算機上顯示出的曲線可分析出驅動橋轉矩轉速的效率，即為驅動橋的轉矩轉速性能。2.2.2 實驗臺設計的示意圖電機將動力通過聯(lián)軸器、傳感器、聯(lián)軸器依次傳給驅動橋后橋的傳動軸，然后動力從傳動軸經(jīng)過驅動橋內各傳動系統(tǒng)傳遞到輪轂，再傳到加載器、轉矩轉速傳感器。利用轉矩轉速傳感器來檢測實驗對象的輸入、

31、輸出轉矩轉速來檢測驅動橋的轉矩轉速性能。實驗臺示意圖如圖2.2所示：圖2.2 實驗臺設計示意圖2.3 實驗臺機械裝置的設計2.3.1 電機選型出于對實驗轉速：正轉02000r/min，反轉0750r/min；加載扭矩01000NM等因素的考慮，加之實驗中要改變轉速，所以需要一個驅動裝置既要提供足夠的動力，又要能夠實現(xiàn)變速。所以選用變頻電機，變頻電機采用“電動機+變頻器”的交流調速方式，使機械自動化程度和生產(chǎn)效率大為提高，且能使設備小型化。綜全考慮，選用YVF2系列變頻調速三相異步電動機電機型號YVF2-315L-1。電機功率160kw，轉矩1018.5NM。其工作原理：變頻器是利用電力半導體器

32、件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源心供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為三相橋式逆變器，且輸出為PWM小型，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。2.3.2 傳感器選型機械元件在轉矩作用下都會產(chǎn)生一定程度的扭轉變形，故轉矩有時又稱為扭矩（torsional moment）。轉矩是各種工作機械傳動軸的基本載荷形式，與動力機械的工作能力、能源消耗、效率、運轉壽命及安全性能等因素緊密聯(lián)系。本實驗選用轉矩轉

33、速傳感器。轉矩轉速傳感器安裝于功率傳動軸之間，它和TR-1型轉矩轉速功率測量儀及CZ型磁粉制動器配合使用，可以測量各種發(fā)動機、電機、風機、壓縮機、液壓泵、齒輪箱等動力機械及傳動機械在0-6000轉/分范圍內的轉矩轉速功率。轉矩轉速傳感器的工作原理圖如圖2.3所示：圖2.3 轉矩轉速傳感器工作原理圖轉矩轉速傳感器作用特點：（1）信號輸出可任意選擇波形-方波或脈沖波；（2）檢測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強；（3）不需反復調零即可；連續(xù)測量正反扭矩；（4）既可測量靜止所知，也可測量動態(tài)扭矩；（5）體積小、重傳感器可脫離二次儀表獨立使用，只要按插座針號提供+15V，-15V（200mA）的電源，即可輸

34、出阻抗和扭矩成正比的等方波或脈沖波頻率信號。量輕、易于安裝。（6）測量范圍：0-10000NM標準可選，非標準2萬NM、3萬NM、5萬NM、8萬NM、10萬NM、15萬NM、20萬NM、50萬NM、100萬NM、200萬NM可定制，特殊量程定制。轉矩轉速傳感器1（驅動橋輸入轉矩轉速）根據(jù)實驗對象驅動橋及電機選型，出于對實驗轉速：正轉02000r/min，反轉0750r/min；加載扭矩01000NM等和電機功率160kw，轉矩1018.5NM以及保證聯(lián)軸器在連接時能夠較好的連接（電動機主軸直徑為80mm），查表可知在滿足以上條件是，傳感器的主軸尺寸須在60、63、65、70、71、75、80由

35、此選擇出最為符合本實驗的轉矩轉速傳感器LDN-08D型動態(tài)扭矩傳感器（主軸直徑為75mm，最大扭矩為5000NM）。轉矩轉速傳感器1、3（驅動橋輸出轉矩轉速）轉矩轉速傳感器2和3都是檢測驅動橋輸出轉矩轉速，與驅動橋的輸入轉矩轉速相差不大，所以傳感器b和c選擇與驅動橋的輸入轉矩轉速傳感器同一型號的傳感器。2.3.3 加載器選型選用加載器給驅動橋左右兩個輪轂各聯(lián)接一個加載來模擬汽車行駛過程中與地面產(chǎn)生的摩擦力。轉矩轉速傳感器檢測驅動橋的輸出轉矩轉速。所選加載器的額定扭矩、功率、轉速等均要達到驅動橋的各項數(shù)據(jù)。綜合考慮實驗要求，選擇型號為HS5000-100RB的液壓動態(tài)扭矩加載器。HS5000-1

