畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計(論文) 等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺垂直運動模塊及 PLC 控制設(shè)計

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1、 學(xué)號 10110108203 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺垂直運動模塊及PLC控制設(shè)計 教 學(xué) 系：機 電 工 程 系 指導(dǎo)教師： 專業(yè)班級：機制1082班 學(xué)生姓名： 二零一二年五月 畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書 學(xué)生姓名 曾超 專業(yè)班級 機制1082 指導(dǎo)教師 趙燕 工作單位 武漢理工大學(xué) 設(shè)計(論文)題目: 等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺垂直運動模塊及PLC控制設(shè)計 設(shè)計（論文）主要內(nèi)容： 1. 汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺主要由工件裝夾及

2、傳送裝置；扭矩、轉(zhuǎn)速、壓力、溫度檢測及其加載調(diào)節(jié)裝置；萬向節(jié)液壓擺動裝置等部分組成，其主要技術(shù)特征、動作順序要求見附件； 2．對汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺組成部分及其主要技術(shù)特征進(jìn)行分析； 3．分析汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺的垂直運動模塊工作原理及動作順序及其驅(qū)動、檢測等部件的技術(shù)特征，完成以PLC為核心的電氣自動控制系統(tǒng)設(shè)計。 要求完成的主要任務(wù): 1．?dāng)M定以PLC為控制器核心的控制方案，使得垂直運動模塊能完成上下20mm的運動作業(yè)（第3～4周）； 2．設(shè)計控制系統(tǒng)電氣原理圖（第5～7周）； 3．設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件和軟件（第8～10周）； 4．設(shè)計垂直運動模塊的三維造型設(shè)計圖

3、，其中有一張以上的手工繪圖，圖紙量為3張1~2#圖紙（第11～12周）。 5. 撰寫畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書，字?jǐn)?shù)1萬字以上。參考文獻(xiàn)不少于10篇，其中不少于2篇外文資料，全部設(shè)計必須提交電子文檔（第13～15周）。 必讀參考資料： 1.趙燕. 可編程序控制器原理與應(yīng)用.北京: 北京大學(xué)出版社,2009 2.廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社,2010.4 3.張運剛,宋小春,郭武強.從入門到精通——三菱FX2N PLC技術(shù)與應(yīng)用.北京:人民郵電出版社,2007.2 指導(dǎo)教師簽名：

4、 教研室主任簽名： 1.目的和意義： 題目 等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺垂直運動模塊及PLC控制設(shè)計 我國汽車制造及零部件的制造商一直對產(chǎn)品的準(zhǔn)靜態(tài)與動態(tài)的使用壽命，疲勞及磨損極限的試驗感到困擾。因為國外公司如美國的MTS，德國的GAT等一直將其試驗臺技術(shù)實行對華禁運。我國汽車制造及零部件的制造公司的產(chǎn)品要做試驗，要么送到國外的機構(gòu)去做，這種試驗費用很高，時間周期很長；要么花很大的費用，引用國外公司的整套試驗設(shè)備但得不到設(shè)備的技術(shù)。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車制造及零部件的制造公司的用戶越來越追求更高的動力輸出,機械效率和耐用性 ，同時他恩還追求一種能被固定記錄成檢

5、測數(shù)據(jù)的價值，現(xiàn)在許多企業(yè)已經(jīng)把檢驗作為一項標(biāo)準(zhǔn)，因此對試驗設(shè)備的需求愈加強烈。自主研發(fā)設(shè)計等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺不僅突破了美德公司的技術(shù)壁壘，填補了國內(nèi)空白，而且使用戶大大節(jié)約了費用和時間，也極大的促進(jìn)了我國試驗技術(shù)的發(fā)展。等速萬向節(jié)，英文名稱：CV Joint (Constant Velocity Joint)是把兩個軸線不重合的軸連接起來，并使兩軸以相同的角速度傳遞運動的機構(gòu)。是轎車傳動系統(tǒng)中的重要部件，其作用是將發(fā)動機的動力從變速器傳遞到汽車的驅(qū)動輪，滿足轎車傳動軸外端轉(zhuǎn)角的要求；將發(fā)動機的動力平穩(wěn)、可靠的傳遞給車輪；補償轎車內(nèi)端懸架的跳動。驅(qū)動轎車高速行駛。 前輪驅(qū)動汽車的動力，要

6、從由發(fā)動機、變速器和主減速器組成的動力總成直接傳送到前輪。而前輪既是驅(qū)動輪，又是轉(zhuǎn)向輪，轉(zhuǎn)向時偏轉(zhuǎn)的角度很大，最大可達(dá)40以上。這時，就不能采用傳統(tǒng)的、偏轉(zhuǎn)角很小的普通萬向傳動軸了。因為，普通萬向節(jié)在偏轉(zhuǎn)角大時，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)速和扭矩的較大波動。所以，必須應(yīng)用偏轉(zhuǎn)角大、角速度均勻的等速萬向節(jié)傳動軸才行。等速萬向節(jié)的原理和圓錐齒輪嚙合的道理相似，由于傳力點的位置總是處于兩軸夾角的平分面上，因而保證了等速運動。等速萬向節(jié)的缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造工藝精密，成本較高，因此還不能完全代替普通萬向節(jié)。等速萬向節(jié)的出現(xiàn)，大大推動了前輪驅(qū)動汽車和全輪驅(qū)動汽車的發(fā)展。由于等速萬向節(jié)傳遞繁重的驅(qū)動力矩，隨受負(fù)荷重，傳

7、動精度高，需求量很大。 根據(jù)中國科學(xué)院查新咨詢檢索中心提供的查新報告，從檢出的文獻(xiàn)看，有可對汽車等速萬向節(jié)傳動軸進(jìn)行靜扭斷裂度測試實驗的試驗臺，機械封閉功率流齒輪試驗臺，封閉直流電功率型機械傳動試驗臺，電液比例控制加載機械閉式變速器試驗臺等多種試驗臺裝置的報道，未見采用了功率流機械封閉式試驗方式，電液比例液壓連續(xù)加載，靜音滑臺設(shè)計及楔式倍壓鎖緊設(shè)計的，可進(jìn)行周期壽命性能試驗的汽車等速萬向節(jié)周期循環(huán)壽命試驗臺的報道。將本課題項目的研究成果與國內(nèi)外同類技術(shù)的主要性能參數(shù)進(jìn)行比較，我們在汽車等速萬向節(jié)的封閉式周期循環(huán)壽命試驗臺中的以下創(chuàng)新設(shè)計屬于國內(nèi)外首創(chuàng)：（1）旋轉(zhuǎn)式葉片液壓加載器，具有

8、體積小扭矩大，可在工件旋轉(zhuǎn)中使用的特點。（2）先進(jìn)的靜音滑臺設(shè)計，解決了重型滑臺的無摩擦，靜音運動與增大鎖緊加緊面問題。(3)楔式倍壓鎖緊機構(gòu)，可提供11倍的液壓推力的安全鎖緊力。（4）先進(jìn)的電液比例調(diào)壓技術(shù)，實現(xiàn)了用計算機電子信號控制調(diào)節(jié)液壓加載系統(tǒng)的扭矩載荷壓力。(5)許用擺角，許用滑移量的微分檢測技術(shù)。本設(shè)備的功能，技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到和超過了國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，屬于重大技術(shù)集成創(chuàng)新成果，由于采用了多項先進(jìn)技術(shù)集成，使得試驗臺具有功率低，性能優(yōu)越，性價比高的特點，更適合我國的企業(yè)，意義重大。 2.基本內(nèi)容和設(shè)計方案： 設(shè)計的基本內(nèi)容

