【文章內(nèi)容簡介】 次設(shè)計通過先計算所需的冷卻負荷，得到總的制冷所需功率，通過這個數(shù)值比較分析，選擇最為恰當(dāng)?shù)闹评湓O(shè)備及附屬配件，保證其功能，同時節(jié)約能源，杜絕浪費，減少資金的支出。第4章 整車低溫測試裝置的設(shè)計根據(jù)現(xiàn)有的汽車性能檢測方式方法，通常室內(nèi)測試一般采用底盤測功機。本設(shè)計是依托在試驗室低溫條件下，使要進行的測試技術(shù)滿足低溫及測試要求改造，包括主要儀器設(shè)備低溫使用能力及臺架功能實現(xiàn)，總體達到臺架可以對整車低溫運行等功能進行測試及分析。 整車測試臺架的概述進行室內(nèi)整車測試通常采用底盤測功機，它通過在室內(nèi)臺架上模擬汽車在道路上行駛工況的方法來檢測汽車的動力性和其他性能。由于低溫實驗室空間小，房間高度較低，同時為了保證房間散熱較小，不能將選擇尺寸較大的底盤測功機，故本次設(shè)計是設(shè)計雙轉(zhuǎn)股的轉(zhuǎn)鼓試驗臺。同時將整個設(shè)備半置于地面至上，盡量減少破壞實驗室底下保溫結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)鼓試驗臺不及底盤測功機的功能全面，而且，低溫試驗中不需要進行底盤輸出功率的測量，故其僅需要滿足汽車道路運行工況模擬。滾筒測試臺基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。 滾筒測試臺結(jié)構(gòu)簡圖 汽車道路運行工況模擬汽車在道路上行駛過程中存在著滾動阻力、坡度阻力、空氣阻力和加速阻力等行駛阻力，要求在轉(zhuǎn)鼓試驗臺上模擬汽車在道路運行狀況，應(yīng)解決汽車行駛阻力的模擬問題，這樣才能用臺試檢測代替道路試驗測試汽車運行狀況的動態(tài)性能。為此，轉(zhuǎn)鼓試驗臺設(shè)置了滾筒裝置、功率吸收裝置和慣量模擬裝置用于道路運行工況的模擬[10]。滾筒裝置用來進行路面模擬，即以滾筒的表面取代路面，滾筒的表面相對于汽車作旋轉(zhuǎn)運動。滾筒裝置是測功機的基本組成件，其結(jié)構(gòu)和性能將直接影響測功機的測試精度。檢測時，被檢汽車驅(qū)動輪支撐在滾筒上，驅(qū)動輪帶動滾筒轉(zhuǎn)動，滾筒相當(dāng)于活動的路面，模擬汽車在路面間的相對運動。[11]功率吸收裝置用于模擬汽車在道路上穩(wěn)定工況（如等速運行）下所受的空氣阻力、非驅(qū)動輪的滾動阻力及坡度阻力等。與滾筒串接的功率吸收裝置（如電渦流測功機）用其定子對轉(zhuǎn)子施加制動作用，進行加載以增加滾筒轉(zhuǎn)動的阻力。汽車的運行阻力可根據(jù)監(jiān)測的需要進行調(diào)節(jié)和控制。汽車等速運轉(zhuǎn)時，驅(qū)動輪輸出的動力與滾筒系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動阻力平衡。慣量模擬裝置用于模擬汽車在道路上非穩(wěn)定工況（如加速、減速運行）下的加速阻力，它有機械模擬和電量模擬兩種型式。利用與滾筒串接的慣性飛輪的轉(zhuǎn)動慣量來模擬汽車平動和轉(zhuǎn)動慣量，采用電磁離合器切換飛輪的組合，在允許的誤差范圍內(nèi)滿足汽車的慣量模擬。 底盤輸出功率的測量電渦流測功機的定子對轉(zhuǎn)子進行加載的同時，也受到大小相等、方向相反的力矩作用，此反力矩使定子繞其軸擺動并經(jīng)一定長度的桿臂傳給測力傳感器。功率吸收裝置所吸收的功率、力矩和轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系： kW ()式中，P——功率吸收裝置所吸收的功率（kW） F——測得作用于定子上的反力（N） v——汽車車速（km/h） M——功率吸收裝置吸收的力矩（N*m） n——滾筒轉(zhuǎn)速（r/min）在左右擋輪、縱向約束裝置等安全措施保障下，控制系統(tǒng)按照檢測的需要，根據(jù)側(cè)力和測速傳感器反饋的信息，向功率吸收裝置發(fā)出增減滾筒系統(tǒng)轉(zhuǎn)動阻力的指令（即增減汽車的行駛阻力），以調(diào)節(jié)和控制汽車驅(qū)動輪輸出的功率，進而實現(xiàn)運行工況的模擬，以實現(xiàn)對汽車驅(qū)動輪輸出功率的檢測。 