【文章內(nèi)容簡介】 轉軸等）、承重橫梁、底座等非標準件進行設計分析、計算、校核；對電動機、變頻調(diào)速器、聯(lián)軸器、軸承等標準件進行選 型、校核。 在對懸架檢測臺具體零部件進行設計之前，首先對懸架的外廓做一個大體的規(guī)劃?？紤]到設計的該懸架特性檢測臺針對的是軸重小于 的小型車（以乘用車為主），通過查閱相關資料，了解到 汽車寬是汽車寬度方向兩極端點間的 距離，寬度主要影響乘坐空間和靈活性 ， 一般乘用車公認的寬度上線是 2 米。 統(tǒng)計數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，乘用車的寬度基本上都處于 1600mm~2020mm 的范圍內(nèi)，大多數(shù)乘用車寬度在 1800mm 附近，且多數(shù)分布在 1600~1800mm 之間。考慮到汽車輪胎的寬度，以及汽車設計時的固有特征，汽車同軸車輪車輪平面的 間距在 1400mm~1800mm的范圍內(nèi)（考慮乘用車輪胎寬度一般在165mm~260mm 之間）。為滿足絕大多數(shù)甚至是所有乘用車的檢測，現(xiàn)以大多數(shù)車寬 1800mm作為設計基準設計此檢測臺的外廓，通過考慮設計余量來來滿足不同車型的需要，實現(xiàn)滿足絕大多數(shù)車型的檢測要求。 考慮到在檢測過程中可能需要人為的觀察汽車的某一部分，為方便檢測人員或相關人員的操作，在檢測試驗臺的中間設置地溝。為了使工作人員能夠在地溝內(nèi)較為方便的進行相關操作，將地溝的寬度設計為 700mm，參照現(xiàn)有檢測臺的設計尺寸，將地面檢測臺臺面部 分設計為長 2500mm，寬為 500mm，高度待定（需要根據(jù)選擇的電動機高度和偏心輪以及橫梁的安裝來確定），則檢測臺的外部輪廓如圖 32 所示。在此臺架內(nèi)安裝各檢測臺零部件，下面分別對各項進行具體的設計計算。其相應設計要求如下表所示： 表 31 設計參數(shù)列表 項目 參數(shù) 額定承載質量 懸架測試額定載質量 750kg 測量范圍 0~ 激振頻率 25Hz 圖 31 車寬示意圖 吉林大學學士學位設計 10 振幅 6mm 吸收率重復性 ≤177。 2% 吸收率偏置誤差 ≤177。 3% 輪重分辯率 1kg 示值誤差 ≤177。 2% 環(huán)境溫度 0～ 40℃ 相對濕度 ≤ 85% 電源 交流 380V? 10%； 50Hz? 10% 測試寬度（平臺內(nèi)寬 ?外寬） 880mm?2320mm 主機尺寸（長 ?寬） 2500?500 檢測臺外廓設計如下圖所示 圖 32 汽車懸架檢測臺外部輪廓圖 電動機的選擇 確定電動機的類型 在選擇電機的型號時通常需要考慮負載對電機性能的要求，由于懸架特性檢測臺的檢測臺板負載較為平穩(wěn)且需要長期穩(wěn)定工作，從節(jié)能且經(jīng)濟的角度考慮可采用 Y 系列三相交流異步電動機 。 此系列電動機具有 效率高、堵轉轉矩高、隔爆結構先進合理、溫升裕度大、安全可靠、性能優(yōu)良等優(yōu)點。根據(jù)懸架特性檢測臺的 工作要求和條件，決定選用 Y 系列三相交流異步電動機如圖 33 所示 。 第 3 章 檢測臺的設計與計算 11 確定電動機的容量 電動機容量（即額定功率）選擇的合理與否，將對電動機的工作和經(jīng)濟性有著較大的影響。容量小的電動機，不能保證檢測臺的正常工作，電動機過早損壞，縮短檢測臺的使用壽命。容量過大超過工作要求，則會使電機的能力得不到充分的利用，電動機的效率和功率因素都比較低，造成很大的浪 費，且功率大的電動機價格較高，經(jīng)濟性較低。因此在電動機選型時需先確定其所需功率，根據(jù)電動機的容量來初步確定電動機的型號。在選擇電動機的容量時應使其額定功率 edP大于或等于其所需的功率 nP ，即 ned PP ? 。 由于工作機（即檢測臺臺板）是在電動機的驅動下做上下激振的，則其速度方向也就是 在垂直方向上的，根據(jù)所確定的檢測臺的振幅為 6mm，最大激振頻率為 25Hz，則可確定工作機的最大工作速度為： smfAv / 3 ???????? ? 工作機要求的功率 wP kWsmNvFP ww / ??????? ? 