VVTi泄漏量检测台结构设计Word格式文档下载.docx
《VVTi泄漏量检测台结构设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《VVTi泄漏量检测台结构设计Word格式文档下载.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
本课题来源于无锡某研究所，主要内容是测试VVT-i发动机在正常工况下的泄漏情况并设计检测可变气门正时系统（VVT-i）泄漏量的试验台架。
随着我国汽车保有量的持续增加，汽车发动机泄露量检测作为影响发动机性能的一道重要工序，就显得越来越重要。
发动机泄漏量检测台的运用减少了发动机故障的发生,为发动机正常工作提供了保障，提高产品的市场美誉度。
本课题属工程设计类课题，要求完成VVT-i泄漏量检测台结构的设计。
通过本设计，可以帮助学生加深对本专业的相关知识理解、加强学生对科学研究的基本功训练和提高综合运用专业知识独立分析问题、解决问题的能力。
1.2国内外的发展概况
VVT-i中文全名：
可变气门正时系统。
英文全名：
VariableValveTiming-Intelligent。
VVT-i的前身，是一套名为VVT的配气相位技术，全称是VARIABLEVALVETIMING：
可变气门正时控制系统，虽然到了今时今日已经算不上什么新鲜玩意，或者已经有点跟不上技术潮流了，但在其推出的时候，的确引起过阵阵的轰动，让人们可以知道原来凸轮轴与凸轮轴皮带轮之间可以是活动连接的，并可以根据引擎的转速和工况对气门正时进行调整的！
但VVT发动机并不能做到随时适应各种路况，它一般只有两套固定的控制模式，比如车速在70码以下都用模式A，70码以上则用都模式B。
丰田的VVT-i则解决了这个问题，能够随路况的变化而不断改变控制模式VVT-i和VVT的区别就像无级变速器CVT和普通有极变速器一样VVT现在已经不算是先进的技术了，欧洲厂商现在已经很少提到它。
奔驰和宝马的发动机都带有VVT，可是从来就没有在宣传资料里提到过。
帕萨特也有，上海大众也没宣传过，奥迪也是。
日系车和韩系车也只在我们国内宣传VVT技术，因为在国内这项技术依然是“尖端科技”（国内目前还没有自主的VVT技术）。
和VVT类似的技术还有本田的VTEC，其实这项技术国外早在80年代就风靡过了。
不过本田的i-VTEC和丰田的双VVT-i在世界上依然是先进技术，世界上掌握这类“连续可变”技术的厂家除了日本的“两田”外目前就只有德国大众和宝马了。
汽车行业已发展近一百年，至今国内还没有完全拥有自主知识产权的汽车。
汽车中最关键的部分是发动机，控制部分的ECU，国内依然空白。
虽说国内的某些汽车厂家如：
奇瑞。
自称已经拥有完全自主知识产权的汽车，其实也是把别人落后几十年的技术弄回来稍微加工加工，完全没有自主知识产权可言。
眼睁睁看着国内广大的市场而销售汽车的大部分钱落入外国账户。
在这样的背景下，许多从国外留学回来的有志之士，运用国外的先进文化知识，利用国内的广阔空间，从事着汽车行业，为国内汽车行业的腾飞做出贡献。
1.3本课题应达到的要求
①了解VVT-i泄漏量检测台的工作原理；
②熟练掌握机械设计的基本原则和有关计算机绘图软件，并绘制有关零件图，装配图等；
③熟练掌握液压系统的组成，控制部分及辅助元器件的选用；
④掌握油箱的构造，组成零件及造型；
通过查阅大量资料文献和工厂的实践学习，本课题应包含以下内容：
（1）钢架结构设计：
1．工作台面的组成
2．各组成部分的材料
（2）液压系统设计：
1．动力部分设计
2．液压系统的控制部分
3．集成阀块的介绍
4．液压系统的辅助元气件
（3）油箱的设计
1．油箱的构造与设计
2．本液压系统中油箱的设计说明
2设计内容概述
2.1引言
本设计的主要内容是：
设计检测可变气门正时系统（VVT-i）泄漏量的试验台架。
泄漏试验台架设计内容将包括：
钢架结构设计、液压系统设计、控制系统设计。
根据汽车发动机上VVT-i系统的特性、整个系统的组成部分、工作环境，采取某些方式来代替其在发动机上的工作，模拟系统和环境，从而达到实验目的。
其设计步骤为：
1．观察VVT-i的工况，确定实验台架的组成部分。
2．确定各组成部分的元器件。
3．根据台架的组成部分及元器件，给出台架初步构想图。
4．确定台架部分的结构、详细尺寸、材料及加工方式。
5．对液压部分进行重点分析计算，选择元器件。
6．考虑安全问题，通过设计保护措施保护试验人员安全。
