小型發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性試驗(yàn)臺(tái)架開(kāi)發(fā)論文,任務(wù)說(shuō)明書(shū)

1、摘 要發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性是發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)能否達(dá)到使用者的壽命要求，同時(shí)它與可靠性有著密切聯(lián)系，因此任何發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者都不能忽略這一指標(biāo)。由此看來(lái)，針對(duì)耐久性的試驗(yàn)以及試驗(yàn)臺(tái)架的開(kāi)發(fā)都是十分重要也很必要的。本文介紹的小型發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)臺(tái)架開(kāi)發(fā)考慮到耐久性試驗(yàn)的特殊要求工況單一、時(shí)間長(zhǎng)，選用了與小型發(fā)動(dòng)機(jī)功率相匹配的直流發(fā)電機(jī)來(lái)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率；選用了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)一體化的臺(tái)架方案；選用了帶傳動(dòng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)方式。關(guān)鍵詞： 發(fā)動(dòng)機(jī)，耐久性，臺(tái)架abstractthe engine durability is an important index in its perform

2、ance for it relation to whether the engine can reach the life requirements or not. at the same time, it has a close relationship with reliability, thus every engine desiginer should not neglect this. from this, it is not only crucial but also necessary for development which aim at durability test an

3、d testing bench. this paper introduces development of small engines durability testing bench which considers about durability tests particular requirements, such as working conditions of single, long time, so it chooses a dc generator to use up engines power; and it chooses the scheme of arrangement

4、 of test bench that engine-generator integration; and it chooses belt drive between engine and generator.keywords：engine，durability，test bench目 錄摘 要iabstractii前 言1研究背景及意義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2參考文獻(xiàn)大致來(lái)源2第1章 耐久性臺(tái)架設(shè)計(jì)概述11.1設(shè)計(jì)的主要原理11.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容11.3解決的主要問(wèn)題1第2章 耐久性試驗(yàn)對(duì)臺(tái)架的要求22.1耐久性試驗(yàn)時(shí)間22.2耐久性試驗(yàn)工況32.3耐久性試驗(yàn)需測(cè)量的參數(shù)42.3.1轉(zhuǎn)速n42.3

5、.2功率pe42.3.3轉(zhuǎn)矩tq52.3.4溫度t52.3.5其他5第3章 耐久性臺(tái)架的主要設(shè)計(jì)63.1臺(tái)架能量流動(dòng)63.2臺(tái)架適用發(fā)動(dòng)機(jī)63.3發(fā)電機(jī)選型73.4發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的連接73.5發(fā)動(dòng)機(jī)支撐部分的設(shè)計(jì)73.6發(fā)動(dòng)機(jī)的工況控制和發(fā)電機(jī)的標(biāo)定83.6.1發(fā)動(dòng)機(jī)的工況控制83.6.2發(fā)電機(jī)標(biāo)定8第4章 連接部分的設(shè)計(jì)94.1傳動(dòng)與聯(lián)軸器94.1.1齒輪傳動(dòng)94.1.2蝸桿傳動(dòng)94.1.3帶傳動(dòng)94.1.4鏈傳動(dòng)104.1.5聯(lián)軸器104.2連接方式的確定104.3帶傳動(dòng)的選型、參數(shù)確定114.3.1帶傳動(dòng)選型114.3.2帶傳動(dòng)原始參數(shù)的確定114.4參數(shù)確定及其計(jì)算過(guò)程124.4.1求

6、計(jì)算功率p1124.4.2選v帶型號(hào)124.4.3求大、小帶輪基準(zhǔn)直徑d2，d1134.4.4驗(yàn)算帶速v134.4.5求v帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度ld和中心距a144.4.6驗(yàn)算小帶輪包角1144.4.7求v帶根數(shù)z144.4.8求作用在帶輪軸上的壓力164.4.9帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17第5章 試驗(yàn)臺(tái)部分的設(shè)計(jì)205.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案初定205.2支架的設(shè)計(jì)205.3發(fā)動(dòng)機(jī)的固定與減振215.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)固定215.3.2發(fā)動(dòng)機(jī)的減振215.4發(fā)電機(jī)固定方案225.5帶傳動(dòng)張緊輪布置235.6臺(tái)架總體布置圖24第6章 基于直流發(fā)電機(jī)的工況控制原理266.1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程式19266.2發(fā)電機(jī)制動(dòng)負(fù)載

7、特性與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率特性匹配與調(diào)控266.2.1 m/p控制模式（測(cè)功機(jī)恒扭矩/油門(mén)恒位置）276.2.2 n/p控制模式（測(cè)功機(jī)恒轉(zhuǎn)速/油門(mén)恒位置）276.2.3 m/n控制模式（測(cè)功機(jī)恒扭矩/油門(mén)恒轉(zhuǎn)速）276.2.4n/m控制模式（測(cè)功機(jī)恒轉(zhuǎn)速/油門(mén)恒扭矩）276.3發(fā)電機(jī)的控制原理286.4臺(tái)架各部分需進(jìn)行的標(biāo)定296.4.1帶傳動(dòng)部分的效率2296.4.2發(fā)電機(jī)發(fā)電效率129結(jié) 論31謝 辭32參考文獻(xiàn)33前 言研究背景及意義小型發(fā)動(dòng)機(jī)指除車(chē)用、航空用以外，具有廣泛用途的往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，一般功率在20kw以內(nèi)，大多通用性很強(qiáng)，有的專業(yè)性較強(qiáng)，所以，一般也稱為通用發(fā)動(dòng)機(jī)，功率更大的非

8、車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的變種，結(jié)構(gòu)上與車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)相似。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的小型發(fā)動(dòng)機(jī)功率范圍大致為500w24kw，其特點(diǎn)是體積質(zhì)量較小、使用操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣、價(jià)格便宜1-2 。 我國(guó)小型發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展較快，但歷史較短。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)在改革開(kāi)放期間得到了飛速的發(fā)展，機(jī)械、能源、材料等行業(yè)都發(fā)生了巨大的變革，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展使小型發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得到不斷的提升，同時(shí)也都對(duì)小型動(dòng)力有或多或少的需求增長(zhǎng)，這使得我國(guó)小型發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國(guó)通用發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)量在二十一世紀(jì)以前一直在四十萬(wàn)臺(tái)到六十萬(wàn)臺(tái)之間。自二十一世紀(jì)開(kāi)始，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)小型發(fā)動(dòng)機(jī)的要求逐步提高，很多摩托車(chē)生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)始涉足小