9、 等速萬向節(jié)是把兩個軸線不重合的軸連接起來，并使兩軸以相同的角速度傳遞運動的機構(gòu)。是轎車傳動系統(tǒng)中的重要部件，其作用是將發(fā)動機的動力從變速器傳遞到汽車的驅(qū)動輪，滿足轎車傳動軸外端轉(zhuǎn)角的要求；將發(fā)動機的動力平穩(wěn)、可靠的傳遞給車輪；補償轎車內(nèi)端懸架的跳動。汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺主要由工件裝夾及傳送裝置；扭矩，轉(zhuǎn)速，壓力，溫度檢測及加載調(diào)節(jié)裝置；萬向節(jié)液壓擺動裝置等部分組成，其主要技術(shù)特征，動作順序要求見附件；對汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺組成部分及其主要技術(shù)特征進(jìn)行分析； 分析汽車等速萬向節(jié)性能試驗臺的垂直運動模

10、塊工作原理及動作順序及其驅(qū)動，檢測等部件的技術(shù)特征，完成以PLC為核心的電氣自動控制系統(tǒng)設(shè)計。 技術(shù)方案： 熟悉試驗臺的運行環(huán)境，分析試驗臺的結(jié)構(gòu)和功能，依據(jù)試驗臺的技術(shù)要求和技術(shù)指標(biāo)，可知左、右傳動箱、扭矩傳感器、液壓加載器和兩件供試件組成了一個總傳動比為1的封閉式傳動鏈，液壓加載器實質(zhì)上是一個雙葉片擺動缸，缸體通過支架、軸與右邊的供試件相連、葉片轉(zhuǎn)子與左邊的傳動箱連接，向液壓加載器傳輸壓力油，則葉片轉(zhuǎn)子相對擺動缸體產(chǎn)生扭矩，改變油液壓力則可改變加載扭矩；變頻調(diào)速電機用于驅(qū)動整個封閉傳動鏈運轉(zhuǎn)，同時補償封閉傳動鏈運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的功率損失。 回轉(zhuǎn)工作臺由推拉液壓缸驅(qū)動，可偏轉(zhuǎn)

11、450；回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動的兩終端安裝有死擋鐵，可以調(diào)整最大回轉(zhuǎn)角度；回轉(zhuǎn)角度由與回轉(zhuǎn)軸連接的轉(zhuǎn)角傳感器檢測。回轉(zhuǎn)工作臺用于周期疲勞試驗和固定式球籠許用擺角檢測。進(jìn)行周期疲勞試驗時，工作臺回轉(zhuǎn)相應(yīng)角度后，由鎖緊液壓缸鎖緊。 右傳動箱安裝在立式液壓在滑臺上，立式滑臺向上運動時，用于檢測滑動球籠的擺角和滑移量。立式滑臺向上移動的位移用位移傳感器檢測，根據(jù)幾何關(guān)系可以間接獲得滑動球籠的擺角和滑移量。為保證立式液壓滑臺運動平穩(wěn)，設(shè)置了平衡重。體積小。電液比例液壓連續(xù)加載，計算機控制，價格適中。 總體結(jié)構(gòu)采用功率流封閉式：低功耗，其動率只有開放式結(jié)構(gòu)的1/4~1/5,本臺采用22kw。外球籠擺角

12、滑臺采用靜音滑臺：驅(qū)動力大，驅(qū)動平穩(wěn)，無噪音易鎖緊。擺角滑臺鎖緊機構(gòu)采用楔式倍壓鎖緊結(jié)構(gòu)：液壓倍增式加楔式機構(gòu)，鎖緊力達(dá)到液壓驅(qū)動的11倍，結(jié)構(gòu)緊湊。傳動軸驅(qū)動方式采用變頻電機：可由計算機控制，可無極調(diào)速。加載方式采用電液比例連續(xù)雙向旋轉(zhuǎn)液壓加載器：專利液壓加載器，無泄漏。 圖1 控制系統(tǒng)框圖 3.進(jìn)度安排 (1).擬定以PLC為控制器核心的控制方案，使得垂直運動模塊能完成上下20mm的運動作業(yè)（第3~4周）； (2).設(shè)計控制系統(tǒng)電氣原理圖（第5~7周）； (3).設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件和軟件（第8~

13、10周； (4).設(shè)計垂直運動模塊的三維造型設(shè)計圖，其中有一張以上的手工繪圖，圖紙量為3張1~2#圖紙（第11~12周）； (5).撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，字?jǐn)?shù)1萬字以上。參考文獻(xiàn)不上于10篇，其中不少于2篇外文資料，全部設(shè)計必須提交電子文檔（第13~15周）。 4.指導(dǎo)老師意見： 指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日 注：1. 開題報告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書，

14、在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立撰寫，在畢業(yè)設(shè)計開始后三周內(nèi)完成； 2．設(shè)計的目的及意義至少800字，基本內(nèi)容和技術(shù)方案至少400字； 3．指導(dǎo)教師意見應(yīng)從選題的理論或?qū)嶋H價值出發(fā)，闡述學(xué)生利用的知識、原理、建立的模型正確與否、學(xué)生的論證充分否、學(xué)生能否完成課題，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。 鄭 重 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)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(dān)。

15、 本人簽名： 日期： 目 錄 摘 要 1 Abstract 2 1 緒論 3 1.1 研究背景及意義 3 1.2 汽車等速萬向節(jié)的概括及重要性 4 1.3 課題研究的意義 5 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容 6 2 周期壽命試驗臺的要求 7 2.1 運行環(huán)境 7 2.2 試驗臺的結(jié)構(gòu)與功能 7 2.3 試驗臺的技術(shù)要求和技術(shù)指標(biāo) 7 3 周期壽命試驗臺的設(shè)計分析 9 3.1 等速萬向節(jié)試驗臺的組成部分 9 3.2 等速萬向節(jié)試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)

16、計 9 3.3封閉式試驗臺的功率補償機理 10 3.3.1 閉式試驗臺的封閉功率 10 3.3.2 功率封閉系統(tǒng)內(nèi)功率流的流動方向 11 3.3.3 封閉系統(tǒng)的損耗功率 12 4 液壓系統(tǒng)的技術(shù)特征及其分析 13 4.1 液壓傳動系統(tǒng) 13 4.2 液壓加載系統(tǒng) 14 4.2.1 扭矩傳感器的作用 15 4.2.2 試驗臺液壓加載裝置 15 5 液壓缸設(shè)計 17 5.1 確定液壓缸的參數(shù) 17 5.2 液壓泵及其驅(qū)動電機 18 5.2.1 液壓泵的最高工作壓力計算 18 5.2.2 液壓泵的流量計算 18 5.2.3 確定液壓泵

17、及其驅(qū)動電機的規(guī)格 18 5.3 聯(lián)軸器的選定 19 5.4 液壓控制閥及壓力表 19 5.4.1 液壓閥的類型與性能 19 5.4.2 液壓閥的主要工作尺寸 20 5.5 確定油管尺寸參數(shù) 21 5.6 油箱的設(shè)計 23 5.6.1 油箱的設(shè)計要點 23 5.6.2 油箱的容量計算 23 6 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 25 6.1 總體方案設(shè)計 25 6.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 25 6.2.1 PLC型號的選擇 25 6.2.2 PLC外圍電路設(shè)計 26 6.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計 27 結(jié)

