反力滚筒式制动试验台设计毕业设计.doc

反力滚筒式制动试验台设计院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 汽车服务工程10-1班 学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授 二一四年四月目录第1章 绪论1.1汽车制动性能检测设备的发展现状1.2 本设计的目的和意义1.3 设计方案的选定1.4 本设计的主要内容和技术路线 1.4.1 设计的主要内容 1.4.2 设计的技术路线第二章 制动试验台的结构设计2.1 主要参数的设计 2.1.1 滚筒直径的选择 2.1.2 滚筒长度的选择 2.1.3 滚筒转速的选择 2.1.4 车轮与滚筒间附着系数的选择 2.1.5 最佳安置角的选择 2.1.6 滚筒中心距的确定2.2 链轮的设计2.3 电机的选择2.4 减速器、联轴器选取 2.4.1 减速器的选取 2.4.2 联轴器的选择2.5 机架的设计 2.5.1 机架的设计 2.5.2 机架和地面的安装形式2.6 举升器的设计 2.6.1 举升机各部分尺寸 2.6.2 升降机机械结构形式和运动机理第3章 其他部件的选取3.1 传感器的选取 3.1.1 转速传感器的选择 3.1.2 压力传感器的选择3.2 制动装置的选择第1章 绪论1.1汽车制动性能检测设备的发展现状随着我国汽车工业的飞速发展以及高速公路、高等级公路的大规模建设，车辆密集化和车辆高速化对车辆的制动系统提出了更高要求。对车辆安全性能的研究揭示，在道路交通事故中大约有10%的事故是由于车辆在制动一瞬间偏离原定轨道或甩尾产生的，因而探讨各种高性能制动系统和完善制动性能是促进汽车工业发展的重要措施之一。汽车制动防抱死系统ABS（Anti-lock Braking System），简称ABS。就是为适应这一要求迅速发展起来的。ABS是在车辆制动过程中防止车轮抱死造成轮胎在地面上打滑的一种机电一体化控制装置。ABS可以明显提高制动过程中的操纵稳定性并同时缩短制动距离，大大提高了行驶安全性，是一种主动安全性技术。制动性能是汽车在行驶中能人为地强制降低行驶速度并根据需要停车的能力，是汽车的重要性能之一，制动性能的优良与否直接关系到汽车行车的安全性。资料表明，因制动不良而导致的道路交通事故占事故总数的l/3。汽车的制动性不仅取决于制动系的性能，还与汽车的行驶性能、轮胎的机械特性、道路的附着条件以及与制动操作有关的人体工程特性有密切关系。因此，汽车的制动性能的检测为其制动性能试验研究和生产检测提供了条件，为改进驱动桥总成制造装配工艺、提高制动性能提供了指导。随着电子技术及机械加工工业的发展，在传统检测方法的基础上，逐步发展成现代汽车诊断与检测技术。汽车检测通常指使用现代检测技术和设备，结合计算机、自动控制等高新技术来检测汽车技术状况，它是以工程数学、故障物理、可靠性理论、电子学和电子技术、信息控制理论等为基础的一门综合性应用科学。汽车检测对于保证交通安全，加强环境保护，提高运输能力和降低成本都具有重要意义。因此选择汽车性能检测作为研究课题是很有现实意义的。车辆的制动性能是车辆综合性能检测中重要的检测项目，制动性能的好坏直接影响到行车安全和运输效率，做好车辆的制动性能检测尤其重要。我国在汽车制动性能测试设备经历了从无到有，从小到大；从引进技术、引进设备，到自主研究开发推广应用；从单一性能检测到综合性能检测，取得了很大的进步。与此同时，相应的法律法规建设也逐步完善，出台了有关的车辆检测国家标准和行业标准。国内汽车制动性能测试设备根据汽车制动性能检测方法分为两大类:路试法和台试法。