频率可控式汽车悬架特性试验台本科生毕业论文(编辑修改稿)

频率可控式汽车悬架特性试验台本科生毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

转轴等）、承重横梁、底座等非标准件进行设计分析、计算、校核；对电动机、变频调速器、联轴器、轴承等标准件进行选 型、校核。 在对悬架检测台具体零部件进行设计之前，首先对悬架的外廓做一个大体的规划。 考虑到设计的该悬架特性检测台针对的是轴重小于 的小型车（以乘用车为主），通过查阅相关资料，了解到 汽车宽是汽车宽度方向两极端点间的 距离，宽度主要影响乘坐空间和灵活性 ， 一般乘用车公认的宽度上线是 2 米。 统计数据调查显示，乘用车的宽度基本上都处于 1600mm~2020mm 的范围内，大多数乘用车宽度在 1800mm 附近，且多数分布在 1600~1800mm 之间。 考虑到汽车轮胎的宽度，以及汽车设计时的固有特征，汽车同轴车轮车轮平面的 间距在 1400mm~1800mm的范围内（考虑乘用车轮胎宽度一般在165mm~260mm 之间）。 为满足绝大多数甚至是所有乘用车的检测，现以大多数车宽 1800mm作为设计基准设计此检测台的外廓，通过考虑设计余量来来满足不同车型的需要，实现满足绝大多数车型的检测要求。 考虑到在检测过程中可能需要人为的观察汽车的某一部分，为方便检测人员或相关人员的操作，在检测试验台的中间设置地沟。 为了使工作人员能够在地沟内较为方便的进行相关操作，将地沟的宽度设计为 700mm，参照现有检测台的设计尺寸，将地面检测台台面部 分设计为长 2500mm，宽为 500mm，高度待定（需要根据选择的电动机高度和偏心轮以及横梁的安装来确定），则检测台的外部轮廓如图 32 所示。 在此台架内安装各检测台零部件，下面分别对各项进行具体的设计计算。 其相应设计要求如下表所示： 表 31 设计参数列表 项目 参数 额定承载质量 悬架测试额定载质量 750kg 测量范围 0~ 激振频率 25Hz 图 31 车宽示意图 吉林大学学士学位设计 10 振幅 6mm 吸收率重复性 ≤177。 2% 吸收率偏置误差 ≤177。 3% 轮重分辩率 1kg 示值误差 ≤177。 2% 环境温度 0～ 40℃ 相对湿度 ≤ 85% 电源 交流 380V 10%； 50Hz 10% 测试宽度（平台内宽 外宽） 880mm2320mm 主机尺寸（长 宽） 2500500 检测台外廓设计如下图所示 图 32 汽车悬架检测台外部轮廓图 电动机的选择 确定电动机的类型 在选择电机的型号时通常需要考虑负载对电机性能的要求，由于悬架特性检测台的检测台板负载较为平稳且需要长期稳定工作，从节能且经济的角度考虑可采用 Y 系列三相交流异步电动机。 此系列电动机具有 效率高、堵转转矩高、隔爆结构先进合理、温升裕度大、安全可靠、性能优良等优点。 根据悬架特性检测台的 工作要求和条件，决定选用 Y 系列三相交流异步电动机如图 33 所示。 第 3 章 检测台的设计与计算 11 确定电动机的容量 电动机容量（即额定功率）选择的合理与否，将对电动机的工作和经济性有着较大的影响。 容量小的电动机，不能保证检测台的正常工作，电动机过早损坏，缩短检测台的使用寿命。 容量过大超过工作要求，则会使电机的能力得不到充分的利用，电动机的效率和功率因素都比较低，造成很大的浪 费，且功率大的电动机价格较高，经济性较低。 因此在电动机选型时需先确定其所需功率，根据电动机的容量来初步确定电动机的型号。 在选择电动机的容量时应使其额定功率 edP大于或等于其所需的功率 nP ，即 ned PP 。 由于工作机（即检测台台板）是在电动机的驱动下做上下激振的，则其速度方向也就是 在垂直方向上的，根据所确定的检测台的振幅为 6mm，最大激振频率为 25Hz，则可确定工作机的最大工作速度为： smfAv / 3   工作机要求的功率 wP kWsmNvFP ww /   其中： wP ：工作机所需的输入功率， kW； v ：工作机的线速度（此处为检测台台板的最大线速度）， ； F ：工作机所受压力（检测台台板所受正压力，即轴载的一半）， 7500N； w ：工作机的效率（此处取其值为 ）。 