【正文】 ................................................ 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。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。 Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 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。s Degree Design of the Testbed for Elasticity Tyre Rotary Drum Candidate： Specialty： Vehicle Engingeering Class： 071 Supervisor： Associate Prof. Heilongjiang Institute of Technology 20xx06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。 Sensor。 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。 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。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。 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。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。 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。 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。 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。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。 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。 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 表達(dá)的各個(gè)分量（如彈性分量與摩擦分量）均無法單獨(dú)分開測(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。 圖 轉(zhuǎn)鼓輪胎試驗(yàn)臺(tái) 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 ，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 轉(zhuǎn)鼓軸連接著作為制動(dòng)裝置的測(cè) 功器。 ISO18164在考慮到各國(guó)設(shè)備情況和鼓面曲率對(duì) 試驗(yàn)結(jié)果的影響后，一方面作出了轉(zhuǎn)鼓直徑應(yīng)在 ～ 3m之間的規(guī)定；另一方面指出，在不同直徑的轉(zhuǎn)鼓上測(cè)得的輪胎滾動(dòng)阻力值也不同，并給與了校正公式。 汽車在干燥滾筒上的驅(qū)動(dòng)過程是一個(gè)摩擦過程 ??5 ，總摩擦力由若干分力組成，如： 阻滯附著總 FFF ?? （ ） 式中： 附著F ——接觸面間的附著力； 阻滯F ——輪胎在滾筒上滾動(dòng)變形時(shí)，由于壓縮與伸張作用之間能量的差別而消耗的能量，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為阻止車輪滾動(dòng)的作用力； 該兩項(xiàng)分力取決于輪胎材料、結(jié)構(gòu)和溫度。C 。 （ 2）載荷指數(shù)小于 122的試驗(yàn)速度 轉(zhuǎn)鼓速度為 80km/h，如有需要，可采用 120km/h的 轉(zhuǎn)鼓速度。 （ 4） 初步確定試驗(yàn)方案 測(cè)量并記錄的內(nèi)容包括： ① 試驗(yàn)轉(zhuǎn)鼓速度 v（ km/h）； ② 垂直于轉(zhuǎn)鼓表面的輪胎載荷 W； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 ③ 充氣壓力； ④ 驅(qū)動(dòng)輪胎的轉(zhuǎn)矩 tT ，作用于轉(zhuǎn)鼓的制動(dòng)力矩 dT ； ⑤ 試驗(yàn)轉(zhuǎn)鼓半徑 R（ m）； ⑥ 選擇的試驗(yàn)方 法 ??6 。 因?yàn)闈L動(dòng)阻力系數(shù)與模擬路 面的滾筒種類、行駛車速以及輪胎的構(gòu)造、材料、氣壓等有關(guān)，所以，對(duì)其影響因素分析是非常必要的，具體分析如下： （ 1） 若滾筒的半徑 r 越大，在車輪滾動(dòng)時(shí)輪胎的變形量就越小，也就是說彈性遲滯損失就越小，故滾動(dòng)阻力系數(shù)隨滾筒半徑的增大而減小。 （ 4） 滾筒中心距 L 是指底盤測(cè)功機(jī)前后兩排滾筒支承軸線之間的距離，隨著滾筒中心距的增加，汽車車 輪的安置角隨之增大，前后滾筒對(duì)車輪支承力也隨之增大，這樣將導(dǎo)致車輛在測(cè)功機(jī)臺(tái)架上的運(yùn)行滾動(dòng)阻力增加。 本章小結(jié) 本章主要確定了轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案 以及 測(cè)量方法， 詳述了輪胎滾動(dòng)阻力的力學(xué)特性 ,并對(duì)滾筒 裝置和輪胎的尺寸參數(shù) 范圍 進(jìn)行了選擇 ， 探討 了試驗(yàn)設(shè)備以及技術(shù)條件 。 ② 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻率程度等要求，并考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。 ④ 根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類型。 交流電機(jī)包括異步電機(jī)和同步電機(jī)兩類。 本試驗(yàn)采用 YVP(IP44)系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，并輔助以變頻器進(jìn)行調(diào)速控制。 （ 1） 工作機(jī)所需功率 kwkwTnP 35001209550 ?????? ? （ ） 式中： wP —工作機(jī)所需輸入功率， kw； T —工作機(jī)的阻力鉅， N?m； w? —工作機(jī)的效率； wn —工作機(jī)的轉(zhuǎn)速。 同一類型的電動(dòng)機(jī)，相同的額定功率有多種轉(zhuǎn)速可供選用。 