车辆工程毕业设计论文-弹性轮胎转鼓试验台设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-弹性轮胎转鼓试验台设计(编辑修改稿)内容摘要：

弹的过程将重复不断地进行。 对这样一个过程，可用图 所示的轮胎等效系统模型来加以解释。 在轮胎等效系统模型中，假定车轮的外圆周与轮辋之间由一些径向布置的线性弹簧和阻尼单元支撑；此外，车轮胎面也假定由一系列切向排列的弹簧和阻尼单元 就能充分作用，因而就生成附加的摩擦效应，将它称之为弹性迟滞阻力。 轮胎胎面的弹簧和阻尼特性对路面附着力也有影响，选用低阻尼的胎面材料会导致附着摩擦力降低。 当轮胎等效系统滚动时，对应的“ 弹簧 阻尼单元”便开始做功，并将其转化为热，所产生的弹性 迟滞阻力等于消耗的阻尼与行驶距离之比。 2．摩擦阻力 在图 所示的轮胎等效系统模型中，由一系列弹簧 阻尼组成的单元连续滚动进黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 入轮胎接触 印迹区，由此相应的轮胎外圆圆弧就被压成对应的弦长，即“轮胎接地长度”。 在轮胎接触印迹内，路面与滚动单元带之间在哪纵向及横向将产生相对运动，即所谓的“部分滑动”。 由于部分滑动引起轮胎磨损，其能量被转换成热，由此产生了车辆动力传动系统不得不克服的附加阻力。 图 轮胎等效系统模型 像风扇一样，轮胎的旋转运动会导致气流损失，但可将其看做是对整个车辆气流影响的一部分。 因此，通常将风扇效应阻力加到总的车辆空气阻力中。 综上所述，车轮在干、硬的平路面行驶，其滚动阻力 RF 包括弹性迟滞阻力弹性迟滞,RF 、摩擦阻力 摩擦,RF 和风扇阻力 ，风扇RF 三部分，即： ，风扇摩擦弹性迟滞 RRRR FFFF  , （ ） 试验表明，在 128152km/h 速度范围内， 90%95%轮胎的破坏是由内部迟滞作用引起的，而 2%10%则归咎于 轮胎与地面的摩擦，仅有 %%归咎于空气阻力。 因此，轮胎在硬路面上的滚动阻力主要由胎体变形所引起的轮胎材料迟滞作用造成。 实际上，式（ 21）表达的各个分量（如弹性分量与摩擦分量）均无法单独分开测量，因此有用的还是综合表达式。 滚动阻力系数的测定方法 一般可采用两种不同的 方法测量轮胎的总滚动阻力，即整车道路测试和室内台架黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 测试。 整车道路测试的优点是：道路状况和基本条件是真实的，但由于轮胎重复试验所必要的外部环境，如天气、道路及交通条件等外在因素的干扰和不定性，测试中很难保证指定的试验参数。 而以上问题在室内固定轮胎试验台测试中可以避免。 在室内试验条件下，装有试验轮胎的车轮被放在可以动的滚动表面上，试验数据可由车轮连接杆系上的力传感器获得。 轮胎转鼓试验台的类型 选择 根据滚动面情况的不同，轮胎试验台基本上可分为三种类型 2 （见 表 的说明） ： （ 1）外支撑试验台； （ 2）内支撑试验台； （ 3）平板试验台。 表 轮胎试验台的类型及特点 试验类型 简图 优点 缺点 外支撑试验台 空间足够大， 轮胎易于安装 很难实现湿 路面测量 内支撑试验台 胎面可换，能实 现湿路面测量 空间有限，轮 胎不易安装 平板试验台 底座平坦，与实 际情况更吻合 导向困难，振 动引起腐蚀 最常用的是外支撑试验台，外 支撑试验台的优点是成本相对较低，承载能力高，且结构紧凑，车轮周围留有较大的空间，不但可容纳各种不同的车轮导向元件，以保证车轮定位，而且还可方便车轮的安装。 但由于离心力的作用，很难在外转鼓上设置黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 不同的道路条。 对内支撑试验台而言，离心力的作用可使车轮胎面很容易地固定于试验台面。 因此，内支撑试验台特别适合于进行不同类型 路面的试验，比如确定轮胎湿胎面的滚动特性。 然而，车轮上的有限空间不利于车轮的安装和控制。 由于弧形支撑面的影响，所有的支撑试验台基本上都存在测量误差。 与平板试验台相比，在车轮载荷相同的情况下，内支撑 试验台使轮胎接触印迹和变形量增大，从而摩擦阻力和弹性迟滞阻力也相应增加。 如果滚动卷筒半径与车轮半径相比较大，其测量误差就可控制在较小范围内。 必要时可引入校正因子，以保证其测量结果与平面测量结果相吻合。 