摘 要

发动机热试是指发动机在生产制造过程当中,各零部件通过组装成一个成品后利用相关测试设备从发动机的各项性能的好坏、排放水平的高低、可靠性及耐久性的高低等方面进行测试的一项工艺。在热试过程当中，发动机不仅可以对内部各零部件进行磨合,使相配合零件之间的表面质量得到提高，从而使相应零部件的承载能力得到提升；也能减小发动机在使用初始阶段时的磨损量,从而使发动机的使用寿命得到大幅提升；还能进一步检验该发动机的装配质量,从而能尽早发现相应的制造缺陷,排除制造过程中产生的故障等。发动机热试台架的设计，不仅能保证发动机在不同条件下的试验，还能模拟发动机的不同工况，同时也能保证热试安全有效的进行。

本次设计主要是在研究分析国内外车用发动机试验台架的基础上，自主设计一套既安全实用，同时又能满足测试要求的发动机热试台架。本次设计的所有零件均使用了solidworks进行三维建模并利用该软件将各个零件装配成一个台架，对关键零部件进行了结构静力学分析，对所设计的台架利用AutoCAD绘出了其整体装配图和各个零部件图。

关键词：热试台架；发动机；结构设计；测功机

Abstract

The engine hot test is a test process in which the engine is in the manufacturing process and each component is assembled into a finished product. The relevant test equipment is used to test engine performance, emissions, reliability and durability. The engine is in the hot test process. Not only can the components be worn in, improving the surface quality of the mating parts, thereby improving the bearing capacity of the corresponding parts; it can also reduce the wear of the engine in the initial phase of use, thereby prolonging the service life of the engine; it can further inspect the total engine Assembled quality, so that early detection of the corresponding manufacturing defects, troubleshooting and so on. In order to strictly guarantee the test conditions of the engine and simulate various engine operating conditions, the engine hot test is usually performed on a hot bench.

This design is mainly based on the research and analysis of domestic and foreign automotive engine test benches, and independently designing a set of engine hot benches that are both safe and practical, but can also meet the test requirements. All parts of this design were solidworks used for 3D modeling and the software was used to assemble each part into a gantry. Structural static analysis was performed on the key components. The designed gantry was drawn using AutoCAD. Overall assembly drawing and individual parts drawing.

Key Words：Hot test bench; Engine; Structural design; Dynamometer

目 录

第1章 绪论 1

1.1 发动机试验台架的发展历史及国内外现状 1

1.1.1 发动机试验台架的发展历史 1

1.1.2 发动机试验台架发展的国内外现状 1

1.2 本课题的来源和意义 2

1.3 本课题的研究内容及主要工作 3

第2章 发动机热试台架的总体方案的确定 4

2.1 发动机热试的技术要求 4

2.2 发动机热试过程 4

2.3 发动机热式台架的组成部分 4

2.4 发动机热试台架的总布置方案 4

第3章 发动机热式台架的总体结构设计 7

3.1 支撑板的设计 7

3.1.1 支撑板的结构设计 7

3.1.2支撑板的结构静力学分析和改进 7

3.2 防振框架的设计 9

3.2.1 防振框架及防振垫块的结构设计 9

3.2.2 防振框架的分析及改进 9

3.3 台架基座的设计 10

3.3.1 台架基座的结构设计 10

3.3.2台架基座的分析及改进 11

3.4 传动轴的设计 16

3.4.1 传动轴设计要求 16

3.4.2 传动轴的相关计算 17

3.4.3 传动轴的三维模型 19

3.5 联轴器的选型 20

3.5.1 联轴器的类型 20

3.5.2 联轴器选型的基本要求 21

3.5.3 所选联轴器 21

3.5.4 联轴器防护罩 21

3.6 测功机的选型 22

3.6.1 测功机的类型及结构原理 22

3.6.2 测功机选型的基本要求 24

3.6.3 所选测功机 25

3.6.4 测功机支撑架的设计 25

3.6.5 测功机支撑架的分析及改进 26

3.7 总装效果图 27

第4章 全文总结与展望 29

4.1 全文总结 29

4.2 展望 29

参考文献 30

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 发动机试验台架的发展历史及国内外现状

1.1.1 发动机试验台架的发展历史

按照台架自动化的发展程度，我们可以将发动机试验台架的发展历史分为三个时期：

首先是人工手动时期，这段时期发动机试验台架大部分都是应用水力测功机，该类机器缺点很多，比如最重要一点：没有控制器，因此只能借助手动方式来改变负荷的大小，然后再通过改变油门来控制转速及扭矩，所有的操作都必须在现场进行，试验时辅助工作量大而多,不仅增加了劳动强度,还废工损时,不能有效地提高劳动生产率,而且安全性、可靠性均差,质量和产量都不能提高，十分的不方便。