其中： wP ：工作機所需的輸入功率， kW； v ：工作機的線速度（此處為檢測臺臺板的最大線速度）， ； F ：工作機所受壓力（檢測臺臺板所受正壓力，即軸載的一半）， 7500N； w? ：工作機的效率（此處取其值為 ）。 電動機的輸出功率計算公式 圖 33 Y系列三相交流異步電動機 吉林大學學士學位設計 12 ?wn PP? 其中： nP ：工作機實際需要的電動機輸出功率， kW； ?：電動機到工作機之間傳動裝置的總效率。 根據(jù)檢測臺所中的傳動零部件的類型可知 c??? ?? 2r ，查閱機械設計手冊可知：滾動軸承的效率 ?? ；聯(lián)軸器的效率 ?? ，則總效率為： 6 0 4 9 22r ?????? c??? 故 kWPP wn ??? ? 因載荷平穩(wěn)，電動機的額定功率 edP 只需略大于 nP 即可，可以考慮采用 Y 系列異步電動機，初步選擇電動機的額定功率 edP 為 3kW。 選擇電動機的轉速 在確定電動機的轉速 的過程中，需要綜合考慮與之相配合的傳動裝置。在本檢測臺中，電動機輸出轉速通過聯(lián)軸器、轉軸直接驅動檢測臺實現(xiàn)其功能，無其他傳動裝置，對電動機轉速亦無特殊要求。 由于本檢測臺的設計目標參數(shù)中要求檢測臺臺板的最大振動頻率不超過25Hz，即對電動機的頻率要求最大值不超過 25Hz 即可，因此電動機的最大轉速為： m in/1 50 0256060 rfn ???? 綜合考慮檢測臺的性能要求，查機械設計手冊 [16]決定選擇同步轉速為1500r/min 的 Y 系 列異步電動機。查表選用型號為 Y100L24 的電動機，其技術數(shù)據(jù)及主要尺寸見下表所示： 表 32 Y100L24型電動機主要技術參數(shù) 項目 參數(shù) 型號 Y100L24 額定功率 edP /kW 3 額定轉速 )min/( 1??rned 1420 同步轉速 )min/( 1??rn 1500 電動機中心高度 H/mm 100 第 3 章 檢測臺的設計與計算 13 外伸軸直徑和長度 )/( mmmmED ?? 6028? 堵轉轉矩 /額定轉矩 最大轉矩 /額定轉矩 變頻調(diào)速器的選擇 隨著控制理論的提出和不斷完善，以及電子控制技術的不斷進步和發(fā)展，使得交流調(diào)速傳動，尤其是性能優(yōu)異的變頻調(diào)速傳動得到飛速發(fā)展。 隨著變頻器的價格不斷降低，而其使用功能與性能卻不斷提高，使得變頻器在生產(chǎn)和生活中得到大量應 用。 且變頻器在節(jié)能、自動化、提高生產(chǎn)率、提高質量、減少維修等多方面具有突出的優(yōu)點，變頻調(diào)速技術成為了我國政府重點推廣的節(jié)能技術之一[14]。 變頻調(diào)速器的工作原理及選擇要求 變頻調(diào)速器是 一種 把工頻電源 (50Hz 或 60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機變速運行的設備 。 a、工作原理 已知 交流電動機 的 同步 轉速 表達式為： p sfn )1(60 ???? 式中 ： n：交流 異步電動機的轉速； f：交流 異步電動機的頻率； s： 電動機轉差率 （ s=(n1n)/n1 式中： n1為同步轉速 , n 為電機轉速 ） ； p： 電動機極對數(shù)。 由上式 可知， 電動機 轉速 n 與 電流 頻率 f 成正比， 變頻調(diào)速 器就是通過改變電源頻率 來 實現(xiàn)電動機 轉速的可控 調(diào)節(jié)的， 使用變頻調(diào)速器來實現(xiàn)檢測臺的檢測頻率可控 是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 b、選擇要求 由于變頻器 [15]的正確選用對于機械設備電控系統(tǒng)的正常運行以及設備能效的正常發(fā)揮至關重要，同時還可以達到節(jié)能的效果 。在選用變頻調(diào)速器時，首先要了解機械設備的類型、負載轉矩特性、調(diào)速范圍、起動轉矩以及使用環(huán)境等技術要求， 然后確定何種控制方式，最后確定變頻器的型號。同時還需要考慮的是經(jīng)濟性問題，在使變頻器滿足機械設備的實際生產(chǎn)工藝要求和使用條件的前提下，選擇性價比最高的變頻器。 吉林大學學士學位設計 14 型號及參數(shù)的確定 根據(jù)變頻器的選擇要求，需要了解檢測臺以及所采用的電動機的性能參數(shù)。