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1、2014届热能与动力工程（内燃机）专业毕业设计（论文）摘 要发动机耐久性是发动机性能的一个重要指标，它关系到发动机能否达到使用者的寿命要求，同时它与可靠性有着密切联系，因此任何发动机设计者都不能忽略这一指标。由此看来，针对耐久性的试验以及试验台架的开发都是十分重要也很必要的。本文介绍的小型发动机耐久试验台架开发考虑到耐久性试验的特殊要求工况单一、时间长，选用了与小型发动机功率相匹配的直流发电机来消耗发动机功率；选用了发动机发电机一体化的台架方案；选用了带传动作为发动机与发电机的传动方式。关键词： 发动机，耐久性，台架AbstractThe engine durability is an imp
2、ortant index in its performance 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 whic
3、h aim at durability test and 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 choose
4、s the scheme of arrangement of test bench that engine-generator integration; and it chooses belt drive between engine and generator.Keywords：engine，durability，test bench1目 录摘 要IAbstractII前 言1研究背景及意义1国内外研究现状2参考文献大致来源2第1章 耐久性台架设计概述11.1设计的主要原理11.2设计的主要内容11.3解决的主要问题1第2章 耐久性试验对台架的要求22.1耐久性试验时间22.2耐久性试验工况
5、32.3耐久性试验需测量的参数42.3.1转速n42.3.2功率Pe42.3.3转矩Tq52.3.4温度T52.3.5其他5第3章 耐久性台架的主要设计63.1台架能量流动63.2台架适用发动机63.3发电机选型73.4发动机与发电机的连接73.5发动机支撑部分的设计73.6发动机的工况控制和发电机的标定83.6.1发动机的工况控制83.6.2发电机标定8第4章 连接部分的设计94.1传动与联轴器94.1.1齿轮传动94.1.2蜗杆传动94.1.3带传动94.1.4链传动104.1.5联轴器104.2连接方式的确定104.3带传动的选型、参数确定114.3.1带传动选型114.3.2带传动原始
6、参数的确定114.4参数确定及其计算过程124.4.1求计算功率P1124.4.2选V带型号124.4.3求大、小带轮基准直径d2，d1134.4.4验算带速v134.4.5求V带基准长度Ld和中心距a144.4.6验算小带轮包角1144.4.7求V带根数z144.4.8求作用在带轮轴上的压力164.4.9带轮结构设计17第5章 试验台部分的设计205.1实验台设计方案初定205.2支架的设计205.3发动机的固定与减振215.3.1发动机固定215.3.2发动机的减振215.4发电机固定方案225.5带传动张紧轮布置235.6台架总体布置图24第6章 基于直流发电机的工况控制原理266.1直
7、流发电机稳态运行的基本方程式19266.2发电机制动负载特性与发动机输出功率特性匹配与调控266.2.1 M/P控制模式（测功机恒扭矩/油门恒位置）276.2.2 n/P控制模式（测功机恒转速/油门恒位置）276.2.3 M/n控制模式（测功机恒扭矩/油门恒转速）276.2.4n/M控制模式（测功机恒转速/油门恒扭矩）276.3发电机的控制原理286.4台架各部分需进行的标定296.4.1带传动部分的效率2296.4.2发电机发电效率129结 论31谢 辞32参考文献33前 言研究背景及意义小型发动机指除车用、航空用以外，具有广泛用途的往复活塞式发动机，一般功率在20kW以内，大多通用性很强，
8、有的专业性较强，所以，一般也称为通用发动机，功率更大的非车用发动机一般都是车用发动机的变种，结构上与车用发动机相似。国内现有的小型发动机功率范围大致为500W24KW，其特点是体积质量较小、使用操作简便、适用范围广、价格便宜1-2 。 我国小型发动机发展较快，但历史较短。我国国民经济在改革开放期间得到了飞速的发展，机械、能源、材料等行业都发生了巨大的变革，各个行业的发展使小型发动机的性能得到不断的提升，同时也都对小型动力有或多或少的需求增长，这使得我国小型发动机工业有了突飞猛进的发展。我国通用发动机产量在二十一世纪以前一直在四十万台到六十万台之间。自二十一世纪开始，由于国民经济的高速发展，市场
