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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流汽车传动系试验台关键结构的优化设计.精品文档.汽车传动系试验台关键结构的优化设计Optimization Design of The Key Structural Part for Automobile Drivetrain Test Rig独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说
2、明并表示谢意。学位论文作者签字： 签字日期： 年 月 日汽车传动系试验台关键结构的优化设计摘 要结构优化设计是近几十年来发展起来的一个新兴领域，它克服了传统经验设计的诸多局限，在许多领域有着非常广泛的应用。本文将结构优化的方法引入到汽车试验台的结构优化中，用以改善试验台机械结构的薄弱环节，从而实现提高试验台整体性能的目的。本论文的主要研究内容及研究结果如下：首先，实现了对试验台底座的结构优化。基于元结构思想实现了对试验台底座的建模与低阶模态的分析，获得了底座结构尺寸与低阶频率之间的关系规律。然后，引入正交试验设计思想，实现了对底座结构的进一步分析与优化。其次，完成了对试验台高速驱动端主轴结构的
3、优化。基于常用的主轴结构，本文提出了一种新型高速抗振主轴结构，并对其主要结构和原理进行了分析与研究。为了使该主轴系统具有更好的实际应用性，本文建立了主轴系统的有限元模型，对主轴系统的静、动态特性进行了研究，并运用均匀设计的思想，实现了对主轴结构的优化，求得了主轴系统频率的二次回归方程。基于主轴系统的二次回归方程，完成了对主轴系统的结构优化，并提出了主轴系统参数化设计思想。最后，实现了驱动端整体隔振结构的设计与优化。本文将双层隔振系统的思想应用到试验台驱动端隔振结构设计之中，完成了试验台驱动端隔振结构的设计。最后对试验台驱动端进行了整体有限元建模与模态分析，找到了其存在的薄弱环节，通过对结构的进
4、一步改进，最终实现了试验台驱动端整体抗振结构的优化。关键词：汽车传动系试验台；模态分析；正交试验设计；均匀试验设计；双层隔振 Optimization Design of The Key Part Structural for Automobile Drivetrain Test RigABSTRACTStructure optimization is a rising field developed in recent decade. It has overcome many limitations of traditional design technique and has broad
5、applications in many fields. In order to improve the weak link of the mechanical structure of the automobile drivetrain test rig, this method is introduced to the structural optimization of the test rig in this paper.The main research works and conclusion are listed as follows:Firstly, the bed struc
6、ture optimization of test rig is completed. Based on the unit structure theory, bed sturcture is designed and modle analysis is carried out for it. And the relationship between the frame sizes of bed sturctue and the lower steps natural frequencies is obtained. Then, an orthogonal experiment design