9、型發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。同時(shí)小型汽油機(jī)行業(yè)吸引了大批國(guó)內(nèi)外廠商的關(guān)注，不少外企與國(guó)內(nèi)企業(yè)合資建廠，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)小型發(fā)動(dòng)機(jī)。不僅如此，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的小型通用發(fā)動(dòng)機(jī)還大量出口東南亞，為國(guó)內(nèi)小型動(dòng)力產(chǎn)業(yè)提供了發(fā)展資金3。因此，小型發(fā)動(dòng)機(jī)在國(guó)內(nèi)占有舉足輕重的地位，開(kāi)發(fā)小型發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性臺(tái)架，有一定的典型性。耐久性是指產(chǎn)品在規(guī)定的使用和維修條件下，其使用壽命的一種度量。所謂耐久性，是產(chǎn)品的一個(gè)壽命單位4。針對(duì)耐久性所做的臺(tái)架試驗(yàn)同其他的試驗(yàn)有所不同。最主要的區(qū)別就是耐久性試驗(yàn)所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它試驗(yàn)所需的時(shí)間，這對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間提出了嚴(yán)格的要求；而且，耐久性臺(tái)架試驗(yàn)同其他試驗(yàn)相比，所測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和要求的精度也同

10、其它試驗(yàn)不同，這決定了耐久性試驗(yàn)臺(tái)可以舍去一些不必要的測(cè)試設(shè)備和采用其它精度較低但簡(jiǎn)便易操作的測(cè)量方法來(lái)代替5。因此，這些特殊的情況要求試驗(yàn)臺(tái)架對(duì)此作出相應(yīng)的開(kāi)發(fā)。發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性試驗(yàn)有以下3個(gè)主要目的6：(1)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)、材料及加工工藝中存在的各種缺陷，為設(shè)計(jì)提供整改意見(jiàn)；(2)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，初步確定發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命；(3)確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)是否符合耐久定量要求。由于發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性的重要性，各個(gè)研究生產(chǎn)單位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性的試驗(yàn)一直重視，同試驗(yàn)密不可分的耐久性試驗(yàn)臺(tái)架也是研究發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性的重要工具。因此，開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性試驗(yàn)臺(tái)架是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能全面測(cè)量必不可少的一個(gè)步驟。同時(shí)，開(kāi)發(fā)出一款能夠同發(fā)動(dòng)機(jī)

11、試驗(yàn)要求相符合的臺(tái)架對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)的幫助也是巨大的。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架的發(fā)展同發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展相適應(yīng)，同時(shí)也受限于當(dāng)時(shí)世界整體科技水平。臺(tái)架的發(fā)展同裝配技術(shù)和測(cè)量技術(shù)是分不開(kāi)的。國(guó)外的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架發(fā)展較早，先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和控制技術(shù)都能盡早的應(yīng)用在臺(tái)架上。大約在1980年左右，國(guó)外各方就開(kāi)始對(duì)自動(dòng)化的試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行研究研究，一系列的發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性試驗(yàn)臺(tái)被不同廠家和研究機(jī)構(gòu)相繼開(kāi)發(fā)出來(lái)。同時(shí)先進(jìn)的控制技術(shù)，測(cè)量技術(shù)以及數(shù)據(jù)的輸出技術(shù)都在幫助發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架不斷進(jìn)步。80年代末，國(guó)內(nèi)才開(kāi)始出現(xiàn)引進(jìn)的少量發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)架。在目前來(lái)看，開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架所需要的各方面技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)成熟，生產(chǎn)廠能夠設(shè)計(jì)制造并

12、應(yīng)用于生產(chǎn)中。同時(shí)，與進(jìn)口臺(tái)架相比，使用同樣功能設(shè)備的成本格僅為十分之一。由此看來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的國(guó)產(chǎn)化是需要努力也是前景光明的一個(gè)發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)大致來(lái)源在編寫(xiě)本文的過(guò)程中，參考了部分本科時(shí)期的主要教材，如機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)、機(jī)械制圖、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)學(xué)教程等，對(duì)本文的完成起了很大的作用。同時(shí)，在某些部分參考了國(guó)內(nèi)外期刊文獻(xiàn)的內(nèi)容，對(duì)文章有一定的補(bǔ)充。另外，在進(jìn)行臺(tái)架設(shè)計(jì)時(shí)，查閱了很多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)臺(tái)架的選型起了決定性作用。除此之外，也學(xué)習(xí)了部分電氣專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，使得臺(tái)架的設(shè)計(jì)能夠順利完成。第1章 耐久性臺(tái)架設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)的主要原理本文針對(duì)小型發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性試驗(yàn)對(duì)臺(tái)架進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。首先由于耐久性

13、的特點(diǎn)舍棄了發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)，并采用價(jià)格低廉可靠性好的直流發(fā)電機(jī)發(fā)電來(lái)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率；通過(guò)測(cè)量直流電的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的功率等數(shù)據(jù)。計(jì)算精度雖不能達(dá)到測(cè)功機(jī)的水平，但足夠滿足試驗(yàn)要求。根據(jù)小型發(fā)動(dòng)機(jī)的功率范圍選擇了相應(yīng)電機(jī)的型號(hào)，達(dá)到適用不浪費(fèi)的目的。然后在這些選擇的基礎(chǔ)上，確定具體的測(cè)量手段和連接手段，最后開(kāi)發(fā)出發(fā)動(dòng)機(jī)耐久臺(tái)架的成品。1.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)小型發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)臺(tái)，要求此臺(tái)架可滿足5kw以下小型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性試驗(yàn)的各方面要求。對(duì)支撐部分設(shè)計(jì)、連接傳動(dòng)設(shè)計(jì)、發(fā)電機(jī)型號(hào)選擇、發(fā)電機(jī)控制原理等進(jìn)行主要研究。根據(jù)現(xiàn)行按照jbt 5135.3-2013 通用小型汽油機(jī) 第3部分可靠性、耐久