台试法：室内模拟试验台。室内模拟试验台是最早投入实际应用的汽车性能测试设备之一，历史悠久，技术上比较完善，实际使用效果和国外先进试验台相比差距不大，现在基本上都可以取代国外进口设备，这方面的代表有山东威达、深圳大雷公司等。如今汽车制动性能试验台国内已自给有余，而且产品类型多样。我们虽然取得了很大的进步，但与世界先进水平相比，还有一定的距离。台试法的主要优点是能迅速、准确地检测制动性能，不受气候条件限制，试验重复性较好，能定量地指示各轮的制动力或制动距离，有利于分析前后轴制动力的分配及每轴制动力的平衡状态，制动协调时间等参数，给故障诊断提供可靠的依据。所以台架试验检测已成为汽车诊断与检测最常用的方法。制动试验台按不同的分类方法，可以分出不同的类型。常见的分类方法有：按试验台测量原理不同，可以分为反力式和惯性式两类；按试验台支撑车轮形式不同，可分为滚筒式和平板式两类；按试验台检测参数不同，可分为测制动力式、测制动距离式和测多功能综合式三类；按试验台测量装置至只是装置传递信号方式不同，可分为机械式、液压式和电气式三类；按试验台同时能测车轴数不同，又可分为单轴式、双轴式和多轴式三类。目前国内大量使用的是滚筒反力式汽车制动检验台，最近几年平板式汽车制动试验台也陆续在小车线上被采用。与滚筒反力式汽车制动试验台不同。平板式制动检验台是一种动态检测仪，能同时对汽车的四个车轮作动态测试，特别适用于现代轿车的检测。测试时，车辆是以一定的速度驶上平板，实施制动，然后通过传感器的测量机构测取各轮的制动力和轮重。由于车辆在平台上的测试过程是在动态下进行的，故能比较实际地反映出车辆的制动性能。此外，平板式制动台也可用于检测摩托车的制动性能。汽车平板式制动检验台虽然解决了滚筒式制动台存在“运动状态不一致（即未考虑由于车辆制动而引起的动态轴重变化）、滚筒对轮胎包角影响测力的大小、不能同时对前后桥进行测试”等缺陷，但是由于其对检测站而言，仍存在对车辆类型的测试范围小（适应性小）、制动初速度不易控制、工位布置空间大、对轴距变化大、多轴汽车的检测不方便等原因，因此，滚筒反力式汽车制动检验台在国内仍是发展的方向。特别是单轴反力滚筒式制动试验台应用最为普遍，国内外汽车检测站所用制动检测设备多为这种形式。例如，前苏联在20世纪90年代有90%的制动检测设备为反力滚筒式制动试验台；在日本，反力滚筒式制动试验台是被运输大臣批准的制动检测设备；我国目前生产和使用的制动试验台也绝大多数为反力滚筒式制动试验台。1.2 本设计的目的和意义汽车是一个复杂的系统，在运行当中，各个总成之间都在运动，随着时间的推移，各系统的技术状况都会发生变化，其技术状况将不断恶化，造成汽车的各种性能的下降，从而使其发生故障的机会逐渐增加，造成交通安全隐患的大量聚合。随着道路质量的提高和高等级公路及高速公路的飞速发展，汽车行驶速度愈来愈快，因此对汽车各种性能及检测标准的要求愈来愈严格，这也是我此次设计反力滚筒制动试验台的目的所在。设计制动试验台意义主要是通过对反力滚筒制动试验台的工作原理、使用方法、结构组成等的研究，设计出相应的反力滚筒制动试验台，并应尽量减小测量的系统误差。反力式滚筒制动试验台是汽车制动性能检测应用较为广泛的检测设备，通过对滚筒制动试验台的结构参数、测试控制单元等几方面的分析，找出影响制动试验台检测结果的因素。还有从反力滚筒制动试验台的设计中，掌握汽车制动性能检测的方法，锻炼自己对所学知识进行综合运用及良好的调研分析、工程设计、计算机绘图的能力。