7、thought is used to optimize the structure, and get a very good results.Secondly, the structure optimization of high-speed drive spindle system is completed. Based on the commonly used structure of spindle system, the new kind of spindle structue is designed. And the key technologies and principle ar
8、e studied deeply. In order to make the spindle system have better practicability, the FEM modeling for structure analysis of spindle system is founded, and the static and dynamic characteristics are studied. Based on the homogeneous design of experiment and modle analysis, the quadratic regression e
9、quation of spindle system is abtained. And the structure optimization of high-speed drive spindle system is completed. At last, this paper puts forward a parameter design thought of the spindle system.Finally, structure design and optimization of vibration isolation structure for the whole drive par
10、t are completed. Double vibration isolation theory is successfully used to design the double vibration isolation structure of the whole drive part. And the FEM modeling for structure analysis of double vibration isolation structure is founded. Based on the modle analysis result, weak link of the str
11、ucture is founded. After improved the structure of the double vibration isolation system, this article completed the structure optimization of vibration isolation structure successfully.Key words：Automobile Drivetrain Test Rig；Modle Analysis；Orthogonal Experiment Design；Homogeneous Design of Experim
12、ent； Double Vibration Isolation；目 录第一章 绪论11.1 论文研究的背景11.2 课题的来源及意义21.2.1 课题的来源21.2.2 课题的意义21.3 国内外传动系试验台研究的现状与发展21.4 国内外关于有限元分析与应用的研究现状31.5 课题研究的主要内容及拟解决的问题41.5.1 课题研究的主要内容41.5.2 课题研究中拟解决的问题41.6 本章小结5第二章 汽车传动系试验台的构造与试验规范62.1 汽车传动系试验台简介62.2 汽车变速箱试验台的构造62.2.1 变速箱空载磨合试验台的构造62.2.2 变速箱加载试验台的构造72.2.3 变速器同
