【正文】 .................... 37 滾筒與軸的連接 ................................................................................. 37 軸的設(shè)計(jì) .......................................................................................... 37 滾筒軸的設(shè)計(jì) ........................................................................... 37 車輪軸的設(shè)計(jì) ........................................................................... 39 軸的校核 .......................................................................................... 40 滾筒軸的校核 ........................................................................... 41 車輪軸的校核 ........................................................................... 42 滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算 ................................................................. 43 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 .................................................................... 43 聯(lián)軸器的選擇 .................................................................................... 44 聯(lián)軸器類型的確定 ..................................................................... 44 聯(lián)軸器尺寸型號(hào)的確定 ............................................................... 44 機(jī)架軸承處的設(shè)計(jì) .............................................................................. 45 本章小結(jié) .......................................................................................... 45 第 6 章 運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析與運(yùn)算 ................................................................ 46 輪胎在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)分析 ................................................. 46 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析 .......................................................................... 47 本章小結(jié) .......................................................................................... 49 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 結(jié)論 ........................................................................................................... 50 參考文獻(xiàn) ................................................................................................... 51 致謝 ........................................................................................................... 52 附錄 ........................................................................................................... 53 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 課題 的目的和意義 汽車是人類社會(huì)重要的交通運(yùn)輸工具，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，構(gòu)成汽車的每一個(gè)部件是否正常工作是決定汽車行駛狀態(tài)的影響因素。而汽車輪胎是汽車重要的部件之一，它的性能對(duì)汽車的牽引力、制動(dòng)性、行駛的平穩(wěn)性、平順性、越野性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接的影響，所以說輪胎的性能直接影響汽車的使用性能。如果沒有出色的汽車輪胎，汽車的發(fā)展必將受到嚴(yán)重阻礙，因此各國(guó)汽車生產(chǎn)企業(yè)都十分重視汽車輪胎的開發(fā)、選用和試驗(yàn)，改善輪胎設(shè)計(jì)、增強(qiáng)輪胎性能一直是汽車輪胎發(fā)展中的一個(gè)重要目標(biāo)。 在輪胎滾動(dòng)過程中，循環(huán)變化的應(yīng)力應(yīng) 變導(dǎo)致能量損耗，形成輪胎滾動(dòng)阻力，也稱為輪胎滯后能量損耗。研究表明，克服輪胎滾動(dòng)阻力消耗燃油占普通汽車總油耗的10%以上，減小輪胎滾動(dòng)阻力可以降低汽車能耗，使汽車行駛的距離更遠(yuǎn)，效率更高。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的需要，輪胎滾動(dòng)阻力的控制逐漸進(jìn)入人們的研究范圍。