车速表试验台的设计研究

标准型车速表试验台的设计研究The Research On the Design of standard speedometer Test Bench摘 要标准型车速表试验台是以滚筒模拟路面，利用车轮与滚筒在无相对滑移时线速度一致的原理，通过与滚筒同步的转速传感器测量汽车车速表示值误差的设备。车速表是提供汽车行驶速度信息的重要仪表，驾驶员在行车途中能够正确掌握车速，是提高运输生产力与保证安全行车的关键。因而为保证行车安全，车速表要经过车速表试验台定期检验和校验，为减少交通事故及减轻事故过程中对乘员及行人的伤害，从而提高交通安全性有着非常重要的意义。详细介绍标准型车速表实验台的结构、工作原理，并对操作方法做有简单介绍。利用SolidWorks软件对标准型车速表试验台进行设计。着重对标准型车速表试验台机械部分进行设计：一、对机械部分的设计进行分析，如滚筒的尺寸及强度设计，机架强度设计、轴承座的设计、举升机构的设计。二、对部分零件的选择与校核进行分析，即滚筒支撑轴承的选择与校核。关键词：SolidWorks软件；标准型车速表试验台；机械设计；零件校核 ABSTRACTStandard drum speedometer simulation test bench uses the drum to simulate the ground. By the principle of the consistent speed is the same when theres no relative slip between the wheel and the drum, the bench can detect the vehicle speed error with the speed sensor that synchronize with the drum. Speedometer is an important instrument to provide vehicle speed information. The driver correctly knowing the vehicle speed on the way, is a key point to improve productivity and ensure the safety of transportation. In order to ensure traffic safety, speedometers should be periodically inspected on the speedometer bench. In order to reduce traffic accidents and reduce the crews injury during the accident, this bench plays an important role in improving transportation safety.This paper detailed introduces the structure and the working principle of the standard bench, and the method to operate is briefly introduced. The design of the bench uses Solidworks software. This paper focuses on the design of the mechanical part of the bench. Firstly, analyzing the design of the mechanical part, such as the size of the roll and the design of the strength, frame strength design, bearing design, the design of lifting mechanism. Secondly, analyzing the selection and verification of some spare parts, the choice and verification of roller bearings. Key Words：Solidworks Software; Standard speedometer tester; Mechanical