13、步器试验台的构造72.2.4 变速箱试验规范82.2.5 变速箱试验台机械结构的性能要求102.3 汽车驱动桥、主减试验台的构造与试验规范102.3.1 驱动桥空载试验台的构造102.3.2 主减综合性能试验台的构造112.3.3 驱动桥齿轮疲劳寿命试验台的构造122.3.4 桥总成、主减总成主要检测项试验规范132.3.5 桥总成（主减）试验台机械结构的性能要求142.4 本章小结15第三章 传动系试验台铸铁底座结构的优化设计163.1 传动系试验台铸铁底座动态特性分析概述163.2 铸铁底座的结构设计与分析173.2.1 基于元结构的加载试验台底座的结构设计173.2.2 铸铁底座的模态分
14、析183.3 各结构因素对底座动态特性的影响203.3.1 底座约束结构对底座低阶频率的影响203.3.2 筋板结构对底座低阶频率的影响213.3.3 底座基本尺寸对底座低阶频率的影响223.4 基于正交设计的底座优化设计243.4.1 正交设计概述243.4.2 基于正交试验设计的底座优化设计273.5 底座与地面结合部的结构优化设计323.6 本章小结35第四章 高速抗振主轴系统结构设计与优化364.1 传动系试验台常用主轴系统概述364.2 高速抗振主轴系统的关键技术研究374.2.1 高速抗振主轴系统的结构设计374.2.2 主轴系统抗振结构及原理的研究374.2.3 轴承的组配形式及
15、选型技术研究384.3 主轴系统热分析与散热、润滑结构的优化设计414.3.1 主轴系统热分析概述424.3.2 轴承发热量的计算424.3.3 主轴系统热分析边界条件的计算434.3.4 主轴系统稳态热分析仿真444.3.5 基于稳态热分析的主轴散热与润滑结构优化464.3 主轴系统静态、动态特性分析464.3.1 主轴的静态特性分析464.3.2 主轴系统的动态特性分析484.4 基于均匀设计的主轴系统动态特性优化514.4.1 均匀设计的概述514.4.2 均匀设计试验的数据处理524.4.3 主轴系统的均匀试验设计534.5 基于二次回归方程的主轴系统结构性因素分析584.5.1 主轴
16、各结构性因素对其低阶频率的影响594.5.2 轴套各结构性因素对其低阶频率的影响604.6 基于二次回归方程的主轴系统的参数化设计614.7 本章小结62第五章 驱动端双层隔振系统的结构设计与优化635.1 传动系试验台抗振与隔振设计概述635.2 基于双层隔振系统的驱动主轴端隔振设计635.2.1 双层隔振系统的概述635.2.2 驱动主轴端双层隔振系统的机械结构655.2.3 橡胶隔振器的设计665.2.4 驱动主轴端双层隔振系统整体结构设计685.3 双层隔振系统的结构分析与优化685.3.1 驱动端整体有限元模型的建立685.3.2 驱动端隔振器结合部的结构优化705.4 本章小结71
17、第六章 总结与展望726.1 总结726.2 展望72参考文献74攻读硕士学位期间发表的论文76插图清单图1-1 汽车及其总成与机构的试验分类1图2-1 变速箱空载试验台结构图6图2-2 变速箱在线加载试验台结构图7图2-3 同步器试验台结构原理图8图2-4 机械式五档变速箱故障诊断试验规范图9图2-5 驱动桥空载试验台结构图11图2-6 主减综合性能试验台结构图11图2-7 驱动桥齿轮疲劳寿命试验台结构图12图2-8 桥总成磨合试验规范图13图2-9 主减总成故障诊断试验规范图14图3-1 铸铁底座元结构类型图17图3-2 底座结构名称释义图18图3-3 六大类铸铁底座结构示意图18图3-4