2.2可变气门正时系统特点
可变正时气门系统这个技术本身并不神奇，但它却具有一定的化腐朽为神奇的功效.其特点是可以确保燃烧稳定，降低油耗，有效改善碳氢化合物和氮氧化合物的排放，同时扩大体积效率，改善燃烧性能。
不过跟本田的VTEC相比，由于发动机输出过于平顺，虽然加速并不慢，但给人的加速感并不强，因为扭矩一直保持不变，而在加速过程中阻力不断上升，使得加速的感觉让加速度越来越小。
而本田的VTEC由于有着并不平顺的扭力曲线，速度增加时，发动机的扭矩也在不断攀升，而汽车行驶阻力增加的速度远没有发动机扭力增加的速度快使得驾驶起来感觉加速度越来越大，虽然，如果把两台车放在一起拼加速，VTEC不见得是VVT-I的对手，但VTEC能带来更多让人热血沸腾的驾驶乐趣。
2.2.1VVT-i的组成
虽然不同公司的VVT-i产品的外形、尺寸会不一样，但是其基本组成及原理是差不多的。
VVT-i主要有11个部分组成，如表所示：
表2-1VVT-i的组成部件
序号
名称
1
VVT-3i外壳
7
制动销
2
VVT-i齿轮外壳
8
定销套
3
正时叶片
9
复位弹簧
4
密封条
10
紧固螺栓
5
密封弹簧
11
轴套
6
制动垫圈
2.2.2VVT-i的工作原理
可变气门正时系统VVT-i安装在汽车发动机的凸轮轴之上的，对发动机有一定常识的人应该知道，凸轮轴的动力来源是燃烧室的爆炸燃烧。
燃烧室的动力通过曲轴传到凸轮轴。
安装了VVT-i系统的发动机，曲轴的动力首先传递到VVT-i系统，再传递到凸轮轴上。
而凸轮轴的顺序转动就可以控制进排气门的开启及关闭。
图2.1丰田VVT-i的系统结构图
当发动机从低速到高速变换时，计算机自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮，在压力作用下小涡轮就相对于齿轮壳旋转了一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转，通过改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。
2.2.3运用到汽车发动机上的作用
丰田VVT-i发动机的ECM在各种运行工况下能自动搜索一个对应发动机进气量、转速、冷却水温度和节气门位置的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，并通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，达到最佳气门正时的位置，从而能有效地提高汽车的功率与性能，尽量减少耗油量和废气排放。
VVT-i发动机的非凡表现，在于采用了根据发动机转速、油门开启幅度等行驶状况，以计算机控制进气气门开闭时机的智能正时可变气门控制系统，这一装置使车辆在日常行驶中使用最多的中低速领域，发挥了更强劲的动力和扭矩性能。
特别是在路况复杂的市区，起步与加速的感觉也能顺畅自如。
同时，还采用了电动节流阀和全新设计的燃油喷射，实现了高性能、低油耗、低排放，发挥出更卓越的环保性能。
3试验台架结构设计内容
VVT-i泄露试验台架主要有三部分组成：
a.台架系统b.液压系统c.控制系统。
3.1钢架设计
3.1.1钢架的设计准则及一般要求
设计准则：
1．工况要求
任何机架的设计首先要保证机器特定的工作要求。
2．刚度要求
在保证特定外形的条件下，刚度要求是对机架的主要要求。
3．强度要求
对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求；
但对于重载设备的强度要求准则是在机器运转中可能发生最大载荷的情况下，机架上任何点的应力都不得大于允许应力；
此外还要满足疲劳强度的要求。
4．稳定性要求
对于薄壁的或细长的受压-弯结构有失稳问题，有些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。
失稳会对结构产生很大的破坏，设计时必须校核
。
5．其他
散热的要求；
防腐蚀及特定的环境要求；
对于精密机械、仪表等热变形的要求等。
一般要求：
1．机架的重量轻，材料选择合适，成本低。
2．结构合理，便于制造。
3．结构应使机架上的部件安装、调整、修理和更换都方便。
4．结构设计合理，工艺性好，还应使机架的本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。
5．抗震性好。