1.3 设计方案的选定制动试验台常见的分类方法有：按测试原理不同，可分为反力式和惯性式两类；按试验台支承车轮形式不同，可分为滚筒式和平板式两类；按检测参数不同，可分为测制动力式、测制动距离式和综合式三种；按试验台的测量、指示装置传递信号方式不同，可分为机械式、液力式和电气式三类；按试验台同时能测车轴数不同，可分为单轴式、双轴式和多轴式三类。目前应用较为广泛的是滚筒反力式汽车制动试验台，其测试条件固定、重复性好、结构简单、操作安全性能好，是我国各类检测站检测汽车制动性能的主要设备。滚筒反力式制动试验台主要由驱动装置、滚筒装置、测量装置、举升装置和指示与控制装置等组成。1.驱动装置由电动机、减速器和链传动机构组成。电动机经过减速器内的二对圆柱齿轮的两级传动后驱动主动滚筒，主动滚筒又通过链传动机构带动从动滚筒旋转。减速器壳体为浮动连接，两端通过轴承定位。本设计所采用的是二级齿轮减速，根据设计的方案，要求变速箱壳体浮动，用于检测制动力，电动机固定，保障其稳定工作，从而要求变速箱的输入轴与输出轴同轴。2.滚筒装置滚筒组相当于一个活动的路面，来承载被检的车辆，承受和传递制动力。车轮制动力测试单元由一对直径相同的主、从动滚筒组成。每个滚筒的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒轴线平行。3.测量装置制动力测量装置主要由测力杠杆和测力传感器组成。测力杠杆一端与传感器连接，另一端与减速器壳体连接。测力杠杆固定在减速器壳体上，被测车轮制动时，当浮动的减速器壳体移动时，测力杠杆与减速器壳体将一起绕变速箱输出与输入的轴线摆动，测力杠杆的前端此时也随之移动。安装在测力杠杆前端的传感器，能把测力杠杆的移动或力变成反映制动力大小的电信号，送入指示与控制装置中去。传感器有自整角电机式、电位计式、差动变压器式或电阻应变片式等多种类型。4.举升装置该装置由举升器、举升平板和控制开关等组成。举升器有液压式、气压式和电动式等多种形式。举升装置的功用是便于汽车平稳的出入制动实验台。5.指示与控制装置试验台的指示与控制装置主要由单片机、放大器、A/D转换器、数字显示装置等组成。从测力传感器送来的电信号经传输调理，放大滤波后，送往A/D转换器转换成数字量，经单片机采集、存储和处理后，检测结果由数码管显示。经过调研以及资料收集，设计制动试验台为反力滚筒式，能够实现对大中小型汽车进行制动力检测，试验台长3.2m、宽1.5m左右，滚筒直径250mm左右，至少能够承受8000kg的载荷。考虑反力滚筒式制动试验台的这些参数，通过GB/T 13564-2005滚筒反力式汽车制动试验台参考，额定承载质量标准可为3 t、10 t、13 t，测试速度2.2km/h，滚筒直径240mm，主、从动滚筒高度差030mm3。对于本设计来说，选定参数：额定承载质量10t，测试速度为2.2km/h，滚筒直径为245mm，滚筒长度取决于受检车辆的结构参数及试验台的通用性，因为汽车的轮距大致在12001800mm之间，故滚筒长度通常取7001000mm，从减少试验台体积考虑，考虑轮距对滚筒的影响，最后选取滚筒长度为850mm。滚筒与汽车轮胎间的附着系数将直接影响制动试验台所能测得的制动力大小，为了增大滚筒与轮胎间的附着系数，滚筒表面都进行了相应加工与处理。目前常见的滚筒表面大致有两种：（1）表面有轴向槽的齿式滚筒；（2）表面涂复粘接剂和砂轮砂的粘砂式滚筒。这两种滚筒各有优缺点，如表1.1所示。表1.1 滚筒表面材料比较齿槽式粘砂式附着系数干态0.60.80.850.9湿态0.50.7附着系数在一周期内的变化周期性跳跃变化基本没变化环境适应性易清除粘附污物不易清除制造工艺性较简单较复杂使用寿命较长中等（可修复）考虑使用环境、使用条件和实验实验精度，本试验台选用表面有粘砂式滚筒。