18、束語 29 參考文獻(xiàn) 30 致謝 31 摘 要 伴隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平的日益提高，汽車不再是人們可望而不可及的目標(biāo)，中國每年對汽車的需求量也在以驚人的速度增長。2010年我國也正式成為世界第一的汽車消費國。汽車發(fā)展生產(chǎn)方面也取得了巨大的進(jìn)步，但是汽車零部件的質(zhì)量卻有許多不盡人意之外。等速萬向節(jié)是汽車行駛過程中保證安全性，可靠性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵零部件，其質(zhì)量直接影響汽車在行駛中的安全性和可靠性。而汽車的安全與否又直接影響到人們的生命安全和切身利益。 為了對汽車等速萬向節(jié)的綜合性能進(jìn)行評估，需要有一臺性能可靠，先進(jìn)的性能試驗臺。本試驗臺主要是完

19、成周期循環(huán)壽命試驗。 本論文首先介紹了論文研究的目的和意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。其中介紹了汽車等速萬向節(jié)的性能試驗臺組成部分及其主要技術(shù)特征。分析了性能試驗臺的工作原理及動作順序及其驅(qū)動、檢測等部件的技術(shù)特征，完成了以PLC為核心的電氣自動控制系統(tǒng)設(shè)計。 關(guān)鍵詞：汽車等速萬向節(jié)，周期壽命，試驗臺，控制系統(tǒng) ABSTRACT Along with Chinas rapid economic development, increasing peoples standard of liv

20、ing, the car is no longer miles away goal, Chinas annual demand for cars is growing at an alarming rate. In 2010 China has officially become the worlds first automobile consumption country. Development of automobile production has also made great progress, but the quality of auto parts has many unsa

21、tisfactory. Constant velocity universal joint is in the running process of the automobile to guarantee the safety, reliability and stability of the key component, its quality directly affects the running vehicle safety and reliability. The safety of car and has a direct influence to the safety of pe

22、oples life and interests. For constant velocity universal joint of automobile comprehensive performance evaluation, needs to have a reliable performance, advanced performance test bench. The test stand is mainly to complete the cycle life test. This paper introduces the purpose and signifi

23、cance of research, research status at home and abroad. Which introduced a constant velocity universal joint of automobile performance test rig components and its main technical features. Analysis of the performance test bench working principle and action sequences and their driver, testing and other

24、 parts of the technical features, complete with PLC control as the core of the electrical control system design. Key words: automobile constant velocity universal joint; the cycle life; bedstand , control system 1 緒論 汽車工業(yè)的發(fā)展，及用戶對汽車使用，轉(zhuǎn)向的更高追求，要求汽車有更好的動力

25、性，操縱性，及舒適性，促使了對等速萬向節(jié)更高的要求。前輪必須具有轉(zhuǎn)向和驅(qū)動兩種功能，作為轉(zhuǎn)向輪，要求車輪能在一定的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)任意偏轉(zhuǎn)某一角度，作為驅(qū)動輪，則要求半軸在車輪偏轉(zhuǎn)過程中以相同的角速度不斷地把動力從主減速器傳遞到車輪。在這樣倆個不重合，且位置還經(jīng)常變化的兩軸間傳遞動力的機構(gòu)就是等速萬向節(jié)。在現(xiàn)代汽車上，等速萬向節(jié)傳動裝置是由等速萬向節(jié)，傳動軸，和支承組成。等速萬向節(jié)把兩軸連接起來，并使兩軸以相同的角速度傳遞動力。 等速萬向節(jié)，英文名稱：CV Joint (Constant Velocity Joint)是把兩個軸線不重合的軸連接起來，并使兩軸以相同的角速度傳遞運動的機構(gòu)。是轎車

26、傳動系統(tǒng)中的重要部件，其作用是將發(fā)動機的動力從變速器傳遞到汽車的驅(qū)動輪，滿足轎車傳動軸外端轉(zhuǎn)角的要求；將發(fā)動機的動力平穩(wěn)、可靠的傳遞給車輪；補償轎車內(nèi)端懸架的跳動。驅(qū)動轎車高速行駛。 前輪驅(qū)動汽車的動力，要從由發(fā)動機、變速器和主減速器組成的動力總成直接傳送到前輪。而前輪既是驅(qū)動輪，又是轉(zhuǎn)向輪，轉(zhuǎn)向時偏轉(zhuǎn)的角度很大，最大可達(dá)40以上。這時，就不能采用傳統(tǒng)的、偏轉(zhuǎn)角很小的普通萬向傳動軸了。因為，普通萬向節(jié)在偏轉(zhuǎn)角大時，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)速和扭矩的較大波動。所以，必須應(yīng)用偏轉(zhuǎn)角大、角速度均勻的等速萬向節(jié)傳動軸才行。等速萬向節(jié)的原理和圓錐齒輪嚙合的道理相似，由于傳力點的位置總是處于兩軸夾角的平分面上，因而保證了

27、等速運動。等速萬向節(jié)的缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造工藝精密，成本較高，因此還不能完全代替普通萬向節(jié)。等速萬向節(jié)的出現(xiàn)，大大推動了前輪驅(qū)動汽車和全輪驅(qū)動汽車的發(fā)展。由于等速萬向節(jié)傳遞繁重的驅(qū)動力矩，隨受負(fù)荷重，傳動精度高，需求量很大。 1.1 研究背景及意義 一個國家汽車工業(yè)和一個汽車企業(yè)的國際競爭力取決于裝備的先進(jìn)性和制造成本。反之，汽車產(chǎn)品的發(fā)展，必然伴隨著制造裝備的發(fā)展。近年大量先進(jìn)數(shù)控設(shè)備的采用，使我國轎車裝備整體上進(jìn)入柔性化時代，支撐著我國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展。按照發(fā)展總戰(zhàn)略，2020年，我國汽車產(chǎn)量將達(dá)到1400——1800萬輛，居世界第一，并邁向世界汽車產(chǎn)業(yè)強國，其標(biāo)志之一

28、是，擁有先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)制造裝備?，F(xiàn)在汽車的發(fā)展方向是向更舒適、安全、適用方向；發(fā)展環(huán)保、節(jié)能型汽車的發(fā)展方向。但是最基本最重要的還是安全性能。而汽車零部件的性能直接影響和決定了汽車整車的性能（包括安全性能）。而萬向節(jié)裝置就是汽車中非常重要的一個部件。在汽車的傳動系統(tǒng)或其他系統(tǒng)中，經(jīng)常采用萬向節(jié)傳動裝置來實現(xiàn)一對軸線相交且相對位置經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)軸之間的動力傳遞。萬向傳動裝置一般主要由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還有中間支承。汽車傳動系統(tǒng)中，萬向節(jié)是一個比較重要的組成部分，它直接影響汽車傳動系統(tǒng)的工作狀況，從而影響到汽車駕駛的安全，因此對汽車萬向節(jié)的檢測是非常重要的。汽車萬向節(jié)需要檢測的主要參數(shù)包括

29、扭轉(zhuǎn)疲勞強度、磨損、壽命、擺角和軸向滑移量等。 我國汽車制造及零部件的制造商一直對產(chǎn)品的準(zhǔn)靜態(tài)與動態(tài)的使用壽命，疲勞及磨損極限的試驗感到困擾。因為國外公司如美國的MTS，德國的GAT等一直將其試驗臺技術(shù)實行對華禁運。我國汽車制造及零部件的制造公司的產(chǎn)品要做試驗，要么送到國外的機構(gòu)去做，這種試驗費用很高，時間周期很長；要么花很大的費用，引用國外公司的整套試驗設(shè)備但得不到設(shè)備的技術(shù)。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車制造及零部件的制造公司的用戶越來越追求更高的動力輸出,機械效率和耐用性 ，同時他恩還追求一種能被固定記錄成檢測數(shù)據(jù)的價值，現(xiàn)在許多企業(yè)已經(jīng)把檢驗作為一項標(biāo)準(zhǔn)，因此對試驗設(shè)備的需求愈加強烈。自主