14、性試驗(yàn)與評(píng)定方法的有關(guān)要求，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中的各部分參數(shù)進(jìn)行控制并能控制在某一要求的范圍內(nèi)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。設(shè)計(jì)支撐要保證足夠的強(qiáng)度；能夠隔離發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。合理設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)中的能量流動(dòng)，做好能量管理，使試驗(yàn)遵循節(jié)能環(huán)保的原則。1.3解決的主要問(wèn)題1）如何實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)能正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。2）如何選擇發(fā)電機(jī)以消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率。3）如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻正常、潤(rùn)滑油恒溫系統(tǒng)聯(lián)接。4）如何解析實(shí)驗(yàn)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的連接問(wèn)題。5）如何讓此實(shí)驗(yàn)臺(tái)架更方便使用、維護(hù)、保養(yǎng)。第2章 耐久性試驗(yàn)對(duì)臺(tái)架的要求2.1耐久性試驗(yàn)時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)主要運(yùn)動(dòng)部件活塞連桿組與曲軸飛輪組的運(yùn)動(dòng)方式為往復(fù)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它

15、受到交變負(fù)荷作用，承受著循環(huán)應(yīng)力。往復(fù)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零件一般采用107次不破壞的最大應(yīng)力作為材料的“條件疲勞極限”或稱“疲勞強(qiáng)度”。這是由于即使再增加循環(huán)數(shù)，零件強(qiáng)度也不會(huì)再有明顯變化，會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)6。則試驗(yàn)時(shí)間h初步可以計(jì)算為：h60n107n為試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)間h12000kg1000500裝乘用車(chē)及商用車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)均按本表分類?？煽啃栽囼?yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)通常有兩臺(tái)，a機(jī)用于做負(fù)荷試驗(yàn)，b機(jī)用于做冷熱機(jī)試驗(yàn)。除了車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，非道路用小型汽油機(jī)采用了不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。jbt 5135.2-2013中耐久性時(shí)間要求如下圖：表 2 小型汽油機(jī)可靠性/耐久試驗(yàn)時(shí)間汽油機(jī)類別汽油機(jī)排量（v/ml）耐久

16、試驗(yàn)/可靠性試驗(yàn)時(shí)間（h）非手持式a（v66）50/30125/75300/180b（66v100）125/75250/150500/300（100v225）125/75250/150500/300（v225）250/150500/3001000/600手持式（v20）50/30125/75300/180（20v50）50/30125/75300/180（v50）50/30125/75300/1802.2耐久性試驗(yàn)工況在進(jìn)行耐久性試驗(yàn)之前，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)按磨合規(guī)范試驗(yàn)。試驗(yàn)規(guī)范為：在額定轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況點(diǎn)上運(yùn)行半小時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率同額定功率進(jìn)行對(duì)比。若低于額定功率，則繼續(xù)運(yùn)行一刻鐘后再檢查其

17、功率。磨合末期放凈機(jī)油，重新加注新機(jī)油至機(jī)油標(biāo)尺滿刻度處7。gb 26133-2010 非道路移動(dòng)機(jī)械用小型點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值與測(cè)量方法(中國(guó)第一、二階段)規(guī)定了小型通用發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性試驗(yàn)中的工況循環(huán)，則選用直流發(fā)電機(jī)能通過(guò)對(duì)勵(lì)磁電流的控制達(dá)到控制發(fā)動(dòng)機(jī)工況的要求。表 3 小型通用汽油機(jī)耐久性試驗(yàn)工況及權(quán)重系數(shù)d2循環(huán)（發(fā)動(dòng)機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)速及斷續(xù)的負(fù)荷）工況號(hào)12345發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速中間轉(zhuǎn)速怠速負(fù)荷（%）10075502510權(quán)重系數(shù)0.050.250.30.30.1g1循環(huán)（非手持式發(fā)動(dòng)機(jī)中間轉(zhuǎn)速應(yīng)用場(chǎng)合）工況號(hào)123456發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速中間轉(zhuǎn)速怠速負(fù)荷（%）100755025100

18、權(quán)重系數(shù)0.090.20.290.30.070.05g2循環(huán)（非手持式發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速應(yīng)用場(chǎng)合）工況號(hào)123456發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速中間轉(zhuǎn)速怠速負(fù)荷（%）100755025100權(quán)重系數(shù)0.090.20.290.30.070.05g3循環(huán)（手持式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合，亦適用于 fsh1 類發(fā)動(dòng)機(jī)）工況號(hào)12發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速中間轉(zhuǎn)速怠速負(fù)荷（%）1000階段權(quán)重系數(shù)0.900.10階段權(quán)重系數(shù)0.850.152.3耐久性試驗(yàn)需測(cè)量的參數(shù)這次開(kāi)發(fā)的耐久性臺(tái)架選用交流電機(jī)并入電網(wǎng)發(fā)電，有些參數(shù)可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電后電流的參數(shù)反映出來(lái)并省去傳感器的布置，簡(jiǎn)化臺(tái)架設(shè)計(jì)并提高臺(tái)架可靠性，但有些參數(shù)如各處溫度

19、等仍需布置傳感器來(lái)解決。2.3.1轉(zhuǎn)速n交流發(fā)電機(jī)由于交流電存在頻率這一特性，能夠比較簡(jiǎn)單地通過(guò)計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但由于試驗(yàn)臺(tái)的工作情況不同于發(fā)電機(jī)組，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下有不同的轉(zhuǎn)速，所以選用交流發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)的難度就會(huì)增大（需要交流轉(zhuǎn)直流再通過(guò)逆變得到符合電網(wǎng)要求的電流），因此仍采用直流發(fā)電機(jī)，則發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速依靠霍爾傳感器得到。2.3.2功率pe發(fā)動(dòng)機(jī)的功率同樣可以通過(guò)發(fā)電機(jī)的輸出功率計(jì)算得出，但是，由于各種損耗，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率不可能等于發(fā)電機(jī)的輸出功率。同時(shí)，發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速同發(fā)動(dòng)機(jī)有差異，這就需要在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間有可能需要一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的裝置。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率同發(fā)電機(jī)輸出功率