平板试验台在最大程度上保证了轮胎的滚动表面，为车轮控制和车轮运动提供了宽阔的空间，同时也方便了轮胎的安装。 通过变换不同滚板，可在一定条件下实现道路条件的改变，同样也适用于 湿道路条件，但由于支撑面振动可能会产生测量误差。 为解决滚板的导向问题，需要的技术成本较高，另外，滚板的磨损也增加了运行成本。 本设计选用的就 是外支撑试验台。 滚动阻力系数的测量与计算 在轮胎试验台上测量轮胎的滚动阻力系数 的方法 ， 是用 转鼓轮胎试验台 ，如 图 所示。 3 图 转鼓轮胎试验台 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 工作原理是 由电力测功机驱动的试验轮胎放在转鼓上，轮胎上加载垂直载荷 W ，转鼓轴连接着作为制动装置的测功器。 实验中测出驱动轮胎的转矩 tT 和作用于转鼓的制动力矩 dT ，则滚动阻力系 数 f 为 )( rRWr rTRTf dt  （ ） 式中 ： tT — 驱动轮胎的转矩 dT — 转鼓的制动力矩 R — 转鼓的半径 r — 轮胎的动力半径 W — 作用于轮胎上的垂直载荷 试验设备及技术条件 转鼓技术条件 由于钢带式试验机价格昂贵，目前在室内进行轮胎滚动阻力试验的设备仍以转鼓式试验机为主。 但是现用设备的转鼓直径不尽相同，有 、 、 、 2m、 、3m等。 ISO18164在考虑到各国设备情况和鼓面曲率对试验结果的影响后，一方面作出了转鼓直径应在 ～ 3m之间的规定；另一方面指出，在不同直径的转鼓上测得的轮胎滚动阻力值也不同，并给与了校正公式。 但是该公式系一近似计算公式 ，轮胎与转鼓接触面上的力分布的改变并非一简单的几何形状的改变，还与轮胎各部件刚度等诸多因素有关 4。 这里选择直径为。 转鼓表面应为光滑的钢制表面或有纹理的表面，转鼓表面应保持清洁。 汽车在干燥滚筒上的驱动过程是一个摩擦过程 5 ，总摩擦力由若干分力组成，如： 阻滞附着总 FFF  （ ） 式中： 附着F —— 接触面间的附着力； 阻滞F —— 轮胎在滚筒上滚动变形时，由于压缩与伸张作用之间能量的差别而消耗的能量，进而转化为阻止车轮滚动的作用力； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 该两项分力取决于轮胎材料、结构和温度。 附着系数随速度增加而下降的原因较为复杂，一方面是由于滚筒圆周速度提高，接触面的温升加快，很快在滚筒表面形成了一层橡胶膜，降低了附着系数。 (3)转鼓宽度 转鼓测试面宽度应大于轮胎胎面的宽度，轮胎直径为 ，宽为 ，所以 转鼓宽度选为。 3． 温度环境 (1)标准条件 标准室温是指在距轮胎侧 1m处的轮胎旋转轴上测得的温度，应为 25176。 C。 (2) 转鼓表面温度 注意确保测量开始时转鼓表面的温度与室温大致相同。 4． 试验条件 本项试验的内容为在一定的轮胎充气压力下测量轮胎的滚动阻力，在试验过程中，允许轮胎气压有所增大（封闭式气压）。 5． 试验速度 （ 1）载荷 指数不小于 122的试验速度 速度级在 K到 M之间的轮胎转鼓速度为 80km/h，速度级在 F到 J之间的轮胎转鼓 速度为 60 km/h。 （ 2）载荷指数小于 122的试验速度 转鼓速度为 80km/h，如有需要，可采用 120km/h的转鼓速度。 试验步骤 （ 1） 磨合 为了保证测量结果的重复性，早开始试验之前，应使轮胎有一个初始的磨合过程，然后再使之冷却。 （ 2） 温度调节 充气轮胎在试验场所的温度环境中放置一定时间，以便达到热平衡，通常在 6h后温度达到平衡。 （ 3） 压力调整 温度调节结束后，将充气压力调整到试验压力， 10min后再检查一遍。 （ 4） 初步确定试验方案 测量并记录的内容包括： 1）试验转鼓速度 v（ km/h）； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 2）垂直于转鼓表面的轮胎载荷 W； 3）充气压力； 4） 驱动轮胎的转矩 tT ，作用于转鼓的制动力矩 dT ； 5）试验转鼓半径 R（ m）； 6）选择的试验方法。 6 滚动阻力对汽车底盘输出功率测定值的影响分析 车轮滚动时 ，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的相对刚度决定了变形的特点。 