BCM試驗臺機械系統(tǒng)設計

1、目錄第一部分：我的機械設計制造工程師職業(yè)規(guī)劃31 我的就業(yè)意向32 機械行業(yè)前景分析33 自我評估44強化職業(yè)能力的方案途徑6第二部分 BCM試驗臺機械系統(tǒng)設計8摘 要8前言10第1章 汽車BCM概述及BCM試驗臺的前景分析111.1BCM在汽車中應用的必然性111.2BZ10重卡汽車BCM的結構111.3汽車BCM功能及測試原理141.4汽車BCM試驗臺的前景分析17第2章 BCM試驗臺機械系統(tǒng)的總體設計方案192.1 BCM試驗臺的總體布局設計192.2 BCM試驗臺工作過程分析202.3 BCM試驗臺主要裝備形式的選取20第3章 供料裝置的設計213.1 供料倉的設計213.2 滾珠絲杠

2、螺母副的設計223.3 驅(qū)動電動機的選型與計算293.4 同步帶輪的設計31第4章 測試裝置及輸送裝置的設計334.1 測試裝置的設計334.1.1測試裝置的整體結構334.1.2測試裝置的主要部件設計334.2 輸送裝置的設計334.2.1輸送裝置的結構及工作過程334.2.2輸送裝置的主要部件設計34第5章 試驗臺的總體裝配及部分元件的選擇355.1 試驗臺的總體裝配355.2 部分元件的選擇35結論40謝 辭41參考文獻42BCM試驗臺機械系統(tǒng)設計摘 要本次設計的課題是BCM試驗臺機械系統(tǒng)設計。本設計首先從研究BCM試驗臺的意義與目的、國內(nèi)外BCM試驗臺的發(fā)展現(xiàn)狀以及目前存在的問題和今后

3、的發(fā)展趨勢進行分析提出設計BCM試驗臺的重要性和必然性。本設計針對BZ10重卡汽車中央控制模塊的測試，參照BZ10重卡汽車中央控制模塊實物圖，根據(jù)實際工程設計的思路、理念和實地參觀考察，以運動學分析和力學分析為基礎，對能夠自動上料、下料、功能檢測的BCM試驗臺的機械系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的設計，包括步進電動機型號的選擇、傳動裝置的設計、型材的選擇、升降裝置的設計、工作臺的總體布局、氣缸型號的選擇。并對各個零部件進行了詳細的校核，并用CAD繪制工程圖紙，以保證設計出的結構可靠的運作。與人工測試相比該試驗臺的操作更加方便，大大降低了勞動者的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，并經(jīng)測試，其各項技術指標均已達到工業(yè)標準

4、，系統(tǒng)運行平穩(wěn)。關鍵詞：車身控制模塊，自動測試系統(tǒng)，功能檢測，機械系統(tǒng)ABSTRACTThe subject of this graduation project is the mechanical system design of the test bench of BCM. The study proposes the importance and necessity of design of the test bench of BCM, firstly analysis from the meaning and purpose of the test bench of BCM desig

5、n, the situation of the development of the test bench of BCM at home and abroad and from its major problems in current and development trend in future. This design according to the test for body control module of BZ10 heavy trucks ,consult the real figure of body control module of BZ10 heavy trucks

6、, in accordance with the actual engineering design ideas, ideas and on-the-spot investigation, basis on kinematics analysis and mechanics analysis design for mechanical system of the test bench of BCM which can be automatic feeding, next makings, functional testing , include selecting stepper motor

7、model, designing transmission device, profile selection, lifting device design, workbench of the general layout, cylinder type of choice. And check of each parts detailed, and drawn engineering drawing by CAD, to ensure the engineering drawings designed structure can operation reliably. Compared wit

8、h artificially test, the operation of the test bench is more convenient, greatly reducing the labor intensity of workers, and improving the production efficiency.Though the testing, its technical indexes are reaching the industrial standard,and the system running smoothly.KEY WORDS: Body control mod

