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3实验台机械结构部分的设计
传动系冲击性能实验台是一个涉及到机械及动力传输、控制、计算机编程、通信和数据采集与传输的复杂实验设备，在室内模拟汽车传动系的前述两个冲击下的使用工况。实验台的机械系统式实验台的基础，实验台的动作最终要由机械系统加到被试的汽车传动系。
3.1实验台实验过程
在此，选择紧急制动工况的实验过程进行简要说明。控制系统发出指令，电动机通电开始工作，由电动机通过带传动，将动力传递到模拟发动机转动惯量和转速的转动惯量部分的惯性轴，惯性轴上安装有惯性盘。实验开始之前，已经根据与被试传动系相匹配的发动机的转动惯量，选择好该次实验惯性盘的转动惯量。当电动机达到预定的转速时，控制系统使电动机断电，2秒钟后，控制系统发出指令给制动处的电磁阀、离合器通电接通制动压缩空气，制动鼓作用，使驱动轮抱死，在惯性飞轮组部分、离合器主动部分及离合器后传动系自身转动惯量的惯性力的作用下，在被试的汽车传动系中产生一个很大的冲击扭矩。安装在离合器前端的扭矩传感器测量出整个扭矩-时间过程信号，特别是捕捉到峰值转矩信号，并将扭矩-时间信号经过处理传递到工控机上，以曲线形式实时地输出实验信号（转速、扭矩等）。
3.2实验台机械部分使用要求
从上述的实验过程的简单叙述可以看出,实验台机械部分[3]是实验台的基础需要满足下面的使用要求：
（1）模拟与被试传动系相匹配的发动机的转动惯量和转速，并直接作用于被试的汽车底盘传动系，转动惯量应该能够根据实验要求，在实验前进行调节，转速则在每次冲击实验中能够调节；
（2）动力部分要提供可靠的动力源，功率要满足实验台开发任务书中的要求，使传动系的转速能够在90秒内达到规定值，转速能根据实验需要进行调节，并有良好的制动控制；
（3）变速器和驱动桥在实验的过程中润滑油的温度要与实际车辆运行时相近，不能出现润滑油温度过高，使变速器和驱动桥内的零部件润滑条件变得恶劣，造成零部件的早期损坏，而不能正确反应实际使用中冲击载荷对传动系造成损伤的现象；
（4）要适应轻、中、重型车的实验要求，保证实验精度，使实验台平稳可靠运行。
3.3实验台机械结构部分的设计
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3.3.1实验台机械结构部分方案确定及组成
经过多个方案分析、论证与设计，最终确定了实验台机械部分的方案，并且绘制出了机械部分的原理图。
机械部分如图所示，它由以下六部分组成：
（1）动力部分：由电动机1、电动机联轴器2、电动机皮带3和电动机皮带轮4组成；
（2）惯性飞轮组部分：由惯性轴的带轮5和惯性轴及惯性盘6组成； （3）扭矩传动器部分：由扭矩传动器8和扭矩传感器的联轴器9组成； （4）联轴器和变速器的支撑结构：由组成联轴器和变速器的支撑机构10、离合器11和变速器12；
（5）驱动桥支撑和调节机构：由主减速器外壳支撑和调整机构14和驱动桥支撑机构15组成；
（6）底座及旋转件的安全防护装置：由扭矩传感器防护罩7和传动轴及防护罩13组成。
除此之外，实验台的机械系统还有一些辅助装置，不再赘述。 3.3.2动力部分
动力部分[4]包括：电动机及其调速装置等相关设备、电动机皮带轮、传送带、联轴器、电动机机座及其位置调节装置等。
从实验台对动力的要求可以看出，选择直流电动机比较好，因为直流电动机具有大的启动转矩，调速性能好，符合实验台的动力需求。
在选择确定直流电动机后，接下来要确定电动机的功率，根据实验台开发任务书中的规定，在90秒内能使实验台的转速达到5000rpm。确定直流电动机的功率和转速的关键在于两个方面：一是实验工况，二是被试汽车传动系的转动惯量及与其相匹配的发动机转动惯量两者之和的大小。
实验室的目标转速直接影响电动机功率和转速的选取。同时，实验时变速器处在不同档位时，变速器输出端后转速不同。如果将实验台和被试传动系的转动惯量都换算到电动机转轴上，那么变速器档位越高，换算后的转动惯量就越大，达到同一电动机转速时，对电动机的功率需求就越大。在实验台所模拟的两个工况中，突然接合离合器起步工况，被试的传动系除了离合器主动部分外，被试传动系的其他旋转部分都处于静止状态，显然旋转质量要比紧急制动工况少得多，电动机的输出功率相对也少。
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图3-1机械系统装配图