18、 铸铁底座低阶频率振型图19图3-5 底座改变约束位置后的频率分析图21图3-6 增加约束后的底座频率分析图21图3-7 筋板厚度与底座低阶频率关系图22图3-8 筋板高度与底座低阶频率的关系图22图3-9 底座长度与底座低阶频率的关系图23图3-10 底座宽度与低阶频率的关系图23图3-11 铸铁层厚度与底座低阶频率的关系图24图3-12 正交试验原理图25图3-13 正交试验设计流程图26图3-14 正交试验设计结果分析流程图27图3- 15 优化变量结构图28图3-16 筋板高度与上表面铸铁层厚度交互作用二维图31图3-17 优化后的铸铁底座模态分析图32图3-18 底座位于地面上的结合
19、部结构简图33图3-19 掩埋底座结合部结构简图33图3-20 底座与地面减震垫铁连接结构图34图3-21 新型铸铁底座固定结构图34图4-1 常用主轴系统结构图36图4-2 常用高速主轴结构图36图4-3 新型高速抗振主轴结构图37图4-4 主轴系统振动传递图38图4-5 主轴系统载荷传递图38图4-6 轴承组配形式图39图4-7 主轴系统轴承定位预紧图40图4-8 主轴系统热分析模型图44图4-9 主轴系统温度场分析结果图45图4-10 主轴系统瞬态热分析结果图45图4-11 主轴系统润滑、散热结构设计图46图4-12 主轴有限元模型图47图4-13 主轴静扭分析结果图47图4-14 主轴
20、系统有限元模型图49图4-15 主轴系统低阶模态振型图50图4-16 主轴模态分析结果图51图4-17 均匀设计符号介绍图52图4-18 主轴二次回归方程的三维展示图56图4-19 主轴一阶频率对长度求导式的二维表示图56图4-20 轴套有限元模型图57图4-21 轴套模态分析结果图57图4-22 频率对于跨距求导式的三维图像表示图58图4-23 主轴长度对主轴一阶频率的关系图59图4-24 主轴轴径对主轴一阶频率的关系图59图4-25 主轴约束长度与主轴一阶频率的关系图60图4-26 轴套壁厚与一阶频率的关系图60图4-27 轴承跨距与轴套一阶频率的关系图61图4-28 .轴套长度与轴套一阶
21、频率的关系图61图4-29 主轴参数化设计流程图62图5-1 双层隔振系统模型图64图5-2 双层隔振系统振动隔离效果图64图5-3 双层隔振系统诺模图65图5-4 变速箱试验台驱动端结构图65图5-5 驱动端支架结构图67图5-6 驱动端双层隔振系统结构图68图5-7 变速箱试验台驱动端三维及有限元模型图69图5-8 驱动端低阶模态分析图70图5-9 驱动端结构优化后的三维图70图5-10 驱动端结构优化后的模态分析图71表 格 清 单表3.1 底座结构尺寸表17表3.2 铸铁底座模态分析表19表3.3 正交设计各因素水平表28表3.4 四因素三水平表头设计表28表3.5 底座正交试验规划与
22、结果表29表3.6 底座正交试验直观分析结果表30表3.7 底座因素水平分析结果表30表3.8 底座正交试验方差分析表30表3.9 筋板高度与上表面铸铁层厚度的交互作用表31表3.10 正交试验设计分析结果32表4.1 主轴系统热分析边界条件表45表4.2主轴模态分析结果表50表4.3混匀设计混合水平试验设计表54表4.4 主轴均匀试验设计分析表55表5.1 质量比和刚度比的组合表67表5.2 驱动端零部件材料属性表69第一章 绪论1.1 论文研究的背景2010年我国的汽车产销双双超过1800万辆，刷新全球汽车产销纪录。伴随着汽车行业的不断发展，人们对于汽车质量的要求也越来越严格。据中消协统计
23、，去年汽车成为投诉量同比上升幅度最大的商品，投诉量达到1.4万余件，同比上升51.1%，创历史新高。为了提高汽车的质量，汽车试验台越来越受到汽车生产厂家的重视，其最近几年发展非常迅速。我国汽车行业在80年代末90年代初便建立了汽车标准委员会，旨在拟定适应我国国情的汽车标准，其中中国汽车技术研究中心标准化研究所已编制汽车标准汇编为汽车的各部分的术语作了说明和规定，并制定了各种零部件及整车的试验标准与方法。汽车试验总成与机构的各种不同类型的试验，按其用途、研究对象以及运行试验的方法与条件来分类如图1-1所示如下1：图1-1 汽车及其总成与机构的试验分类如上图所示，本文研究的传动系试验台主要包括驱动
