毕业设计：动力总成实验室动力传动系实验台的设计及校核.docxVIP

设计及分析思路首先根据各个部件的重量和尺寸数据，根据理论力学中的平衡方程求解出每个支座或者支架上所承受的载荷大小，然后用CATIA建立几何模型，设定边界条件和加载情况，计算结构的静载强度，然后计算结构的频率和模态，判断结构的固有频率是否和发动机的振动频率相近并产生共振现象，最后将静力载荷的大小作为动力载荷的幅值，载荷假设为简谐载荷，载荷的频率可以通过电机的转速计算得到，然后运用workbench进行结构设计优化，将支架或支座的部分尺寸数据作为设计变量，目标函数为是在满足设计要求的情况下结构重量最小，约束条件是结构的最大应力小于极限应力的1/6，优化设计的思路是以静力分析进行优化设计，以动力分析进行校核。在进行支座优化设计时，我们为了简化优化难度，开始时不考虑支座把手，待结构设计完成后再根据最大应力的约束和接触面积的限制进行把手的设计，并进行静力学分析。试验台设计原则混合动力系统动力总成试验台以传统试验台为基础，根据混合动力系统的特性及设计要求进行了改进和扩充，改进的目的是为了很好的实现整体的试验功能，以完成混合动力系统在不同工况下的性能测试。试验台设计的基本原则为：1) 结构和布局应当合理，占地面积小；2) 应尽可能的满足试验方案的要求。试验台设计目标传动系配合发动机动力总成联合调试，保障飞轮电机调试、测试，以及满足混合动力系统测试、验证能力等多方面需求。 同时试验台的能够支撑的部分应包含发动机、传动轴、扭矩仪、飞轮电机系统、传动轴、测功机。其中发动机应为主要需要满足的部分。下给出发动机部分数据。试验台原始数据发动机数据表格 1发动机部分参数发动机类型12缸活塞质量400kg长1500mm宽900mm最大转矩2758N·m最高转速4200rpm模型设计模型主要分为主试验台架、前固定支架、后固定支架三部分。其中主试验台架用于固定发动机，前后支架主要用于支撑传动轴。2.1 主试验台架为固定发动机，共设计了4个支架，发动机轴距地面1000mm。考虑强度等要求，选材为45#钢。为了减小震动，在地板上铺设了钢条以吸收震动。并且由于发动机重量及震动较大，为了满足强度及重量要求，用于支撑发动机的1、2 号支架设计的较厚，并且呈H型。设计的各个支架尺寸如下：表格 2支架尺寸支架长/mm宽/mm高/mm支架间距/mm一底座100040024500支架8003001200二底座120040024支架9003001400600三底座1200120024支架1000600100800四底座100040024支架8004001200我们利用CATIA建模，建立的各部件如下图所示，最后的总体装配图如下，图 1实验台整体图2.2 材料选择易知静力分析中应力和变形是只与材料的弹性模量E和泊松比有关。我们选取45号钢为实验台材料。因为45号钢具有较高的强度和较好的切削加工性，且材料来源方便，广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆，如实验台。45号钢的部分材料性能如下表所示，表格 3 45号钢材料部分性能弹性模量20 GPa泊松比0.3屈服强度355 Mpa密度7850 kg/m3静力分析3.1 计算静力载荷由理论力学知识可知，台架所受激振力为其中，。又有，代入偏心距，偏心轮质量，得，于是可得，静力载荷为3.2静力强度求解首先将模型导入ANSYS，再加载荷及边界条件。模型所受静力载荷包括两部分，一部分为模型自身重力，另一部分为3.1节中计算的激振力。具体受力如下图所示， T1=1379N T1=1379N T3=2758N T4=1000N G3=750N G4=750N G5=500NG1=2000N G2=2500N 激振力Fmax=967221.12N图 2实验台受力图测试台按上述方式加载后进行求解，分别可以得到位移、应变的分布云图，如下图所示，图 3静力求解的位移分布云图图 4静力求解的应力分布云图3.3 静力强度分析从云图中可以看出，整个实验台受力最大的部分在发动机安装处，为204467Pa，即0.2 Mpa远小于屈服应力355 Mpa。因此设计的实验台强度合格。计算结构的频率和模态，分析结构的共振特性。当外力是0时，下列方程式即为代表模态分析的控制方程式，其特征值代表结构的自然振动频率和模态阻尼，而每一个特征值相对的特征向量代表振动形状。4.1 计算频率及模态运用ANSYS