1.4 本设计的主要内容和技术路线1.4.1 设计的主要内容本课题的任务是设计一个滚筒反力式制动试验台，主要对其机械部分进行结构设计，其主要内容有：（1）研究反力滚筒制动试验台的组成、结构并设计；（2）机械装置的结构设计；（3）驱动装置的选择；（4）测量与指示装置原理分析；（5）对反力滚筒制动试验台结构参数进行优化设计。1.4.2 设计的技术路线由设计的主要内容并对其进行研究分析，可得出制动试验台的基本技术路线，技术路线如图1.2所示。调研、查找资料拟定设计方案并进行可操作性分析 反力滚筒式制动试验台总体计算设计滚筒装置指示与控制装置举升装置测量装置驱动装置反力滚筒式制动试验台整体性能分析绘制整体装配图、零件图及设计说明书 图1.2 技术路线第2章 制动试验台的结构设计2.1 主要参数的设计2.1.1 滚筒直径的选择目前制动试验台多采用滚筒中心距不可调式。因此，减小滚筒直径，可使车轮在试验台上的安置角增大，增加试验台的稳定性，提高车轮与滚筒间的附着力，节省驱动电机功率。但滚筒直径不能过小，否则车轮的滚动损耗将明显增加。考虑到试验车速低，一般小于22.5km/h，根据国家标准，测试速度2.2km/h此时滚动阻力不是主要因素，故通常选取较小的滚筒直径。根据国家标准，滚筒直径240mm，本制动试验台选取滚筒直径为245mm。2.1.2 滚筒长度的选择滚筒长度取决于受检车辆的结构参数及试验台的通用性，由表2.1受检车辆参数表知汽车的轮距大致在12001800mm之间，故滚筒长度通常取7001000mm，从减少试验台体积考虑，考虑轮距对滚筒的影响以及车轮的宽度，最后选取滚筒长度为850mm。表2.1 受检车辆参数表车辆类型车辆型号轮距（mm）整备质量（kg）微型车长安S4601425/14351140哈飞骏意142514351095哈飞路尊小霸王143014251235小型车奇瑞QQ614201420990广本歌诗图165016501755起亚K516011515大中型车雷克萨斯153515401910奔驰E级优雅型158015991845捷豹XF风华版155916051690豪华车型宝马7系161116502055幻影双门轿跑车168716712590迈巴赫齐柏林167516952855SUV型本田CR-V156515651634奥迪Q5161716131900东风裕隆大7智尊型161016401960跑车奥迪A5159015771750宝马6系1600165721502.1.3 滚筒转速的选择滚筒转速决定测试车轮转速的高低，为使汽车测试时的条件最大限度地与使用条件一致，必须保证滚筒的线速度不致过低，否则，将使测试结果失真。但随着测试车速的提高，试验台的驱动功率也随之增加，因此还要考虑使用经济性。所以选择试验台滚筒的线速度为2.2km/h，也就是模拟汽车以2.2km/h的速度向前行驶。根据转换公式v=Ln得，滚筒的转速为47.7r/min。2.1.4 车轮与滚筒间附着系数的选择车辆在试验台上测试时，车轮与滚筒的接触面积小于车轮与地面的接面积，且比压增大。引起滚动阻力增加，值下降。因此只有提高车轮与滚筒间的附着系数，才能在滚筒式制动试验台上较真实地再现汽车在路面上的制动状况。但的提高受到滚筒表层结构和材料的限制，目前采用较多的是表面采用粘砂处理，其表面附着系数0.75，取附着系数=0.80。2.1.5 最佳安置角的选择车轮在试验台上测试时的受力情况图2.1所示。电机通过减速箱以力矩、分别驱动前后滚筒转动。踩下制动踏板时，车轮受到制动器制动力矩的作用，产生车轮与滚筒间的摩擦力即制动力、。