本文將從多個(gè)角度探討和分析汽車輪胎滾動(dòng)阻力以及測(cè)試技術(shù)。 輪胎轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的功用 由于輪胎是汽車性能的最終體現(xiàn)者 ,為了滿足汽車的各項(xiàng)性能要求 ,幾十年來對(duì)輪胎進(jìn)行了多方面的試驗(yàn)研究 ,并不斷完善試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn) ,滿足了現(xiàn)代汽車高速、安全等使用要求。尤其是輪 胎在行駛過程中產(chǎn)生的力和力矩對(duì)汽車的性能有很大影響。輪胎力學(xué)特性的測(cè)試分為室內(nèi)試驗(yàn)和室外試驗(yàn)。室內(nèi)外試驗(yàn)方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。室外試驗(yàn)拖車車身不可避免地會(huì)由于路面、風(fēng)的影響產(chǎn)生側(cè)傾、俯仰運(yùn)動(dòng) ,加之懸架往往選用現(xiàn)成的 ,軸轉(zhuǎn)向、變形轉(zhuǎn)向不可避免 ， 從而造成了室外試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性比較大。然而室外試驗(yàn)是在真實(shí)路面上進(jìn)行的 ,故研究不同性質(zhì)的路面對(duì)輪胎力學(xué)特性的影響時(shí) ,室外試驗(yàn)更容易。而室內(nèi)試驗(yàn)可避免過多的環(huán)境影響 ,可嚴(yán)格控制各種試驗(yàn)條件 ,可以比較容易地改變?cè)囼?yàn)參數(shù)值的大小 ,如轉(zhuǎn)速、輪胎外傾角及側(cè)偏角等。需要注意的是 ,室內(nèi)試 驗(yàn)是單個(gè)車輪的試驗(yàn) ,因此車輛懸架和轉(zhuǎn)向系的側(cè)傾轉(zhuǎn)向以及懸架的變形轉(zhuǎn)向?qū)兇獾妮喬椥詡?cè)偏特性的影響可以控制到最小甚至不發(fā)生。 室內(nèi)試驗(yàn)主要設(shè)備為轉(zhuǎn)鼓式試驗(yàn)臺(tái)，轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)也稱底盤測(cè)功機(jī)，是車輛整車室內(nèi)試驗(yàn)的大型關(guān)鍵設(shè)備之一，它主要用于車輛行駛阻力的模擬，以便用室內(nèi)試驗(yàn)代替部分道路試驗(yàn)，因此被廣泛地用于汽車、農(nóng)用運(yùn)輸車的整車性能試驗(yàn)、法規(guī)檢測(cè)、裝黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 配下線調(diào)整、新產(chǎn)品開發(fā)研究等領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)研究了我們?cè)谵D(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)開發(fā)研究中所做的一些工作，主要是車輛在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上行駛時(shí)力學(xué)特性的研究，以及控制系統(tǒng)的開發(fā)。 輪 胎轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展情況 80 年代中期起，隨著我國(guó)加速發(fā)展子午線輪胎的需要，少數(shù)輪胎生產(chǎn)企業(yè)從美國(guó)、日本和德國(guó)引進(jìn)了帶有滾動(dòng)阻力試驗(yàn)工位的轉(zhuǎn)鼓式輪胎試驗(yàn)機(jī)，結(jié)合開發(fā)新型子午線輪胎和剖析外國(guó)輪胎樣品進(jìn)行了一些輪胎滾動(dòng)阻力試驗(yàn)。 20 世紀(jì) 70 年代起，在美國(guó)、日本和歐洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，為了解決能源短缺和環(huán)境質(zhì)量惡化問題，對(duì)汽車輪胎滾動(dòng)阻力進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和研究工作。與此同時(shí)，輪胎滾動(dòng)阻力的測(cè)試技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 近年來，我國(guó)在輪胎試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)研究方面也有了很大的進(jìn)展，出現(xiàn)了多家自行研制和開發(fā)輪胎試驗(yàn)機(jī)的單位和 企業(yè)，開發(fā)出多種類型的輪胎實(shí)驗(yàn)機(jī)，如廣州市橡膠工業(yè)制品研究所的雙二位輪胎耐久高速試驗(yàn)機(jī)，天津賽象科技股份有限公司的輪胎高速 /耐久試驗(yàn)機(jī)，國(guó)家輪胎質(zhì)檢中心及廣東汕頭橡塑機(jī)械所聯(lián)合研制的輪胎強(qiáng)度脫圈靜負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)等。具有代表性的是天津久榮輪胎技術(shù)有限公司，它是目前我國(guó)專業(yè)研究車輪 /輪胎試驗(yàn)機(jī)的高科技企業(yè)，已經(jīng)開發(fā)投資市場(chǎng)的產(chǎn)品有多種輪胎耐久、高速性能試驗(yàn)機(jī)（分別適用于 TB、 LT、 PC、 MT、 BC 輪胎）；彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)；沖擊性能試驗(yàn)機(jī)；車輪 /輪胎不圓度試驗(yàn)機(jī)等。由于產(chǎn)品技術(shù)含量高、配置先進(jìn)、質(zhì)量可靠，除供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng) 外，還得到了國(guó)際認(rèn)可，日本的普利斯通和法國(guó)的米其林兩大全球輪胎行業(yè)的巨頭都曾批量購買過該公司的輪胎試驗(yàn)機(jī)。 研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)采用的是單滾筒轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)，采用這個(gè)方法可以對(duì)新胎的滾動(dòng)阻力進(jìn)行比較，測(cè)試時(shí)輪胎垂直于轉(zhuǎn)鼓外表面且以穩(wěn)定的狀態(tài)向前自由滾動(dòng)，而車輪所受的垂直載荷則由液壓加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。 