智能车辙测试仪的机械本体设计

智能车辙测试仪的机械本体设计第 1 页前言随 着 中 国 的 经 济 建 设 的 飞 速 发 展 ， 交 通 的 作 用 也 越 来 越 大 。 但 是 ， 由 于 铁路 及 航 空 运 输 存 在 相 对 的 局 限 性 ， 公 路 就 显 得 特 别 重 要 和 无 可 取 代 。 随 着 高 等级 公 路 建 设 的 迅 速 发 展 ， 对 于 路 面 质 量 的 要 求 越 来 越 高 ， 路 面 的 平 整 度 尤 其 重要 。 平 整 度 不 但 影 响 了 行 车 的 舒 适 程 度 ， 更 关 乎 到 交 通 安 全 问 题 。现 在 的 高 等 级 公 路 路 面 一 般 都 是 沥 青 路 面 。 沥 青 路 面 的 施 工 ， 影 响 因 素 有很 多 。 单 是 路 面 平 整 度 ， 就 与 施 工 人 员 的 素 质 、 路 基 施 工 的 质 量 、 桥 头 涵 洞 两段 及 桥 梁 伸 缩 缝 的 处 理 、 路 面 底 基 层 及 基 层 的 施 工 、 路 面 施 工 机 械 的 选 用 及 路面 材 料 的 质 量 有 关 。 沥 青 ， 也 就 是 俗 称 的 柏 油 ， 是 现 阶 段 公 路 建 设 最 主 要 的 路面 材 料 ， 沥 青 的 质 量 直 接 影 响 到 路 面 的 质 量 和 使 用 寿 命 。 因 此 ， 公 路 测 试 仪 器应 运 而 生 。 又 因 为 其 作 用 的 重 要 ， 所 以 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 并 且 越 来 越 向 着 自动 化 和 智 能 化 方 向 发 展 。本 次 设 计 的 产 品 智 能 车 辙 测 试 仪 就 是 其 中 的 一 种 测 试 仪 器 。 它 是 用 来 模 拟汽 车 在 行 驶 过 程 中 ， 路 面 被 车 轮 碾 压 后 的 变 形 。 主 要 用 于 沥 青 混 合 材 料 在 高 温条 件 下 的 抗 车 辙 碾 压 能 力 的 测 定 ， 也 可 用 于 沥 青 混 合 材 料 配 比 设 计 的 辅 助 性 检验 。 以 期 可 以 在 沥 青 混 合 材 料 投 入 使 用 前 ， 对 其 质 量 进 行 测 试 和 评 估 ， 避 免 劣质 原 材 料 投 入 使 用 ， 减 少 不 必 要 的 损 失 。目 前 国 内 的 车 辙 测 试 仪 有 单 、 双 测 试 轮 ， 也 有 三 测 试 轮 的 。 本 次 设 计 就 针对 单 轮 车 辙 测 试 仪 进 行 研 制 和 开 发 。 本智能测试仪的试验均在恒温箱内进行，机械结构采用轮动方式 , 即试验轮不动 ， 试模在驱动电机通过大 、 小带轮 ， 减速器以及曲柄滑块 结构的带动下， 做左右往复运动。 本测试仪使用简 单，移动方便 。并且恒温室内可 同时存放 3 个试件养 生，是目前国内功 能较齐全的单轮 车辙试验系统。 在软 件 控 制 部 分 ， 本 车 辙 测 试 仪 采 用 了 先 进 的 直 线 式 位 移 传 感 器 和 型 温 度传 感 器 , 无 温 度 漂 移 和 时 间 漂 移 ， 并 和 与 之 配 套 的 单 片 微 机 组 成 自 动 化 程 度 较高 的 精 密 测 控 系 统 。 本 车 辙 测 试 仪 的 软 件 是 基 于 s 操 作 系 统 的 专 用 测 试与 数 据 处 理 软 件 ， 专 门 配 合 车 辙 测 试 仪 使 用 ， 具 有 实 时 采 集 试 验 数 据 ， 显 示 、打 印 试 验 曲 线 ， 存 储 和 处 理 试 验 数 据 ， 报 告 输 出 等 功 能 。本 智 能 车 辙 测 试 仪 系 统 根 据 交 通 部 公 路 工 程 沥 青 及 沥 青 混 合 料 试 验 规 程52 0 ， 采 用 了 机 械 精 加 工 技 术 、 数 字 信 号 采 集 与 控 制 技 术 、 计 算 机 控智能车辙测试仪的机械本体设计第 2 页制 技 术 。 