design; Partschecking目 录1 绪 论11.1课题研究背景11.2 汽车安全检测技术的发展11.3 课题研究的目的和意义21.4 国内外汽车安全检测技术的发展状况21.5 课题研究的主要内容32 对于SOLIDWORKS软件的基本介绍42.1 solidworks软件的制作背景42.2 solidworks软件的特点42.3 solidworks软件的基本功用53 标准型车速表试验台概述73.1 标准型车速表试验台的基本结构73.2 工作原理93.3 车速表误差形成的原因103.4 有关标准113.5 使用方法113.6 使用注意事项124 标准型车速表试验台机械部分设计134.1滚筒组134.2 框架154.3举升机构154.4 联轴器165 机械部分设计及部分零件选择与校核的计算175.1滚筒设计175.1.1主要技术指标175.1.2尺寸设计175.1.3强度校核185.2滚筒中心距的设计195.3机架的设计205.3.1支撑轴承座型钢计算205.3.2总支撑型钢计算225.4轴承座的设计235.5举升机构的设计235.6 滚筒支承轴承的选择与校核245.6.1 轴承选择245.6.2 轴承相关计算256 总 结26参考文献27致 谢28天津职业技术师范大学2011届本科生毕业设计1 绪 论1.1课题研究背景从十八世纪汽车诞生以来，汽车的安全问题就随之产生了。目前，全球道路安全形势十分严峻，全世界因道路安全问题造成的伤亡人数在逐年增多，据预测到2020年，道路交通死亡人数将达234万人，直接经济损失5000多亿美元。因而加强汽车安全的研究，预防交通事故是需要全社会共同关注和迫切改善的重要课题。近年来，随着道路交通运输条件的改善，尤其是城市立体交通和城间高速公路的建设，提高了汽车行驶的平均速度和运输效率。然而，车速太高，方向就难于准确控制，遇到紧急情况可能来不及采取措施，还会增大紧急制动距离，因而容易造成交通事故，所以在一些路况不好的路段，或在市区内，往往要限制车速，严禁超速行驶。要监视行车速度，必须依靠车速表。单凭驾驶员的主观感觉或经验是不行的。国外有人做过驾驶员的“适应性”实验，证明这种主观估计很不可靠。尤其是在车速变化之后，主观估计的车速误差很大。此外，当驾驶员长时间高速驾车时，也会造成感觉钝化现象而放松警觉，发生危险。为保证行车安全，必须随时掌握准确的行车速度。因此，对车速表进行定期检查检验是十分必要的。1.2 汽车安全检测技术的发展汽车安全检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的。在汽车发展的早期，人们主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。即过去人们常讲的“望（眼看）”、“闻（耳听）”、“切（手摸）”方式。随着现代科学技术的进步，特别是计算机技术的进步，汽车安全检测技术也飞速发展。目前人们能依靠各种先进的仪器设备，对汽车进行不解体检测，而且安全、迅速、可靠。 30早在20世纪50年代，在一些工业发达国家就形成以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术和生产单项检测设备。20世纪60年代初期进入我国的汽车检测试验设备有美国的发动机分析仪、英国的发动机点火系故障诊断仪和汽车道路试验速度测试仪等，这些都是国外早期发展的汽车检测设备。20世纪60年代后期，国外汽车检测诊断技术发展很快，并且大量应用光、机、电一体化技术，并采用计算机测控，有些检测设备具有专家系统和智能化功能，能对汽车技术状况进行检测，并能诊断出汽车故障发生的部位和原因，引导维修人员迅速排除故障。随着科学技术的进步，汽车安全检测设备在智能化、自动化、精密化、综合化方面都有新的发展，应用新技术开拓新的检测领域，研制新的检测设备。随着电子计算机技术的发展，出现了具有汽车检测诊断、控制自动化、数据采集自动化、检测结果直接打印等功能的现代综合性能检测技术和设备。例如：国外生产的汽车制动检测仪、全自动前照灯检测仪、发动机综合性能检测仪等检测设备，都具有较先进的全自动功能。进入20世纪80年代后，计算机技术在汽车检测技术领域的应用进一步向深度和广度发展，已出现集检测工艺、操作、数据采集和打印、存储、显示等功能于一体的系统软件，使汽车检测实现了全自动化。不仅可避免人为判断错误，提高检测准确性，而且可以把受检汽车的技术状况储存在计算机中，即可作为下次检测参考，还可供处理交通事故参考。