然后慢慢发展到半自动时期，该时期人们就开始对原来的水力测功机进行改进升级，通过在原有设备的基础上搭配相应的控制器模块、数据收集模块、传感器模块、油门执行器模块等来完善设备的结构，对于操纵设备方面，则是利用旋转控制器面板上的旋钮去实现对发动机转速和扭矩的调节，此时的台架可以说是比以前方便多了，但还没有实现自动调节等功能。

随着汽车工业的快速发展和市场的需要，试验台架也发展到了所谓的程控时期，即以计算机为主体，整个试验台架都可以在上位机上对其进行控制和监测。此时的试验台架可以实现自动调节，不仅功能比以前强大了许多，而且效率与精度得到了大幅提升，操作也变得更加简洁了，使用起来极其方便。

近些年，随着智能制造、工业4.0的提出及国家对工业自动化的要求，发动机试验台架也得到了相应的发展，以单片机为核心，集高速数据收集、处理、分析和自动控制为一体的各种测试设备也不断升级换代，从而使得试验台架的功能和应用范围逐步增大，且使用更加人性化了。

1.1.2 发动机试验台架发展的国内外现状

国外相关车企对发动机试验台架的研究从七十年代末期就已经开始了，在该领域中，他们不断加大投入资金以及不断地培养高端人才，发展到现在在该领域中已硕果累累，具有十分成熟的研究技术，并且越来越多的发动机制造厂家及相关的研究单位也都接连开对发动机试验台架及其相关的系统和设备进行了开发，像 AVL（奥地利）、小野测器（日本）、FEV（德国）、申克（德国公司）等多家公司都已经具有十分成熟的产品。

大众公司可以说是最先开始发动机试验台架技术研发的公司之一，发展到现在已经拥有相当高水准的发动机试验台架；最新的水力测功机就是由Power Test（美国）公司进行研发制造的，该款测功机里的发动机台架试验系统不仅采用了MC3技术，还通过以太网的高速交换性能实现了现场信息总成，以数据分布处理技术使不同测控系统的数据得到了实时的监控和集中处理，并且还能实时建立和管理相应数据库，从而大幅提升了系统的可扩展性和实时更新能力；渊野（日本）公司最新研究并设计出了ESF--100型发动机试验台架控制系统，在该系统中利用计算机实现了对系统各部分的集中控制，不仅能实时采集各种测试参数，还能处理采集出的各种数据并绘制相应的特性曲线。

国内在该领域的研究起步较晚，并且其中较高端的技术大都是引进自国外，当然在引进的过程中也实现了对其核心技术消化吸收再创新，但有一点我们必须承认的是，在发动机试验台架的探索中，我国仍落后于其他拥有顶尖技术的国家。我国的试验台架的精度和性能还有不足，设备的协调能力不够，产品的可靠性差，维护也不到位，不具备大批量生产的实力。我国也有很多的高校和相应的研究单位参与该领域的探索，他们进行研究的基础都是测功机、工控机等硬件，然后把上位机测控系统作为核心部分，再通过分布式总线通信网络把基础硬件、核心部分、油门执行器以及数据采集系统等连接在一起，进行统一的监测与控制，产品的自动化程度不够，数据的后期处理也很麻烦。

近些年来，在湖南湘仪、启东联通等国内主要测试设备厂家的带动下，国内主要测试设备厂家都在大力开发交流电力测试设备及系统,进一步促进了发动机试验台架的发展。

1.2 本课题的来源和意义

随着我国社会经济的快速发展，国民人均收入水平的不断提高，越来越多的家庭选择汽车作为代步工具，汽车的保有量也随之越来越多了。汽车工业的发展以及汽车在使用的同时给人们带来的一系列影响如能源枯竭、环境污染、噪音等均促使着汽车标准的不断提高。发动机作为汽车的核心零部件，汽车的动力方面是否强劲、经济方面是否合理、排放方面是否达标等这些指标都与发动机息息相关，而这些指标更是代表着汽车发展的水平及给人们带来影响的大小，因此各大汽车公司均在努力的筹划和发展自己的发动机业务。发动机技术及质量的高低，对汽车的销售、使用寿命及环境评价越来越发挥着决定性的影响。

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