【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，以及需要達(dá)到的轉(zhuǎn)速選擇電機(jī)。這里選用松下伺服電機(jī)。松下伺服電機(jī)具有高性能的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整增益，它可以根據(jù)負(fù)載慣量的變化，與自適應(yīng)濾波器配合，從低剛性到高剛性都可以自動(dòng)地調(diào)整增益，正好適應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)不同車型時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并且還具備一場(chǎng)速度檢測(cè)功能，可以將增益調(diào)整過程中產(chǎn)生的異常速度調(diào)整到正常，通過面板的操作可以在監(jiān)控實(shí)時(shí)調(diào)整情況的同時(shí)，進(jìn)行設(shè)定和確認(rèn)；松下伺服電機(jī)還具有高速高響應(yīng)特性，它 內(nèi)置瞬時(shí)速度觀測(cè)器，可以快速、高分辨率地檢測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速，而且能實(shí)現(xiàn)高速定位；而且松下伺服電機(jī)還具有振動(dòng)抑制控制，是一個(gè)高性能的電機(jī)，如圖 所示，為松下電機(jī)。 圖 松下伺服電機(jī) 松下伺服電機(jī)有多種型號(hào)，分別為超小慣量系列（ MAMA 型）、小慣量系列（ MSMD 型、 MQMA 型、 MSMA 型）、中慣量系列（ MDMA 型、 MGMA 型、 MFMA 7 型）、大慣量系列（ MHMD 型、 MHMA 型），由于轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)矩較高并且轉(zhuǎn)速不大，因此選用 MGMA 型伺服電機(jī)，它是一種低速大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，額定輸出功率為 ，額定轉(zhuǎn)速為 1000r/min，最大轉(zhuǎn)矩為 107Nm，滿足需求。 驅(qū)動(dòng)部分還有一個(gè)離合器，在該設(shè)計(jì)方案中采用了磁粉離合器這一自動(dòng)控制元件．磁粉離合器是以磁粉為工作介質(zhì)，以激磁電流為控制手段，達(dá)到控制制動(dòng)或傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。其輸出轉(zhuǎn)矩與激磁電流呈良好的線性關(guān)系而與轉(zhuǎn)速或滑差無關(guān)，并具有響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。磁粉類器件所傳遞的轉(zhuǎn)矩值與激磁電流大小大致上呈線性關(guān)系。一般而言，在 5％ ～ 95％的額定轉(zhuǎn)矩內(nèi)，激磁電流與轉(zhuǎn)矩成正比例線性關(guān)系。當(dāng)激磁電流保持不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩將會(huì)穩(wěn)定的傳遞，不受滑差的影響。因此，只要控制電流，即能控制轉(zhuǎn)矩 的大小，因此可以將其用于其測(cè)量轉(zhuǎn)矩的實(shí)驗(yàn)中。 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是用來實(shí)現(xiàn)軸與軸之間的連接，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(yán)格對(duì)中的，但在制造、安裝和環(huán)境的影響下，也會(huì)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(yán)格對(duì)中，因?yàn)樗荒苎a(bǔ)償兩軸的相對(duì)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。 a) b) 圖 凸緣聯(lián)軸器 在本設(shè)計(jì)中，實(shí)驗(yàn)臺(tái)要傳遞比較大的扭矩，因此應(yīng)該選用剛性聯(lián)軸器，因?yàn)閯傂月?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，如圖 所示為凸緣聯(lián)軸器。由于凸緣聯(lián)軸器屬于固定式剛性聯(lián)軸器，對(duì)所連接兩軸間的位移缺乏補(bǔ)償能力，故對(duì)兩軸對(duì)中性的要求很高。但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 8 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(gè)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(gè)半聯(lián)軸器聯(lián)成一體，以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。螺栓可以用半精制的普通螺栓（圖 ），亦可以用 鉸制孔用螺栓（圖 ）。