9、ule, Automatic test system,function test,mechanical system前言隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，對汽車的安全性和可靠性提出了更高的要求。作為汽車中的核心控制裝置車身中央控制器（BCM），對它的安全性和可靠性也提出了更高的要求。所以必須針對每一個BCM在出廠前進行完備性測試以保證產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的測試儀器是采用單片機作為控制電路，以LED作為指示燈，以各種按鈕作為開關量輸入的形式，測試人員需要按照車身控制模塊的各種功能通過手動的方式一步一步進行測試，測試效率低，可靠性差。因此研究汽車BCM自動測試系統(tǒng)具有十分重要的意義。目前我國在汽車零部件測試系統(tǒng)方

10、面的研究一直緊跟國外學術動態(tài)，并對新理論、新方法和新趨勢等方面的把握和研究，逐步取得了一些非常有價值的成果。上海復旦大學教授李旦和上海滬工汽車電器有限公司袁堅提出一種基于虛擬儀器技術的BCM自動化測試方法，可實現(xiàn)對BCM系統(tǒng)的有效功能測試和無效功能測試。以此方法為基礎，設計并實現(xiàn)了BCM自動化測試系統(tǒng)。華中科技大學王鵬教授以汽車車身控制器自動測試系統(tǒng)的開發(fā)為基礎,建立了一種基于功能驗證的測試模型。該模型將多輸入多輸出(MIMO, Multiple Input Multiple Output)結構的被測系統(tǒng)根據(jù)不同功能簡化為若干多輸入單輸出(MISO, Multiple Input Single

11、 Output)結構的功能塊,并根據(jù)該模型提出一種用于生成測試序列的最短路徑算法。 整個測試系統(tǒng)基于虛擬儀器技術構建。本課題將以基于虛擬儀器技術為指導思想，對BCM試驗臺機械系統(tǒng)進行設計。以運動學分析為基礎，建立測試系統(tǒng)構件運動依存關系；以力學分析為基礎，進行測試系統(tǒng)結構設計。通過對BCM試驗臺的研究，能大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，降低了測試的成本，提高了汽車BCM的可靠性和安全性。第1章 汽車BCM概述及BCM試驗臺的前景分析1.1 BCM在汽車中應用的必然性隨著汽車電子技術的發(fā)展, 越來越多的電控單元被應用到車上, 單在車身電子方面就有電動后視鏡控制模塊、電動座椅控制器、電動門窗控制

12、器、空調(diào)控制器、燈光控制器、中控鎖模塊、防盜器等等, 這些分離模塊的大量使用, 在提高車輛舒適性的同時也帶來了成本增加、故障率上升、布線復雜、維修困難、空間短缺等問題。同時, 為了提高電控單元的利用率, 要求大批的數(shù)據(jù)信息能在不同的電子單元間共享, 汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實時交換, 不同功能電子控制系統(tǒng)單元間的數(shù)據(jù)通信變得越來越重要, 因此對電子控制系統(tǒng)單元的設計提出了越來越高的要求, 同時要求控制模塊上應具備有控制實效性高、空間小等優(yōu)點。于是, 設計功能強大的控制模塊, 對汽車車身上眾多的電器進行控制是非常必要的。車身電子控制模塊BCM(Body Control Module

13、)就是將一個總成的控制或幾個總成的控制集中在一個電子控制單元上。它有很多優(yōu)點, 例如能減少車身線束、減少處理功能的重復設置、空間占用小、通信網(wǎng)絡可靠、通信速率高、準確可靠, 提高整車運行性能和可靠性等。1.2 BZ10重卡汽車BCM的結構“BZ10重卡汽車中央控制模塊”采用塑料結構殼體，殼體采用ABS阻燃工程塑料制造，耐溫度濕度變化性能、耐震性能、高壓絕緣性能都符合國家最新標準?！癇Z10重卡汽車中央控制模塊”采用CAD三維軟件設計，對中央控制模塊中的電器功率分配及電流大小進行了優(yōu)化設計，使得控制模塊的結構緊湊、布置合理，安裝方便。中央控制模塊的三維設計方案如圖1-1所示。(a)三維產(chǎn)品結構圖