24、桥、主减、变速箱、等试验台，其中驱动桥、主减和变速箱加载试验台主要结构优化是本文研究的重点。传动系试验台按载荷进行分类：空载试验台和加载试验台，加载试验台又可以分为：综合性能试验台和疲劳寿命试验台。本文结构优化的重点为驱动桥、主减和变速箱的加载试验台。1.2 课题的来源及意义1.2.1 课题的来源该论文题目来源于国家高技术发展计划（863计划）自动变速箱装配生产线关键技术攻关及推广应用（2007AA042007-2）课题。1.2.2 课题的意义汽车传动系（包括：离合器、变速器、万向节、驱动桥、主减速器、差速器等）是汽车的主要组成部分。它将发动机发出的动力传给驱动车轮，具有减速增扭、实现汽车倒驶
25、、中断传递以及实现驱动轮差速等功能，保证汽车能在不同使用条件下正常行驶，并具有良好的动力性和燃油经济性。汽车传动系是汽车的重要的组成部分，伴随着汽车产业的不断发展，汽车传动系的安全性也越来越引起汽车生产厂家和消费者的重视。为检测汽车传动系的性能，各大汽车生产厂家纷纷开始了对汽车传动系试验台的研发。本课题希望能找到一种在试验台设计过程中，可以迅速对设计出的结构进行CAE多方面验证及改进的方法。与此同时，希望通过对现有试验台关键部分进行的静态、动态性能分析，找到关键结构的优化方法，并对其加以优化。最终达到提高传动系试验台设计质量，降低传动系试验台制造成本，提高传动系试验台设计效率的目的。1.3 国
26、内外传动系试验台研究的现状与发展对于汽车传动系试验台的研究，国外开始的比较早，已经有近六十多年的发展历程。二十世纪五十年代，美国格里森公司就设计出了用轮系作为加载系统的桥试验台的方案。与国外相比，国内对于传动系试验台的研究起步相对较晚，研究工作始于上世纪八十年代初期，发展了近三十年。与国外相比，国内试验台在自动化程度、控制精度、测试种类、测试准确度各个方面都有很大的差距2。我国传动系试验台在整个发展过程中，可以分为四大类：其一，机械加载闭式试验台，这种试验台结构工作稳定可靠，但其机械结构非常复杂，性能单一，不能对加载力矩进行精细调节；其二，液压加载闭式试验台，这种试验台相对机械加载闭式试验台在
27、加载力矩精细调节方面有了很大提高，但是其引入了液压控制环节，可靠性减弱了，自动化控制也较弱；其三，为电封闭式试验台，其控制方便，机械部分相对简化了，灵活性、通用性不好；其四，现在大量使用的开式试验台。其结构简单，自动化程度高，无需陪试件，但对电器控制要求较高，成本相对较高，能量回收利用难度大。对于传动系试验台，国内很多专家、学者都进行了相关的研究。合肥工业大学戴军康等通过对主减速器总成常用的试验规范进行初步探究，并结合被试主减速器总成的结构性能特点及其工作状况，制定了被试主减速器总成的试验规范。并对主减速器总成试验的开放式和电封闭式两大基本方案的进行了详细的对比研究，对比后提出了电回馈加载方案
28、2。合肥工业大学蔡高坡等以惯量模拟为试验设计的出发点，制定了试验台的基本布置方案，阐述了该试验台架的基本工作原理，分析了同步换挡试验惯量模拟的过程。最后，对试验台架的总体结构、关键组成部件的工作原理和设计原则进行了详细介绍3。天津大学王苏卿实现了对变速箱试验台测控系统的设计，其测控系统实现了数据的实时采集和控制、实时显示、数据保存、数据打印、曲线图绘制等功能，并通过PLC控制器来实现自动控制4。吉林大学宫耀旺等完成了对驱动桥总成综合性能试验台研究，详细阐述了汽车驱动桥总成综合性能试验台的理论基础、结构设计、试验内容及应用。并通过实际使用数据证明了其可靠性和有效性5。吉林大学王军年等对重型车辆驱
29、动桥总成齿轮疲劳测试系统进行了相关研究，其试验台是用机械加载的闭式功率流试验台架和计算机实时控制润滑油油温的台架试验来模拟实车典型运行工况，通过试验的方式进行相关数据采集和处理，对驱动桥尤其是其中的主减速器锥齿轮的疲劳寿命作出准确评价的计算机控制系统6。1.4 国内外关于有限元分析与应用的研究现状随着机械工业的发展，有限元在机械行业中的应用也越来越广。本课题将引入有限元分析方法，来实现对汽车传动系试验台关键结构的分析与优化，用以提高汽车传动系试验台的整体性能。在结构分析和优化方面，国内、外许多大学、厂家的诸多专家、学者都进行了相关的研究。德国University of applied scie