在、的作用下，车轮有向后移动的趋势。若车轮在两滚筒上的安置角过小，车轮将离开前滚筒沿后滚筒滑移。若安置角足够大，则、的水平分力可由作用力、的水平力平衡，使车轮在两滚筒上稳定而不脱离前滚筒。由于车轮与滚筒的最大制动力与滚筒对车轮的法向反力之比等于车轮与滚筒间的附着系数，故即4。图2.1 稳态下车轮受力情况根据力的平衡条件，可得： （2.1） （2.2） （2.3）式中为被测试车轮所受的制动力矩；、分别问为前后滚筒对于测试车轮的支持反力；、分别为前后滚筒与车轮间的切向力，即制动力；它的大小应该反映被测试车轮制动器的制动力；被测车轮的负荷；被测车轮的半径；安置角；假定车轮与滚筒间的附着质量得以充分利用，并且两滚筒附着系数相同，则和的最大值应为： （2.4）式中为车轮与滚筒间的附着系数；将公式（2.4）整理得： （2.5） （2.6）则试验台可能测得的最大的制动力为： （2.7）由公式（2.7）可见，影响试验台测试制动力的因素包括测试车轮轮荷，车轮与滚筒间的附着系数和安置角。从图2.1可知，、与合力将两车轮压向后滚筒，使车轮有脱离前滚筒的趋势。随着制动力矩的增加、将愈来愈大，逐渐减少。当时，即意味着车轮开始脱离前滚筒，此时等于零。平衡方程式则改写为： （2.8） （2.9）当车轮抱死时，代入公式（2.8）、（2.9），可得： （2.10）此时，车轮在滚筒上制动时，则测得最大制动力为： （2.11）由公式（2.11）中可知，其分母值总是大于1。因此在车轮开始脱离前滚筒瞬间，试验台所测得的制动力始终小于。为了提高车轮在试验台上的稳定性，边界条件是使车轮不脱离前滚筒，即要求，则由前式（2.5）可知，应使：。综上所述，制动台上所能测得的制动力要真实反映被测车轮本身产生的制动器制动力，受诸多因素影响。这些因素包括车轮轮荷、车轮安置角以及车轮与滚筒间的附着系数等。只有当车轮在测试中，处于稳态，且被测车轮处于以抱非抱死状态，测得的制动力才较真实地反映了被测车轮的制动能力。又上面分析可知，车轮在滚筒上的安置角越小，获得的测试能力越大。越大则测试过程中的工作稳定性越好。所以应综合两方面的影响来选择角。但最大测试能力的获得是以测试车轮工作稳定为前提的。参考得汽车轮胎直径d在430650mm之间。由；暂取。 （2.12）式中D为滚筒的直径；L为滚筒的中心距；求得L=513.3mm；暂取520mm。由上式得，完全满足条件，且可以保证汽车在制动时的稳定性。2.1.6 滚筒中心距的确定当测试车轮置于前、后两滚筒间时。测试车轮半径与前后两滚筒中心距，车轮在滚筒上安置角的关系由前图确定。即 （2.13）对应不同的车轮半径其也应不一样。由于本试验台可以检测不同尺寸的车轮，所以不能保证所有尺寸的车轮到处于测试的最佳状态。所以根据上面的分析计算了一个比较合适的中心矩，以适应大多数车轮的要求，滚筒的中心矩最后选择为400mm。2.2 链轮的设计 链传动是属于具有中间挠性件的啮合传动，它兼有齿轮传动和带传动的一些特点，与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，链轮齿受力情况较好，承载能力较大，有一定的缓冲和减震性能，中心距较大而结构轻便，与摩擦型带传动相比，链传动的平均传动比准确，传动效率稍高。链条对轴的拉力较小，同样使用条件下结构尺寸更为紧凑。此外，链条的磨损比较缓慢，并且能在恶劣条件下工作。在链条的生产与应用中，传动用短节距精密子链（简称滚子链）占有最主要的地位。通常，传动功率1000kw以下，链速在15km/h以下。