20、之間的關(guān)系：p0=12pe式（2.1）p0為發(fā)電機(jī)輸出功率（kw）、1為發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率、2為傳動(dòng)裝置在動(dòng)力傳動(dòng)的過(guò)程中的功率損耗而存在的傳動(dòng)效率、pe為發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率（kw）。2.3.3轉(zhuǎn)矩tq通常發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，扭矩的測(cè)量利用力矩的原理，通過(guò)測(cè)功機(jī)浮動(dòng)外殼的測(cè)點(diǎn)受力大小和與軸心的距離來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩。但由于耐久性試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)功機(jī)無(wú)法達(dá)到耐久性試驗(yàn)的要求，因此選用直流發(fā)電機(jī)來(lái)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率。所以，扭矩就不予直接測(cè)量，而是通過(guò)已得到的轉(zhuǎn)速和功率來(lái)計(jì)算出來(lái)8。tq=9550pe/n式（2.2）2.3.4溫度t耐久性試驗(yàn)需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各部分溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要測(cè)量的溫度主要有：機(jī)油溫度

21、進(jìn)排氣溫度火花塞溫度缸體溫度2.3.5其他除了以上需要測(cè)量的數(shù)據(jù)，還需要安裝爆振傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)是否存在爆振，并記錄試驗(yàn)時(shí)的大氣環(huán)境。同時(shí)，由于一些新的計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性的方法出現(xiàn)，應(yīng)能使臺(tái)架有一定的空間、條件安裝其他傳感器9-12。第3章 耐久性臺(tái)架的主要設(shè)計(jì)本試驗(yàn)臺(tái)主要設(shè)計(jì)部分包括：發(fā)動(dòng)機(jī)夾具、連接部分的設(shè)計(jì)、發(fā)電機(jī)固定13。3.1臺(tái)架能量流動(dòng)耐久性試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部分、測(cè)功機(jī)（發(fā)電機(jī)或其他能量消耗裝置）均有較大的考驗(yàn)。持續(xù)的油耗產(chǎn)生的能量如果不經(jīng)過(guò)合理的利用或耗散不利于試驗(yàn)的正常進(jìn)行。因此，設(shè)計(jì)臺(tái)架必須能夠合理的確定發(fā)動(dòng)機(jī)能量的使用方案。通常的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架系統(tǒng)由測(cè)功機(jī)來(lái)消耗掉

22、發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能，它們或轉(zhuǎn)變成熱能（水力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)等），或轉(zhuǎn)變成電能（直流/交流電力測(cè)功機(jī)）。其中轉(zhuǎn)化為電能的方案符合節(jié)能環(huán)保的原則。由于測(cè)功機(jī)的扭矩測(cè)量部分不能夠承受太長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，因此本耐久性試驗(yàn)臺(tái)架選用發(fā)電機(jī)來(lái)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。本臺(tái)架采用直流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電的方案，詳見(jiàn)3.3發(fā)電機(jī)選型部分，能量流動(dòng)方案如下：穩(wěn)壓器發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能直流電逆變器穩(wěn)壓直流電電網(wǎng)交流電直流發(fā)電機(jī) 圖 3.1發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)化圖選用將電能并入電網(wǎng)的方案，主要是考慮散熱系統(tǒng)的布置較復(fù)雜，同時(shí)重慶在冬季不需要室內(nèi)供暖，學(xué)校也沒(méi)有澡堂可以利用熱能。因此從能量利用來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)化為電能比較合理。同時(shí)，電網(wǎng)可以看做一個(gè)功率可調(diào)的用

23、電器，這也比利用電阻模塊或其他用電器消耗電能的方案相對(duì)簡(jiǎn)易，也能夠簡(jiǎn)化臺(tái)架設(shè)計(jì)的工作量。3.2臺(tái)架適用發(fā)動(dòng)機(jī)本臺(tái)架以5kw為設(shè)計(jì)功率，適用于5kw以下小型通用發(fā)動(dòng)機(jī)，下文有需要用到具體型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)均用168f發(fā)動(dòng)機(jī)為例。3.3發(fā)電機(jī)選型發(fā)直流發(fā)電機(jī)與交流發(fā)電機(jī)為發(fā)動(dòng)機(jī)的兩大分類，分類的依據(jù)由發(fā)出的電流決定。交流發(fā)電機(jī)主要為同步發(fā)電機(jī)；交流發(fā)電機(jī)還可分為單相發(fā)電機(jī)與三相發(fā)電機(jī)。直流發(fā)電機(jī)可根據(jù)有無(wú)換向器分為兩類。與直流發(fā)電機(jī)相比，交流發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn)，單機(jī)功率高很多，容易實(shí)現(xiàn)高壓、高轉(zhuǎn)速14。但直流電機(jī)在調(diào)速性能方面仍存在優(yōu)點(diǎn)14。本次開(kāi)發(fā)試驗(yàn)臺(tái)，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并

24、不像發(fā)電機(jī)組那樣轉(zhuǎn)速恒定，如果采用交流發(fā)電機(jī)消耗功率，交流電的頻率會(huì)有變化，這樣將電流并入電網(wǎng)有較大困難，并且直流發(fā)電機(jī)在調(diào)速方面有優(yōu)勢(shì)，所以本次設(shè)計(jì)采用直流發(fā)電機(jī)，將電流通過(guò)穩(wěn)壓模塊后輸入逆變器直接并入電網(wǎng)。直流發(fā)電機(jī)按照勵(lì)磁方式分為自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)與他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)中又包括并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。臺(tái)架由于需要發(fā)電機(jī)參與發(fā)動(dòng)機(jī)的工況控制，因此這里采用他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)15。由于有單獨(dú)的電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電，使得勵(lì)磁繞組的工作不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的干擾，更加容易控制工況。本臺(tái)架選用7kw直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)(勵(lì)磁繞組回路端電壓24v)，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置了一定的儲(chǔ)備功率，保證發(fā)電

25、機(jī)不會(huì)超載，能夠和發(fā)動(dòng)機(jī)良好匹配。3.4發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的連接連接部分承擔(dān)著動(dòng)力傳動(dòng)和動(dòng)力方向調(diào)整的功能，連接部分的設(shè)計(jì)效果直接影響著臺(tái)架的工作，保證連接部分的正常工作設(shè)計(jì)臺(tái)架的重要部分。連接部分通常有以下幾點(diǎn)要求：能夠滿足動(dòng)力傳動(dòng)的要求，具有較高的效率。能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的時(shí)候，具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移、緩沖和減振的作用。保證試驗(yàn)的正常進(jìn)行。簡(jiǎn)易安裝，易調(diào)節(jié)。具有長(zhǎng)時(shí)間工作的能力。連接部分的具體設(shè)計(jì)詳見(jiàn)第四章。3.5發(fā)動(dòng)機(jī)支撐部分的設(shè)計(jì)支撐部分一方面要求發(fā)動(dòng)機(jī)能夠良好地固定在試驗(yàn)臺(tái)上正常工作，另一方面還要求隔離發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的振動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期、持續(xù)振動(dòng)，不僅會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)本身零部件的可靠性降低和耐久性減