輪胎轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)車輪的實(shí)際工作狀態(tài)，開發(fā)可以模擬汽車實(shí)際使用狀態(tài)的摩擦系數(shù)測(cè)定系統(tǒng)，探討了轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了車輛行駛阻力在道路上和轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上等值轉(zhuǎn)換的試驗(yàn)方法，闡述了轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)。系統(tǒng) 采用電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，制動(dòng)電機(jī)消耗功率，并能通過轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器準(zhǔn)確測(cè)量輸入和輸出的轉(zhuǎn)矩參數(shù)，進(jìn)而通過運(yùn)算得到滾動(dòng)阻力系數(shù)的準(zhǔn)確值。為研制開發(fā)滾動(dòng)阻力系數(shù)試驗(yàn)裝置提供理論參考。 設(shè)計(jì)的主要具體內(nèi)容包括 : 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 （ 1）滾動(dòng)阻力系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的總體方案確定； （ 2）對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和制動(dòng)電機(jī)的選擇； （ 3）加載機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； （ 4）運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析及試驗(yàn)結(jié)果的運(yùn)算和處理。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 總體方案的確定 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的確定 輪胎滾動(dòng)阻力力學(xué)特性 車輪滾動(dòng)阻力 是指滾動(dòng)車輪產(chǎn)生的所有阻力之和，主要包括輪胎滾動(dòng)阻力分量、道路阻力分量和輪胎側(cè)偏阻力分量。其中，道路阻力分量是指由不平路面、塑性路面和濕路面等道路情況引起的附加阻力；輪胎側(cè)偏阻力分量是指由輪胎的側(cè)向載荷使輪胎側(cè)偏而產(chǎn)生的附加輪胎縱向阻力。此外，除了由軸承摩擦和輪胎與地面相對(duì)滑動(dòng)造成的摩擦阻力外，胎內(nèi)氣流流動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎對(duì)外部空氣造成的風(fēng)扇效應(yīng)都會(huì)引起輪胎的滾動(dòng)阻力，但均為次要影響因素，因此通常它們包含于車輪阻力中，并不單獨(dú)列出。 當(dāng)充氣輪胎在理想路面（通常指平坦的干、硬路面）上直線滾動(dòng)時(shí)，其外緣中 心對(duì)稱面與輪胎滾動(dòng)方向一致，所受到的與滾動(dòng)方向相反的阻力即為本設(shè)計(jì)中所說的輪胎滾動(dòng)阻力。 根據(jù)作用機(jī)理的不同，輪胎滾動(dòng)阻力還可以進(jìn)一步分解為彈性遲滯阻力、摩擦阻力和風(fēng)扇效應(yīng)阻力，分別介紹如下 [1]。 1．彈性遲滯阻力 胎體變形所引起的輪胎材料遲滯作用是造成輪胎滾動(dòng)阻力的主要原因。實(shí)際中充氣輪胎在靜態(tài)壓縮作用下會(huì)產(chǎn)生變形并且回彈，并 由于其內(nèi)部的摩擦作用而引起能量損失。當(dāng)車輪在力或力矩作用下滾動(dòng)時(shí)，對(duì)輪胎胎面上的每一單元 而言，其壓縮與回彈的過程將重復(fù)不斷地進(jìn)行。對(duì)這樣一個(gè)過程，可用圖 所示的 輪胎等效系統(tǒng)模型來加以解釋。在輪胎等效系統(tǒng)模型中，假定車輪的外圓周與輪輞之間由一些徑向布置的線性彈簧和阻尼單元支撐；此外，車輪胎面也假定由一系列切向排列的彈簧和阻尼單元 就能充分作用，因而就生成附加的摩擦效應(yīng)，將它稱之為彈性遲滯阻力。輪胎胎面的彈簧和阻尼特性對(duì)路面附著力也有影響，選用低阻尼的胎面材料會(huì)導(dǎo)致附著摩擦力降低。 當(dāng)輪胎等效系統(tǒng)滾動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的“彈簧 阻尼單元”便開始做功，并將其轉(zhuǎn)化為熱，所產(chǎn)生的彈性 遲滯阻力等于消耗的阻尼與行駛距離之比。 2．摩擦阻力 在圖 所示的輪胎等效系統(tǒng)模型中，由一系 列彈簧 阻尼組成的單元連續(xù)滾動(dòng)進(jìn)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 入輪胎接觸 印跡區(qū)，由此相應(yīng)的輪胎外圓圓弧就被壓成對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)，即“輪胎接地長(zhǎng)度” 。 在輪胎接觸印跡內(nèi)，路面與滾動(dòng)單元帶之間在哪縱向及橫向?qū)a(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即所謂的“部分滑動(dòng)”。由于部分滑動(dòng)引起輪胎磨損，其能量被轉(zhuǎn)換成熱，由此產(chǎn)生了車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)不得不克服的附加阻力。 圖 輪胎等效系統(tǒng)模型 像風(fēng)扇一樣，輪胎的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致氣流損失，但可將其看做是對(duì)整個(gè)車輛氣流影響的一部分。因此，通常將風(fēng)扇效應(yīng)阻力加到總的車輛空氣阻力中。 綜上所述，車輪在干、硬的平路面行駛，其滾動(dòng)阻力 RF 包括彈性遲滯阻力 FR,彈性遲滯 、摩擦阻力 FR,摩擦 和風(fēng)扇阻力 FR,風(fēng)扇 三部分，即： ，風(fēng)扇摩擦彈性遲滯 RRRR FFFF ??? , （ ） 試驗(yàn)表明，在 128~152km/h 速度范圍內(nèi)， 90%~95%輪胎的破壞是由內(nèi)部遲滯作用引起的，而 2%~10%則歸咎于 輪胎與地面的摩擦，僅有 %~%歸咎于 空氣阻力。因此，輪胎在硬路面上的滾動(dòng)阻力主要由胎體變形所引起的輪胎材料遲滯作用造成。實(shí)際上，式 表達(dá)的各個(gè)分