根據(jù)設計要求，此試驗臺為實現(xiàn)周期性振動采用的是偏心輪設計（偏心圓的偏心距為 3mm），且檢測臺臺板受恒定載荷的作用，因此偏心輪受恒定縱向載荷的作用。隨著轉軸的 轉動，轉軸所受的力矩也是不斷變化的，因此根據(jù)檢測設備這一特點認為檢測臺所用電動機在一定頻率范圍內(nèi)是定功率的。此外檢測臺轉軸受最大轉矩時應該是偏心輪的橫向偏心距最大時（位置如圖 34 所示），即 mNePT ??????? ? 3m a x 圖 34 偏心輪轉矩最大示意圖 最小轉矩即為力臂為零時，其轉矩亦為零。由此可見隨著轉軸的轉動，轉軸所受轉矩（電動機需提供的轉矩），做周期性的變化，而電動機的輸出功率卻基本保持不變，即在一定頻率范圍內(nèi)為恒定功率。由于電動機已經(jīng)確定為額定功率3kW，根據(jù)功率匹配的原則并且根據(jù)已有變頻調(diào)速器的型號，初選容量為 的變頻器。此外根據(jù)設計要求，此檢測臺的頻率變化范圍為 0~25Hz，變化范圍較小，對其變 化精度要求較高。針對檢測臺的啟動要求，其啟動轉矩較大（在靜載的情況下，偏心輪受到檢測臺臺板正壓力和汽車壓力載荷以及回位彈簧的拉力作用，使偏心輪的圓心在正下方，故啟動轉矩較大）。考慮到所選電動機的額定功率比實際所需功率大，且變頻器的容量也比電動機的額定功率大，則根據(jù)功率要求所選變頻器符合實際應用需求。此外，該檢測臺的設計參數(shù)中提到，該檢測臺的使用環(huán)境為環(huán)境溫度范圍為 0～ 40℃，相對濕度范圍為≤ 85%，根據(jù)此環(huán)境條件可選變頻器（ 艾默生變頻器 ）及相應參數(shù)如下表 表 33 變 頻器技術參數(shù)列表 項 目 參 數(shù) ITEM 1180127 型號 EV10004T0037G 產(chǎn)品系列 EV1000 第 3 章 檢測臺的設計與計算 15 功率 (KW) 傳動零件的設計計算 承重橫梁的設計及校核 承重橫梁處于檢測臺臺板的下方，偏心輪的正上方，其既起到對檢測臺臺板的支承作用，又起到將偏心輪的偏心旋轉運動轉換為檢測臺臺板周期性的上下激振運動。此外，其還通過直線軸承和回位彈簧與整個檢測臺的底座相連以保證運動是在垂直方向上的。正因為承重橫梁尺寸較大，承受載荷較小，線性速度 較小，對其性能無特殊要求，因此僅僅需要選用合適的材料，使其具有較好的耐磨性和抗壓能力，然后對其外部尺寸進行設計即可。 I、承重橫梁的材料選擇 由于優(yōu)質碳素結構鋼 45 鋼 [16]的塑性和韌性較好，具有較高的強度，切削性能良好，調(diào)質處理后具有較好的耐磨性和很好的綜合力學性能，還具有價格低廉等優(yōu)勢。因此，可以初步選定承重橫梁的材料為 45 鋼，其力學性能如表 34 所示 表 34 牌號為 45 的碳素結構鋼力學性能參數(shù) 牌號 統(tǒng)一數(shù)字代號 直徑式樣 d/mm ?MPa/s? ?MPab /? ?）（ %? HBW 45 U20452 25 355 600 16 197 根據(jù)承重橫梁的安裝特點可知，在橫梁上與之直接接觸的是稱重傳感器，稱重傳感器將檢測臺臺板上的正壓力以面接觸的形式傳給承重橫梁，橫梁的下方便是偏心輪，偏心輪 與其接觸的形式是線接觸，因此此橫梁相當于中間部分承受來自偏心輪的縱向線性集中載荷的作用（如圖 35 所示為承重橫梁的受力圖）。 圖 35 承重橫梁的受力分析圖 由于承重橫梁采用的材料為優(yōu)質碳素結構鋼，其為塑性材料，且橫梁上部受到均布壓力載荷的作用，抗壓強度極限無法確定，因此無需對其強度進行校核且可視為符合實際檢測要求。對于橫梁的下部受到的是線性壓力載荷，故僅需對其吉林大學學士學位設計 16 進行硬度校核。采用布氏硬度（ HBW，單位是公斤力 / 2mm ）的方法進行校核。即： hDFAFH B W ???? ? 式中： D：鋼球的直徑 /mm，一般為 10mm； d：壓痕直徑 /mm； F：加載在鋼球的實驗力 /N，一般為 3000kg； h：壓痕深度 /mm。 則在進行試驗時，鋼球的壓痕深度為： mmHB WD Fh 4 8 9 3 0 0 0 ??????? ? 在檢測臺中，由于承重橫梁所受載荷為 750kg（遠遠小于標準實驗值3000kg），偏心輪的直徑亦遠遠大于標準實驗時的鋼球直徑，所以通過估算可知，該