14、； (b)三維分離結構圖圖1-1 BZ10控制模塊三維設計方案中央控制模塊從結構上分為：（1） 電路板：采用雙層電路板結構，實現(xiàn)電流功率分配、控制及電路轉(zhuǎn)換、保險片檢測等功能；（2） 上部外殼：設計有與控制模塊、繼電器、保險片相對應的安裝結構，通過上部外殼將控制模塊、繼電器、保險片與內(nèi)部電路板相連接；電器盒 （3） 背部下蓋：電器盒背部下蓋上設計有標準接插件結構，電器盒中電器電路通過標準插接件與線束相連實現(xiàn)對全車電器件進行集中控制；（4） 控制模塊：電器控制模塊內(nèi)部有控制電路，通過其各自接插件安裝在電器盒上部外殼上，通過內(nèi)部電路板及背部接插件實現(xiàn)對電器的控制；（5） 繼電器：控制繼電器安裝在電

15、器盒上部外殼上，通過內(nèi)部電路板及背部接插件實現(xiàn)對電器的控制（6） 保險片：汽車總電源通過底部插體連接到內(nèi)部電路板上，電路板實現(xiàn)電路轉(zhuǎn)換及分流，安裝在外殼上的各個負載保險片實現(xiàn)電路功率分配及短路保護；(a)上部外殼三維數(shù)模造型圖 (b)上部外殼產(chǎn)品結構照片圖圖1-2 BZ10控制模塊上部外殼三維數(shù)模造型及產(chǎn)品照片圖(a)背部下蓋三維數(shù)模造型圖 (b)背部下蓋產(chǎn)品結構照片圖圖1-3 BZ10控制模塊背部下蓋三維數(shù)模造型及產(chǎn)品照片圖（7） 安裝支架：通過安裝支架將電器盒固定在汽車車身上。根據(jù)三維數(shù)模造型，進行注塑模具優(yōu)化設計，塑料外殼是根據(jù)模具加工出來產(chǎn)品。圖1-2與圖1-3分別是上部外殼與背部下蓋

16、的三維數(shù)模造型及產(chǎn)品照片圖。1.3汽車BCM功能及測試原理1.3.1 BCM功能汽車采用BCM后, 除實現(xiàn)原有汽車分散零件的所有功能外, 還增加了許多其他功能, 如自動關窗、燈光控制、后除霜控制、自動雨刮、延遲照明、診斷等。具體功能如下: (1)轉(zhuǎn)向閃光器和危險報警閃光器: 同通用閃光器。(2) 車內(nèi)燈延遲: 關車門后車內(nèi)燈延遲熄滅。(3) 鑰匙圈燈光提示: 左前車門打開后點火開關鑰匙孔點亮一段時間。(4) 燈光提示: 點火開關關閉后如果燈光未關閉, 則蜂鳴器報警。(5) 前雨刮和洗滌器控制器: 同通用的雨刮器控制。(6) 后雨刮和洗滌器控制器: 同通用的雨刮器控制。(7) 中央門鎖控制: 開

17、關全車門鎖。(8) 遙控鎖: 功能齊全的遙控功能。(9)車輛報警器: 忘記遙控鎖車或遙控鎖車后車門或點火開關被打開, 激活喇叭報警。(10) 自動關窗: 遙控上鎖后如有車門窗未升到位則執(zhí)行自動關窗功能, 并有未升到位報警。(11) 電動車門窗控制: 除具備通用的門窗控制功能外, 還有延時工作功能, 以提高便利性。(12) 后除霜功能: 控制后除霜加熱器工作一段時間后自動斷開。(13) 后霧燈控制: 后霧燈開關點動接通, 根據(jù)燈光開啟情況激活后霧燈。(14) 延時照明( 備裝) : 停車離車后根據(jù)需要讓大燈延遲照明一定時間。(15) 燈光自動開啟: 根據(jù)環(huán)境明亮程度自動開啟燈光照明系統(tǒng)。(16)