1.3 课题研究的目的和意义车速表是提供汽车行驶速度信息的重要仪表，驾驶员在行车途中能够正确掌握车速，是提高运输生产力与保证安全行车的关键。驾驶员对行车速度的掌握，虽然可以依据主观估计来进行，但由于人对速度的估计往往会因错觉而造成误差，再加上汽车在运行过程中，其技术状况将随着行驶里程的增加而不断变化，其使用性能也将逐渐变坏，而车速表机件在使用过程中由于发生自然磨损和轮胎滚动半径发生变化等原因，会造成车速表指示误差的增大，为了保证行车安全，驾驶员必须按照车速表的指示来控制车速。为此，车速表本身一定要准确可靠，如果车速表误差过大，驾驶员就难以正确控制车速，以至因判断失误而发生交通事故。因而为保证行车安全，车速表的检验和校验就显得极其重要。为减少交通事故及减轻事故过程中对乘员及行人的伤害，从而提高交通安全性有着非常重要的意义。1.4 国内外汽车安全检测技术的发展状况应该说，早在100多年前汽车开始使用后，就存在着对汽车的检查和故障诊断问题。自然，当时的手段还比较简单。到20世纪90 年代，国外出现了以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术。60年代后检测技术获得较大发展，开始出现由几种检测项目连成的检测线，既能做维修检验又能进行性能测试。60年代末到70年代初期，计算机技术获得迅猛发展并向各行各业渗透，汽车安全检测技术应用了计算机测量与控制技术，实现了检测过程自动化，由计算机进行监测数据采集、数据处理和数据打印，大大提高了检测效率。近年来，随着高新技术的广泛应用，汽车安全检测技术正不断取得新的进展，检测仪器设备的性能、功能和智能化水平都有进一步提高。如今汽车安全检测技术已成为涉及机械、电子、计算机、自控等多领域的综合技术。例如日本研制了新型的前照灯检测仪，既可测远光又可测近光。采用与摄像机类似的CCD做光敏元件，可显示非对称的近光光形分布和等照度曲线。国内有些厂家已开发生产了类似产品。我国20世纪60年代虽然从国外引进一些检测设备，但十年“文革”时期检测技术基本处于停滞状态。改革开放后，道路交通运输事业得到迅速发展，汽车拥有量快速增长，而且国家对安全、环保问题高度重视，这都极大地促进了汽车安全检测技术的发展。1982年5月在辽宁省朝阳市建成了我国第一个汽车安全检测技术站。此后，各地的检测站如雨后春笋般兴建起来。到目前为止，检测站遍布全国，已经普及到各省、市、县和地区，检测线总数多达4000多条。其中大部分分布在广东、山东等沿海省份。在检测设备方面，我国1985年以前是以进口为主。例如深圳市联城机动车检测站，当时是全套引进日本弥荣公司的设备。20世纪80年代后期，我国东南海和内地大城市如深圳、广东、肇庆、西安、北京、武汉等，注意从引进消化到自行研制，先后推出了部分国产和全部国产化的检测仪器设备。如今，除少数专用设备之外，绝大部分检测设备都已经实现国产化，基本满足国内需求。1.5 课题研究的主要内容本课题研究的主要内容包括首先介绍本课题所应用的软件Solidworks的基本介绍，其次介绍本课题研究的主要内容标准型车速表试验台的基本构造和原理以及一些使用方法。然后在设计的过程中，对标准型车速表试验台的所有零部件：机架、滚筒、举升机构、侧滑挡柱等进行设计、选择，以及对零部件进行选择校核。最后，将零部件进行组装装配，合成装配图。2 对于Solidworks软件的基本介绍2.1 Solidworks软件的制作背景SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初所赋予的任务是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今，它已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。2.2 Solidworks软件的特点 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把 SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如清华大学、北京航空航天大学、北京理工大学、上海教育局等也在应用SolidWorks进行教学。相信在未来的58年内，SolidWorks将会成为与当今AutoCAD一样，成为3D普及型主流软件乃至于CAD的行业标准。