采用普通螺栓連接時(shí)，聯(lián)軸器用一個(gè)半聯(lián)軸器上的凸肩與另一個(gè)半聯(lián)軸器上的凹槽相配合而對(duì)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(shí)，靠鉸制孔用螺栓來實(shí)現(xiàn)兩軸對(duì)中，靠螺栓桿承受剪切及螺栓桿與孔壁承受擠壓來傳遞。本設(shè)計(jì)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(zhǔn)件，因此在選擇時(shí)，可以根據(jù)連接軸的尺寸選擇相應(yīng)的型號(hào)，聯(lián)軸器具體的尺寸就可以確定了。 軸承的選擇 軸承載荷的計(jì)算 一般家用汽車的重量是 1~4t，在軸承載荷計(jì)算時(shí)，滾筒上軸承所承 擔(dān)的載荷根據(jù)汽車的重量來計(jì)算。 由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(gè)簡(jiǎn)支梁，每個(gè)滾筒上都支撐一個(gè)車輪，因此每個(gè)軸承要支撐 1/4 汽車的重量，如圖 所示。 1 / 4 mFrFr 圖 軸承支撐簡(jiǎn)圖 因此可以計(jì)算出軸承的支撐力是 1/8 汽車的重量，汽車最大是 4t，則軸承所受到的支撐力最大為 （ 500kg），都是徑向力，所以軸承所受的當(dāng)量靜載荷為 0rPF?，查得有關(guān)資料，軸承當(dāng)量動(dòng)載荷與當(dāng)量靜載荷的就算公式如式 (21)所示： raP XF YF?? (21) 式中 rF、 a—— 軸承的徑向載荷和軸向載荷； X、 Y —— 動(dòng)載荷徑向系數(shù)和動(dòng)載荷軸向系數(shù)。 查表可得 =1，因此當(dāng)量動(dòng)載荷 rPF?， rF=500?=。 9 軸承型號(hào)的選擇 由于只受到徑向載荷，選用深溝球軸承就可以達(dá)到支撐的要求，軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)計(jì)算出的軸承的載荷，查相關(guān)手冊(cè)，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(dá)到支撐的能力，軸承各部分尺寸，如圖 所示，都可以查表得到。 圖 深溝球軸承 本章小結(jié) 本章主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái) 工作的需求及載荷的大小，分析計(jì)算了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率及型號(hào)；再根據(jù)聯(lián)軸器的性能以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作情況，選擇了合適的聯(lián)軸器的類型；最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的載荷情況，計(jì)算出軸承的承載能力，選擇了軸承的類型以及滾筒軸軸承的型號(hào)。 10 第 3 章 滾筒設(shè)計(jì) 概述 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)制動(dòng)性能的測(cè)量結(jié)果有著重要的關(guān)系，只有合理選用慣性實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)，才能提高實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。滾筒是實(shí)驗(yàn)臺(tái)中直接與車輪相接觸的部件，因此滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性十分重要。滾筒的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)汽車車輪的尺寸以及汽車的重量，設(shè)計(jì)合理 的滾筒尺寸和形式，使得實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作更加的穩(wěn)定。 由于滾筒要帶動(dòng)汽車輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)，因此滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證輪胎可以隨著滾筒一同轉(zhuǎn)動(dòng)，一般選擇在滾筒上粘砂或者刻槽的方式來增加滾筒與輪胎的摩擦系數(shù)，使得滾筒和輪胎有著更好的同步性。 滾筒結(jié)構(gòu)分析 滾筒結(jié)構(gòu)的正確選擇直接影響著實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作效率和性能，因此滾筒機(jī)構(gòu)分析至關(guān)重要。為了減小滾筒的重量及轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量只采用兩個(gè)圓板支撐。具體結(jié)構(gòu)形式如圖 所示。 圖 滾筒結(jié)構(gòu)圖 汽車在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試時(shí)，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(dòng)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(shí)驗(yàn)臺(tái)上較真實(shí)的再現(xiàn)汽車在路面上的制動(dòng)狀況。