18、 倒車雷達: 倒車輔助雷達。(17) 自動雨刮( 備裝) : 根據(jù)環(huán)境雨水程度自動開啟雨刮器并以不同速度動作。(18) 車速超速自動報警(備裝): 行車速度超過某一車速執(zhí)行提醒功能。(19) 診斷功能。1.3.2 BCM測試原理引起電路故障的因素很多，對于一個只關心故障是否存在的電路系統(tǒng)，其測試原理可采用黑箱理論來進行，即在不清楚電路內(nèi)部的情況下，給其輸入端以某種激勵信號，通過檢測其輸出響應來判斷其內(nèi)部是否存在故障，測試原理如圖1-4所示。測試的核心問題是施加怎樣的測試信號才能判斷該系統(tǒng)是否存在故障，本次測試的主要內(nèi)容如表1-1所示。對于只判斷故障存在性的測試系統(tǒng)來說評價測試模式好壞的標準是測

19、試模式的集合的大小。顯然，在能夠檢測出故障的的情況下，測試模式集合越小越好，根據(jù)這一原理針對BZ10重卡汽車中央控制模塊設計出如圖1-5所示的集合測試板。待系統(tǒng)測輸入激勵輸出響應圖1-4 自動化測試原理圖 圖1-5 BZ10重卡汽車BCM集合測試板CAD圖表1-1 汽車BCM的測試內(nèi)容及其信號特征測試類別功能名稱信號特征邏 輯 功 能 測 試中央控制門鎖控制功能開關量車窗控制功能開關量雨刮器控制功能開關量車內(nèi)燈控制功能開關量轉(zhuǎn)向燈控制功能開關量安全氣囊控制功能數(shù)字量/開關量防盜報警控制功能數(shù)字量/開關量電參量測試玻璃升降器電機堵轉(zhuǎn)電流檢測模擬量轉(zhuǎn)向燈電流檢測模擬量頂燈電流檢測模擬量報警喇叭電流

20、檢測模擬量1.4汽車BCM試驗臺的前景分析1.4.1 BCM需求分析中國汽車工業(yè)協(xié)會公布的2011年汽車月度銷售變動趨勢如表1-2所示。由表1-2可知，2009和2010年我國汽車銷售量分別達到1362.16萬輛和1803.52萬輛，同比增長了32.4%。2011年前四個月的銷售量與去年相比也呈增長趨勢。根據(jù)汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)分析顯示，由于世界經(jīng)濟發(fā)展存在諸多的不確定因素，經(jīng)濟復蘇仍需要一個較長的時間，這將在一定程度上影響我國汽車工業(yè)的發(fā)展。作為支柱產(chǎn)業(yè)，2011年國家對于汽車工業(yè)的支持從根本上沒有改變，居民的購車需求依舊十分旺盛，從近15年汽車平均增長速度16.74%看，2011年我國汽

21、車工業(yè)仍將呈現(xiàn)較好的發(fā)展態(tài)勢。預計全年汽車產(chǎn)量增速在10%左右，有望達到19800萬輛。巨大的購買潛力陸續(xù)變成拉動我國汽車工業(yè)快速增長的動力，汽車工業(yè)成為國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)。預計我國汽車工業(yè)在今后的十年里仍將呈現(xiàn)一個快速增長的發(fā)展態(tài)勢。而BCM作為現(xiàn)代汽車不可或缺的電子裝備，以一輛汽車裝備一套計算，其需求量之大可見一斑。目前國內(nèi)BCM市場競爭激烈，外資企業(yè)占據(jù)了我國轎車BCM配套市場，成為國內(nèi)主流企業(yè)，而本土企業(yè)則向客車、商用車BCM市場發(fā)展。據(jù)奧爾威咨詢調(diào)查，目前國內(nèi)有20多家BCM生產(chǎn)企業(yè)，其中外資企業(yè)占了三分之二?，F(xiàn)在我國自主開發(fā)的名族品牌正處于起步階段，以國家對民族品牌的扶持政策，