30、研發(fā)設(shè)計等速萬向節(jié)周期壽命試驗臺不僅突破了美德公司的技術(shù)壁壘，填補了國內(nèi)空白，而且使用戶大大節(jié)約了費用和時間，也極大的促進(jìn)了我國試驗技術(shù)的發(fā)展。 1.2 汽車等速萬向節(jié)的概括及重要性 以汽車等速萬向節(jié)為例，等速萬向節(jié)，英文名稱：CV Joint (Constant Velocity Joint) 等速萬向節(jié)，是主動軸與從動軸的轉(zhuǎn)速（角速度）相等的萬向節(jié)。在前輪驅(qū)動的汽車上，其前橋都裝有等速萬向節(jié)傳動軸（驅(qū)動兼轉(zhuǎn)向）。原因是節(jié)約能源的需求促進(jìn)了汽車輕量化發(fā)展，前輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動的汽車無需傳統(tǒng)汽車的傳動軸，直接把發(fā)動機的動力由變速器通過等速萬向節(jié)傳遞到驅(qū)動輪，減少了傳動的功率損失。現(xiàn)在，世界

31、上約有85%的轎車和輕型貨車裝有等速萬向節(jié)。下圖是球籠式等速萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)組成圖1—1。 圖1-1 球籠式汽車等速萬向節(jié) 1-主動軸； 5-鋼帶箍； 3-外罩； 4- 鋼球； 6-體質(zhì)架（球籠）； 8- 球形殼（外殼道）。 前輪驅(qū)動汽車的動力，要從由發(fā)動機、變速器和主減速器組成的動力總成直接傳送到前輪。而前輪既是驅(qū)動輪，又是轉(zhuǎn)向輪，轉(zhuǎn)向時偏轉(zhuǎn)的角度很大，最大可達(dá)400以上。這時，就不能采用傳統(tǒng)的、偏轉(zhuǎn)角很小的普通萬向傳動軸了。因為，普通萬向節(jié)在偏轉(zhuǎn)角大時，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)速和扭矩的較大波動。所以，必須應(yīng)用偏轉(zhuǎn)角大、角速度均勻的等速萬向節(jié)傳動軸才行。 等速萬向節(jié)的原理和圓錐齒輪嚙合的

32、道理相似，由于傳力點的位置總是處于兩軸夾角的平分面上，因而保證了等速運動。等速萬向節(jié)的缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造工藝精密，成本較高，因此還不能完全代替普通萬向節(jié)。 等速萬向節(jié)是把兩個軸線不重合的軸連接起來，并使兩軸以相同的角速度傳遞運動的機構(gòu)。是轎車傳動系統(tǒng)中的重要部件，其作用是將發(fā)動機的動力從變速器傳遞到汽車的驅(qū)動輪，滿足轎車傳動軸外端轉(zhuǎn)角的要求；將發(fā)動機的動力平穩(wěn)、可靠的傳遞給車輪；補償轎車內(nèi)端懸架的跳動。驅(qū)動轎車高速行駛。 由于等速萬向節(jié)傳遞繁重的驅(qū)動力矩，隨受負(fù)荷重，傳動精度高，需求量大，又是安全件，因此其主要零件均采用精鍛加工面成。 由此可見，等速萬向節(jié)是汽車行駛過程中保證安全性

33、、可靠性和穩(wěn)定性能的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量直接影響汽車在行駛中的安全性和可靠性，而汽車的安全與否又直接影響到人們的生命安全和切身利益。所以汽車萬向節(jié)相關(guān)性能的檢測顯得尤為重要。 圖1-2 汽車等速萬向節(jié)在汽車上的安裝位置 1.3 汽車萬向節(jié)檢測的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，萬向節(jié)是一個比較重要的組成部分，它直接影響汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作狀況，從而影響到汽車駕駛的安全。傳動軸一端是固定式球籠萬向節(jié)（簡稱ＲＦ節(jié)），另～端式伸縮式球籠萬向節(jié)（簡稱ＤｏＪ節(jié)），中間是軸身。汽車萬向節(jié)需要檢測的主要參數(shù)有軸向間隙、扭轉(zhuǎn)間隙、擺角、擺動力矩、轉(zhuǎn)動力矩、軸向滑移量、滑移特性等，目前國內(nèi)的

34、汽車傳動軸，測試效率和測試自動化程度都比較底。尚無一次安裝可完成多項性能檢測的試驗臺。在６０年代，德國的ＧＫＮ設(shè)計制造了測驗上述八項參數(shù)的等速萬向節(jié)傳動軸八功能試驗機，一次安裝可以連續(xù)測試，這種設(shè)備由于設(shè)計精巧，至今還在使用。該試驗臺的顯著特點是一次裝夾可以進(jìn)行八項功能的測試，但是八項功能的測試必須經(jīng)過八次手工操作分別完成，而且數(shù)據(jù)需人工記錄，限制了測試效率的進(jìn)一步提高。隨著電子計算機的出現(xiàn)，測試技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。國內(nèi)出現(xiàn)了一些應(yīng)用機械、力學(xué)原理、傳感器技術(shù)及計算機輔助測試技術(shù)而研制出的智能化程度較高的萬向節(jié)傳動軸綜合測試設(shè)備。劉溫增在《氣液轉(zhuǎn)換器在汽車萬向節(jié)檢測儀上的應(yīng)用》一文中論述到：

35、利用氣液轉(zhuǎn)換器來檢測汽車萬向節(jié)，氣液轉(zhuǎn)器是將空氣壓力轉(zhuǎn)換成相同大小的液壓力的元件。作為推動執(zhí)行器的有壓力流體，使用氣壓力比液壓力簡便，但空氣有壓縮性，不能達(dá)到定速運動和低速平穩(wěn)運動，中停時的準(zhǔn)確度也不高。氣液轉(zhuǎn)換器是一個油面處于靜壓狀態(tài)的垂直放置的油筒，上部接氣源，部與擺動缸相連。試驗機主要由主機、電控柜和夾具三部分組成。主機由主機箱加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。試驗時將萬向節(jié)外圈通過氣動夾緊系統(tǒng)固定，加載桿一端置于其內(nèi)圈，氣液轉(zhuǎn)換器與擺動缸組成的加載系統(tǒng)驅(qū)動擺臂擺動，擺臂與加載桿剛性連接，給萬向節(jié)內(nèi)圈施加垂直于軸線的負(fù)載，同時電機帶動萬向節(jié)外圈旋轉(zhuǎn)，此時通過轉(zhuǎn)矩傳感器測量試

36、件在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的最大擺矩，同時通過光電編碼器測量其最大擺角，并分別在電控柜面板上顯示出來。目前雖然存在一些對萬向節(jié)檢測的試驗臺，但是其檢測能力的自動化程度很低。有些甚至要手工操作來測量。 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容 根據(jù)中國科學(xué)院查新咨詢檢索中心提供的查新報告，從檢出的文獻(xiàn)看，有可對汽車等速萬向節(jié)傳動軸進(jìn)行靜扭斷裂度測試實驗的試驗臺，機械封閉功率流齒輪試驗臺，封閉直流電功率型機械傳動試驗臺，電液比例控制加載機械閉式變速器試驗臺等多種試驗臺裝置的報道，未見采用了功率流機械封閉式試驗方式，電液比例液壓連續(xù)加載，靜音滑臺設(shè)計及楔式倍壓鎖緊設(shè)計的，可進(jìn)行周期壽命性能試驗的汽車等速萬向節(jié)周期循環(huán)壽