30、nce大学的Stefan Reh和Jean-Daniel Beley曾论述过基于有限元的ANSYS软件在机械行业的可行性分析。并对应用的方面和实际应用实例都进行了论述7。Pusan National University 的Bong Ju Kim和Ieom Kee Paik曾将有限元方法应用到船身结构的优化，通过改变船身的结构和尺寸，实现了对船身的优化研究8。英国皇家学院F.D.Queroz和P.C.G.S.Veuasco在对复合材料梁特性的研究中，采用弹簧阻尼系统来对接触面进行模拟，并进行了相关的论述9。中南大学王宇奇等利用有限元法实现了对磨齿机床身和立柱的建模，进行了结合部（螺栓结合部、导
31、轨滑块结合部）分析，整机模型静态和动态性能分析，并对整体模态分析中出现的薄弱环节进行了优化，最后用实验的方法验证了有限元分析的正确性10。哈尔滨工业大学解文志等已完成高速电主轴静态、动态性能特性的有限元分析。其研究主要包括：电主轴的全面力学分析、有限元模型的正确建立、电主轴的静态、动态性能研究11。东南大学李恒熙等通过对数控车床进行有限元建模，静态、动态性能分析和结构优化等多方面的分析，完成了基于ANSYS的CK6136数控车床的有限元分析及优化设计课题的研究12。华中科技大学李修平等通过对高速加工中心进行有限元建模，静态、动态性能分析等，完成了基于 ANSYS 的高速加工中心有限元分析课题的
32、研究13。1.5 课题研究的主要内容及拟解决的问题1.5.1 课题研究的主要内容本课题将有限元分析和优化设计试验思想应用到结构的优化中，对传动系试验台铸铁底座和变速箱试验台驱动端高度抗振主轴系统进行动态性能分析和优化，此外还对主轴系统进行了热分析，并对其散热和润滑结构进行了优化，最后对主轴系统支撑结构、直线导轨和底座的的隔振与抗振结构都进行了分析与优化。其主要包括以下几个方面： （1）在已有传动系试验台的基础上，对机械结构、试验规范进行深一步的分析，确定各机械部分的约束和运动状况，明确被分析对象的边界条件。 （2）基于元结构的铸铁底座建模、动态分析与优化。文中分别对六种元结构构成的底座进行了模
33、态分析，并将其进行比较，并选取之中性价比最高的底座结构进行了基于正交试验设计的结构优化。并明确了各底座结构之间的交互作用。 （3）对变速箱试验台驱动端主轴系统的结构性能进行了介绍与分析，并运用ANSYS进行了主轴的静态受力分析与主轴系统的动态特性分析，最后对其进行了基于均匀设计的主轴系统结构优化，并求出其二次回归方程，实现了对其结构的优化。 （4）在求得主轴系统稳定温度场载荷和边界条件的基础上，对主轴系统进行三维建模和稳态热分析，得到其温度最高点的位置并获得其温度时间曲线图，最后对主轴系统润滑和散热结构进行了优化。 （5）对主轴系统支撑结构进行基于二层隔振理论的结构设计，用以防止主轴系统在高频
34、状态下发生共振时引起的过大振动。最后进行了直线导轨的抗振结构优化设计。1.5.2 课题研究中拟解决的问题 （1）如何使用SolidWorks和ANSYS实现对底座和主轴系统快速而又准确的建模；并运用COMOS和ANSYS实现对底座和主轴系统的静态、动态特性分析。 （2）掌握正交试验设计的原理，并灵活运用正交试验设计方法实现对铸铁底座结构的优化设计，其次掌握均匀试验设计思想，并用其实现对主轴系统的优化设计，最后对这两种试验设计方法进行比较。 （3）掌握ANSYS轴承结合部的模拟方法，并将其应用于主轴系统动态特性的分析当中，求得主轴系统的低阶频率，为主轴系统的优化做好铺垫。 （4）掌握主轴系统热分
35、析的方法，并准确求得主轴系统稳态热分析的边界条件，实现主轴系统的稳态热分析，并实现对主轴系统润滑结构和散热结构的设计。 （5）掌握双层隔振的原理，将其应用到驱动端结合部的双层隔振设计中，并实现变速箱试验台驱动端结合部双层隔振系统的设计与结构优化。1.6 本章小结本章首先提出了课题研究的来源及意义，然后对传动系试验台的发展、有限元分析与应用研究现状等国内外相关研究领域进行了一定的介绍，概括了论文研究的主要内容和想要解决的问题。第二章 汽车传动系试验台的构造与试验规范2.1 汽车传动系试验台简介对于汽车传动系试验台，本论文主要是指变速器、驱动桥总成、主减总成三大类试验台。试验台按照加载载荷的有无可