22、綜合考慮勞動力、物流成本所形成的價格因素來看未來市場前景是非?？捎^的。表1-2 2011年汽車月度銷售變動趨勢1.4.2 開發(fā)BCM試驗臺的必要性汽車BCM的生產(chǎn)在我國已初具規(guī)模，但其測試還停留在傳統(tǒng)的人工測試水平上。傳統(tǒng)的測試儀器是采用單片機作為控制電路，以LED作為指示燈，以各種按鈕作為開關量輸入的形式，測試人員需要按照車身控制模塊的各種功能通過手動的方式一步一步進行測試，測試效率低，可靠性差。開發(fā)一種BCM測試系統(tǒng)是非常有必要的。由國內(nèi)外汽車電子行業(yè)發(fā)展動態(tài)來看設計BCM試驗臺有以下優(yōu)點：（1）能大幅度提高生產(chǎn)效率。工廠實驗對比發(fā)現(xiàn)，完全的手工裝卸測試與自動化測試方法相比，自動化測試方法

23、大大的節(jié)約了時間，生產(chǎn)效率提高了三倍左右。（2）減輕勞動強度。BCM上裝有許多繼電器保險等小部件，給人工測試帶來許多不便。使用試驗臺經(jīng)過程序設定，準確的定位夾緊零件，迅速找準測試位置，很好的解決了因部件小而且多帶來的繁瑣工作。（3）降低了零件測試的成本。從近年來汽車發(fā)展趨勢來看，BCM的需求量必定穩(wěn)步增長，所以需要大批量的生產(chǎn)，而BCM試驗臺能夠連續(xù)工作大大的了勞動生產(chǎn)效率，從而降低了測試成本。（4）提高了汽車的安全性。人工測試具有很大的局限性，由于輸出端測試模塊的資源有限，所以只能對BCM的有效功能進行測試而不能對它的無效功能進行測試。利用試驗臺能夠?qū)CM的所有輸出信號進行動態(tài)全過程檢測，

24、能夠保存BCM的所有輸出信號的最終測試結果。（5）提高我國汽車測試水平。中國的汽車測試技術與發(fā)達國家相比還存在一定的差距。一方面表現(xiàn)在檢測的自動化程度與水平上；另一方面檢測的質(zhì)量保證上。研究BCM試驗臺可以提高我國汽車零部件測試的水平，縮小與發(fā)達國家的差距。綜上所述，研究BCM試驗臺是非常必要的。因此研究汽車BCM自動測試系統(tǒng)具有很大的市場前景。第2章 BCM試驗臺機械系統(tǒng)的總體設計方案2.1 BCM試驗臺的總體布局設計BCM試驗臺由實際生產(chǎn)應用要求可大致分為供料裝置、上料輸送裝置、測試裝置、卸料輸送裝置和卸料裝置五個部分。由于供料裝置及上料傳送裝置與卸料裝置及卸料傳送裝置的基本工作原理是一樣

25、的，因此結構可以設計成一樣的。試驗臺各裝置的布置可水平一字形布置（如圖2-1a所示）也可將卸料裝置與總體垂直布置（如圖2-1b所示）。由對被測件尺寸的分析可得，試驗臺的總寬度不是很大，一字形布置占地面積不是很大，且所有裝置在一條直線上相互之間的影響相對較小，對于本試驗臺垂直布置在長度上減少不是很多，而且增加了寬度，從而增大了試驗臺的總安裝面積，且垂直布置的試驗臺要比水平布置復雜一些，綜合以上因素，選擇水平布置的總體布局。 （a）水平一字形總體布局形式 (b)垂直總體布局形式圖1-5 BCM試驗臺總體布局2.2 BCM試驗臺工作過程分析BCM試驗臺要求能夠自動的上料、裝夾、卸料，因此得有相應的連

26、續(xù)上料裝置、輸送裝置、夾具和連續(xù)的卸料裝置。根據(jù)前面分析選取的水平一字形布置試驗臺基本工作過程為：上料裝置將被測件送至與輸送帶等高的位置，由氣缸1推至傳送帶上，傳至測試區(qū)附近再由雙行程氣缸2推至測試區(qū)，同時雙行程氣缸3作用將擋板推到預定作用位置，然后側面夾緊氣缸4動作實現(xiàn)三面定位，然后夾緊氣缸5動作實現(xiàn)夾緊，同時雙行程氣缸3進行第二次動作將測試板送到預定位置進行測試，測試完畢后，氣缸3、氣缸4、氣缸5同時返回初始位置，雙行程氣缸2進行第二次作用，將被測件推至輸送帶然后返回初始位置，被測件由輸送帶傳送至卸料倉附近，此時氣缸6動作，將被測件推至卸料倉，完成一個被測件的測試過程。整個過程氣缸動作由延