37、命試驗臺的報道。將本課題項目的研究成果與國內(nèi)外同類技術(shù)的主要性能參數(shù)進(jìn)行比較，我們在汽車等速萬向節(jié)的封閉式周期循環(huán)壽命試驗臺中的以下創(chuàng)新設(shè)計屬于國內(nèi)外首創(chuàng)：（1）旋轉(zhuǎn)式葉片液壓加載器，具有體積小扭矩大，可在工件旋轉(zhuǎn)中使用的特點。（2）先進(jìn)的靜音滑臺設(shè)計，解決了重型滑臺的無摩擦，靜音運動與增大鎖緊加緊面問題。(3)楔式倍壓鎖緊機構(gòu)，可提供11倍的液壓推力的安全鎖緊力。（4）先進(jìn)的電液比例調(diào)壓技術(shù)，實現(xiàn)了用計算機電子信號控制調(diào)節(jié)液壓加載系統(tǒng)的扭矩載荷壓力。(5)許用擺角，許用滑移量的微分檢測技術(shù)。本設(shè)備的功能，技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到和超過了國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，屬于重大技術(shù)集成創(chuàng)新成果，由于采用了多項先進(jìn)技術(shù)集

38、成，使得試驗臺具有功率低，性能優(yōu)越，性價比高的特點，更適合我國的企業(yè)，意義重大。 2 周期壽命試驗臺的要求 2.1 運行環(huán)境 （1）供電電源要求：交流380V+5%~-5%,50kw (2) 控制柜接地要求：接地電阻<=4Ω （3）環(huán)境濕度<=85% (4) 環(huán)境溫度-5C~60C （5）液壓油：46號或以上，潤滑油：20號或以上 （6）傳感器，變頻器等儀器儀表依照相關(guān)的說明書的

39、要求使用 2.2 試驗臺的結(jié)構(gòu)與功能 本實驗臺可以進(jìn)行周期壽命性能試驗，試驗臺的主體結(jié)構(gòu)：左、右傳動箱、扭矩傳感器、液壓加載器和兩件供試件組成了一個總傳動比為1的封閉式傳動鏈，液壓加載器實質(zhì)上是一個雙葉片擺動缸，缸體通過支架、軸與右邊的供試件相連、葉片轉(zhuǎn)子與左邊的傳動箱連接，向液壓加載器傳輸壓力油，則葉片轉(zhuǎn)子相對擺動缸體產(chǎn)生扭矩，改變油液壓力則可改變加載扭矩；變頻調(diào)速電機用于驅(qū)動整個封閉傳動鏈運轉(zhuǎn)，同時補償封閉傳動鏈運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的功率損失。 回轉(zhuǎn)工作臺由推拉液壓缸驅(qū)動，可偏轉(zhuǎn)450；回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動的兩終端安裝有死擋鐵，可以調(diào)整最大回轉(zhuǎn)角度；回轉(zhuǎn)角度由與回轉(zhuǎn)軸連接的轉(zhuǎn)角傳感器檢測?；剞D(zhuǎn)工作臺

40、用于周期疲勞試驗和固定式球籠許用擺角檢測。進(jìn)行周期疲勞試驗時，工作臺回轉(zhuǎn)相應(yīng)角度后，由鎖緊液壓缸鎖緊。 右傳動箱安裝在立式液壓在滑臺上，立式滑臺向上運動時，用于檢測滑動球籠的擺角和滑移量。立式滑臺向上移動的位移用位移傳感器檢測，根據(jù)幾何關(guān)系可以間接獲得滑動球籠的擺角和滑移量。為保證立式液壓滑臺運動平穩(wěn)，設(shè)置了平衡重。 立柱安裝在機械滑臺上。在安裝不同型號的等速萬向節(jié)傳動軸試件時，用機械滑臺來調(diào)整距離。 用位移傳感器測試防塵罩的外徑差。位移傳感器用磁性座安裝于防塵罩的外部。 2.3 試驗臺的技術(shù)要求和技術(shù)指標(biāo) （1） 試件長度范圍：500~1200mm （2） 工件安裝角度:外球籠偏

41、擺角度0~45，內(nèi)球籠偏擺角度0~22，試驗時擺角可在此角度范圍內(nèi)調(diào)整 （3）內(nèi)球籠升程:<=400mm （4）轉(zhuǎn)速0~1200Nm；扭矩測量精度：+-1% （5）扭矩范圍：0~1200r/min范圍內(nèi)可調(diào)，轉(zhuǎn)速控制精度：+-1% （6）最高轉(zhuǎn)速：0~1200轉(zhuǎn)/min(扭矩值<=500Nm)；最低200轉(zhuǎn)/min(扭矩值<=1200Nm),最大試驗功率<=60KW （7）紅外傳感器實現(xiàn)即時測量傳動軸外球籠處升溫狀況，溫度達(dá)到120C時停機 （8）根據(jù)實驗項目的不同，可以顯示溫度，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。檢測報告可以打印輸出，檢測數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果可存入數(shù)據(jù)庫。 （9）測試臺應(yīng)配有過壓，過

42、流，缺相保護(hù)和緊急停機裝置。 （10）測試臺工作方式：連續(xù)200小時以上或循環(huán)計數(shù)107次。 3 周期壽命試驗臺的設(shè)計分析 3.1等速萬向節(jié)試驗臺組成部分 如圖3一1所示，汽車等速萬向節(jié)封閉式試驗臺主要由變頻調(diào)速電機、傳動箱、加載系統(tǒng)、支撐箱、升降工作臺等部分組成。試驗臺中沿封閉環(huán)形布置的液壓加載器、支撐箱、右傳動箱(1:1傳動比)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、左傳動箱(1:1傳動比)及兩件被試件一起組成了一個總傳動比為1的封閉式傳動鏈。其中，液壓加載器是給傳動鏈提供扭矩動力的設(shè)備，它是雙葉片的液壓擺動缸，通過支架、

43、聯(lián)軸器與右邊的試件相連接;液壓擺缸中的葉片轉(zhuǎn)子則與左邊的傳動箱連接。當(dāng)向液壓加載器中輸入壓力油時，葉片轉(zhuǎn)子相對擺動缸體產(chǎn)生扭矩，改變油液的壓力就可改變加載扭矩的大小。變頻調(diào)速電機的作用是用于驅(qū)動整個封閉式傳動鏈按給定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，并補償封閉式傳動鏈運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的功率損失。圖2一1中的支撐箱(包括支撐箱本身)及其左半部分固定安裝在一個回轉(zhuǎn)工作臺上，回轉(zhuǎn)工作臺由推拉液壓缸驅(qū)動，可以讓外球籠實現(xiàn)擺動角度0一45度(水平方向);回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動時，其兩個端點處安裝有擋鐵，用以調(diào)整最大回轉(zhuǎn)角度;回轉(zhuǎn)角度由安裝在回轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)角傳感器檢測，并將信號傳送到工控機。在安裝不同型號的等速萬向傳動軸試件時，由于傳動軸的長

44、度不一，可用機械滑臺來調(diào)整安裝距離。右傳動箱由升降工作臺帶動在垂直滑軌上做垂直上下運動，用于實現(xiàn)萬向節(jié)的內(nèi)球籠的偏擺運動(最大角度22度)。 圖3-1 等速萬向節(jié)性能試驗臺示意圖 3.2 等速萬向節(jié)試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 汽車等速萬向節(jié)的產(chǎn)品規(guī)格很豐富，尺寸分布也較大。由于等速萬向節(jié)要求做的是產(chǎn)品性能試驗，檢測項目較多，試驗時間長，主要參數(shù)為扭矩和轉(zhuǎn)速。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)可以得到萬向節(jié)在試驗臺上的安裝要求和試驗時的動作要求，根據(jù)扭矩和轉(zhuǎn)速的大小，可以估算封閉式試驗臺所需的最低功率，從而得到驅(qū)動電機的功率和調(diào)速范圍，以及傳感器的類型和技術(shù)要求。由此可設(shè)計試驗臺的總體結(jié)構(gòu)。