36、00RB加載器，扭矩加載器HS系列是由一個液壓擺動缸和一個旋轉接頭組成。液壓擺動缸是依據(jù)旋轉葉輪原理制成。液壓旋轉接頭的作用是液壓介質傳遞到旋轉的液壓擺缸內。液壓油驅動葉片扭矩角，同時也具有潤滑和冷卻作用。液壓旋轉接頭配有伺服閥，壓力傳感器及蓄能器（高頻扭矩轉換時需要）。通過軟管與液壓供應站連接。加載器軸端與法蘭的連接采用150錐形接觸，及液壓無間隙式靜配合連接。特點：非接觸式密封技術；配備液壓靜態(tài)閥；高于0.1%的調節(jié)精度；高動態(tài)響應；高應用頻率范圍；高啟動速度；堅固耐用的結構；超長使用壽命。所選加載器的規(guī)格型號尺寸為：HS2500100RB額定扭矩：2500NM；最大扭矩：5000NM；直

37、徑224mm；主軸直徑90mm；重量：55kg。2.3.4 聯(lián)軸器聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉心傳遞所知的機械零件。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。剛性聯(lián)軸器的特點：重量輕，超低慣性和高靈敏度；免維護，超強抗油和耐腐蝕性；無法容許偏心，使用時就讓軸盡量外露主體材質可選鋁合金/不銹鋼；固定方式有夾緊、頂絲固定。（1）聯(lián)軸器1 聯(lián)軸器1連接在電動機與傳感器之間。根據(jù)實驗要求，選擇普通的剛性聯(lián)軸器（GY型凸緣聯(lián)軸器）。主動端d=80mm，從動端d=75mm， 根據(jù)剛性聯(lián)軸器型號規(guī)格尺寸表查得選擇型號為GY8聯(lián)軸器GB/T 5843-2003。（2）

38、聯(lián)軸器2 聯(lián)軸器2的作用是將轉矩轉速傳感器與驅動橋后橋的傳動軸聯(lián)接起來，可選擇普通的剛性聯(lián)軸器（GY型凸緣聯(lián)軸器）。轉矩轉速傳感器作為主動端，傳動軸d=75mm，驅動橋作從動端，查得后橋的傳動軸d=90mm，所以選擇GY9聯(lián)軸器GB/T 5843-2003。（3）聯(lián)軸器3、4聯(lián)軸器3和4是驅動橋輪轂左右兩端連接加載器的。由于驅動橋輪子大小一致，所以輪轂兩端對稱，所選加載器型號應該一致。輪轂作為主動端直徑為120mm，加載器的連接軸作用從動端，軸直徑為90mm。所以選擇型號為GY10聯(lián)軸器GB/T 5843-2003。（4）聯(lián)軸器5、6 聯(lián)軸器5和6是與輪轂兩端連接的加載器分別與轉矩轉速傳感器聯(lián)

39、接聯(lián)軸器。由于驅動橋兩端輪轂對稱，所以聯(lián)軸器型號相同。主動端加載器軸直徑為90mm，從動端轉矩轉速傳感器軸直徑為75mm。所以選擇型號為GY9聯(lián)軸器GB/T 5843-2003。2.3.5 鍵的選擇平鍵，是依靠兩個側面作為工作面，靠鍵與鍵槽側面的來傳遞轉矩的鍵。平鍵分為普通型平鍵、薄型平鍵、導向型平鍵、滑鍵四種。普通平鍵對中性好，定位精度高，折裝方便，但無法實現(xiàn)軸上零件的軸向固定，用于高速或承受沖擊、變載荷的軸；薄型平鍵用于薄壁結構和傳遞轉矩較小的地方；導向型平鍵用螺釘把鍵固定在軸上，用于軸上的零件沿軸移動量不大的場合；滑鍵固定在輪轂上，軸上零件帶著鍵作軸向移動，用于軸上零件沿軸移動量較大的場

40、合。實驗中，總共用到12個鍵。根據(jù)設計，選擇普通平鍵。分別為：（1）聯(lián)軸器1的兩個鍵分別為： 鍵1：b=22mm，h=14mm，L=70mm的圓頭普通平鍵（A型）：鍵A22×70GB/T 1096-2003 鍵2：b=20mm，h=12mm，L=70mm的圓頭普通平鍵（A型）：鍵A20×70GB/T 1096-2003（2）聯(lián)軸器2的兩個鍵分別為： 鍵3：b=20mm，h=12mm，L=70mm的圓頭普通平鍵（A型）：鍵A20×70GB/T 1096-2003 鍵4：b=25mm，h=14mm，L=70mm的圓頭普通平鍵（A型）：鍵A25×70GB/T