26、小，而且還會(huì)影響周?chē)囼?yàn)設(shè)備正常工作，降低其靈敏度和精確度。同時(shí)振動(dòng)和振動(dòng)的產(chǎn)生噪音影響試驗(yàn)人員的人體健康，降低工作效率。因此有效的隔離發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)也是發(fā)動(dòng)機(jī)支撐部分設(shè)計(jì)一個(gè)重點(diǎn)16。發(fā)動(dòng)機(jī)支撐部分設(shè)計(jì)詳見(jiàn)第五章。3.6發(fā)動(dòng)機(jī)的工況控制和發(fā)電機(jī)的標(biāo)定3.6.1發(fā)動(dòng)機(jī)的工況控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工況穩(wěn)定需要供油系統(tǒng)和負(fù)荷的共同調(diào)節(jié)才能實(shí)現(xiàn)，17它表現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩與發(fā)電機(jī)的制動(dòng)扭矩平衡（當(dāng)然中間的傳動(dòng)裝置會(huì)有損耗）。因此，想要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中要求的發(fā)動(dòng)機(jī)工況，需要對(duì)發(fā)電機(jī)端進(jìn)行必要的控制。發(fā)電機(jī)的扭矩大小與通過(guò)勵(lì)磁線圈的電流大小有關(guān)，因此，調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈的電流大小就能夠控制發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的工況靠對(duì)供

27、油量和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.6.2發(fā)電機(jī)標(biāo)定發(fā)電機(jī)同內(nèi)燃機(jī)一樣，在不同的工況下有不同的發(fā)電效率，其發(fā)電效率會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的變化而改變，因此，若需要能夠正確的確定發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，就需要對(duì)發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率進(jìn)行標(biāo)定，使得每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工況下有已知的發(fā)電效率對(duì)應(yīng)，這樣才能夠得到正確的發(fā)動(dòng)機(jī)功率值。發(fā)動(dòng)機(jī)的工況控制和發(fā)電機(jī)的標(biāo)定的詳情見(jiàn)第6章。第4章 連接部分的設(shè)計(jì)4.1傳動(dòng)與聯(lián)軸器將發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)功機(jī)連接，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞是設(shè)計(jì)臺(tái)架的重要部分。通常的傳動(dòng)方法有齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和聯(lián)軸器傳動(dòng)18。4.1.1齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)有很多優(yōu)點(diǎn)：傳遞功率大，效率高；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作時(shí)間長(zhǎng)，有較好的可靠性

28、。但齒輪傳動(dòng)對(duì)精度要求較高，需要有較高的工作條件（如要求足夠的潤(rùn)滑）。對(duì)于臺(tái)架的工作條件，較大的中心距不能滿足閉式傳動(dòng)的條件，發(fā)動(dòng)機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)不能滿足開(kāi)式傳動(dòng)的工作條件。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中不可避免出現(xiàn)振動(dòng)，齒輪傳動(dòng)要求的高精度定位不易實(shí)現(xiàn)。4.1.2蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)能夠在較小的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，同時(shí)工作平穩(wěn)因此在機(jī)床等機(jī)械中廣泛存在。但是蝸桿傳動(dòng)依靠蝸桿撥動(dòng)蝸輪達(dá)到動(dòng)力傳輸?shù)哪康?，摩擦大、效率低，使用成本高?.1.3帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)的原理就是依靠?jī)蓚€(gè)動(dòng)輪分別與皮帶的摩擦力，將動(dòng)力由主動(dòng)輪傳遞到從動(dòng)輪。帶傳動(dòng)拆裝簡(jiǎn)單，適用范圍廣，有多種類型可供廣大設(shè)計(jì)者選用。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，帶傳動(dòng)所占空間小，

29、易布置，更符合發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用場(chǎng)合。4.1.4鏈傳動(dòng)鏈傳動(dòng)在各處有廣泛的應(yīng)用，如自行車(chē)、摩托車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)；汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)鏈條。鏈傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)與打滑，能夠保證傳動(dòng)比不需要太大的張緊力，對(duì)軸的壓力小對(duì)工作環(huán)境的要求低，能夠在惡劣的工作環(huán)境下保持較高的可靠性。相比齒輪傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)的精度要求較低；其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合中心距較大的場(chǎng)合。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：工作中沖擊明顯，有跳動(dòng)；產(chǎn)生的噪音較強(qiáng)。4.1.5聯(lián)軸器聯(lián)軸器在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架中有廣泛的應(yīng)用，通過(guò)雙萬(wàn)向聯(lián)軸器將發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪同測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)子連接起來(lái)，達(dá)到動(dòng)力傳輸?shù)哪康?。彈性?lián)軸器有較高的適應(yīng)性，對(duì)安裝精度要求較低，并且能夠吸收一定的沖擊，

30、適合在臺(tái)架試驗(yàn)中應(yīng)用。聯(lián)軸器大都已標(biāo)準(zhǔn)化，可根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選用合適的類型；再進(jìn)行計(jì)算，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選出所需的型號(hào)和尺寸。在確定具體的型號(hào)錢(qián)要對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。4.2連接方式的確定經(jīng)過(guò)多方面的綜合考慮，本次設(shè)計(jì)的臺(tái)架采用帶傳動(dòng)的方式將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出到發(fā)電機(jī)端。其原因主要有以下幾點(diǎn)：節(jié)省空間。聯(lián)軸器的連接需要發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的軸處在同一軸線，而采用帶傳動(dòng)可以使這兩個(gè)州平行布置，更加充分利用試驗(yàn)室空間。簡(jiǎn)化臺(tái)架支撐部分設(shè)計(jì)。采用帶傳動(dòng)的方式，發(fā)動(dòng)機(jī)只需在一個(gè)方向上的調(diào)節(jié)，使得帶傳動(dòng)系統(tǒng)中主動(dòng)輪與從動(dòng)輪在同一平面上就足夠，而通過(guò)聯(lián)軸器連接的方案需要發(fā)動(dòng)機(jī)在三維上都能夠調(diào)節(jié)才能保證試驗(yàn)的正常連接。因此