45、 根據(jù)汽車等速萬向節(jié)產(chǎn)品的規(guī)格和性能試驗的國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，周期循環(huán)試驗臺的技術(shù)要求如下: (1)試驗臺采用封閉式結(jié)構(gòu)，可連續(xù)循環(huán)加載的方式; (2)工件安裝角度:內(nèi)球籠偏擺角范圍22度，外球籠擺動角范圍0一45度，試驗時在此角度范圍內(nèi)的擺動、旋轉(zhuǎn)可自動調(diào)整，升降工作臺用于調(diào)整內(nèi)球籠的擺角，可產(chǎn)生相應(yīng)的滑移量。 圖3-2 封閉式等速萬向節(jié)周期循環(huán)試驗臺原理框圖 3.3 封閉式試驗臺的功率補償機理 封閉式試驗臺結(jié)構(gòu)簡單、投資小、耗能少、使用經(jīng)濟，所以在齒輪及其傳動裝置試驗研究中得到廣泛的應(yīng)用。它所采用的加載裝置能將換能器所消耗的能量一部分轉(zhuǎn)換為其它形式的能量再回輸給系統(tǒng)

46、，功能裝置只需要提供試驗臺系統(tǒng)回轉(zhuǎn)時所消耗的功率，從而減少了能量的浪費。按封閉功率流的性質(zhì)有電封閉式、液壓封閉式和機械封閉式試驗臺。 本試驗臺以齒輪及其傳動裝置為例，研究用機械方法構(gòu)成的功率流封閉式試驗臺的工作原理及有關(guān)問題。 3.3.1 閉式試驗臺的封閉功率 單對齒輪閉式試驗臺的結(jié)構(gòu)如圖2一1所示。圖中，齒輪1和2是被試的一對齒輪。同時，設(shè)置另一對齒輪3和4，然后用軸I把齒輪1和4連接起來，用軸II、III，通過加載裝置5把齒輪2和3連接起來，6為驅(qū)動裝置—如電動機。這樣，齒輪1、2、3、4和軸I、n、m就構(gòu)成了一個機械式封閉系統(tǒng)。顯然，這個封閉系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的條件是系統(tǒng)的總

47、傳動比為1，即: 圖3-3 單對齒輪閉式實驗臺工作原理圖 為給被試的一對齒輪加上載荷，可通過加載裝置設(shè)法在軸II和軸III上施加一個大小相等、方向相反的力矩T。顯然，通過封閉傳動鏈，同時也使軸I發(fā)生了扭轉(zhuǎn)。這就是說，齒輪1、2、3、4和軸I、II、III同時處于內(nèi)扭矩T的作用下，亦即在整個封閉系統(tǒng)中保留了扭矩T的作用，即加上了載荷。此內(nèi)扭矩T稱為封閉扭矩(亦即加載扭矩)。若使封閉傳動系統(tǒng)以角速度w運轉(zhuǎn)，則上述加了載荷的封閉系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)將伴隨著功率的傳遞，即在封閉系統(tǒng)中就有Tw的功率在用而復(fù)始地循環(huán)傳遞。必須指出:Tw是封閉扭矩T與封閉系統(tǒng)轉(zhuǎn)速w的乘積，它具有功率的量綱，但它不是由外力所

48、產(chǎn)生的功率提供的;此外，Tw也不可能輸出到封閉系統(tǒng)之外。所以， Tw叫做循環(huán)功率或封閉功率(功率流)。顯然，循環(huán)功率不是由驅(qū)動裝置提供的;驅(qū)動裝置只是使系統(tǒng)能夠以w的速度運轉(zhuǎn)而已。 封閉系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，不可避免地會產(chǎn)生因摩擦、攪油等引起的功率損失。這部分功率損失由驅(qū)動裝置來補償。這就是說，驅(qū)動裝置輸入到封閉系統(tǒng)的功率僅是使封閉系統(tǒng)運轉(zhuǎn)起來的功率，即用于補償封閉系統(tǒng)內(nèi)的摩擦損耗的功率。由于摩擦損耗功率很小，因此需要的驅(qū)動裝置的功率也就很小。根據(jù)經(jīng)驗，一般僅為封閉功率的十分之一到五分之一左右，它與被試裝置的傳動效率及傳遞功率大小、試驗臺傳動箱傳動效率等有關(guān)。 這樣，封閉系統(tǒng)內(nèi)可以有

49、很大的循環(huán)功率以滿足試驗功率的要求，而完成試驗所消耗的能量則相對很小，這是閉式試驗臺的最大優(yōu)點。 總之，通過加載裝置可以改變封閉扭矩T的大小，通過驅(qū)動裝置可以改變封閉系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動速度。，從而獲得不同的封閉功率，即試驗功率。驅(qū)動裝置只需提供補償封閉系統(tǒng)內(nèi)摩擦損耗的功率。采用控制技術(shù)，可以很方便地實現(xiàn)自動加載與自動調(diào)速。 3.3.2 功率封閉系統(tǒng)內(nèi)功率流的流動方向 封閉系統(tǒng)中功率流的流動方向取決于加載方向和驅(qū)動裝置的旋轉(zhuǎn)方向。功率流總是從主動齒輪開始，依嚙合次序從主動齒輪流向從動齒輪。所謂主動齒輪是旋轉(zhuǎn)方向與作用在該齒輪上的力矩方向相反的齒輪。反之，稱為從功齒輪。 汽車等速萬向節(jié)周期

50、壽命試驗臺的液壓系統(tǒng)分為獨立的傳動系統(tǒng)和加載系統(tǒng)兩部分，各自承擔(dān)不同的任務(wù)。 軸I、II的轉(zhuǎn)速以w1、w2的方向如圖2一3所示。圖中，Z2對Z1的外力矩，即齒輪Z1受到的外力矩為T21，其方向與轉(zhuǎn)速w1方向相反，故Z1為主動齒輪;Z1對Z2的外力矩，即齒輪Z2受到的外力矩為T12.其方向與轉(zhuǎn)速方向相同，故Z2為從動齒輪。 圖3-4 功率流方向 按上述規(guī)定，圖3-4封閉功率流按Z1—Z2--軸II—Z3—Z4軸I—Z1的方向流動，即封閉功率Nf按順時針方向流動。當(dāng)力矩方向不變而改變轉(zhuǎn)動方向，或轉(zhuǎn)動方向不變而改變力矩方向時，封閉功率Nf的流動方向?qū)㈦S之改變。但同時改變轉(zhuǎn)動方

51、向和力矩方向，則主動齒輪不變，封閉功率流動方向不變。 3.3.3 封閉系統(tǒng)的損耗功率 如前所述，封閉系統(tǒng)中封閉功率Nf是不會損失的，損耗的只是摩擦功率。如圖3-5所示，設(shè)功率流按Z4-一Z3一軸III、II一Z2一Z1一軸I一Z4的方向流動，那么，由驅(qū)動裝置提供給封閉系統(tǒng)的損耗功率，將隨著功率流的流動而逐漸消耗在各摩擦副中。在圖2一4所示情況下，齒輪4右端為電動機功率NS輸入端，加上封閉循環(huán)功率Nf，功率為最大，即Nf+Ns。該功率經(jīng)過傳動齒輪副4、3的傳遞，損耗Nb后，從齒輪3左端輸出時，功率己減為(Nf十Ns一Nb)。該功率經(jīng)由軸III、11輸入傳動齒輪2，而傳動齒輪副2、1又