发动机的转速变化范围很大，就实验台所模拟的两个工况中，发动机原本处于一个高转速范围，根据工程实践，选取电动机的转速为3000rpm。
根据以上分析，最后确定使用由西安西玛机电有限公司提供的Z4-160-32他励直流电动机。电机主要参数是：PN=55KW、UN=400V、nN=3010r/m、R=0.0434Ω、
IN=151A、η=0.87、GD=0.88kg·m、L=1.52×1022?3。该直流电动机转动惯量小，
具有较高的动态性能，并能承受较高的负载变化率。在电动机上还装有测速发动机，用来测量电动机的实时运行速度。与该电机配套使用的直流调速装置，选用siemens 6RA70全数字直流调速装置。该装置具有性能可靠，操作舒适和运行平稳等优点，关于直流调速等控制部分，将在以后章节中详细说明。
电动机机座调节是靠两个调整螺栓，螺栓的旋入和旋出可以使电动机在机座上沿
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着垂直于惯性轴方向来回移动，以调解皮带的张紧力。 3.3.3惯性飞轮组部分
惯性飞轮组[5]主要包括：惯性轴皮带轮、惯性轴、惯性轴的两个支架、四个惯性盘、惯性盘安装调整机构、四个惯性轴轴承、制动钳盘机构等，如图3-2所示。
1-皮带轮 2-轴承盖（2个）3-惯性盘A 4-惯性盘B 5-惯性盘C 6-惯性盘D7-制动盘 8-制动盘支架
图3-2惯性飞轮组部分的装配图
惯性飞轮组主要的功能是模拟发动机的转动惯量，并将动力经由扭矩传感器传递给被试的汽车传动系。由于发动机型号不同，其转动惯量变化较大，为了适应这种变化，在实验台的开发过程中，设计了四个惯性盘：惯性盘A。转动惯量为0.1kg·m2；惯性盘B，转动惯量0.2kg·m2；惯性盘C转动惯量为0.2kg·m2；惯性盘B，转动惯量为0.2kg·m2；惯性盘D，转动惯量为0.5kg·m2。
从图3-2可以看出，惯性盘从左到右按照惯性盘A、惯性盘B、惯性盘C和惯性盘D的顺序排列，惯性盘B与惯性轴上的法兰盘固连在一起，其他三个为可移动的惯性盘，实验前分别通过螺栓安装在惯性轴的支座上。三个可移动的惯性盘A、C、D，通过螺栓可以与惯性盘B连接，从而可以使连接后惯性盘总的转动惯量有：0.2、0.4、0.5、0.7、0.9、1.0六个值（单位:kg·m2）从最小值0.2kg·m2到最大值1.0kg·m2。六个转动惯量间隔也比较均匀，便于在实验时，可以根据与被使汽车传动系相匹配的发动机的转动惯量，进行适当选取。
为了安装方便可移动的惯性盘A、C、D，设计了专门的安装调整机构。在A、C、
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D三个惯性盘的外缘上，开了一个环形槽，使安装调整机构上四个小轮可以讲惯性盘托起，顺利地安装在惯性盘B上。
1-惯性盘 2-支撑滚轮（4个） 3-支撑臂（2个） 4-丝杠手轮（3个）
图3-3惯性盘的安装调整机构
惯性轴的支架固定在实验台的底座上，在设计时充分考虑两个支架要稳定和可靠支持其上高速旋转惯性轴的要求。惯性盘的安装调整机构如图3-3所示。由于实验前A、C、D三个惯性盘都连接在惯性轴的支架上，在确定实验所需要的转动惯量后，为了将惯性盘平稳顺利的与惯性盘B连接，专门设计了这套惯性盘安装调整机构。该机构由一个半圆形结构支持，上面的四个小轮卡在惯性盘的槽内，以稳定地支撑惯性盘沿着惯性轴来回移动。该机构既可以通过转动丝杠一起前后移动，也可以左右移动，托着惯性盘，使操作者可以很容易地将惯性盘固定在惯性盘B或惯性轴支架上。制动盘机构由制动盘、制动钳和制动钳支架组成。制动盘安装在惯性轴的末端，与惯性轴通过键连接，在制动盘两侧，各有一个制动钳，制动钳采用某车型的实车制动钳，安装在制动钳支架上。
在一次实验的过程中，运转的实验台系统出现紧急故障时，如转速严重超过目标转速，是实验台的振动传感器测量到振动超过限定值，实验台控制系统就给控制制动钳压缩空气的电磁阀通电，制动钳动作，时高转速的实验台快速停下来，避免发生意外。
由于惯性飞轮组在实验的过程经常在高转速下工作，转动惯量很大，为了保证实验台在工作时运转平稳，提高实验台本身的寿命，避免由于惯性飞轮组部分的不平衡质量产生过大的附加力矩，在加工后，要对惯性飞轮组部分做动平衡实验。
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