31、，再設(shè)計(jì)臺(tái)架的夾具時(shí)僅需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)方向上的移動(dòng)即可，簡(jiǎn)化夾具的設(shè)計(jì)的同時(shí)也可以提高臺(tái)架的剛度。更符合小型機(jī)實(shí)際使用情況。小型汽油機(jī)在實(shí)際使用時(shí)大部分也是通過(guò)帶傳動(dòng)來(lái)拖動(dòng)，做耐久性試驗(yàn)采用這種傳動(dòng)方式更能夠真實(shí)反映出發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際使用過(guò)程中的耐久性。更能適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。帶傳動(dòng)僅需皮帶在主、從動(dòng)輪上施加足夠的壓力就能夠起到傳動(dòng)的效果，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的連接是一種柔性連接。并且安裝了自動(dòng)張緊裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)具有一定的彈性，能夠適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)帶來(lái)的相對(duì)位移，可緩和沖擊，可以更好地保護(hù)發(fā)電機(jī)部分不受發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的影響。齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和聯(lián)軸器連接都不能達(dá)到帶傳動(dòng)的效果。易安裝。由于僅需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)在一

32、個(gè)方向的調(diào)節(jié)，能夠節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)在臺(tái)架上安裝拆卸的時(shí)間。同時(shí)皮帶的安裝也較其他傳送裝置簡(jiǎn)便。能夠保護(hù)發(fā)電機(jī)及其他零件。帶傳動(dòng)中若出現(xiàn)過(guò)載，帶與帶輪之間會(huì)出現(xiàn)打滑，打滑雖導(dǎo)致傳動(dòng)失效，但可防止損壞臺(tái)架其它零件。4.3帶傳動(dòng)的選型、參數(shù)確定4.3.1帶傳動(dòng)選型摩擦類傳送帶可分為平帶、v帶和特殊截面帶（按橫截面積形狀）。此外還有嚙合型傳送帶，如同步帶18。從耐久性試驗(yàn)的各方面要求來(lái)看，耐久試驗(yàn)試驗(yàn)臺(tái)選用普通v帶進(jìn)行設(shè)計(jì)，原因如下：從傳遞功率大小來(lái)看，v帶比平帶更適合；在傳遞相同功率的情況下v帶，v帶對(duì)軸的壓力較?。欢倚⌒桶l(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用場(chǎng)合大多也選用v帶，因此更貼近實(shí)際v帶應(yīng)用廣泛、各個(gè)性能都已標(biāo)準(zhǔn)化，

33、使用方案成熟，方便選型v帶相對(duì)特殊截面帶來(lái)說(shuō)，購(gòu)買(mǎi)、使用成本低v帶有普通v帶和窄v帶之分，普通v帶傳遞功率較低、但能滿足較高的帶速，對(duì)于小型發(fā)動(dòng)機(jī)這種運(yùn)轉(zhuǎn)速度較快的機(jī)械，更適合。4.3.2帶傳動(dòng)原始參數(shù)的確定試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求為：試驗(yàn)臺(tái)適用于額定功率為5kw以下小型通用汽油機(jī)。小型汽油機(jī)額定轉(zhuǎn)速多為3600r/min。發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。需要自動(dòng)張緊裝置。中心距不能太小，有足夠空間調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)位置。4.4參數(shù)確定及其計(jì)算過(guò)程4.4.1求計(jì)算功率p1查表4得ka=1.4，故p1=kape=1.45kw=7kw表 4 工作情況系數(shù)ka載荷性質(zhì)工作機(jī)原動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)（交流起動(dòng)、三角起動(dòng)、直流

34、并勵(lì)）、四缸以上內(nèi)燃機(jī)電動(dòng)機(jī)（聯(lián)機(jī)交流起動(dòng)、直流復(fù)勵(lì)或串勵(lì)）、四缸以下的內(nèi)燃機(jī)每天工作小時(shí)數(shù)/h1616載荷變動(dòng)很小液體攪拌機(jī)、通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（7.5kw）、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕負(fù)荷輸送機(jī)1.01.11.21.11.21.3載荷變動(dòng)小帶式輸送機(jī)（不均勻負(fù)荷）、通風(fēng)機(jī)（7.5kw）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)（非離心式）、發(fā)電機(jī)、金屬切削機(jī)床、印刷機(jī)、旋轉(zhuǎn)篩、鋸木機(jī)和木工機(jī)械1.11.21.31.21.31.4載荷變動(dòng)較大制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)床、橡膠機(jī)械、振動(dòng)篩、紡織機(jī)械、重載輸送機(jī)1.21.31.41.41.51.6載荷變動(dòng)很大破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）、磨碎

35、機(jī)（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.84.4.2選v帶型號(hào)根據(jù)p1=7kw，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1=3600r/min，由下圖查出v帶型號(hào)選擇a型。圖 4.1 普通v帶選型圖4.4.3求大、小帶輪基準(zhǔn)直徑d2，d1由表5知，d1應(yīng)不小于75mm。表 5 v帶輪最小基準(zhǔn)直徑單位為mm型號(hào)yzspzaspabspbcspcdcedmin2050637590125140200224355500注：v帶輪的基準(zhǔn)直徑系列為20 22.4 25 28 31.5 40 45 50 56 63 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 16

36、0 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 355 375 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 900 1000等。由于v帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率=0.010.02，其值微小，計(jì)算中可以忽略?？紤]到盡量減小v帶的帶速，同時(shí)使中心距盡可能大取d1=125mm,d2=n1/n2d1=3600/3000125=150mm由表5取d2=150mm4.4.4驗(yàn)算帶速vv=(d1n1)/(601000)=(1253600)/(601000)m/s=23.56m/s帶速在525m/s之間，合適。4.4.