6．耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。
3.1.2钢架结构的设计步骤
①初步确定机架的形状和尺寸；
格局设计准则和一般要求，初步确定机架结构的形状和尺寸，以保证其内外部零部件能正常运转。
②根据机架的制造数量、结构形状及尺寸大小，初定制造工艺。
③分析载荷情况，载荷包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运转的载荷等。
对于高架结构，还要考虑风载荷、雪载和地震载荷。
④确定结构的形式，比如采用桁架结构还是板结构等；
再参考有关资料，确定结构的主要参数。
⑤作出结构简图
⑥参照和此设备类似仪器的规范和规程，确定此机架结构所允许的挠度和应力。
⑦进行计算，确定尺寸
⑧有必要时，进行详细的计算并校核或做模型实验，对设计进行修改，确定最终尺寸。
对于复杂重要的机架，要批量生产的机架，又是采用计算机数值计算且与试验测试相结合的办法，最后确定各部分的尺寸。
⑨标明各种技术特征和技术要求。
例如机架的允许载荷、应用场合等的限制；
制造工艺和材料的要求，制造与安装偏差，热处理要求，运输吊装的特殊要求，检测和探视的规定，除锈和上漆要求，以及其他各种特殊要求等
3.1.3钢架结构的选择
机架结构的选择是一个较复杂的过程。
根据所要设计设备的状况，再根据前面的准则和要求，参考类似设备的机架结构形式，首先进行机架形势的选择。
对结构形式、构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。
可以选用几种方案初步比较来确定。
对于大批量的设备机架或特大型的机架，还应该对结构方案进行经济比较。
由于各种设备各有不同的规范和要求，制定统一的机架结构选择方案较困难。
但是，总的原则无非时使用、可靠、经济和美观。
对于整体机架的各支架横截面，空心的长方形截面在相同材料情况下能承受更大的弯矩；
而空心的圆截面能承受更大的扭矩。
所以这两种截面形式（或其变形在支架截面中运用较多。
一般规则：
（1）结构的内力分布情况要与材料的性能相适应，以便发挥材料的优点。
①轴力较弯矩能更充分的利用材料。
杆件受轴力作用时，截面上材料的应力分布是均匀的，所以材料的利用不够经济。
②机械结构中许多构件所受的载荷都设计成沿垂直于杆轴的方向作用。
弯矩沿杆长变化很迅速。
最大的弯矩仅限于一小段内，因此可设计变截面梁或在局部范围内加大、加高截面。
③在横向垂直载荷处，弯矩曲线由曲率，曲率与载荷密集度成正比。
在较长段内材料不能充分利用这与前一结构相似。
如有可能应设法使载荷分散传播。
例如，桁架来代替梁。
梁所以常用于小跨度结构是因为构造简单和制作方便。
大跨度结构中，桁架更为经济。
④在塑性设计中，塑性设计比弹性设计更经济一些，但在机架设计中有动载荷的情况下一般是不考虑塑性设计的，只能用来考虑极端情况下的不损坏状态。
⑤壳体结构由于主要受轴力的作用，使用材料极为经济，在可能的情况下应采用。
（2）结构的作用在于把杂合由施力点传到基础。
载荷传递的路程越短，结构使用的材料越省
（3）结构的连续性可以降低内力，节省材料。
例如，连续梁比一串简支梁经济。
一般来说，连续钢架比鼓励的梁主体系要经济。
以上规则在实际应用中有时是矛盾的。
应用时应综合考虑，尽量做到结构刚度符合要求，还要做到性价比最高。
3.1.4确定钢架结构外形
台架的框架采用连续方钢结构，可以节省材料和内应力。
四个侧面中有一个面没有横梁。
添加横梁主要是为了增加台架的结构稳定性。
框架是焊接而成，焊痕需磨平处理。
在台架上部分的四个角处，各焊接一吊耳，便于吊运。
吊耳型号为：
JB/ZQ4628-1997,单耳起吊重量为1.6T。
台架上平面和下平面分别焊接上工装下支板和上支板。
上下支板上都会留有若干空，便于其他安装组件的安装。
台架加工完后去经过毛刺、焊纹磨平等工序后要涂上一层冰灰色金属漆。
3.2工作台面的组成
3.2.1工装上平板焊接合件
工装上平板安装在上支板上，通过螺栓连接。
工装上平板用于安装OCV工装、流量传感器工装、VVT-i工装平板等。
在工装上平板的四周被加工留有泄油槽和泄油孔，用于收集VVT-i在试验过程中的泄露油，泄漏油通过快速接口上的软管返回油箱。
加工过程中需要注意的是个空的位置及加工精度要求，泄油孔的加工尺寸及精度要求比较严格。
平板焊接主要注意事项：
使用时应把表面清理干净，工件固定牢固，焊接完成后及时把工件卸下，防止平板变形。