按照工作機(jī)轉(zhuǎn)速要求和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍，可以推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，如 wnd niiin )( 21 ????? r/min 式中： nd—電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍， r/min； niii ???2\1 —各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍（見《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表18 或表 132） ； 對(duì) YVP(IP44)電動(dòng)機(jī)，通常多選 用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min、 1000r/min 或 750r/min的電動(dòng)機(jī)，如無特殊需要，不選用低于 750r/min 的電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、容量、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 YVP315L14，其額定功率為 160KW，同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min，額定轉(zhuǎn)矩為1025N m,基本符合題目所需的要求。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 傳感器的基本原理 NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的基本原理是：通過彈性軸、兩組電磁傳感器，把被測(cè)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成具有相位差的兩組交流電信號(hào)，這兩組交流電信號(hào)的頻率相同且與軸的轉(zhuǎn)速成正比，而其相位差的變化部分又與被測(cè)轉(zhuǎn)矩成正比。這兩組交流電信號(hào)之間的相位與其安裝的相對(duì)位置及彈性軸所傳遞扭矩的大小及方向有關(guān)。 圖 ：是 NJ 型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。但是，此時(shí)輸出信號(hào)的頻率不能用來測(cè)量轉(zhuǎn)速。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 NJ 型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器工作原理 圖 NJ 型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器電信號(hào)輸出 圖 NJ 型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 傳感器尺寸結(jié)構(gòu)的確定 選定 NJ 型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的外形及安裝尺寸見表 、圖 和圖 。 電液比例加載系統(tǒng)的原理圖如圖 所示。液壓泵可以通過三位黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 四通電磁換向閥 5 的 H 型中位機(jī)能實(shí)現(xiàn)低壓卸荷。裝卸試件期間，所有電磁鐵斷電，液壓泵通過閥 5的中位實(shí)現(xiàn)低壓卸荷。即通過電液比例溢流閥控制液壓系統(tǒng)工作油壓的變化率，通過 圖 中設(shè)置的兩個(gè)壓力傳感器 2，將檢測(cè)的油壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)并按有關(guān)算法進(jìn)行處理，即可間接得到要求的加載荷大小。 ② 通過微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，檢測(cè)系統(tǒng)油壓，輸入輸出試件的機(jī)和參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果，加載均勻平穩(wěn)、間接測(cè)力，操縱簡(jiǎn)便、易于維護(hù)。本試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)所需要的液壓缸需要自行設(shè)計(jì)。 代入得：?PFD ?? = ? 經(jīng)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)如下表 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，取 D2 80mm。必要時(shí)可在導(dǎo)向套和活塞之間安裝一個(gè)隔 套 K，其長(zhǎng)度 C=H （ LA+B） （ ） 式中 : H— 活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度 ； LA— 全部外伸時(shí)從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離。當(dāng)導(dǎo)向套采用非耐磨材料時(shí)，其內(nèi)圈還可裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用作活塞桿的導(dǎo)向。 （ 2） 活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu) 活塞與缸體之間既有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又需要使液壓缸各腔之間不漏油，因此在結(jié)構(gòu)上應(yīng)慎重 考慮。速比不宜過大或過小，以免產(chǎn)生過大的背壓或造成因活塞桿太細(xì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不好。 液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度在 ，不必采用緩沖裝置；在 設(shè)置緩沖裝置。 由于本試驗(yàn)液壓缸工作壓力較小且速度等要求不高故可采用使液壓缸反復(fù)運(yùn)動(dòng)，直到運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的方法進(jìn)行排氣。通過薄壁孔的流量按下式計(jì)算 Q=CA =CA m3/s () 式中： C—流量系數(shù)，接頭處大孔與小孔之比大于 7 時(shí) C= ，小于 7 時(shí) C= ； A— 油孔的截面積 ， m2； —液壓油的密度， kg/m3； P1—油孔前腔壓力， Pa； P2—油孔后腔壓力， Pa； P—油孔前、后腔壓力差。 代入得： 由式（ ）得： 2 )(320 22 ?= MPa 故符合強(qiáng)度條件； 由式（ ）得： 2 4422 )(320 ?? ?= MPa 故符合強(qiáng)度條件； 由式（ ）得： MPl g 5 8 ~8 1 3 )~(2 ???? 符合強(qiáng)度條件； 由式（ ）得： D= ) 9 9 ( 22 225 ???? ??= mm ； 由式（ ）得： = lgDD1= 540 lg8095= 2=3 符合強(qiáng)度條件 ； 綜上所述，缸筒壁符合各校核要求。 在初定活塞行程時(shí)，主要是從實(shí)際工作需要長(zhǎng)度來考慮，但這一工作行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)定性所允許的行程，為了計(jì)算行程，首先應(yīng)計(jì)算出活塞桿的最大允許長(zhǎng)度 Lk 。 如圖 所示本試驗(yàn) LB=1031mm ，故滿足穩(wěn)定性要求。 當(dāng)缸蓋本身又是活塞桿的導(dǎo)向套時(shí)，缸蓋最好選用鑄鐵。 ② D3 與 d 同軸度公差值為 。 （ 2） 活塞技術(shù)要求 ① 活塞外徑 D 對(duì)內(nèi)孔 D1 的徑向跳動(dòng)公差值，按 8 級(jí)精度選取。其中， 20 號(hào)鋼用得較少，因其較軟，機(jī)械強(qiáng)度也低，加工粗糙度