【正文】 ................................................................................................................................... 47 附錄 ....................................................................................................................................... 48 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 汽車輪胎在滾動(dòng)過(guò)程中，其滾動(dòng)阻力約占汽車總阻力的 20%，如果按照每減少 10%的輪胎滾動(dòng)阻力，降低 2%3%燃油的話，加強(qiáng)對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力水平的控制，對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)將是顯著的，而且可以在較大范圍內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)。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。 底盤(pán)測(cè)功機(jī)是一種不解體檢驗(yàn)汽車性能的檢測(cè)設(shè)備，它是通過(guò)在室內(nèi)臺(tái)架上汽車模擬道路行駛工況的方法來(lái)檢測(cè)汽車的動(dòng)力性，而且還可以測(cè)量多工況排放指標(biāo)及油耗。近年來(lái)因電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展，為數(shù)據(jù)的采集、處理及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析提供了有效的手段，同時(shí)為模擬道路狀態(tài)準(zhǔn)備了條件，加速了底盤(pán)測(cè)功機(jī)的發(fā)展，加之各類專用軟件的開(kāi) 發(fā)和應(yīng)用，使汽車底盤(pán)測(cè)功機(jī)得到了廣泛的推廣。 目前我國(guó)建立了以室內(nèi)試驗(yàn)為主，室外試驗(yàn)為輔的 方向。鋼帶式試驗(yàn)機(jī)模擬了平的連續(xù)路面，是目前價(jià)格昂貴的輪胎試驗(yàn)設(shè)備。在近二十年內(nèi)，試驗(yàn)設(shè)備的精度大大提高 ，測(cè)量誤差成倍減少，已形成了一套確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)可重復(fù)性所必需的設(shè)備精度要求。 汽車行駛阻力直接影響汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和操縱穩(wěn)定性等幾大使用性能，而滾動(dòng)阻力是汽車行駛阻力中的常有阻力的一種，其大小主要取決于滾動(dòng)阻力系數(shù)，而滾動(dòng)阻力的大小與輪胎和道路有較大的關(guān)系，因此 對(duì)與道路有密切關(guān)系的滾動(dòng)阻力系數(shù)的測(cè)定具有十分重要的意義。 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 滾動(dòng)車輪產(chǎn)生的所有阻力被定義為車輪滾動(dòng)阻力，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。 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(shuō)的輪胎滾動(dòng)阻力。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(guò)程將重復(fù)不斷地進(jìn)行。 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(kāi)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。 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。實(shí)際上，式（ 21）表達(dá)的各個(gè)分量（如彈性分量與摩擦分量）均無(wú)法單獨(dú)分開(kāi)測(cè)量，因此有用的還是綜合表達(dá)式。在室內(nèi)試驗(yàn)條件下，裝有試驗(yàn)輪胎的車輪被放在可以動(dòng)的滾動(dòng)表面上，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可由車輪連接桿系上的力傳感器獲得。 對(duì)內(nèi)支撐試驗(yàn)臺(tái)而言，離心力的作用可使車輪胎面很容易地固定于試驗(yàn)臺(tái)面。與平板試驗(yàn)臺(tái)相比，在車輪載荷相同的情況下，內(nèi)支撐 試驗(yàn)臺(tái)使輪胎接觸印跡和變形量增大，從而摩擦阻力和彈性遲滯阻力也相應(yīng)增加。通過(guò)變換不同滾板，可在一定條件下實(shí)現(xiàn)道路條件的改變，同樣也適用于 濕道路條件，但由于支撐面振動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。 ??3 圖 轉(zhuǎn)鼓輪胎試驗(yàn)臺(tái) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 工作原理是 由電力測(cè)功機(jī)驅(qū)動(dòng)的試驗(yàn)輪胎放在轉(zhuǎn)鼓上，輪胎上加載垂直載荷 W ，轉(zhuǎn)鼓軸連接著作為制動(dòng)裝置的測(cè)功器。但是該公式系一近似計(jì)算公式 ，輪胎與轉(zhuǎn)鼓接觸面上的力分布的改變并非一簡(jiǎn)單的幾何形狀的改變，還與輪胎各部件剛度等諸多因素有關(guān) ??4 。 附著系數(shù)隨速度增加而下降的原因較為復(fù)雜，一方面是由于滾筒圓周速度提高，接觸面的溫升加快，很快在滾筒表面形成了一層橡膠膜，降低了附著系數(shù)。 (2) 轉(zhuǎn)鼓表面溫度 注意確保測(cè)量開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)鼓表面的溫度與室溫大致相同。 試驗(yàn)步驟 （ 1） 磨合 為了保證測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性，早開(kāi)始試驗(yàn)之前，應(yīng)使輪胎有一個(gè)初始的磨合過(guò)程，然后再使之冷卻。 ??6 滾動(dòng)阻力對(duì)汽車底盤(pán)輸出功率測(cè)定值的影響分析 車輪滾動(dòng)時(shí) ，輪胎與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力以及相應(yīng)的輪胎和支承路面的相對(duì)剛度決定了變形的特點(diǎn)。 (2)在加工過(guò)程中滾筒的橢圓度、同軸度越小，輪胎在滾筒上的運(yùn)轉(zhuǎn)就越平穩(wěn)，當(dāng)車速一定時(shí)滾動(dòng)阻力系數(shù)的波動(dòng)范圍就越小，所以說(shuō)，滾動(dòng)阻力系數(shù)隨滾筒加工精度的提高而減小。 綜上所述滾筒直徑、安置角、滾筒表面質(zhì)量、滾筒中心距對(duì)滾動(dòng)阻力有很大的影黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 響，由于部分底盤(pán)測(cè)功機(jī)僅顯示功率吸收裝置的吸收功率，所以同一輛車在不同臺(tái)架上 測(cè)得的數(shù)值不同。同時(shí)也分析了滾動(dòng)阻力對(duì)汽車底盤(pán)輸出功率測(cè)定值的影響 。它是被測(cè)電機(jī)的加載設(shè)備，是電機(jī)制造和產(chǎn)品研發(fā)過(guò) 程中重要的性能測(cè)試和檢測(cè)設(shè)備之一。但直流電機(jī)由于換向器的影響，不能適用于高速運(yùn)行，因此在轉(zhuǎn)速很高的情況下，往往采用機(jī)械減速裝置。 直流測(cè)功機(jī)由直流電機(jī)、測(cè)力計(jì)和測(cè)速發(fā)電機(jī)組合而成。定子所受到的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子所受到的轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，所以轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩可以由定子上量測(cè)。這就是測(cè)功機(jī)一名的由黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 來(lái)。 沒(méi)有特殊要求時(shí)均應(yīng)選用交流電動(dòng)機(jī)，其中以三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)用得最多。同一類型 的電動(dòng)機(jī)又具有幾種安裝型式，應(yīng)根據(jù)安裝條件確定。 電動(dòng)機(jī)的容量主要由運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)熱條件限定，再不變或變化很小的載荷下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，只要其電動(dòng)機(jī)的載荷不超過(guò)額定值，電動(dòng)機(jī)便不會(huì)過(guò)熱，通常不必校驗(yàn)發(fā)熱和啟動(dòng)力矩。 ??? 總? wd PP 式中： Pd— 工作機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率， kw； η 總 — 電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率。因此應(yīng)全面分析比較其利弊來(lái)選定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)類型、 結(jié)構(gòu)、容量 和轉(zhuǎn)速，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 121和表 1211 查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)，并記錄其型號(hào)、額定功率、滿載轉(zhuǎn)速，見(jiàn)表 ，以及電動(dòng)機(jī)的 外形尺 寸、中心高、軸伸尺寸、鏈連接尺寸、地腳尺寸等參數(shù)備用， 如圖 為 Y250M4型號(hào)的電動(dòng)機(jī)安裝及外形尺寸。 CYB803S 用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值，由于輸出為方波頻率信號(hào)或 420mA 電流信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便。 圖 CYB803S 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的外形尺寸 1— 測(cè)試傳動(dòng)軸 ； 2— 扭矩儀殼體 ； 3— 電器盒 ； 4— 底座 ； 5— 調(diào)整螺孔 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 本章小結(jié) 本章 介紹了電力測(cè)功機(jī)的組成、原理及應(yīng)用，然后通過(guò)運(yùn)算對(duì)電動(dòng)機(jī) 的類型、容量、轉(zhuǎn)速進(jìn)行了確定，從而確定了電動(dòng)機(jī)的型號(hào)，并選擇了一個(gè)合適的傳感器用來(lái)測(cè) 驅(qū)動(dòng)輪胎的轉(zhuǎn)矩 和作用于轉(zhuǎn)鼓的制動(dòng)力矩。 加載裝置結(jié)構(gòu)如圖 ， 主要由步進(jìn)電機(jī)、壓力變送器、液壓系統(tǒng)及蝸輪、蝸桿組成。 步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。 圖 選擇步進(jìn)電機(jī)步驟 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： 加載力 NLGaFz ????? 軸和蓋間為 M16 螺紋，其中徑 mmDd ?? ， 螺距 L=2mm，牙形斜角 ? =30176。 