滾筒裝置的選擇 滾筒結(jié)構(gòu)概述滾筒結(jié)構(gòu)的正確選擇直接影響著實驗臺的工作效率和性能，因此滾筒機構(gòu)分析至關(guān)重要。為了減小滾筒的重量及轉(zhuǎn)動慣量，選擇采用薄壁筒形結(jié)構(gòu)，采用圓板支撐，為減少滾筒的轉(zhuǎn)動慣量只采用兩個圓板支撐。汽車在實驗臺上測試時，車輪與滾筒的接觸面積小于車輪與地面的接觸面積，且比壓增大，因其滾動阻力增加，附著系數(shù)φ值下降。因此只有提高車輪與滾筒見得附著系數(shù)，才能在滾筒實驗臺上較真實的再現(xiàn)汽車在路面上的制動狀況。但φ的提高受到滾筒表層結(jié)構(gòu)和材料的限制[12]。目前采用較多的是表面帶有溝槽的鋼制滾筒。 轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)圖 滾筒直徑的確定滾筒決定了車輪與滾筒的接觸狀況，滾筒直徑大時，滾筒的曲率半徑大，車輪在滾筒上運轉(zhuǎn)接近在道路上行駛的狀況，滑轉(zhuǎn)率小，滾動阻力小，測試精確度高；滾筒直徑小時，滾筒曲率就增大，車輪與滾筒的接觸面積變小，滑轉(zhuǎn)率變大，輪胎變形和滑移以及車輪滾動的遲滯損失增大，車輪滾動阻力增大。但是，滾筒直徑過大，將使?jié)L筒加工難度加大，此外，在線速度相同的情況下，滾筒轉(zhuǎn)速將隨直徑變大而減小，這就增加了轉(zhuǎn)鼓試驗臺匹配電渦流測功機的難度。 受力分析圖車輪受力情況參考下列公式： （）由式(41)可以解得： ()而車輪與滾筒的最大制動力與滾筒對車輪的法向反力之比等于車輪與滾筒間的附著系數(shù)φ，故φ=。，因此最佳安置角在~，即最佳安置角為31176。~176。之間。根據(jù)GB/T 182762000 要求轉(zhuǎn)鼓試驗臺需滿足滾筒直徑：290~380 mm，本設(shè)計中，初選滾筒直徑為 300 mm。 滾筒中心距主、副滾筒中心距依據(jù)滾筒直徑選取，兩者關(guān)系為：A=（620+d）176。 ()式中，A——主、副滾筒中心距（mm） d——滾筒直徑（mm）帶入得：A= mm，圓整取A=500 mm 主要部件的選擇 電機的選擇這里設(shè)汽車的速度是60km/h，由于汽車車輪的線速度與滾筒的線速度相同，則實驗臺運轉(zhuǎn)工作時，滾筒的線速度為60km/h。這里設(shè)滾筒的直徑為300mm，則滾筒的轉(zhuǎn)速根據(jù)可以計算出，由于實驗臺的工作轉(zhuǎn)矩比較大，設(shè)轉(zhuǎn)矩為40Nm，電機的選擇要根據(jù)以上數(shù)據(jù)選擇。因此選用MGMA型伺服電機，它是一種低速大轉(zhuǎn)矩的電機，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，最大轉(zhuǎn)矩為107Nm，滿足需求。 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是用來實現(xiàn)軸與軸之間的連接，進行運動和動力的傳遞的。用聯(lián)軸器連接的兩軸軸線在理論上應(yīng)該是嚴格對中的，但在制造、安裝和環(huán)境的影響下，也會有一定的誤差。聯(lián)軸器的類型有很多，可以劃分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類，剛性聯(lián)軸器要求被連接兩軸軸線嚴格對中，因為它不能補償兩軸的相對位移，常用類型有：套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器。[13]在本設(shè)計中，實驗臺要傳遞比較大的扭矩，因此應(yīng)該選用剛性聯(lián)軸器，因為剛性聯(lián)軸器的剛度比較好，能夠傳遞比較大的扭矩。常用的聯(lián)軸器主要有三種，這里選用了凸緣聯(lián)軸器。由于凸緣聯(lián)軸器屬于固定式剛性聯(lián)軸器，對所連接兩軸間的位移缺乏補償能力，故對兩軸對中性的要求很高。但由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、傳遞轉(zhuǎn)矩大，因此在固定式剛性聯(lián)軸器中應(yīng)用最廣。凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵分別與兩軸連接，然后用螺栓把兩個半聯(lián)軸器聯(lián)成一體，以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。螺栓可以用半精制的普通螺栓，亦可以用鉸制孔用螺栓。采用普通螺栓連接時，聯(lián)軸器用一個半聯(lián)軸器上的凸肩與另一個半聯(lián)軸器上的凹槽相配合而對中，轉(zhuǎn)矩靠半聯(lián)軸器結(jié)合面間的摩擦力矩來傳遞。采用鉸制孔用螺栓連接時，靠鉸制孔用螺栓來實現(xiàn)兩軸對中，靠螺栓桿承受剪切及螺栓桿與孔壁承受擠壓來傳遞[14]。本設(shè)計中主要采用第一種形式的凸緣聯(lián)軸器。由于凸緣聯(lián)軸器也是標(biāo)準件，因此在選擇時，可以根據(jù)連接軸的尺寸選擇相應(yīng)的型號，聯(lián)軸器具體的尺寸就可以確定了。 軸承的選擇一般乘用車的重量是1~4t，在軸承載荷計算時，滾筒上軸承所承擔(dān)的載荷根據(jù)汽車的重量來計算。由于實驗臺主要承受的是汽車的重力，因此軸承主要承受徑向載荷，軸承的支撐相當(dāng)一個簡支梁，每個滾筒上都支撐一個車輪，因此每個軸承要支撐1/4汽車的重量。 軸承支撐簡圖因此可以計算出軸承的支撐力是1/8汽車的重量，汽車最大是4t，（500kg），都是徑向力，所以軸承所受的當(dāng)量靜載荷為，查得有關(guān)資料，軸承當(dāng)量動載荷與當(dāng)量靜載荷的就算公式如式(45)所示： ()式中 、——軸承的徑向載荷和軸向載荷； 、 ——動載荷徑向系數(shù)和動載荷軸向系數(shù)。查表可得=1，因此當(dāng)量動載荷。由于只受到徑向載荷，選用深溝球軸承就可以達到支撐的要求，軸承是標(biāo)準件，根據(jù)計算出的軸承的載荷，查相關(guān)手冊，選用適當(dāng)?shù)妮S承。滾筒軸選用軸承6308，它的額定載荷為24kN，足夠達到支撐的能力，軸承各部分尺寸。 功率吸收裝置的選擇用轉(zhuǎn)鼓試驗臺檢測汽車性能和汽車的技術(shù)狀況，就必須能模擬汽車在道路上行駛時所受的各種阻力。汽車在道路上行駛的外部阻力不同于在測功機上運轉(zhuǎn)的阻力。在測功機上運轉(zhuǎn)只有驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，所引起的外部阻力較在道路上行駛時少。這些外部阻力，例如行駛時的空氣阻力、爬坡阻力及從動輪的滾動阻力，需用功率吸收裝置來模擬，以使汽車受力狀況和道路行駛時相同。功率吸收裝置的類型有水力式、電力式和電渦流式等。由于水力式功率吸收裝置的可控性膠電渦流式差，電力式的成本較高，因而，雙滾筒式轉(zhuǎn)鼓試驗臺的功率吸收裝置普遍采用電渦流式測功機。它具有測試范圍廣、成本低、尺寸小、耗電少和以實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。 滾筒軸的校核整個實驗臺主要是由2對滾筒支撐著汽車的2個前車輪，因此在滾筒設(shè)計完成后要對滾筒軸進行強度的校核。兩個滾筒要支撐一個車輪，平均一個滾筒要承受1/8汽車的重量，根據(jù)滾筒的結(jié)構(gòu)可以得到滾筒周受到的彎矩情況。 滾筒軸彎矩圖 滾筒軸的結(jié)構(gòu)圖根據(jù)彎矩圖可以得到滾筒周受到的最大彎矩，最大彎矩表達式如下所示： ()式中 G——汽車重量，為受檢汽車的質(zhì)量，N；——滾筒支撐點到軸承的距離，m。其中=，由于汽車質(zhì)量是1~4t，因此計算是按照最大值計算，即m=4t，則根據(jù)式(46)。可以根據(jù)彎矩值計算出滾筒軸的彎曲應(yīng)力，其計算表達式如下所示： ()式中 M——滾筒軸彎矩，Nm；W——截面彎曲慣量，其中d為軸截面的直徑，d=50mm；根據(jù)式(47)計算可以得到滾筒軸彎曲應(yīng)力=。由于滾筒旋轉(zhuǎn)時，還要受到扭矩，因此滾筒軸還要受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，對