41、1096-2003（3）聯(lián)軸器3和4的兩個鍵分別相同： 2鍵5、6：b=32mm，h=18mm，L=70mm的圓頭普通平鍵（A型）：鍵A32×70GB/T 1096-2003 2鍵7、8：b=25mm，h=14mm，L=70mm的圓頭普通平鍵（A型）：鍵A25×70GB/T 1096-2003（4）聯(lián)軸器5和6的兩個鍵分別相同： 2鍵9、10：b=25mm，h=14mm，L=70mm的圓頭普通平鍵（A型）：鍵A25×70GB/T 1096-2003 2鍵11、12：b=20mm，h=12mm，L=70mm的圓頭普通平鍵（A型）：鍵A20×70GB/T 1

42、096-20032.3.6 支撐架的設計（1）電動機支撐架的設計電動機外殼直徑為645mm，驅動橋最大橋包直徑約為440mm，電動機和驅動橋體積較大，電動機底座支撐架不易過高；另外，為保證電動機在轉動過程中，不會產(chǎn)生晃動，可以在電動機的底下墊一塊鋼板，然后用螺栓，將電機固定在底座上。所以用一塊30mm高的鋼板將電動機墊起來即可。（選用M24×100mm×4個）如圖2.4所示：圖2.4 電動機支撐架設計圖（2）轉矩轉速傳感器1號支撐架的設計由于轉矩轉速傳感器對于電動機和驅動橋而言，相對較小，所以，轉矩轉速傳感器的支撐架應當設計時，高度應當適當高。并且，將轉矩轉速傳感器用螺栓固

43、定在支撐架上，而支撐架通過螺栓固定在底座鋼板上。為方便螺栓與螺母配合，支撐架與傳感器連接面，令螺栓孔較支撐架要突出。支撐架與底座配合安裝，設計時為安裝方便，將支撐架的下端設計成與上端同樣的形狀，用螺栓連接。所以轉矩轉速傳感器的支撐架設計如圖2.5所示：（3）轉矩轉速傳感器2號、3號支撐架的設計因為2號與3號轉矩轉速傳感器與兩個加載器是對稱安裝在驅動橋兩個輪轂的兩端，所以可以將兩個傳感器的支撐架設計成一樣的，然后對稱安裝即可。在更換檢測樣品時，傳感器不需要拆卸下來，所以設計的時候可以直接用螺栓將其固定在支撐架上，然后將支撐架同樣用螺栓固定在底座板上。由于驅動橋的傳動軸是水平放置的，所以可以想像成

44、傳動軸的中心線和兩個輪轂中心所在中心線在同一個水平面上，即傳感器2、3號與1號的中心線在同一水平面上。傳感器2、3號與1號都是同一種傳感器，所以它們的下底面在同一平面上，且它們距底座的高度是相等的，所以它們的支撐架可以設計成一樣的。轉矩轉速傳感器2號和3號的設計圖如圖2.5所示：圖2.5 轉矩轉速傳感器支撐架設計圖（4）加載器支撐架的設計 加載器的規(guī)格型號為：HS2500100RB，這種加載器的底座帶有螺絲孔，可以像轉矩轉速傳感器一樣用螺絲固定。加載器的直徑為224mm，相對于電動機、驅動橋來說相對較小，輪轂的中心距底座距離為360mm，所以加載器中心距離底座248mm，即支撐架的高度為248

45、mm。為方便螺栓與螺母配合，支撐架與加載器連接面，令螺栓孔比支撐架要突出。支撐架與底座配合安裝，設計時為安裝方便，將支撐架的下端設計成與上端同樣的形狀突出部分用于螺栓連接。所以加載器支撐架的設計圖如圖2.6所示。圖2.6 加載器支撐架設計圖2.3.7 夾具的設計（1）軸承的選型 軸承是當代機械設備中一種重要零部件。它的主要功能是支撐機械旋轉體，降低其運動過程中的摩擦系數(shù)，并保證其回轉數(shù)度。軸承的作用是支撐字面解釋就是用來承軸的，支撐的實質就是能夠承擔徑向載荷。也可以理解為它是用來固定軸的，就是固定軸使其只能實現(xiàn)轉動，而控制其軸向和徑向的移動。如果電機沒有軸承的話根本就不能工作，因為軸可能向任何