2.3 Solidworks软件的基本功用（1）独特的功能: SolidWorks机械设计软件提供了多种独特的内置工具和创新功能供使用： 内置零部件分析COSMOSXpress是第一个可在3D机械设计系统内快速、方便地对零部件设计进行测试的内置分析工具，使用它可以方便地对设计完整性进行分析。 设计交流eDrawings是第一个支持电子邮件的交流工具，它大大方便了2D和3D设计信息的交流，使用它可以方便地共享设计理念。 机械设计工具利用一整套焊接件设计和文档工具，可以得到一流的全相关钣金功能，而且还可以方便地访问机械设计功能库。 模具设计工具使用内置模具设计工具，可以自动创建核芯和型腔。MoldflowXpress 是一个基于向导的设计验证工具，使用它可以快速、方便地对塑料注模零部件的可制造性进行测试。 消费类产品设计工具使用增强工具加快消费类产品的设计速度。这些工具可用于轻松地处理表面，保持设计中曲线的连续，还可用于在薄壁零部件中创建凹槽。 在线访问现成的零部件3DContentCentralSM是第一个通过先进的在线目录为3DCAD系统的用户提供服务的内置Web资源，用户可以通过它访问现成的零部件，从而节省大量时间。 配置管理通过在单个文档内创建零部件或装配体的多种设计变化形式，简化设计的重复利用和迭代。（2）零部件建模：利用独特的基于特征的零部件建模功能，可以使用拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、放样和扫描、阵列特征和孔轻松创建设计。 通过独特的对多个实体的特征级控制，加快零部件建模速度。 通过动态编辑特征和草图，只需执行简单的拖放操作即可进行实时更改。 （3）装配体建模: 创建新的零部件时，可直接参照其他零部件并保持关系。设计具有成千上万个零件的大型装配体时可获得无可比拟的性能。可将零部件和特征拖放到适当的位置。 利用镜向零部件可以更快速地完成设计，因为您可以基于现有的对称设计创建新的零部件和装配体。 使用自动捕捉SmartMates功能可以加快装配体的设计速度，使用独特的MateDiagnostics功能可以轻松找出冲突的啮合关系，还可以轻松修复实体。 利用独特的物理模拟功能，可以模拟真实的动作和实体间的机械交互。 使用智能零件技术可以简化重复的任务，这种技术是一种使装配体任务（例如选择并将标准螺栓插入孔中，以及按正确的顺序添加垫圈和螺母）自动进行的创新。 （4）2D工程图: 不必绘制任何直线或圆弧即可得到可用于生产的详细工程图。得到的工程图完全关联工程视图和物料清单在每次修改零部件或装配体设计时会自动更新。 可从3D模型自动创建工程图，包括多个视图、尺寸和多文本注解。利用预定义的工程视图可以节省时间。 可以方便地对工程图进行比较，找出不同之处，查看从一个版本到另一个版本都进行了哪些更改。 只需单击一下即可为整个项目生成物料清单，列出多种配置的零部件数量。可以自动为工程视图中的每个零部件添加零件序号，还可以轻松地控制方向和对齐方式。 （5）表面处理: 利用引导线、填充孔和拖动控标（以便于控制相切），可以使用放样和扫描生成复杂的曲面。可以方便地对曲面进行剪裁、扩展、嵌缝，还可将曲面缝合到一起。可以缩放和排列曲面。可以转换、旋转、复制和镜向曲面以便于执行操作。3 标准型车速表试验台概述车速表检验台按有无驱动装置可分标准型与电机驱动型两种。标准型检验台无驱动装置，它靠被测汽车驱动轮带动滚筒旋转;电机驱动型检验台由电动机驱动滚筒旋转，再由滚筒带动车轮旋转。此外，还有把车速表检验台与制动检验台或底盘测功机组合在一起的综合式检验台。目前，检测站使用最多的是标准型滚筒式车速表检验台。3.1 标准型车速表试验台的基本结构标准型车速表试验台由速度测量装置、速度指示装置和速度报警装置等组成如图3-1所示。 图3-1 标准型车速表试验台示意图(1) 速度测量装置 速度测量装置由滚筒，速度传感器和举升器组成。滚筒分为两组共四个，通过滚动轴承安装在框架上。在每对滚筒组左/右端部安装有防止车轮侧向移动的滚柱。试验时为防止汽车差速器齿轮滑转，试验台的两前滚筒用联轴器连接在一起。速度传感器装在滚筒的一端，将对应于滚筒转速所发出的电压信号（或脉冲信号处理后）送到速度指示装置。可用作转速传感器的元件种类很多，一般采用测速发电机式（现在较多用光电编码器式和霍尔元件式）。为使汽车进出试验台方便，在前后滚筒之间设举升器。举升器多用气压驱动或液压驱动。举升器与滚筒制动装置联动，举升器升起时，滚筒被制动不能转动。 (2) 速度指示装置 目前多用智能型数字显示仪表，也就是一个单片机系统。来自速度传感器传来的电信号（如电压或脉冲数）与滚筒外圆周长等参数的信号经放大、A/D转换或经整形后进入单片机处理，经处理后驱动显示装置指示以km/h为单位表示的车速。