具 有 操 作 简 便 ， 测 量 精 度 高 ， 显 示 直 观 明 了 等 优 点 ， 适 合 于 交 通 土 建工 程 的 院 校 、 科 研 、 施 工 、 监 理 等 单 位 和 部 门 使 用 ， 是 目 前 国 内 功 能 较 齐 全 的单 轮 全 自 动 车 辙 试 验 系 统 。本 次 设 计 承 指 导 老 师 邵 秋 萍 的 悉 心 指 导 ， 提 出 了 很 多 宝 贵 的 意 见 和 建 议 。设 计 中 也 得 到 了 很 多 同 学 的 帮 助 。 设 计 者 谨 此 表 示 衷 心 的 感 谢 。限 于 设 计 者 水 平 经 验 及 时 间 仓 促 ， 设 计 中 的 缺 点 和 错 误 在 所 难 免 ， 恳 请 各位 老 师 不 吝 批 评 指 正 。智能车辙测试仪的机械本体设计第 3 页第 一 章 车 辙 测 试 技 术 的 现 状 与 发 展1 . 1 车 辙 测 试 技 术 的 现 状随 着 高 等 级 公 路 的 飞 速 发 展 ， 公 路 测 试 仪 得 到 了 越 来 越 广 泛 的 应 用 。 国 内现 有 的 比 较 成 熟 的 车 辙 测 试 仪 大 多 是 同 时 进 行 单 轮 或 双 轮 测 试 ， 也 有 三 轮 进 行测 试 的 ， 而 且 这 些 测 试 仪 大 多 为 机 械 式 驱 动 。 目 前 也 有 一 些 厂 家 开 始 使 用 步 进电 机 代 替 传 统 的 曲 柄 连 杆 机 构 作 为 驱 动 。 步 进 电 动 机 的 优 点 是 没 有 累 计 误 差 ，结 构 简 单 ， 使 用 、 维 护 方 便 ， 制 造 成 本 低 ， 步 进 电 动 机 带 动 负 载 惯 量 的 能 力 大 ，缺 点 是 效 率 较 低 ， 发 热 大 ， 有 时 会 “ 失 步 ” 。 用 步 进 电 机 取 代 传 统 的 曲 柄 滑 块机 构 ， 可 以 方 便 地 调 节 行 程 及 改 善 仪 器 的 机 械 动 态 特 性 系 统 , 自 动 化 程 度 高 。如 图 1 图 1 为 现 有 的 较 新 型 的 车 辙 测 试 仪 产 品 。图 1号：干式 1 号 1 . 2 车 辙 测 试 技 术 的 发 展随 着 我 国 经 济 的 发 展 ， 公 路 的 作 用 将 越 来 越 明 显 ， 因 此 车 辙 测 试 技 术 必 将继 续 得 到 发 展 。 在 将 来 的 测 试 技 术 中 ， 会 运 用 到 越 来 越 多 的 高 新 技 术 。 市 场 上已 有 的 新 型 测 试 仪 ， 如 辙 仪 （ R） 为 便 携 式 沥 青 混 合 料 抗 车辙 能 力 测 试 仪 器 ， 总 重 量 仅 68 公 斤 ， 底 座 面 积 方 米 。 辙 仪 创 新的 设 计 之 一 是 用 小 型 的 橡 胶 轮 盘 对 试 样 施 加 荷 载 ， 使 沥 青 混 合 料 抗 车 辙 能 力 的测 试 变 得 更 加 迅 速 、 准 确 和 简 易 。 速 度 快 ， 完 成 一 次 试 验 （ 含 加 热 及 保 温 过 程 ）只 需 一 个 半 到 两 个 小 时 。 测 试 准 确 ， 车 辙 测 试 精 度 为 3c m 。 相 信 相 信 随着 科 技 的 发 展 ， 车 辙 测 试 技 术 的 发 展 也 会 越 来 越 好 。 图 1 辙 仪 。智能车辙测试仪的机械本体设计第 4 页第 二 章 智 能 车 辙 测 试 仪 的 技 术 指 标2 . 1 主 要 技 术 指 标2 . 