当弹性轮胎在硬质的钢制光滚筒上 滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全部收回，此能量消耗在轮胎各组成分相互间的摩擦以及橡胶、帘线等物质的分子间的摩擦，最后转化为热能而消失在大气中。 这种损失即为弹性物质的迟滞损失。 因为滚动阻力系数与模拟路面的滚筒种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关，所以，对其影响因素分析是非常必要的，具体分析如下： (1)若滚筒的半径 r越大，在车轮滚动时轮胎的变形量就越小，也就是说弹性迟滞损失就越小，故滚动阻力系数随 滚筒半径的增大而减小。 (2)在加工过程中滚筒的椭圆度、同轴度越小，轮胎在滚筒上的运转就越平稳，当车速一定时滚动阻力系数的波动范围就越小，所以说，滚动阻力系数随滚筒加工精度的提高而减小。 (3)目前我国在用的底盘测功机滚筒表面有两种，一种是常见的光滚筒即表面未经处理的滚筒，另一种是滚筒表面喷涂有耐磨硬质合金，前者由于滚筒表面较光滑，其附着系数约为 ，试验用的东风车在 50km/h 工况下检测最大底盘输出功率时，其滑移率约为 8%，也就是说，汽车车轮在行走时，除滚动阻力外还有滑拖，致使被检测车轮发热，增大了 滚动阻力损失，同时由于速度的误差，引起了所测功率的误差。 后者采用表面喷涂技术，将滚筒表面的附着系数提高到 左右，接近于一般水泥路面的附着系数，则可避免滑拖现象。 (4)滚筒中心距 L 是指底盘测功机前后两排滚筒支承轴线之间的距离，随着滚筒中心距的增加，汽车车轮的安置角随之增大，前后滚筒对车轮支承力也随之增大，这样将导致车辆在测功机台架上的运行滚动阻力增加。 综上所述滚筒直径、安置角、滚筒表面质量、滚筒中心距对滚动阻力有很大的影黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 响，由于部分底盘测功机仅显示功率吸收装置的吸收功率，所以同一辆车在不同台架上 测得的数值不同。 因此如果以底盘测功机作为法定计量设备，其滚简直径、中心距、表面处理以及加载方式必须标准化。 轮胎气压对滚动阻力系数影响很大，气压低时在硬路面上轮胎变形大，滚动时迟滞损失增加，为了减少该项所引起的检测误差，要求在动力性检测前必须将轮胎气压充至标准气压。 7 本章小结 本章主要确定了转鼓试验台的总体设计方案的目的和测量方法， 详述了轮胎滚动阻力的力学特性 ,并对滚筒 装置和轮胎的尺寸参数进行了选择 ， 探讨 了试验设备以及 技术条件。 同时也分析了滚动阻力对汽车底盘输出功率测定值的影响。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 第 3 章 电机的选择 电力测功机的功用 电力测功机的应用情况 电力测功机是测功机家族中比较有发展潜力的一个分支。 电力测功机就是利用直流电机或者交流电机作为转换元件，将电能转换成电机转子的机械能，以转矩形式为轴承电机加载；并通过对输出功率的测试，是一种全功能（有电动工况又有发电工况）、高性能的重要检测设备。 在这些功能中，很大一部分是针对电机的。 它是被测电机的加载设备，是电机制造和产品研发过 程中重要的性能测试和检测设备之一。 它通过轴连接器与被测电机同轴对接，用于模拟和控制被测电机的负载，以测量电机的转矩、转速、电流、电压、功率、效率等参数，以及其他特殊的动力试验测试项目，如安全性试验、动平衡试验等。 国内通常把直流测功机和交流测功机统称为电力测功机。 电力测功机目前大都采用直流测功机，这是因为直流电机的调速性能好，控制简单。 但直流电机由于换向器的影响，不能适用于高速运行，因此在转速很高的情况下，往往采用机械减速装置。 电力测功机的结构原理 电力测功机 利用电机测量各种动力机械轴上输出的转 矩，并结合转速以确定功率的设备。 因为被测量的动力机械可能有不同转速，所以用作电力测功机的电机必须是可以平滑调速的电机。 目前用得较多的是直流测功机、交流测功机和涡流测功机。 直流测功机由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。 直流电机的定子由独立的轴承座支承，它可以在某一角度范围内自由摆动。 机壳上带有测力臂，它与测力计配合，可以检测定子所受到的转矩。 根据直流电机原理，电机的电磁转矩同时施加于定子和转子。 定子所受到的转矩与。