（3） 速度报警装置 速度报警装置是为判明车速表误差是否在合格范围内而设置的。一般由三种形式： 1）用在试验台报警装置指示检测车速。当汽车实际车速达到某一值（如40km/h）时，报警装置的报警灯发亮或蜂鸣器发响。指示驾驶员车辆已到检测车速，注意观察驾驶室指示值是否在合格范围内（如合格范围为3848km/h）。 2） 示仪表上涂成绿色区域表示指示值与实际车速误差的合格范围。试验时，汽车车速表指示值达到某一检测车速（40km/h）时，同时观察试验台速度指示值是否在合格的绿色区域内（33.342.1km/h）。 3）同时具备上述两种装置的报警装置。 3.2 工作原理标准型车速表试验台的测试原理如图3-2所示图3-2 车速表误差的测量装置 试验时，汽车驱动轮置于滚筒,由发动机经传动系驱动车轮旋转，车轮借助摩擦力带动滚筒旋转，旋转的滚筒即相当于移动的路面，以模拟汽车在路面上行驶时的实际状态。通过滚筒的端部带动测速发电机(即速度传感器，现在用的较多的是光敏管或霍尔传感器等)旋转，测速发电机发出的电压(光敏管或霍尔传感器等发出的脉冲数)随滚筒转速的增高而增加。滚筒的转速与车速成正比，因此测速发电机的电压与车速成正比。也可采用脉冲信号发生器，将其安装在滚筒的一端，把对应的滚筒转速发出的电信号送至速度指示装置。因为车轮与滚筒间为无滑移的纯滚动，所以车轮与滚筒的线速度是一样的。通过滚筒直径和滚筒的转速可以计算出滚筒的线速度，即车轮的实际行驶速度。若已知滚筒直径及滚筒的转速，滚筒的线速度可用下式求出： （3-1）式中：V 为滚筒线的速度 (kmh)；D为滚筒的圆周长 (mm)；n为滚筒的转速 (rmin)。车轮的线速度与滚筒的线速度相等，故上式计算为汽车真实的速度。试验时由试验台上的速度指示议表显示。车轮在滚筒上转动的同时，车速表的软轴由车变速器或分动器输出轴带动旋转，并在车速表上显示车速值，即车速真实值。将试验台速度指示仪表上显示的真实车速值与车速表显示的车速指示值相比较即可求出车速表的误差。即： 指示值误差=（车速指示值-实际车速值）实际车速值100% （3-2）3.3 车速表误差形成的原因 汽车的车速表一般是通过速度传感器将汽车行驶速度传递给车速表，以使其指示车辆的行驶速度。由于传感器，车速表的制造，装配误差，以及车速性能下降，或轮胎磨损，轮胎气压不符合规定等因素都可能引起车速表的指示车速与实际车速之间出现误差。 车速表是利用磁电互感作用，通过指针摆动来显示汽车的行驶速度的。车速表内有带指针轴的转盘，带永久磁铁的转轴，轴承，游丝等零件，转轴由软轴相连接。由于这些零件在使用工程中的自然磨损，以及磁性元件松磁性变化都会造成车速表的指示误差。 汽车行驶速度V可用下式计算： （3-3）式中： V汽车行驶速度，km/h； 车辆滚动半径，m； n发动机转速，r/min； 变速器传动比； 主减速器传动比。 由上述已知，车速表的转轴一般通过变速器或传动器输出轴上的蜗杆蜗轮传动副经软轴驱动。在变速器输出轴转速不变（即上式中为定值）的情况下，则车速表指示值为定值，而从上式可见汽车的实际行驶速度 还与车轮的滚动半径 有关（因 通常是一常数）。汽车轮胎在使用过程中随行驶里程的增加而逐渐磨损，其滚动半径逐渐减小，轮胎气压高低也影响滚动半径的大小。因此车速表指示值与实际值就会形成误差。为消除上述原因所引起的车速指示误差，需对车速表进行适时的校验。3.4 有关标准 根据GB/T 15746.11995汽车修理质量检查评定标准与整车大修B1.2.7及GB72581997机动运行安全技术条件3.10条规定，车速表允许误差范围为+20%-5%，即当实际车速为40km/h，车速表指示值应为3848km/h，或当该车速指示值为40km/h时，车速表试验台速度指示议表指示值应为33.342.1km/h（因为试验台指示议表指示值为汽车实际速度，设实际车速为X根据误差定义则1.2X=40或0.95X=40,即得33.3km/h与42.1km/h）。 3.5 使用方法 因形式、牌号不同，不同的车辆表试验台其用法也不同。因此在使用前一定要认真阅读试验台使用说明书，按使用说明书的规定正确使用。一般的使用方法如下： 检测前准备 （一）试验台准备 （1）在滚筒静止状态下检查仪表指针是否在零点上，若指针不在零点上，可用零点调整旋钮(或零点调整电位计)调整。（2）检查滚筒上是否沾有油、水、泥土等杂物，若有应清除干净。（3）检查举升器动作是否自如，有无漏气，若有阻滞或漏气，应予以修理。