验 轮 技 术 指 标硬 度 ： 20 C 为 84 4D， 60 C 为 78 2 ： 200 ： 50m 厚 度 ： 15 验 轮 运 行 指 标实 验 轮 行 走 距 离 ： 230 10 轮 碾 压 速 度 ： 42 1 次 / 分 （ 21 个 来 回 / 分 ）实 验 轮 与 试 件 的 接 触 压 强 ： Mp 他 技 术 指 标试 模 尺 寸 ： 长 300 宽 300 深 50 重 30 箱 温 度 ： 60 量 测 量 范 围 与 精 度 ： （ 0 30 ） 2 试 验 规 程1 、 计 算 动 稳 定 度 的 时 间 原 则 上 为 试 验 开 始 后 45m 60m 间2 、 施 加 的 载 荷 总 量 为 78 右3 、 试 件 保 温 时 间 5h 24 开 机 时 间 约 1h， 最 大 变 形 达 到 25 为 止 。智能车辙测试仪的机械本体设计第 5 页第三 章 智能 车辙 测试仪 的总 体方案3 . 1 机 械 主 体 设 计沥 青 试 模 放 置 在 试 模 箱 里 ， 试 模 箱 固 定 在 水 箱 中 ， 水 箱 固 定 在 小 车 上 ， 小车 由 驱 动 电 机 通 过 小 带 轮 、 大 带 轮 、 减 速 箱 、 曲 柄 滑 块 机 构 带 动 ， 做 恒 速 左 右往 复 运 动 。 试 验 轮 固 定 在 杠 杆 上 面 ， 杠 杆 的 一 端 以 支 架 为 支 点 ， 另 一 端 放 置 配重 ， 配 重 由 低 速 电 机 通 过 绳 轮 吊 起 或 者 放 下 。 试 验 轮 放 置 在 沥 青 试 模 上 面 与 其接 触 并 进 行 左 右 往 复 运 动 ， 这 样 就 可 以 模 拟 车 轮 在 路 面 上 行 驶 的 效 果 。 另 外 位移 转 感 器 放 置 在 位 移 支 架 上 面 （ 位 移 支 架 和 试 验 轮 固 定 在 一 起 ） ， 来 测 试 沥 青试 模 在 小 车 碾 压 下 的 变 形 。 机 械 主 体 结 构 简 图 如 图 3 示 。3体结构示意图测 试 仪 主 要 由 下 列 部 分 组 成 ：1 、 试 验 台 ： 可 牢 固 的 安 装 两 种 宽 度 （ 300 150 的 规 定 尺 寸 的 试 模 。2 、 试 验 轮 ： 橡 胶 制 的 实 心 轮 胎 ， 技 术 指 标 如 第 二 章 介 绍 。3 、 加 载 装 置 ： 使 试 验 轮 与 试 件 的 接 触 压 强 在 60 C 时 为 Mp a ， 施加 的 总 荷 重 为 78 右 ， 根 据 需 要 可 以 调 整 。4 、 试 模 ： 钢 板 制 成 ， 由 底 板 及 侧 板 组 成 ， 试 模 尺 寸 如 第 二 章 介 绍 。5 、 变 形 测 量 装 置 ： 自 动 检 测 车 辙 变 形 并 记 录 曲 线 的 装 置 ， 通 常 用 、 电测 百 分 表 或 非 接 触 位 移 计 。智能车辙测试仪的机械本体设计第 6 页6 、 温 度 检 测 装 置 ： 自 动 检 测 并 记 录 试 件 表 面 及 恒 温 室 内 温 度 的 温 度 传 感 器 、温 度 计 ， 精 密 度 C 。3 . 2 驱 动 方 案 设 计车 辙 测 试 仪 的 小 车 左 右 往 复 运 动 采 用 机械式驱动， 即 通 过 电 机 器 滑 块 机 构 驱 动 ， 因 为 曲 柄 滑 块 机 构 结 构 简 单 ， 传 动 平 稳 ， 效 率 高 ， 而 且 费用 比 较 经 济 。 试 验 轮 与 试 模 的 接 触 压 强 通 过 杠 杆 上 的 配 重 实 现 ， 配 重 由 电 机 减 速 器 滚 轮 来 提 升 ， 采 用 电 机 提 升 配 重 可 以 减 少 工 作 人 员 的 劳 动 强 度 ， 效 率比 较 高 ， 省 时 省 力 。 图 3 曲 柄 滑 块 原 理 图 。w 1图 3 柄 滑 块 原 理 图3 . 3 恒 温 室 设 计车 辙 试 验 机 必 须 整 机 安 放 在 恒 温 室 内 ， 装 有 加 热 器 、 气 流 循 环 装 置 及 装 有自 动 温 度 控 制 设 备 ， 能 保 持 恒 温 室 温 度 60 1 C（ 试 件 内 部 温 度 60 C ） ，根 据 需 要 亦 可 为 其 他 需 要 的 温 度 。 