（1）根据滚筒的转速，查机械设计手册选取链轮的齿数为17；（2）根据试验台的设计要求，实际传动比所以两个链轮的齿数均为17；（3）链轮的转速为滚筒的转速，即；（4）设计功率； （2.30）式中工况系数；查得；小链轮的齿数系数；查得；多排链排数系数；查得6。2.3电机的选择电动机选取的计算，驱动功率与测试车速的关系为： （2.45）式中试验台上测出的最大制动力（N）；测试车速（km/h）；试验台传动效率；又分析得 （2.46） kw （2.47）此试验台用电动机为间歇工作，车轮制动时在短时间内加于滚筒轴上的属冲击载荷，考虑载荷系数，则所需电动机驱动功率为：，其中为总的传动效率。 kw （2.48）由确定所选定电机型号，满载转速，以及额定功率。由以上计算结果得：所选电机型号为Y132M-4，两台额定功率为7.5kw的三相异步电机，其满载转速为1440r/min。2.4 减速器、联轴器选取2.6.1 减速器的选取减速箱传动比及传动比分配的确定 （2.49）根据本设计的要求，要求输出轴与输入轴同轴，根据机械设计手册，选取ZDY型减速器，其传递减速比范围为860，这种减速器的特点是结构紧凑、输出转速高，同轴输出工作平稳，平均效率96，同时在保证变速器强度的前提下对输出轴与输入轴进行改进，以满足本设计的要求。 2.6.2 联轴器的选择根据本试验台的特点，且考虑到安装方便和便于对中，由机械设计手册查得,采用凸缘联轴器，选用GYS6型-对中榫型联轴器，其公称转距为400Nm，完全可以满足试验的要求。2.5 机架的设计2.5.1 机架的设计机架的竖挡板采用铸造的形式，底板选用型钢，焊接在竖挡板上，这样便于铸造。铸造时的螺栓孔直径为12mm，选用直径为10mm的螺栓，这样也方便各个零件的定位，工艺比较简单，且成本低。2.5.2 机架和地面的安装形式机架主要采取的是铸造的形式，其中竖挡板和横挡板分别铸造，对于滚筒箱，其轴承座就可以当作该箱体的竖挡板，其中滚筒轴承座通过螺栓与横挡板相联接，地面采用混凝土结构，设置地脚螺栓，前滚筒系统通过地脚螺栓直接安装在地面上，后滚筒机构则是机架固定在导轨副的上方。导轨的下部则通过地脚螺栓与地面进行固定，从而达到可移动的目的，满足设计的需求。2.6 举升器的设计2.6.1 举升机各部分尺寸因剪刀式举升机放于轮胎的下部，所以试验台在使用过程中要保证举升机不能与轮胎发生干涉2。根据两滚筒之间距离为155mm，我们取平台宽为Bp=115mm。平台外型长=850。平台宽一般为500mm600mm左右，我们取平台宽为Bp=550mm。举升时，重量作用在整个平台上，力并不集中，所以平台不宜过厚，增加举升机重量，取外型高为35mm，实厚为15mm，只在四周加工凸台边缘，平台尺寸如图2.10所示。图2.10 平台尺寸2.6.2 升降机机械结构形式和运动机理 根据升降机的平台尺寸，参考国内外同类产品的工艺参数可知，该升降机宜采用单双叉机构形式：即有两个单叉机构升降台合并而成，有四个同步液压缸做同步运动，以达到升降机升降的目的。其具体结构形式图2.11 举升器结构简图图2.11所示即为该升降机的基本结构形式，其中1是工作平台，2是活动铰链，3为固定铰链，4为支架，5是液压缸，6为底座。在1和6的活动铰链处设有滑道。4主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑上顶板的载荷，一方面通过其铰接将液压缸的伸缩运动转化为平台的升降运动，1与载荷直接接触，将载荷转化为均布载荷，从而增强局部承载能力。下底架主要起支撑和载荷传递作用，它不仅承担着整个升降机的重量，而且能将作用力传递到地基上。通过这些机构的相互配合，实现升降机的稳定和可靠运行。 两支架在0点