（4）检查导线的接触情况，若有接触不良或断路应予以修理或更换。如果是经常使用的试验台，不一定每次使用前都要进行上述检查。 （二）被检车辆准备 （1）按汽车制造厂的规定检查并补充轮胎气压。 （2）轮胎上沾有水、油等污物或轮胎花纹沟槽内嵌有石子时，应清除干净。（三）测试步骤（1）接通试验台电源。（2）升起滚通间的举升器。（3）将被测车辆输出车速信号的车轮尽可能与滚筒垂直地停放在实验台上。（4）降下滚筒间的举升器，至轮胎与举升器托板脱离为止。（5）用挡块抵住试验台滚筒之外的一对车轮，防止汽车在测试时滑出试验台。（6）具体操作步骤：图3-3 车速表试验台的操作方法1- 挡块；2-滚筒；3-举升器1）启动汽车，待汽车的驱动轮在滚筒上稳定后，挂入最高档，踩下加速踏板，使驱动轮平稳的加速运转。2）当车速表的指示值达到规定检测车速（40Km/h）时，读出试验台速度指示仪表的指示值；或当试验台速度指示仪表的指示值达到检测车速时，读取车速表的指示值。（7）测试结束后，轻轻踩下制动踏板，使滚筒停止转动。注意：对于驱动型试验台，必须先关断电源再踩制动踏板。（8）升起举升器，除掉挡块，将汽车驶离试验台。（9）切断试验台电源。车速表允许误差范围为+20%-5%。3.6 使用注意事项（1）绝对禁止超过试验台允许轴荷的汽车上试验台检测。（2）对于前轮驱动的汽车，一定要用方向盘准确地保持汽车处于直线行驶状态（保持车轮平面与滚筒垂直），然后再加速到检测的车速，切忌汽车一驶上 试验台就立即加速。（3）如果被检测车辆需要连续进行高速实验，为防止轮胎产生驻波现象，可适当提高轮胎气压。（4）试验台仪表部分应避免阳光直射、受潮或振动。（5）试验台滚筒表面应经常保持清洁、干燥，防止泥土、水、油污等脏物污染试验台。（6）试验台不进行检测时，不准在上面停放车辆。4 标准型车速表试验台机械部分设计 机械部分主要由滚筒组、框架、举升机构等组成。滚筒组由四个滚筒组成，由联轴器连接的两个滚筒为主动滚筒，其余两个滚筒为从动滚筒。框架主体由两根纵向槽钢和四根横向槽钢焊接而成，横向槽钢用于支撑滚筒。举升机构由气动机构和举升托板组成，气动机构包含四个气缸。图4-1 试验台整体结构图4.1滚筒组检验台左右各有两根滚筒，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。滚筒相当于一个活动的路面，用来支承被检车辆的车轮，并承受和传递动力。汽车轮胎与滚筒间的附着系数将直接影响试验台的制动力。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，表面粘有熔烧铝矾土砂粒，滚筒表面无论干或湿时，其附着系数可达0.8。 在测试过程中，为防止汽车的差速器起作用而造成左右驱动轮转速不等，前面的两根滚筒是用联轴器联在一起的。滚筒多为滚筒用无缝钢管加工而成，它具有足够的承载能力。为了在高速运转时不发生强烈振动和噪声，滚筒进行了高精度动平衡。滚筒直径多在 175370mm 之间。本试验台滚筒组技术指标：滚筒长度：1300mm滚筒直径：212.2mm滚筒内宽*外宽：700*3000mm滚筒滑动附着系数：0.7滚筒形位误差：滚筒表面径向圆跳动应不大于2mm，滚筒平行度应不大于1mm/m试验台外形尺寸（）：3152mm*880mm*600mm图4-2 滚筒结构图4.2 框架 图4-3 框架结构图机架是整个测试台的支撑机构，承载了全部试验台以及被测车辆的重量。框架主体由两根纵向槽钢和四根横向槽钢焊接而成，横向槽钢用于支撑滚筒。根据GB/T 707-1988，本实验台纵向机架采用型号为32a号槽钢，高度为320mm，腿宽为88，腰厚为8mm.横向机架采用型号为10号槽钢，高度为100mm，腿宽为48mm，腰厚为5.3mm。4.3举升机构 图4-4 举升机构结构图举升器置于前后两根滚筒之间，为一气动装置。测试时，举升器处于下降状态，以便滚筒支撑车轮。测试前，举升器处于上方，以便汽车驶上检验台，测试后，靠气压升起举升器，顶起车轮，以便汽车驶离检验台。4.4 联轴器 图4-5 联轴器结构图联轴器是将两轴轴向联接起来并传递扭矩及运动的部件。根据联轴器有无弹性元件、对各种相对位移有无补偿能力，即能否在发生相对位移条件下保持联接功能以及联轴器的用途等，联轴器可分为刚性联轴器，挠性联轴器。（1）刚性联轴器：只能传递运动和转矩，不具备其他功能 包括凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。