电动机的输出功率计算公式 图 33 Y系列三相交流异步电动机 吉林大学学士学位设计 12 wn PP 其中： nP ：工作机实际需要的电动机输出功率， kW； ：电动机到工作机之间传动装置的总效率。 根据检测台所中的传动零部件的类型可知 c  2r ，查阅机械设计手册可知：滚动轴承的效率  ；联轴器的效率  ，则总效率为： 6 0 4 9 22r  c 故 kWPP wn   因载荷平稳，电动机的额定功率 edP 只需略大于 nP 即可，可以考虑采用 Y 系列异步电动机，初步选择电动机的额定功率 edP 为 3kW。 选择电动机的转速 在确定电动机的转速 的过程中，需要综合考虑与之相配合的传动装置。 在本检测台中，电动机输出转速通过联轴器、转轴直接驱动检测台实现其功能，无其他传动装置，对电动机转速亦无特殊要求。 由于本检测台的设计目标参数中要求检测台台板的最大振动频率不超过25Hz，即对电动机的频率要求最大值不超过 25Hz 即可，因此电动机的最大转速为： m in/1 50 0256060 rfn  综合考虑检测台的性能要求，查机械设计手册 [16]决定选择同步转速为1500r/min 的 Y 系 列异步电动机。 查表选用型号为 Y100L24 的电动机，其技术数据及主要尺寸见下表所示： 表 32 Y100L24型电动机主要技术参数 项目 参数 型号 Y100L24 额定功率 edP /kW 3 额定转速 )min/( 1rned 1420 同步转速 )min/( 1rn 1500 电动机中心高度 H/mm 100 第 3 章 检测台的设计与计算 13 外伸轴直径和长度 )/( mmmmED  6028 堵转转矩 /额定转矩 最大转矩 /额定转矩 变频调速器的选择 随着控制理论的提出和不断完善，以及电子控制技术的不断进步和发展，使得交流调速传动，尤其是性能优异的变频调速传动得到飞速发展。 随着变频器的价格不断降低，而其使用功能与性能却不断提高，使得变频器在生产和生活中得到大量应 用。 且变频器在节能、自动化、提高生产率、提高质量、减少维修等多方面具有突出的优点，变频调速技术成为了我国政府重点推广的节能技术之一[14]。 变频调速器的工作原理及选择要求 变频调速器是 一种 把工频电源 (50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机变速运行的设备。 a、工作原理 已知 交流电动机 的 同步 转速 表达式为： p sfn )1(60  式中 ： n：交流 异步电动机的转速； f：交流 异步电动机的频率； s： 电动机转差率 （ s=(n1n)/n1 式中： n1为同步转速 , n 为电机转速 ） ； p： 电动机极对数。 由上式 可知， 电动机 转速 n 与 电流 频率 f 成正比， 变频调速 器就是通过改变电源频率 来 实现电动机 转速的可控 调节的， 使用变频调速器来实现检测台的检测频率可控 是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 b、选择要求 由于变频器 [15]的正确选用对于机械设备电控系统的正常运行以及设备能效的正常发挥至关重要，同时还可以达到节能的效果。 在选用变频调速器时，首先要了解机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、起动转矩以及使用环境等技术要求， 然后确定何种控制方式，最后确定变频器的型号。 同时还需要考虑的是经济性问题，在使变频器满足机械设备的实际生产工艺要求和使用条件的前提下，选择性价比最高的变频器。 吉林大学学士学位设计 14 型号及参数的确定 根据变频器的选择要求，需要了解检测台以及所采用的电动机的性能参数。 