车辆工程毕业设计论文-弹性轮胎转鼓试验台的设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-弹性轮胎转鼓试验台的设计(编辑修改稿)内容摘要：

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） ： ； ；。 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，以保黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 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 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 ，黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 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； 该两项分力取决于轮胎材料、结构和温度。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 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， 选择试验 轮胎直径为 ~，宽约为 ，所以转鼓宽度选为。 4． 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。 5． 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）。 6． 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）； ② 垂直于转鼓表面的轮胎载荷 W； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 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 以及 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 范围 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 和传感器 的选择 选择电动机 选择电动机的内容包括 :电动机类型、结构型式、容量和转速，要确定电动机具体型号。 选择电动机应 综合考虑的问题 ① 根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速以及工作环境等要求，选择电动机类型及安装方式。 ② 根据负载转矩、转速变化范围和启动频率程度等要求，并考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。 所选电动机功率应大于或等于计算所需的功率，按靠近的功率等级选择电动机，负荷率一般取 ~。 过大的备用功率会使电动机效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校验强 度的生产机械造价提高。 ③ 根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式。 ④ 根据企业的电网电压标准，确定电动机的电压等级和类型。 ⑤ 根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。 除此之外，选择 电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难 易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前期与后期电动机功率变化关系等各种因素。 驱动电机的选择 电动机类型和结构型式要根据电源（交流和直流）、工作条件（温度、环境、空间尺寸等）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择，没有特殊要求时均应选用交流电动机，并且由试验台的试验条件限制电机需具有进行调速的能力。 交流电机包括异步电机和同步电机两类。 对交流同步电动机而言，同步电机转速为pfn 601 (r/min),实际使用中同步电 动机的极对数 p 固定，因此只有采用变压变频（ VVVF）调速。 对于交流异步电动而言，其转速为pfn 60（ 1s） (r/min)。 从转速公黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 式 可知改变电动机的极对数 p、改变定子供电频率 f 以及改变转差率 s 都可达到调速的 目的。 本试验采用 YVP(IP44)系列变频调速三相异步电动机，并辅助以变频器进行调速控制。 标准电动机的容量由额定功率表示，所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率，容量小于工作要求，则不能保证工作机正常工作，或使电动机长期过载，发热大而过 早损坏，容量过大，则增加成本，并且由于功率和功率因数而造成浪费。 电动机的容量主要由运动时发热条件限定，再不变或变化很小的载荷下长期连续运动的机械，只要其电动机的载荷不超过额定值，电动机便不会过热，通常不必校验发热和启动力矩。 发动机转矩 T=120N m，转速 nw=3500r/min。 （ 1） 工作机所需功率 kwkwTnP 35001209550   （ ） 式中： wP —工作机所需输入功率， kw； T —工作机的阻力钜， N•m； w —工作机的效率； wn —工作机的转速。 （ 2） 电动机的输出功率 总wd PP  （ ） 式中，总效率 总 按下式计算： 8 6 2222 滚筒联轴器轴承总  其中 轴承 、 联轴器 、 滚筒 分别为传动装置中每一传动副，每对轴承、每个联轴器的效率，其概略值见《机械设计课程设计手册》表。 选用此表数值时，一般取中间值，黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 如工作条件差，润滑维护不。