（2）挠性联轴器：不仅能传递运动和转矩，而且具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能。还具有不同程度的减振、缓冲作用，改善传动系统的工作性能。包括无弹性元件的联轴器、有弹性元件的联轴器。本实验台采用的联轴器为刚性联轴器联轴器即凸缘联轴器。选用联轴器时应根据轴径调整型号。初步选定的轴承联轴器联接尺寸，即轴孔直径和轴孔长度，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径调整联轴器的规格。主、从动端轴径不相同是普通现象，当转矩、转速相同，主、从动端轴径不相同时，应按大轴径选择联轴器型号。 5 机械部分设计及部分零件选择与校核的计算5.1滚筒设计图5-1 滚筒结构示意图5.1.1主要技术指标允许最大轴荷：10t，单轮载荷：5t；滚筒表面附着系数：=0.8，允许最高测速值n=180km/h；材料牌号:：40Cr（用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴）；热处理：调质；许用弯曲应力；壁厚：5mm。5.1.2尺寸设计1）直径：212.2 mm （5-1）d=212.2 mm ，n=1000r/min2）长度：1300mm滚筒全长（包括轴颈）：1300 mm（用于计算最大弯矩）。3）截面形状滚筒部分截面为圆环，壁厚20mm，两端侧壁厚20mm。两端轴颈截面为实心圆，长度100mm，直径50mm。5.1.3强度校核 1）弯矩的计算2）抗弯截面模数的计算C点截面为圆环，相关参数D点截面为实心圆，相关参数3）最大应力计算因此满足强度条件。5.2滚筒中心距的设计滚筒中心距450mm。滚筒中心距直接影响车轮安置角的大小。汽车车轮在滚筒上的安置角是指车轮与滚筒接触点的切线方向与水平方向的夹角。试验过程对安置角的要求如下： (1)车轮带动滚筒以最大加速度加速时，不得驶出滚筒，以确定最小安置角；(2)当台架滚筒制动后，保证车辆仍可驶出滚筒，以确定最大安置角。由于本试验台装有举升装置，可以保证滚筒制动后车辆驶出滚筒，因此，只需确保第一个条件满足即可。安置角除了与滚筒直径、中心距有关外，还受到轮胎尺寸的影响。显然，轮胎直径越大，安置角越小，车轮越容易在检测时驶出滚筒。因此，在设计时要尽可能确保较大直径的轮胎不驶出滚筒。根据国家标准GB/T 2977-2008，最大的轮胎直径。5.3机架的设计机架是整个测试台的支撑机构，承载了全部试验台以及被测车辆的重量。图5-2 机架结构示意图5.3.1支撑轴承座型钢计算图5-3 支撑轴承座型钢示意图 1）最大弯矩计算2）最大静应力的计算A. 若采用工字钢，型号为：12.6（126mm*74mm*5mm），热轧工字钢的材料为Q235-A，许用弯曲应力。，因此满足强度条件。B. 若采用空心方钢，70mm*70mm，壁厚3mm, 材料为Q235-A，许用静应力。因此满足强度条件。5.3.2总支撑型钢计算图5-4 总支撑型钢示意图1）最大弯矩计算 2）最大应力计算 因此满足强度条件。5.4轴承座的设计轴承支承结构的基本形式为两端固定支承。受径向和轴向载荷联合作用的轴，多采用深沟球轴承面对面或背对背排列组成两端固定支撑承。可以在安装和检修时，通过调整某个轴承套圈的轴向位置，使轴承达到所要求的游隙或预紧量。图5-5 轴承座示意图5.5举升机构的设计举升器的前后缸盖与气缸的联接采用双头螺柱，其结构简单、易于加工和装卸。举升器的气缸为单作用活塞式气缸，只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向运动，其活塞杆只能借助重力将其推回。单作用式气缸行程较短，推力及运动速度均要求不高，因而气缸采用QGS系列气缸，内径为320mm ,工作压力为0.11.0MPa，工作介质为净化的空气，缓冲行程为25mm。 图5-6 举升器气缸示意图5.6 滚筒支承轴承的选择与校核5.6.1 轴承选择由于检测过程中可能出现前轴在滚筒上侧滑的情况，故轴承将承受轴向载荷作用力径向载荷轴向载荷根据GB/T 135632007的规定，前滚筒启动力矩应不大于2.0 Nm，换算为滚筒圆周力选用轴承类型为单列圆锥滚子轴承（价格较高）或深沟球轴承（价格便宜）。图5-7 深沟球轴承示意图5.6.2 轴承相关计算1）若使用单列圆锥滚子轴承，选用轴承的型号为33212。根据GB/T 297-1994得知：负荷系数fp=1.2,径向载荷系数X=1，轴向载荷系数Y=0，基本额定动载荷C=1830