9、对小型发动机的要求逐步提高，很多摩托车生产企业开始涉足小型发动机领域。同时小型汽油机行业吸引了大批国内外厂商的关注，不少外企与国内企业合资建厂，设计开发小型发动机。不仅如此，国内生产的小型通用发动机还大量出口东南亚，为国内小型动力产业提供了发展资金3。因此，小型发动机在国内占有举足轻重的地位，开发小型发动机耐久性台架，有一定的典型性。耐久性是指产品在规定的使用和维修条件下，其使用寿命的一种度量。所谓耐久性，是产品的一个寿命单位4。针对耐久性所做的台架试验同其他的试验有所不同。最主要的区别就是耐久性试验所需的时间远远超过其它试验所需的时间，这对实验设备平稳运转时间提出了严格的要求；而且，耐久性台
10、架试验同其他试验相比，所测量的发动机参数和要求的精度也同其它试验不同，这决定了耐久性试验台可以舍去一些不必要的测试设备和采用其它精度较低但简便易操作的测量方法来代替5。因此，这些特殊的情况要求试验台架对此作出相应的开发。发动机耐久性试验有以下3个主要目的6：(1)发现发动机在设计、材料及加工工艺中存在的各种缺陷，为设计提供整改意见；(2)提高发动机的可靠性，初步确定发动机使用寿命；(3)确认发动机是否符合耐久定量要求。由于发动机耐久性的重要性，各个研究生产单位对发动机耐久性的试验一直重视，同试验密不可分的耐久性试验台架也是研究发动机耐久性的重要工具。因此，开发发动机耐久性试验台架是对发动机性能
11、全面测量必不可少的一个步骤。同时，开发出一款能够同发动机试验要求相符合的台架对发动机开发的帮助也是巨大的。国内外研究现状发动机试验台架的发展同发动机的发展相适应，同时也受限于当时世界整体科技水平。台架的发展同装配技术和测量技术是分不开的。国外的发动机试验台架发展较早，先进的测量技术和控制技术都能尽早的应用在台架上。大约在1980年左右，国外各方就开始对自动化的试验台架进行研究研究，一系列的发动机耐久性试验台被不同厂家和研究机构相继开发出来。同时先进的控制技术，测量技术以及数据的输出技术都在帮助发动机台架不断进步。80年代末，国内才开始出现引进的少量发动机自动化试验台架。在目前来看，开发发动机台
12、架所需要的各方面技术在我国已经成熟，生产厂能够设计制造并应用于生产中。同时，与进口台架相比，使用同样功能设备的成本格仅为十分之一。由此看来，发动机台架的国产化是需要努力也是前景光明的一个发展方向。参考文献大致来源在编写本文的过程中，参考了部分本科时期的主要教材，如机械零件设计手册、机械制图、汽车发动机试验学教程等，对本文的完成起了很大的作用。同时，在某些部分参考了国内外期刊文献的内容，对文章有一定的补充。另外，在进行台架设计时，查阅了很多国家标准，对台架的选型起了决定性作用。除此之外，也学习了部分电气专业基础知识，使得台架的设计能够顺利完成。1第1章 耐久性台架设计概述1.1设计的主要原理本文
13、针对小型发动机的耐久性试验对台架进行了开发。首先由于耐久性的特点舍弃了发动机测功机，并采用价格低廉可靠性好的直流发电机发电来消耗发动机功率；通过测量直流电的数据来计算发动机的功率等数据。计算精度虽不能达到测功机的水平，但足够满足试验要求。根据小型发动机的功率范围选择了相应电机的型号，达到适用不浪费的目的。然后在这些选择的基础上，确定具体的测量手段和连接手段，最后开发出发动机耐久台架的成品。1.2设计的主要内容设计小型发动机耐久试验台，要求此台架可满足5KW以下小型汽油发动机耐久性试验的各方面要求。对支撑部分设计、连接传动设计、发电机型号选择、发电机控制原理等进行主要研究。根据现行按照JBT 5
14、135.3-2013 通用小型汽油机 第3部分可靠性、耐久性试验与评定方法的有关要求，对发动机试验过程中的各部分参数进行控制并能控制在某一要求的范围内，确保发动机台架实验的正常进行。设计支撑要保证足够的强度；能够隔离发动机振动。合理设计发动机耐久试验中的能量流动，做好能量管理，使试验遵循节能环保的原则。1.3解决的主要问题1）如何实现发动机能正常、稳定的运行。2）如何选择发电机以消耗发动机功率。3）如何实现风冷发动机冷却正常、润滑油恒温系统联接。4）如何解析实验台发动机与发电机的连接问题。5）如何让此实验台架更方便使用、维护、保养。第2章 耐久性试验对台架的要求2.1耐久性试验时间发动机主要运动部件活塞连杆组与曲轴飞轮组的运动方式为往复、旋转运动，它受到交变负荷作用，承受着循环应力。往复、旋转运动零件一般采用107次不破坏的最大应力作为材料的“条件疲劳极限”或称“疲劳强度”。这是由于即使再增加循环数，零件强度也不会再有明显变化，会导致浪费6。则试验时间H初步可以计算为：H60n107n为试验中发动机运行的最低转速运行时间H12000kg1000500装乘用车及商用车的发