37、5求v帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度ld和中心距a初步選取中心距a0=1.5(d1+d2)=1.5(125+150)mm=412.5mma0max=2(d1+d2)=2(125+150)mm=550mm考慮發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的布置空間，盡可能大選取中心距；又有張緊輪，所以取a0=600mm帶長(zhǎng)l0=2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/(4a0)=2700+/2(125+150)+(150-125)2/(4700)mm=1832.2mm查表6選用ld=1800mm表 6 普通v帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度ld和代償修正系數(shù)kl（a）基準(zhǔn)長(zhǎng)度ld/mm630710800900100011201250140016001800200

38、022402500修正系數(shù)0.810.830.850.870.890.910.930.960.991.011.031.061.09計(jì)算實(shí)際中心距aa0+(ld-l0)/2=600+(1800-1832)/2mm=584mm4.4.6驗(yàn)算小帶輪包角11=180-(d2-d1)/a57.3=180-(150-125)/58457.3=178120合適。4.4.7求v帶根數(shù)zz=p1/（p+p）kkln1=3600r/min，查表7得p=3.26kw表 7 a型普通v帶的基本額定功率p單位：kw小帶輪基準(zhǔn)直徑d1/mm小帶輪轉(zhuǎn)速n1/(r/min)12001450160018002000240028

39、0032003600400050006000750.600.680.730.790.920.921.101.041.081.091.020.80900.931.071.151.251.501.501.641.751.831.871.821.501001.141.321.421.581.871.872.052.192.282.342.251.801121.391.611.741.892.302.302.512.682.782.832.641.961251.661.922.072.262.742.742.983.153.263.282.911.871401.962.282.452.663.223.

40、223.483.653.723.682.991.371602.362.732.542.983.803.804.064.194.173.982.671802.743.163.403.674.324.324.544.584.404.001.81傳動(dòng)比i=d2/d1=150/125=1.2查表8，根據(jù)差值法計(jì)算得，p=0.341=178，查表9，得k=0.98查表6，得kl=1.01由此可得z=7/(3.26+0.34)0.981.01=1.96取2根。表 8 單根普通v帶i1時(shí)額定功率的增量p單位：kw傳動(dòng)比小帶輪轉(zhuǎn)速n1/(r/min)400730800980120014601600200024

41、0028001.351.510.040.070.080.080.110.130.150.190.230.261.521.990.040.080.090.100.130.150.170.220.260.3020.050.090.100.110.150.170.190.240.290.34表 9 包角修正系數(shù)k包角1/()18017016015014013012011010090k1.000.980.950.920.890.860.820.780.740.694.4.8求作用在帶輪軸上的壓力表 10 v帶截面尺寸（gb/t 11544-1997）單位：mmv帶類型節(jié)寬bp頂寬b高度h單位長(zhǎng)度質(zhì)量q

42、y5.36.04.00.04z8.510.06.00.06spz 81080.07a11.013.08.00.1spa1113100.12b14.017.011.00.17spb1417140.2c19.022.014.00.30spc1922180.37d27.032.019.00.60e3238.023.00.87查表10得q=0.1kg/m故計(jì)算得出單根v帶的初拉力f0=500p1/zv(2.5/k-1)+qv2 =5007.5/（223.56)(2.5/0.98-1)+0.123.562n =179n作用在軸上的壓力fq=2zf0sin(1/2)=22179sin(178/2)n=71

43、5n4.4.9帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶輪常用的制造材料有鑄鐵、鋼，有些場(chǎng)合還用塑料制造。鑄鐵帶輪的許用圓周速度不超過(guò)25m/s，當(dāng)要求的速度更高時(shí)，需換用鋼或其他材料，并采用其他工藝。直徑小的帶輪選用實(shí)心式；直徑大于350m時(shí)可選用輪輻式；中等直徑的帶輪選用腹板式。根據(jù)上面已設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，帶輪采用鑄鐵制造，主、從動(dòng)輪選用腹板式設(shè)計(jì)。圖 4.2 腹板式v帶輪同帶輪相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式如下：dh=(1.82)da式（7.1）d0=(dh+dr)/2式（7.2）dr=da-2(h+)式（7.3）s=(0.20.3)b式（7.4）s11.5s式（7.5）s20.5s式（7.6）l=（1.52）ds式（7.7）普通v帶輪輪

44、緣的截面圖及各部尺寸見(jiàn)表11。表 11 v帶輪的輪槽尺寸單位：mm槽型yzspzaspabspbcspcbd5.38.5111419hmin1.62.02.753.54.8e80.3120.3150.3190.425.50.5fmin67911.516hfmin4.7798.71110.81414.319min55.567.51032對(duì)應(yīng)的d60348011819031536603880118190315經(jīng)過(guò)選型、計(jì)算，得出主、從動(dòng)輪相應(yīng)尺寸數(shù)據(jù)，見(jiàn)表12。表 12 v帶輪數(shù)據(jù)單位：mm尺寸dhd0drss2大帶輪6088116105小帶輪3261.591105圖 4.3發(fā)電機(jī)端v帶輪圖 4.

45、4發(fā)動(dòng)機(jī)端v帶輪第5章 試驗(yàn)臺(tái)部分的設(shè)計(jì)5.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案初定考慮到通用發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸較小，功率不大，為了便于操作和觀察試驗(yàn)狀況，決定選用發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及傳動(dòng)裝置處于同一支架的方案、本實(shí)驗(yàn)臺(tái)用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性試驗(yàn)。由于通用發(fā)動(dòng)機(jī)入門(mén)容易，因此市場(chǎng)上存在的小型發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸五花八門(mén)，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，還要保證臺(tái)架能夠滿足功率范圍內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)要求。因此需要臺(tái)架在固定發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)還能針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體尺寸進(jìn)行一定范圍的微調(diào)。發(fā)電機(jī)可以直接固定在支架上，但會(huì)導(dǎo)致從動(dòng)輪比較靠近支架平面，這樣不便于布置自動(dòng)張緊輪。所以在支架上另外設(shè)計(jì)了固定發(fā)電機(jī)的平臺(tái)。發(fā)電機(jī)并沒(méi)有設(shè)計(jì)成可更換的，因此發(fā)電機(jī)支架的部分