36、分为：空载试验台和加载试验台；按照测试种类的不同，又可以分为磨合试验台、综合性能试验台和疲劳寿命试验台三大类。机械工业部部标准机械式变速器台架试验方法规定了载货车、越野车、客车所使用的机械式齿轮变速器的台架试验方法。对于机械式变速器，需要进行的试验项目有：（1）变速器传动效率试验；（2）变速器噪声测量；（3）变速器动态刚性试验；（4）变速器静扭强度试验；（5）变速器疲劳寿命试验；（6）换档齿轮齿端冲击磨损试验；（7）变速器同步器性能和寿命试验。以上项目根据被试变速器的实际情况进行选择14。参照机械工业部部标准QC/T 533-1999汽车驱动桥台架试验方法对于驱动桥总成和主减总成试验台试验方法
37、的规定，本文试验台其主要的测试项为：（1）驱动桥（主减）总成噪声试验；（2）验证驱动桥（主减）的差速功能和驱动桥转向功能试验；（3）实现桥总成或主减定时与定距离运行和磨合（模拟整车运行）（4）桥总成和主减的在线装配故障诊断；（5）测量桥总成齿轮不同载荷下的的试验寿命和疲劳损坏形式15。2.2 汽车变速箱试验台的构造2.2.1 变速箱空载磨合试验台的构造变速箱空载试验台主要用来做变速器的磨合试验、空载扭矩、空载噪声和检测换挡过程中有无障碍。其结构图比较简单，如图2-1所示： 图2-1 变速箱空载试验台结构图1-底座；2-支架；3-电机；4-弹性联轴器；5-扭矩传感器；6-变速箱支架；7-主轴定位
38、系统8-变速箱变速箱空载试验台所承受的载荷比较小，但是其要求的速度比较高，一般都为3000r/min以上，对底座、夹具和支撑件的抗振性能要求较高，并且对输入轴系的同心度要求也非常高，如图2-1所示，为了测量变速器空载的扭矩，减小冲击，一般采用弹性联轴器，如XL型无间隙弹性联轴器和LX型弹性柱销联轴器，其底座最优选择为铸铁件。电机底座为钢板焊接件，其焊接结构必须合理，否则将很容易产生共振，影响试验台的使用性能。2.2.2 变速箱加载试验台的构造变速箱综合性能试验台一般采用机械开式结构与电能回收装置构成能量封闭的加载系统；试验台机械结构采用整体床身式结构。被试变速箱总成的驱动和加载均由交流变频调速
39、电机和变频调速系统共同组成的电加载系统来实现。其主要结构原理如图2-2所示：图2-2 变速箱在线加载试验台结构图1-变速箱驱动系统；2-左半轴加载系统；3-右半轴加载系统试验台定位夹具利用变速箱总成离合器壳原有定位销孔在夹具定位盘上进行“一面两销”定位。试验台设计工艺半轴法兰与变速箱总成的输出轴花键直接相联接；试验台加载单元设置液压滑台驱动的柔性加载头来实现与工艺半轴法兰的自动对接；加载头内设置弹性传动件确保高速工况传动的平稳性。试验台的驱动电机和加载电机均通过平皮带与传动轴柔性相连，通过平皮带轮副实现隔离电机振动和过载保护功能，其中如图2-1所示：本实验台的主驱动系统的电机位于底座的地部，而
40、左右半轴加载系统的电机位于底座装配平面上，这样可以很好的隔离主驱动电机对底座及底座上装配件的振动冲击，也很好的缩小了底座的宽度，其结构适用于变速箱在线加载试验台，对于普通的综合性能试验台，其底座高度较低，驱动系统的电机也放在底座平面上。2.2.3 变速箱同步器试验台的构造同步器试验台采用双惯性飞轮旋转惯量模拟车辆直线行驶惯量实现换挡过程中所需的输出轴处的惯量模拟。变速器由发动机直接驱动，并有专门的换挡机构来实现试验中的换挡要求。应用等效惯量的算法尽可能地确保变速器左、右半轴处旋转惯量在AMT同步器结合过程中对其造成的冲击与整车行驶过程中的同步器同步过程所承受的冲量相当，如下图所示，下图为同步器
41、试验台的结构原理图。图2-3 同步器试验台结构原理图如图2-3所示，同步器试验台的结构设计特点为： （1）两惯性飞轮通过弹性联轴器联接，确保左、右飞轮旋转同步；另外，惯性飞轮组采用单元化的结构形式，并设计标准的轴头尺寸，使惯性飞轮组在其它试验过程中经过适当的调整组合即可完成其它类似试验内容； （2）惯性飞轮通过变频电机直联驱动，变频电机通过变频器的控制实现飞轮组件起步、停车以及恒速运行等工况；确保飞轮运行平稳，转速控制精确、调速便捷； （3）飞轮主轴同AMT左、右半轴之间的动力传递通过高速平皮带来实现，该类型传动带具有线速度高、噪声低的特点以及隔离振动、过载保护等功能；飞轮到AMT左、右半轴之