27、時繼電器控制完成。設計實現(xiàn)上料不超過15s、測試不超過30s（含裝夾）、卸料不超過10s.2.3 BCM試驗臺主要裝備形式的選取2.3.1 供料裝置方案的初步確定供料裝置在此試驗臺中可選取水平導軌，將工件依次排放在導軌上通過導軌的往復運動實現(xiàn)連續(xù)供料，該方法結構簡單，但是占地面積太大，因此不可取。在此選取供料倉供料方式，利用步進電動機帶動帶輪，通過帶輪傳動帶動絲桿轉(zhuǎn)動，絲杠與供料倉通過絲杠螺母副的方式傳動，從而帶動供料倉沿垂直方向運動。這種供料方式不僅實現(xiàn)了連續(xù)供料而且減小了試驗臺的占地面積。2.3.2 輸送方案的初步確定根據(jù)設計方案，工件的輸送需要采用連續(xù)式輸送裝置，可以采用回轉(zhuǎn)圓盤、帶式輸

28、送機、鏈板式輸送機、差速鏈輸送機等輸送裝置。 由于回轉(zhuǎn)圓盤的空間局限性較大，所以在本方案中不予考慮。因為工件的重量不大，輸送距離不遠，因此不需要要求輸送裝置具有很好的橫向剛度；由于測試受到精度的約束，需要輸送裝置具有較高的平穩(wěn)性，綜合上述因素，帶式輸送機比較適合作為本設計的輸送裝置。第3章 供料裝置的設計3.1 供料倉的設計根據(jù)BCM的實物圖設計出如圖3-1的工件夾具。工件與夾具裝配如圖3-2所示。圖3-1 BCM夾具 圖3-2 BCM夾具與工件裝配圖從圖3-1和3-2可以看出，夾具和工件裝配后長300mm，高93mm，寬165.2mm。由此分析，結合實際選擇30F系列30x30 4F標準型材

29、，設計出供料倉的長為300mm,寬為290mm,高為635mm的供料倉。3.2 滾珠絲杠螺母副的設計驅(qū)動電動機的選型與計算3.3.1 電動機軸上的負載慣量的計算1.計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量。已知滾珠絲杠的密度 ，則 2.計算折算到絲杠軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量。已知執(zhí)行部件的質(zhì)量大概為，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，在軸向移動的距離為0.6cm，則 3.計算各帶輪的轉(zhuǎn)動慣量。 4.計算加在電動機軸上總負載轉(zhuǎn)動慣量。 3.3.2 電動機軸上的負載力矩的計算1.計算折算到電動機軸上的切削負載力矩。已知在軸向負載力=390，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，在軸向移動的距離L=0.6cm,進給傳動系統(tǒng)的傳動比i=2.5,進給傳動系統(tǒng)的總效

30、率，則 2.計算折算到電動機軸上的摩擦負載力矩已知空載時的導軌摩擦力=120，則 3.計算由滾珠絲杠預緊力產(chǎn)生的并折算到電動機軸上的附加負載力矩。已知滾珠絲螺母副的效率=0.94，滾珠絲杠螺母副的預緊力則 4.折算到電動機軸上的負載力矩的計算。（1）空載時， （2）負載時， 根據(jù)以上計算結果和表3-2，選取90BF003型反應式步進電機。表3-2 國產(chǎn)BF系列反應式步進電動機技術參數(shù)表電動機型號相數(shù)步距角/電壓/V相電流/A最大靜轉(zhuǎn)矩/Nm最大啟動頻率/Hz最大運行頻率/Hz轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量/10kgm線圈電阻/分配方式質(zhì)量/kg外形尺寸/mm外徑長度軸頸75BF00331.5/33040.8821250-1.5680.82三相六拍1.587575890BF00140.9/1.