根据设计要求，此试验台为实现周期性振动采用的是偏心轮设计（偏心圆的偏心距为 3mm），且检测台台板受恒定载荷的作用，因此偏心轮受恒定纵向载荷的作用。 随着转轴的 转动，转轴所受的力矩也是不断变化的，因此根据检测设备这一特点认为检测台所用电动机在一定频率范围内是定功率的。 此外检测台转轴受最大转矩时应该是偏心轮的横向偏心距最大时（位置如图 34 所示），即 mNePT   3m a x 图 34 偏心轮转矩最大示意图 最小转矩即为力臂为零时，其转矩亦为零。 由此可见随着转轴的转动，转轴所受转矩（电动机需提供的转矩），做周期性的变化，而电动机的输出功率却基本保持不变，即在一定频率范围内为恒定功率。 由于电动机已经确定为额定功率3kW，根据功率匹配的原则并且根据已有变频调速器的型号，初选容量为 的变频器。 此外根据设计要求，此检测台的频率变化范围为 0~25Hz，变化范围较小，对其变 化精度要求较高。 针对检测台的启动要求，其启动转矩较大（在静载的情况下，偏心轮受到检测台台板正压力和汽车压力载荷以及回位弹簧的拉力作用，使偏心轮的圆心在正下方，故启动转矩较大）。 考虑到所选电动机的额定功率比实际所需功率大，且变频器的容量也比电动机的额定功率大，则根据功率要求所选变频器符合实际应用需求。 此外，该检测台的设计参数中提到，该检测台的使用环境为环境温度范围为 0～ 40℃，相对湿度范围为≤ 85%，根据此环境条件可选变频器（ 艾默生变频器 ）及相应参数如下表 表 33 变 频器技术参数列表 项 目 参 数 ITEM 1180127 型号 EV10004T0037G 产品系列 EV1000 第 3 章 检测台的设计与计算 15 功率 (KW) 传动零件的设计计算 承重横梁的设计及校核 承重横梁处于检测台台板的下方，偏心轮的正上方，其既起到对检测台台板的支承作用，又起到将偏心轮的偏心旋转运动转换为检测台台板周期性的上下激振运动。 此外，其还通过直线轴承和回位弹簧与整个检测台的底座相连以保证运动是在垂直方向上的。 正因为承重横梁尺寸较大，承受载荷较小，线性速度 较小，对其性能无特殊要求，因此仅仅需要选用合适的材料，使其具有较好的耐磨性和抗压能力，然后对其外部尺寸进行设计即可。 I、承重横梁的材料选择 由于优质碳素结构钢 45 钢 [16]的塑性和韧性较好，具有较高的强度，切削性能良好，调质处理后具有较好的耐磨性和很好的综合力学性能，还具有价格低廉等优势。 因此，可以初步选定承重横梁的材料为 45 钢，其力学性能如表 34 所示 表 34 牌号为 45 的碳素结构钢力学性能参数 牌号 统一数字代号 直径式样 d/mm MPa/s MPab / ）（ % HBW 45 U20452 25 355 600 16 197 根据承重横梁的安装特点可知，在横梁上与之直接接触的是称重传感器，称重传感器将检测台台板上的正压力以面接触的形式传给承重横梁，横梁的下方便是偏心轮，偏心轮 与其接触的形式是线接触，因此此横梁相当于中间部分承受来自偏心轮的纵向线性集中载荷的作用（如图 35 所示为承重横梁的受力图）。 图 35 承重横梁的受力分析图 由于承重横梁采用的材料为优质碳素结构钢，其为塑性材料，且横梁上部受到均布压力载荷的作用，抗压强度极限无法确定，因此无需对其强度进行校核且可视为符合实际检测要求。 对于横梁的下部受到的是线性压力载荷，故仅需对其吉林大学学士学位设计 16 进行硬度校核。 采用布氏硬度（ HBW，单位是公斤力 / 2mm ）的方法进行校核。 即： hDFAFH B W   式中： D：钢球的直径 /mm，一般为 10mm； d：压痕直径 /mm； F：加载在钢球的实验力 /N，一般为 3000kg； h：压痕深度 /mm。 则在进行试验时，钢球的压痕深度为： mmHB WD Fh 4 8 9 3 0 0 0   在检测台中，由于承重横梁所受载荷为 750kg（远远小于标准实验值3000kg），偏心轮的直径亦远远大于标准实验时的钢球直径，所以通过估算可知，该。