52、有損耗Na，所以，該功率傳給軸I時，已經(jīng)減至Nf+Ns一(Na+Nb)?？倱p耗的功率Na+Nb 由電機功率Ns來彌補，即Ns=Na+Nb。不言而喻，通過軸I傳至齒輪4左端的功率又恢復(fù)為Nf。 圖3-5 封閉系統(tǒng)的損耗功率原理圖 如果將齒輪l、2、3、4看成是兩個傳動箱，將兩個被試的汽車等速萬向節(jié)總成(可視為一種傳動裝置)背靠背(為了保證總傳動比為1)串聯(lián)在圖2一5的軸I或軸II中，就可以對它們進(jìn)行壽命等試驗。 4 液壓系統(tǒng)的技術(shù)特征及其分析 汽車等速萬向節(jié)綜合性能試驗臺的液壓系統(tǒng)有兩套:液壓加載系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)。 4.1 液壓傳動系統(tǒng)

53、 液壓傳動系統(tǒng)主要用于驅(qū)動試驗臺的運動部件運動。包括回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)工作臺的鎖緊以及立式液壓滑臺的上下運動。液壓傳動系統(tǒng)原理圖如下圖4-1所示 圖4-1 回轉(zhuǎn)工作臺和立式滑臺液壓傳動系統(tǒng)原理圖 1-電磁溢流閥； 2-壓力表開關(guān) ；3-壓力表； 4-液控單向閥； 5-疊加式雙向節(jié)流閥； 6-電磁換向閥；7-雙液壓閥； 8-推拉液壓缸；9-電磁換向閥 ；10-壓力傳感器； 11-鎖緊液壓缸 ；12-壓力繼電器； 13-立式液壓缸； 14-行程閥； 15-疊加式雙向節(jié)流閥；16-電磁換向閥 ；17-電動機 ；18-高壓液壓泵； 19-過

54、濾器 ；20-液壓油箱。 系統(tǒng)有三個執(zhí)行元件：推拉缸8負(fù)責(zé)回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)，鎖緊缸11負(fù)責(zé)工作臺的鎖緊、放松、立式缸13負(fù)責(zé)立式液壓滑臺的上下運動。 為使液壓傳動系統(tǒng)電機17在空載下啟動，應(yīng)使電磁鐵7YA得電，此時電磁溢流閥1處于卸荷狀態(tài)。系統(tǒng)工作時，電磁鐵7YA應(yīng)失電。 當(dāng)電磁鐵2YA得電時，液壓油進(jìn)入推拉缸有桿腔，無桿腔回油，推拉缸拉動工作臺順時針回轉(zhuǎn)；當(dāng)電磁鐵1YA得電時，液壓油進(jìn)入推拉缸無桿腔，有桿腔回油，推拉缸推動工作臺逆時針回轉(zhuǎn)，回到原位。 當(dāng)電磁鐵3YA得電時，液壓油進(jìn)入鎖緊缸無桿腔，有桿腔回油，鎖緊缸驅(qū)動夾緊工作臺順時針回轉(zhuǎn)；當(dāng)電磁鐵4Y

55、A得電時，液壓油進(jìn)入鎖緊缸有桿腔，無桿腔回油，鎖緊缸松夾。 回轉(zhuǎn)工作臺液壓回路和鎖緊回路之間設(shè)置了互鎖回路，只有當(dāng)鎖緊缸正處于松夾狀態(tài)時，油路壓力升高，液控順序閥4才會接通通向推拉缸的進(jìn)油路，回轉(zhuǎn)工作臺才能運動。元件11和13是兩個壓力繼電器，利用或松夾后，壓力升高，使電器觸點閉合而發(fā)出鎖緊缸已經(jīng)夾緊或已經(jīng)松夾的信號，便于計算機控制試驗臺后續(xù)的試驗程序。元件10是壓力傳感器，其作用是：在進(jìn)行固定式籠擺角檢測時，若出現(xiàn)實際擺角小于許用擺角的情況，防止損壞試件。不需要使用壓力傳感器時，電磁閥9切斷油路，保護(hù)壓力傳感器。 當(dāng)電磁鐵5YA得電時，液壓進(jìn)入立式缸下腔，上腔回油，立式液

56、壓滑臺上行；當(dāng)電磁鐵6YA得電時，液壓油進(jìn)入立式缸上腔，下腔回油，立式液壓滑臺下午。與下腔油路連接的壓力傳感器18的作用是：在進(jìn)行滑動式球籠擺角和滑移量檢測時，若出現(xiàn)實際小于許用擺的情況，此時壓力會出現(xiàn)突然升高現(xiàn)象，計算機捕捉到此信號后，會控制立式液壓滑以換向，防止損壞試件。不需要使用壓力傳感器時，電磁閥19切斷油路，保護(hù)壓力傳感器。 4.2 液壓加載系統(tǒng) 本試驗臺的加載裝置的動力采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動。液壓扭矩加載器是一種新型的扭矩加載裝置，相對于機械加載器而言，它具有更好的工作平穩(wěn)性和過載保護(hù)能力。液壓扭矩加載系統(tǒng)原理圖如圖2-7所示。 在裝卸試件時，加載系統(tǒng)用于調(diào)整液壓加載器缸體

57、和葉片轉(zhuǎn)子的相對位置，便于試件的裝卸。當(dāng)電磁鐵1YA得電時，加載器正轉(zhuǎn)，電磁鐵2YA復(fù)電時，加載器反轉(zhuǎn)，調(diào)速閥4用地調(diào)節(jié)加載器擺動的速度，同時減小加載壓力的脈動。閥7是背壓閥，使得加載器擺動平穩(wěn)。 在進(jìn)行周期疲勞壽命試驗時，加載器缸體和葉片轉(zhuǎn)子是同步旋轉(zhuǎn)的。加載系統(tǒng)用于控制加載壓力，從而控制加載扭矩。加載方向與封閉傳動鏈的轉(zhuǎn)向有關(guān)，加載時就根據(jù)方向保持電磁鐵1YA或2YA得電；計算機通過模擬通道控制施加在比例溢流閥3的比例電磁鐵上的電流，即可控制系統(tǒng)壓力，改變加載扭矩的大小。 液壓扭矩加載由液壓源和電液比例控制液壓加載器組成。液壓源將油泵電機的機械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，液壓加載

58、器將壓力能轉(zhuǎn)換為對傳動系施加的轉(zhuǎn)矩機械能。液壓加載方案與其它機械加載比較，有一些突出優(yōu)點:體積小，機械結(jié)構(gòu)簡單，液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，加載平穩(wěn)。扭矩加載液壓系統(tǒng)原理圖如圖2一7所示。扭矩加載控制方法:扭矩傳感器將檢測的扭矩信號送給工控機，工控機將此信號與設(shè)定的扭矩數(shù)據(jù)比較，將比較信息進(jìn)行處理，進(jìn)而對液壓加載系統(tǒng)進(jìn)行控制，直到扭矩傳感器所檢測的信號與設(shè)定的數(shù)據(jù)相同，液壓系統(tǒng)不再加載和卸載。試驗中采用交流變頻調(diào)速電機進(jìn)行萬向節(jié)的速度控制。通過需控制調(diào)速電機的速度即可控制萬向節(jié)工件的轉(zhuǎn)速。 圖4-2 液壓加載系統(tǒng)原理圖 1、5-電磁換向