46、方向運動，而電機工作時要求軸只能作轉動。從理論上來講不可能實現(xiàn)傳動的作用，不僅如此，軸承還會影響傳動，為了降低這個影響在高速軸的軸承上必須實現(xiàn)良好的潤滑，有的軸承本身已經(jīng)有潤滑，叫做預潤滑軸承，而大多數(shù)的軸承必須有潤滑油，負責調整運轉時，由于摩擦不僅會增加能耗，而且更容易損壞軸承。 輪轂的直徑為120mm，所以所選軸承的內徑為120mm。要求所選軸承能滿足實驗對象的負荷和轉速，軸承的寬應該稍大些，所以選用型號為6324的深溝球軸承，內徑120mm，外徑260mm，寬55mm，重量14.78kg。（2）軸承座的設計在實驗開始后，雖然輪轂會轉動，但是在輪轂的兩端各加載了一個加載器，加載器會用支撐架

47、固定在實驗臺上，這就相當于驅動橋的夾具，所以在設計驅動橋的夾具時，只需要設計一個軸承座用以支撐輪轂的重量即可。設計夾具時用一對軸承座在驅動橋輪轂的兩端，輪轂轉動時，軸承也起到作用。然而軸承在輪轂轉動時也會轉動，為避免軸承在轉動時不會滑動，所以要設計一個夾具固定軸承的裝置。將軸承座上端設計成U形槽，軸承放進去后只會轉動。為方便驅動橋的安裝與拆卸，軸承座與底座連接面用螺栓聯(lián)接，將軸承座底端較突出一部分，方便螺栓的安裝。夾具設計圖如圖2.7所示：圖2.7 軸承座設計圖2.4 實驗臺控制系統(tǒng)的設計2.4.1 控制元件設計（1）PLC的選型可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而

48、設計。它采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作竺，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?？删幊炭刂破鱌LC主要用來控制加載器的運行和電機的啟動、停止，正轉、反轉，加速、減速。用PLC控制整個系統(tǒng)，不僅要能通過程序進行自動控制，也能進行手動控制。實驗臺控制系統(tǒng)示意圖如圖2.8所示：圖2.8 控制系統(tǒng)示意圖實驗臺的檢測可通過傳感器直接測量，對采集到的信號數(shù)據(jù)進行處理，再由顯示器顯示出來，處理信號的電路模塊和PLC顯示器組成一個系統(tǒng)

49、，可實現(xiàn)對驅動橋轉矩轉速性能的自動控制檢測。根據(jù)實驗要求，所需PLC的I/O分配表如表2.1所示表2.1 PLC的I/O分配表輸入輸出X0急 停Y0變頻器運行/停止X1啟 動Y1變頻器正/反轉信號X2停 止Y2變頻器頻率增加/減小信號X3自 動Y3加載器1總開關X4手 動Y4加載器2總開關X5電機正轉X6電機反轉X7電機停止X8頻率增加X9頻率減小本實驗臺控制的系統(tǒng)較簡單，總共只有15個輸入、輸出端口。三菱公司FX系列產(chǎn)品適應面廣，是國內使用最廣泛的PLC系列產(chǎn)品這一。FX系列產(chǎn)品中，有4個子系列，根據(jù)FX系列PLC的性能對比，選擇三菱繼電器輸出型，輸入、輸出點數(shù)均為16，輸入、輸出電壓為24

50、V，PLC電源電壓為220V。（2）變頻器的選型變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調整的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。匯川MD320變頻器輸入輸出端子：5個DI（雙向輸入，1個高速），2個AI，2個DO（1個高速口），1個AO，1

51、個繼電器（可擴展I/O）?？蓪崿F(xiàn)簡易PLC16段定時遠行。（3） 數(shù)據(jù)采集卡的選型數(shù)據(jù)采集（DAQ），是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或電量信號，送到上位機中進行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集的目的是為了測量電壓、電流、溫度、壓力或聲音等物理現(xiàn)象?；赑LC的數(shù)據(jù)采集，通過模塊化硬件、應用軟件和計算機的結合，進行測量。盡管數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)不同的應用需求有不同的定義，但各個系統(tǒng)采集、分析和顯示信息的目的卻都相同。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整合了信號、傳感器、激勵器、信號調理、數(shù)據(jù)采集設備和應用軟件。本實驗中，所用到的傳感器有轉矩轉速傳感器，選用研華PCI-1711多功能數(shù)據(jù)采集卡進行處理，再通過顯示器顯示出來。圖2.9為研華PCI-1711多功能數(shù)據(jù)采集卡。圖2.9 研華PCI-1711多功能數(shù)據(jù)采集卡2.4.2 控制流程設計 本實驗的PLC系統(tǒng)控制流程圖如圖2.10所示：圖2.10 控制流程圖2.4.3 控制程序設計本實驗的控制程序梯形圖如圖2.11所示：圖2.11 控制程序梯形圖2.4.4 控制電路設計 系統(tǒng)控制電路如圖2.12所示：圖2.12 控制電路圖3. 結論通過實際使用確定其可靠性和有效性，