虽然该产品有耐腐蚀性，也不可以把它存放在潮湿阴暗处。
要定期检验平板的精确度。
焊接平板（焊接平台）一般只要采用正确的方法使用和保放，使用寿命很长，工作面的精度可以保持使用2年以上，精度降低时可以通过调试或刮研工艺恢复，平板本身的使用寿命可以达到50-100年，所以，在使用过程中要注意不要在潮湿，有腐蚀、过高和过低的温度环境下使用和存放，这样才可以延长使用寿命，保证工作质量。
为了防止焊接平板（焊接平台）发生有害的变形，在发装平板时，要将支承支在主支点处。
支承时，尽量将平板的工作面调整到水平面内。
检验完毕或划线完毕后，要把工件抬下来，不得长时间放在平板上。
使用完毕，要及时擦净平板的工作面，然后涂上一层防锈油。
如果比较长时间不用，最好涂上一层黄油，然后铺一层白纸。
最好用木板制作的一个专用罩，不用时，用罩子将平板罩住，严禁水滴在焊接平板（焊接平台）上。
焊接平板材质：
高强度铸铁HT200-300工作面硬度为HB170-240，经过两次人工处理（人工退火600度-700度或自然实效2-3年）使用该产品的精度稳定，耐磨性好。
焊接平板的铸件成分，组织及性能不合格的特征和发现方法：
如果铸铁平台材质太硬或者太软，铸件断面的宏观组织和微观组织不符合标准技术条件，用断面观察，化学分析，金相检查，硬度试验等可以发现。
原因分析：
（1）铁液过热不适当
（2）孕育处理不足
（3）硅碳含量偏低时，使材质偏硬，硅碳含量偏高时，则偏软。
防止方法：
（4）正确配料，防止操作时窜料。
（5）选择合适的过热温度
（6）遵守操作规程及正确处理炉前孕育
图3.1上平板焊接合件
3.2.2OCV工装支撑板和VVT工装底板
图3.2工装支撑板
机油控制阀（OCV）工装支撑板是支撑OCV工装的钢结构，支撑板与OCV工装之间采用螺栓紧固连接。
支撑板与上平板焊接合件之间也是采用螺栓连接。
锻件不得有砂眼、气孔、缩松、裂纹等缺陷，孔位置的加工精度比较高。
图3.3VVT工装底板
在板两端加工成腰型阶梯孔的目的是使流量计在上平板上的位置作适当调整。
锻件不得有砂眼、气孔、缩松、裂纹等缺陷，注意孔的同轴度及两侧孔的对称度。
3.2.3泄漏工装和压板
图3.4泄漏工装和压板
垫块和压块在固定VVT泄露工装时使用。
3.2.4OCV工装、VVT泄漏工装和流量传感器工装
出油口
OCV安装孔
连VVT进油口
OCV工装主视图俯视图
连VVT出油口
右视图左视图
图3.5OCV工装、VVT泄漏工装和流量传感器工装视图
OCV工装的设计要求很高，进出油孔位置的安排、内部油路的布置，还得考虑加工的可行性。
进、出油孔
定位孔
VVT工装主视图轴测图
图3.6OCV的安装孔布置图
需要解释的是为什么一个孔可以出现两种工作状态：
因为，VVT在工作时油腔不停地进油、出油。
一个油室有两个油腔中间隔着叶片，在两个油腔压力不同时叶片将随着运动。
一个VVT有三个或四个油室甚至五个，视不同型号而定。
VVT-i有四个油室以此来提供稳定的力矩输出。
图3.7流量传感器工装
厚度10mm，中间两小孔是流量传感器的安装孔，其余四个孔是流量传感器工装的安装孔。
加工时注意倒角
3.2.5防护玻璃罩
图3.8防护玻璃罩
防护玻璃罩主要用于防止高温油溅出烫伤实验人员，在不进行试验的时候可以起到防尘的作用。
框体材料采用铝合金，玻璃采用有机玻璃，这两种材料都有硬度高、抗腐蚀的优点。
台架部分的总装图如图纸所示。
3.3各部分材料
表3-1各部分材料
材料
加工方式
框架
Q235方钢
焊接成型
上支板、下支板
Q235钢板
机加工
工装上平板焊接合件
25钢
工装上平板
Q235钢
OCV工装上平板
HT150铸铁
OCV工装
VVT工装上平板
VVT工装
ZG270-500铸钢
垫块
压块
流量传感器工装
吊耳
4台架的液压系统设计
4.1液压系统的基本组成及设计要求
4.1.1液压系统的基本组成
表4-1液压系统的基本组成
动力部分
控制部分
执行部分
辅助装置
液压泵用以将机械能转化为液体压力能；
有时也将蓄能器作为紧急或辅助动力源
各类压力、流量、方向等控制阀用以实现对执行原器件的运动速度、方向、作用力等的控制，也用于实现过载保护、程序控制等。
VVT的动作
管路、蓄能器、过滤器、油箱、加热器、压力表、流量计、流量传感器、温度传感器、快速接头、液位计、空气滤清器等。
4.1.2液压系统的设计要求
①主机用途、操作过程、工作特点、性能指标和作业环境要求。
②液压系
升级会员 