59、閥；2-精過濾器；3-電業(yè)比例溢流閥；4-調(diào)速閥；6-液壓加載器；7-單向閥；8-壓力表；9-壓力表開關(guān)；10-高壓液壓泵；11-電動機；12-過濾器；13-列管式油冷卻器；14-回油油箱。 加載扭矩大小的控制采用恒值閉環(huán)控制方式。計算機是控制器，比例溢流閥和液壓加載器是執(zhí)行器，而扭矩傳感器是檢測器?？刂破鲗崪y的扭矩值與希望恒定的扭矩值進(jìn)行比較得出偏差，然后根據(jù)偏差的大小和方向，產(chǎn)生控制信號去控制比例溢流閥改變系統(tǒng)壓力，最后使輸出扭矩盡可能接近希望的扭矩。這個動態(tài)的調(diào)整過程是迅速、可靠的。 4.2.1扭矩傳感器的作用 由于系統(tǒng)要在特定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速下運作，故對扭矩轉(zhuǎn)速精確

60、檢測是必須的，其目的主要是讓計算機控制電液比例溢流閥和補償電動機，使試驗扭矩和轉(zhuǎn)速為規(guī)定的數(shù)值。 4.2.2 試驗臺液壓加載裝置 試驗臺的液壓扭矩加載器采用外置式2葉片擺動液壓缸結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)見圖2--9。 試驗臺中沿封閉環(huán)形布置的液壓加載器、支撐箱、右傳動箱(1:1傳動比)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、左傳動箱(1:1傳動比)及兩件被試件一起組成了一個總傳動比為1的封閉式傳動鏈。其中，液壓加載器是給傳動鏈提供扭矩動力的設(shè)備，它是雙葉片的液壓擺動缸，通過支架、聯(lián)軸器與右邊的試件相連接;液壓擺缸中的葉片轉(zhuǎn)子則與左邊的傳動箱連接。當(dāng)向液壓加載器中輸入壓力油時，葉片轉(zhuǎn)子相對擺動缸體產(chǎn)生

61、扭矩，改變油液的壓力就可改變加載扭矩的大小為了實現(xiàn)加載液壓系統(tǒng)的自動連續(xù)加載和卸載，系統(tǒng)的壓力必須連續(xù)可調(diào)。為此采用電液比例溢流閥來調(diào)整系統(tǒng)壓力，這樣就可以用計算機實現(xiàn)對試驗扭矩的調(diào)節(jié)與控制。 由于加載液壓系統(tǒng)在試驗臺工作過程中一直處于運行狀態(tài)，油溫高，因此裝備了冷卻裝置。同時配有油溫繼電器以監(jiān)控油溫，該信號接入計算機。由于加載器葉片的為2片，在加載和換向時會由于這種非線性而對整個液壓系統(tǒng)產(chǎn)生液壓脈沖沖擊。要實現(xiàn)加載器這種液壓沖擊機械系統(tǒng)的自動平穩(wěn)控制，從簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度考慮，沖擊系統(tǒng)壓力應(yīng)該在數(shù)字信號控制下無級變化輸出;同時，系統(tǒng)壓力和葉片轉(zhuǎn)子流量也必須能在數(shù)字信號控制下無級變化

62、輸出，為此在液壓系統(tǒng)中采用電液伺服閥控制、電液比例閥控制來調(diào)整液壓系統(tǒng)的壓力，實現(xiàn)對這些量的無級變化輸出，這樣就可以用計算機實現(xiàn)試驗扭矩的調(diào)節(jié)與控制。 圖4-3 葉片式擺動液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖 5 液壓缸設(shè)計 5.1 確定液壓缸的參數(shù) 對于夾緊缸，預(yù)選夾緊缸的工作壓力為4，最大負(fù)載為。為了滿足工作臺上升下降的速度相等，并減小液壓泵的流量，今將液壓缸的無干腔作為主工作腔，考慮到工作臺下降時，工作臺自重采用液壓方式平衡。根據(jù)受力情況，取活塞桿的外徑d和液壓缸的內(nèi)徑D之比為1：2?；赜捅硥毫?，則有動力

63、平衡方程 式（1） 式中 D------------液壓缸的內(nèi)徑， ； d------------活塞桿的外徑，； ----------液壓缸的機械效率，估算為0.97； -----------液壓缸工作壓力，； -----------液壓缸回油腔背壓力，； -----------負(fù)載壓力，。 可求出夾緊液壓缸的內(nèi)徑D為 按GB/T2348-1993，取標(biāo)準(zhǔn)值，則 據(jù)此，可計算得液壓缸的有效作用面積 A和實際工作壓力為

64、 液壓缸的最小工進(jìn)速度為，二位四通電磁閥24Z-10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min，則 ，液壓缸能達(dá)到所需轉(zhuǎn)速。 對于定位缸和回轉(zhuǎn)缸，經(jīng)受力分析及考慮到液壓缸的剛性及美觀，將其活塞桿直徑取為 根據(jù)其受力情況及其工作性質(zhì)，夾緊液壓缸工作時所需流量最大。 5.2 液壓泵及其驅(qū)動電機 5.2.1 液壓泵的最高工作壓力計算 液壓缸的工作壓力為4，而壓力繼電器的調(diào)整壓力應(yīng)比液壓缸的最高壓力大0.5，因油路簡單，進(jìn)油路元件較少，故進(jìn)油路壓力損失估取為0.5 。 則小流量泵的最高壓力P=4+0.5+0.5=5。

65、 泵的額定壓力≥（1.25～1.6）P=1.255=6.25 5.2.2 液壓泵的流量計算 液壓泵的額定流量為25L/min。 5.2.3 確定液壓泵及其驅(qū)動電機的規(guī)格 根據(jù)以上計算結(jié)果，選用規(guī)格相近的YBX-B*N變量葉片泵。該泵的輸出流量可根據(jù)載荷變化自行調(diào)節(jié)，記載調(diào)壓彈簧的壓力調(diào)定情況下，出口壓力升到一定值以后，流量隨壓力增加而減少，直至零。根據(jù)這一特性，它特別適用于作容積調(diào)速的液壓系統(tǒng)中的動力源。 它的主要參數(shù)是：最大排量25mL/r, 壓力調(diào)節(jié)范圍2.0～7.0 ，額定轉(zhuǎn)速時1500r/m 即其流量是251500=37.5 L/min. 用下式

66、計算其驅(qū)動功率： 式（2） 式中 ------液壓泵的額定壓力，； ------液壓泵的額定流量，； -------液壓泵的總效率，從規(guī)格表中查出； --------轉(zhuǎn)換系數(shù)：一般液壓泵，；恒功率變量液壓泵， =0.4；限壓式變量葉片泵， ； ------液壓泵實際工作的最大壓力，。 選總效率為0.7， 則求出 查表得，選用Y100L2-4型電動機，其額定功率為3，轉(zhuǎn)速1420r/min. 5.3 聯(lián)軸器的選定 根據(jù)選定的電動機和液壓泵的型號及其相應(yīng)的尺寸規(guī)格（見參考文獻(xiàn)8） 選取 , 聯(lián)軸器： 主動端：J型軸孔，A型鍵槽， 從動端：型軸孔，B型鍵槽， 5.4 液壓控制閥及壓力表 5.4.1 液壓閥的類型與性能 液壓控制閥是液壓技術(shù)中品種與規(guī)格最多、應(yīng)用最廣泛、最活躍的元件，常用液壓控制閥的類型與性能見下表。 表 5.1 性 能 類