46、并不可調(diào)。5.2支架的設(shè)計(jì)支架支撐著整個(gè)臺(tái)架，需要滿足承重、減振的功能。支架部分采用灰鑄鐵，主要考慮到灰鑄鐵成本低，易鑄造易加工，有良好的吸振減振作用，同時(shí)對(duì)應(yīng)力不敏感。根據(jù)上一章計(jì)算出的帶傳動(dòng)中心距以及各部分的布置，決定桌面尺寸為143080015（mm），支架平面尺寸1230800（mm），高度為1000（mm），支撐部分均選用橫截面為5050（mm）的條形鑄鐵。如圖所示：圖 5.1 支架圖5.3發(fā)動(dòng)機(jī)的固定與減振5.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)固定參考實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有臺(tái)架的布置，選用兩個(gè)導(dǎo)軌來(lái)固定發(fā)動(dòng)機(jī)，其中一個(gè)可調(diào)，另一個(gè)不可調(diào)。將其中一個(gè)導(dǎo)軌直接固定在支架上的原因有以下：保證發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的中心距在一合理

47、范圍內(nèi)安裝發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)作為基準(zhǔn)，使主動(dòng)輪不出現(xiàn)方向偏移增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)固定的穩(wěn)定性導(dǎo)軌示意圖如下：圖 5.2 導(dǎo)軌尺寸及安裝位置示意圖為了實(shí)現(xiàn)調(diào)整導(dǎo)軌的目的，在支架上開(kāi)了兩個(gè)寬10mm的槽，兩個(gè)導(dǎo)軌完全相同，每根導(dǎo)軌靠?jī)蓚€(gè)m10的螺栓固定在支架上。5.3.2發(fā)動(dòng)機(jī)的減振設(shè)計(jì)減振對(duì)于試驗(yàn)的進(jìn)行是必不可少的，尤其是對(duì)于振動(dòng)較大的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)。通常的方法就是使發(fā)動(dòng)機(jī)與臺(tái)架進(jìn)行彈性連接，中間由橡膠支撐，達(dá)到減小振動(dòng)的目的，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)也采用這種方案。如下圖所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)與導(dǎo)軌之間沒(méi)有剛性連接，而是在中間選用了橡膠進(jìn)行減振，發(fā)動(dòng)機(jī)與導(dǎo)軌之間用m10的螺栓進(jìn)行連接，使振動(dòng)不致直接傳遞到支架上，達(dá)到了保護(hù)臺(tái)架和保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的

48、目的。圖 5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)減振裝置示意圖減震裝置由中間的橡膠塊和上下兩個(gè)墊片組成，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)固定孔處均有一個(gè)，下圖為具體尺寸。圖 5.4 減振塊尺寸圖5.4發(fā)電機(jī)固定方案發(fā)電機(jī)并沒(méi)有直接固定在試驗(yàn)臺(tái)支架上，而是固定在平臺(tái)上。發(fā)電機(jī)支架材料同樣采用10mm厚灰鑄鐵。由于灰鑄鐵不易焊接，支架各部分之間用金屬粘合劑粘合，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)減少加工難度。發(fā)電機(jī)與支架，以及支架同臺(tái)架之間均用m10螺栓進(jìn)行連接。發(fā)電機(jī)支架尺寸如下圖所示。圖 5.5 發(fā)電機(jī)支架尺寸圖5.5帶傳動(dòng)張緊輪布置自動(dòng)張緊裝置布置在松邊靠大輪外側(cè)，一是方便固定裝置的布置，二是松邊在下方，重力的作用會(huì)導(dǎo)致帶輪包角降低，這樣的設(shè)置可以減

49、輕重力的影響。自動(dòng)張緊裝置布置如下。圖 5.6 自動(dòng)張緊裝置安裝示意圖圖 5.7 張緊裝置主要尺寸5.6臺(tái)架總體布置圖經(jīng)過(guò)以上各部分的設(shè)計(jì)，臺(tái)架的各部分均設(shè)計(jì)完畢。布置方案如圖所示：圖 5.8 臺(tái)架布置圖（俯視）圖 5.9 臺(tái)架布置圖（正視）第6章 基于直流發(fā)電機(jī)的工況控制原理6.1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程式19發(fā)電機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，以一定轉(zhuǎn)速n運(yùn)行時(shí)，電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為ea=cen式（6.1）ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；為磁通量。如果負(fù)載電阻rl世界在點(diǎn)數(shù)兩端，電樞回路中會(huì)有電流ia流過(guò)。同時(shí)，電樞回路和電刷均存在電阻，因此用一個(gè)等效電阻ra表示，由于電刷的電阻變化較小，認(rèn)為ra是一個(gè)常

50、數(shù)。因此又有ea=u+iara式（6.2）其中，u=iarl是電機(jī)的端電壓，上式為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，直流發(fā)電機(jī)的電壓平衡等式。電樞繞組有了電流后，一方面要產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)fa；另一方面使電樞在磁場(chǎng)中受力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩t。t=ctia式（6.3）t的方向與轉(zhuǎn)速n的方向相反，即在發(fā)電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩t屬于制動(dòng)性質(zhì)，這里可以發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化原理：發(fā)動(dòng)機(jī)克服發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩作功，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出。作用在發(fā)電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩共有三個(gè)，除了電磁轉(zhuǎn)矩、發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩t1（方向同發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，與電磁轉(zhuǎn)矩相反）外，還有由機(jī)械損耗以及電樞鐵損耗產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，稱為空載轉(zhuǎn)矩t0。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

51、穩(wěn)定時(shí)t1=t+t0式（6.4）這是直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下的轉(zhuǎn)矩平衡等式。他勵(lì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路里的勵(lì)磁電流穩(wěn)定以后，勵(lì)磁回路電壓方程為uf=rfif式（6.5）其中，是勵(lì)磁繞組回路的端電壓，他勵(lì)發(fā)電機(jī)為定值；是勵(lì)磁回路的總電阻。6.2發(fā)電機(jī)制動(dòng)負(fù)載特性與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率特性匹配與調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)負(fù)載是由發(fā)電機(jī)及其控制回路構(gòu)成的，發(fā)電機(jī)在不同的控制模式下運(yùn)行，即意味著為發(fā)動(dòng)機(jī)提供了不同的制動(dòng)負(fù)載特性。同時(shí)，用不同的控制模式控制發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)具有不同的輸出特性。要獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的不同特性曲線，為了使工況點(diǎn)能夠快速穩(wěn)定地確定，需采用不同的控制模式13。常用的控制模式有：6.2.1 m/p控制模式（