液壓傳動(dòng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)相比，有以下有點(diǎn)： （ 1）能方便地進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 （ 3）控制和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過(guò)載保護(hù)。 （ 7）可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)負(fù)載，從而省去了中間的減速 裝置，使傳動(dòng)簡(jiǎn)化。 （ 2）振。 （ 4）液壓傳動(dòng)性能對(duì)溫度比較敏感 ， 故不宜在高溫或低溫下工作。 綜上所述，液壓傳動(dòng)由于其優(yōu)點(diǎn)比較突出，故在工農(nóng)業(yè)各個(gè)部門(mén)獲得廣泛應(yīng)用。 ??9 液壓缸的類型及其特點(diǎn)和應(yīng)用 液壓缸是把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成直線式機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置（執(zhí)行元件）。 單 作用式液壓缸只利用 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 液壓力推動(dòng)活塞向著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而反向運(yùn)動(dòng)則依靠重力或彈簧力等實(shí)現(xiàn)。對(duì)于機(jī)床類機(jī)械一般采用中低壓液壓缸，其額定壓力為 ～ ；對(duì)于要求體積小、重量輕、出力大的建筑車輛和飛機(jī)用液壓缸缸多采用中高壓液壓缸，其額定壓力為 10～ 16MPa；對(duì)于油壓機(jī)一類機(jī)械，大多數(shù)采用高壓液壓缸，其額定壓力為 25～ 。 本設(shè)計(jì)選 用的 是活塞式液壓缸。通常，液壓缸需要自行設(shè)計(jì)。 D 、 d 的取值應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。 當(dāng) 10??D 時(shí)，按以下薄壁筒公式校核 ? ??? 2 Dpy? （ ） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 當(dāng) 10??D時(shí)，按以下厚壁筒公式校核 ? ?? ????????? ???? 12 yyppD??? （ ） 式中 ： ? — 缸筒壁厚； D — 缸筒直徑； yp — 試驗(yàn)壓力， 當(dāng)液壓缸的的額定壓力 Mpapn 16? 時(shí)， ny pp ? ；當(dāng)額定壓力 Mpapn 16? 時(shí)， ny pp ? ； ??? — 缸筒材料的許用應(yīng)力。 活塞的寬寧國(guó)市度按缸的工作壓力和活塞的密封方式確定，一般為（ ～ 1） D 。當(dāng)壓力不高時(shí)，端蓋的尺寸、緊固螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)和尺寸可由結(jié)構(gòu)決定；高壓系統(tǒng)則必須進(jìn)行螺釘強(qiáng)度的校核。 當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)壓力油，有桿腔回油（圖 ）時(shí)，活塞推力 1F 和運(yùn)動(dòng)速度 1v 分別為 kNpDpAF 2211 ?????? ? （ ） 211 4DqAqv ??? （ ） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 （ a） （ b） 圖 單桿活塞缸 當(dāng)桿腔進(jìn)壓力油，無(wú)桿腔回油（圖 ）時(shí)，活塞推力 2F 和運(yùn)動(dòng)速度 2v 分別為 ? ? ? ? kNpdDpAF 0 222221 ???????? ? （ ） ? ?2221 4 dD qAqv ??? ? （ ） 式中 ： 1A — 缸無(wú)桿腔有效工作面積 ； 2A — 缸無(wú)桿腔有效工作面積 ； p — 進(jìn)油壓力 ； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 q — 進(jìn)入液壓缸的流量表 ； D — 液壓缸內(nèi)徑 ； d — 活塞桿直徑 ； 比較上面公式可知： 21 vv? ， 21 FF? 。 單桿活塞缸兩腔同時(shí)通入壓力油時(shí)， 如圖 所示，由于無(wú)桿腔工作面積大，活塞像右的推力大于向左的推力，故其向右移動(dòng)。因此，單桿活塞缸還常用在需要實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)（差動(dòng)連接）→工進(jìn)（無(wú)桿腔進(jìn)壓力油）→快退（有桿腔進(jìn)壓力油）”工作循環(huán)的組合機(jī)床等設(shè)備的液壓系統(tǒng)中。 液壓缸的材料及技術(shù)條件 (1) 缸筒材料 （ 如 圖 所示 ） 工程機(jī)械、鍛壓機(jī)械等工作壓力較高的場(chǎng)合，常用 3 45 號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。 圖 缸筒 （ 2） 技術(shù)條件 1)缸筒內(nèi)徑孔采用 H9 配合。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 2)內(nèi)控表面的圓柱度公差為內(nèi)徑 D 公差之半。 6)為了防止缸筒腐蝕和提高其壽命，可以在缸筒內(nèi)表面鍍 ～ 厚的硬鉻，再進(jìn)行研磨拋光，缸筒外表面涂耐油油漆。 3)外徑 D 的 圓柱度公差為外徑 D 公差之半。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 缸蓋 （ 2） 技術(shù)條件 1)直徑 D （鋼筒內(nèi)徑）、 2d （導(dǎo)向孔）和 3d （活塞桿密封圈外徑）的圓柱度 公差為相應(yīng)直徑公差之半。 (如 圖 ) (1)活塞桿材料 活塞桿有實(shí)心 [圖 （ a） ]和空心 [圖 （ b） ]