但 φ 的提高受到滾筒表層結(jié)構(gòu)和材料的限制。目前采用較多的是表面帶有溝槽的鋼制滾筒，其表面 11 附著系數(shù)在 之間，結(jié)構(gòu)如圖 所示。 滾筒尺寸的選擇 實(shí)驗(yàn)臺(tái)中滾筒的中心距一般是不可調(diào)試的。因此減小滾筒直徑，可使車輪在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的安置角增大，增加實(shí)驗(yàn)臺(tái)的穩(wěn)定性，提高車輪與滾筒間的附著力，節(jié)省驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率。但滾筒直徑也不能太小， 否則車輪的滾動(dòng)損耗將明顯增加，一般低速實(shí)驗(yàn)臺(tái)時(shí)，選取較小的滾筒直徑，一般為 100200mm，但是本實(shí)驗(yàn)臺(tái)要達(dá)到 10km/h 以上的速度，因此選用的滾筒直徑為 300mm，車輪的寬度一般為 200300mm，因此滾筒的長(zhǎng)度選擇為 500mm。 要對(duì)滾筒的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先要對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制動(dòng)過程有深入的了解，才能分析車輪與滾筒的受力情況，根據(jù)受力情況設(shè)計(jì)合理的滾筒尺寸。檢測(cè)制動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：（ 1）未制動(dòng)時(shí)，車輪被滾筒驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，儀表顯示的是該輪阻滯力，阻滯力應(yīng)不大于該軸荷的 8%。（ 2）完全制動(dòng)（制動(dòng)踏板踏到底 ）時(shí)，被檢車輛隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，若指示裝置顯示的制動(dòng)力很小，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，制動(dòng)性能不好，則 ABS 系統(tǒng)不合格，汽車也不合格。（ 3）完全制動(dòng)時(shí)，被檢車輪在滾筒上略有轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)出來的滑移率達(dá)到要求。（ 4）完全制動(dòng)時(shí)，被檢車輪開始脫離前滾筒，后移至主動(dòng)滾筒一側(cè)，車輪在滾筒上打滑，這時(shí)是最大制動(dòng)力，如果繼續(xù)下去，整車出現(xiàn)后移爬輪現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)將無法進(jìn)行，嚴(yán)重影響了汽車的檢測(cè)情況。因此在滾筒設(shè)計(jì)是，根據(jù)制動(dòng)力最大的情況設(shè)計(jì)滾筒，以免出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行的情況。 車輪在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試時(shí)的受力情況如圖 32 所示，分析時(shí)忽略了非測(cè)試車輪約 束反力的影響，并假設(shè)測(cè)試車輪為剛性。車輪制動(dòng)時(shí)，車輪受到制動(dòng)器制動(dòng)力矩 MT 的作用（ G 為車輪所受的載荷， 1N、 2為前后滾筒對(duì)車輪的法向反力）產(chǎn)生車輪與滾筒間的摩擦力即制動(dòng)力 1xF和 2x。若車輪在兩滾筒上的安置角過小，車輪將離開前滾筒沿后滾筒移動(dòng)，即出現(xiàn)抱死狀態(tài)。隨著制動(dòng)力矩 Mt 的增加， 1xF和 2x增大，測(cè)試車輪的最大制動(dòng)力應(yīng)出現(xiàn)在抱死狀態(tài)，即車輪剛離開前滾筒（ 1N=0）而未沿后滾筒滑移的時(shí)刻，這是上述所說的第四種情況，也是制動(dòng)力最大的情況，此時(shí)有式 ()所示的等式。 12 圖 車輪受力圖 2 m a x2 m a x 220 c os sin 0sin c osxxX F NY G NF G????? ? ? ????? ? ? ?????， (31) 由式 (31)可以解得： 2max2 tanxFN ?? (32) 而車輪與滾筒的最大制動(dòng)力與滾筒對(duì)車輪的法向反力之比 2max 2/xFN等于車輪與滾筒間的附著系數(shù) φ，故 φ= tan?。因?yàn)橐话愀街禂?shù)在 之間為最佳，因此最佳安置角在 ~ ，即最佳安置角為 31176。~176。之間。 由于 sin / (2( ))L R r? ??，因此確定了滾筒直徑之后，可以根據(jù)最佳安置角的大小選擇滾筒間的間距，這里選用滾筒間距 =500mm，取車輪半徑 R=300mm，滾筒半徑r=150mm，因此可以計(jì)算出安置角 ?為 176。，在最佳安置角范圍內(nèi)，該設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸最為合理，保證實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠正常安全的運(yùn)行。 13