42、间的传动速比大于1；经带轮传动机构“减速”可适当降低惯性飞轮完成整车模拟所需的等效转动惯量； （4）试验台所有的轴联接部分均采用摩擦传动（端面摩擦/涨紧套），消除由于键联接回转间隙造成的冲击，提高设备运行的稳定性和可靠性； （5）试验台利用AMT总成离合器壳原有定位销孔在夹具定位盘上进行“一面两销”定位，通过螺栓拧紧固定，螺栓拧紧结构设计确保快速、便捷，满足变速器在试验过程中，快速、可靠夹紧的需求；变速器定位盘设计为可换结构，实现不同型号变速器在试验台上的准确定位以及快捷的品种更换。2.2.4 变速箱试验规范（1）磨合试验规范16在做变速器效率和寿命试验前，应对试验样品进行磨合。磨合能使工作表
43、明微观不平度减少，增大实际接触面积，从而减少单位面积上的载荷。其试验规范如下：变速器第一轴输入扭矩（为所匹配的发动机最大扭矩，）；变速器第一轴输入转速（为所匹配的发动机最大扭矩时的转速，当接近或小于1450rpm时，可用1450rpm）；齿轮磨合时间为；润滑油及油量按设计要求确定；磨合时油温为；磨合时应进行清洗或更换润滑油。（2）基于振动信号分析的变速箱故障诊断试验规范基于振动信号分析的变速箱故障诊断是变速箱在线试验台的主要检测项目，也是最近几年刚刚应用于变速箱试验台的新科技，实际应用也证明了其具有非常大的实用价值，但其也存在许多技术上的难点，需要做进一步的改进。图2-4 机械式五档变速箱故障
44、诊断试验规范图如图2-4所示基于振动信号的变速箱故障诊断试验要对变速箱进行正拖与反拖试验，正拖即驱动电机带动变速箱运转，左右半轴加载电机为负载电机进行加载；反拖即左右半轴加载电机带动变速箱运转，驱动电机变为负载电机对变速箱进行加载。图2-4左图为变速箱的速度和驱动端扭矩控制图，右图为变速箱的档位图。在试验过程中每个档位都要进行一次正拖与反拖试验，并进行振动信号的采集，最后做出分析，得出变速箱是否合格，如果不合格，找出其故障原因。（3）变速器疲劳寿命试验规范16汽车变速器在产品设计定型前通常要进行几百小时的疲劳试验，以检验其疲劳寿命。根据国家标准、行业标准，并对业界企业的标准进行调研，结合被试变
45、速器的结构以及使用特点，制定变速器疲劳寿命试验规范。表2.1为某类型变速器各档位的试验参数表。表2.1 变速器各档位的试验参数表试 验输入扭矩Nm输入转速Rpm耐久试验时间（s）IIIIIVVR1217(230)40002320157206011053210582102195(207)46602980134903058025690795403173.6(184)5330204202820027220614404173.6(184)60002694205108.5(115)20006000各档运行总次数 （100万次）2.24.68.811.037.00.2试验程序：首先将磨合后的变速器重新加注
46、润滑油，并准确地安装在试验台架上，然后按照表2.1中的 15顺序进行疲劳寿命试验，在完成上述规定的试验后，检查变速器损坏情况，做好记录。2.2.5 变速箱试验台机械结构的性能要求对变速箱试验台机械结构性能的要求主要与该试验台所承载的测试项有关，如上一节中的试验规范所示，对变速箱试验台机械结构的主要要求如表2.2所示：（以某一款乘用车变速箱试验规范为标准）表2.2 变速箱试验台机械结构性能要求表试验台类型转速范围承受载荷主要性能要求空载磨合试验台0-3000 r/min0-100 Nm速度较低，载荷较小对机械结构的要求较低。综合性能试验台0-6000 r/min0-230 Nm载荷较大，输入端转速较高，其输入端应满足高转速要求，并具有非常好的减振与抗振性。疲劳寿命试验台0-6000 r/min0-217 Nm所受载荷和输入转速都较高，作用时间长，其试验台除满足高转速要求外，必须具备非常好的疲劳特