用 于 保 温 试 件 并 进 行 试 验 。 温 度 应 能 自 动 连续 记 录 。 具 体 设 计 如 下 ：1 、 恒 温 室 热 风 循 环 采 用 鼓 风 机 （ 离 心 机 ） 加 风 道 （ 上 下 通 风 循 环 ） 设 计 。离 心 鼓 风 机 放 在 恒 温 室 下 部 ， 吸 风 口 在 恒 温 室 上 部 ， 吹 风 口 在 恒 温 室 下 部 。2 、 正 面 、 左 侧 面 各 开 一 个 对 开 门 ， 安 装 聚 碳 酸 酩 的 透 明 观 察 门 ， 以 便 进行 监 测 ， 并 且 方 便 试 模 的 拿 出 和 放 入 。3 、 箱 体 由 铁 板 隔 为 上 下 两 个 空 间 。 下 部 空 间 安 装 驱 动 电 机 、 减 速 器 、 起吊 电 动 机 、 减 速 机 、 滚 轮 、 离 心 风 机 和 加 热 箱 。 上 部 空 间 在 箱 壁 上 安 装 隔 热 层 ，以 便 进 行 恒 温 控 制 ， 冷 暖 空 气 流 通 通 过 风 机 经 过 通 风 管 道 来 实 现 ， 恒 温 控 制 依靠 温 度 传 感 器 来 采 集 温 度 变 化 ， 并 且 通 过 单 片 机 来 控 制 。图 3 风 系 统 结 构 示 意 图智能车辙测试仪的机械本体设计第 7 页3 . 4 试 验 步 骤1 、 将 试 件 连 同 试 模 一 起 ， 置 于 已 达 到 试 验 温 度 60 1 C 的 恒 温 室 中 ， 保温 不 少 于 5 小 时 ， 也 不 得 多 于 24 小 时 。 在 试 件 的 试 验 轮 不 行 走 的 部 件 上 ， 粘贴 一 个 热 电 隅 温 度 计 （ 也 可 以 在 试 件 制 作 时 预 先 将 热 电 隅 导 线 埋 入 试 件 一 角 ） ，控 制 试 件 温 度 稳 定 在 60 C 。2 、 将 试 件 连 同 试 模 移 置 于 车 辙 试 验 机 的 试 验 台 上 ， 试 验 轮 在 试 件 的 中 央部 位 ， 其 行 走 方 向 须 与 试 件 碾 压 或 行 走 方 向 一 致 。 开 动 车 辙 变 形 自 动 记 录 仪 ，然 后 启 动 试 验 机 ， 使 试 验 轮 往 返 行 走 ， 时 间 约 1 小 时 ， 或 最 大 变 形 达 到 25 m 止 。 试 验 时 ， 记 录 仪 自 动 记 录 变 形 曲 线 及 试 件 温 度 。智能车辙测试仪的机械本体设计第 8 页第四 章 智能 车辙 测试 仪各 个部分 的具 体设计4 . 1 小车 及其部件 设计4 . 模 箱 设 计因 为 沥 青 试 模 尺 寸 长 300 宽 300 高 50m m ， 所 以 试 模 箱 内 部 尺 寸 也设 计 为 长 300m m ， 宽 300 深 50 试 模 箱 体 侧 面 为 5 ， 底 面 为 8m 不 锈 钢 板 。 另 外 ， 两 侧 钢 板 上 安 装 有 把 手 ， 以 方 便 试 模 箱 的 拿 取 。 两 侧 面和 底 面 钢 板 用 螺 栓 固 定 ， 这 样 实 验 完 毕 后 可 以 卸 下 螺 栓 ， 以 方 便 拿 取 试 模 。 试模 箱 体 结 构 如 图 4 示 。销 钉螺栓图 4 模 结 构 示 意 图 图 4 箱 结 构 示 意 图4 . 1 箱 设 计水 箱 内 放 置 试 模 箱 ， 水 箱 加 热 用 电 阻 丝 直 接 在 试 验 水 箱 中 进 行 ， 用 塑 料 金鱼 小 水 泵 循 环 。 水 箱 放 置 在 小 车 上 ， 在 小 车 四 周 用 定 位 板 固 定 即 可 。 水 箱 高 度必 须 大 于 试 模 ， 才 可 以 保 证 水 可 以 浸 没 试 模 。 为 防 止 在 实 验 轮 左 右 往 复 运 动 时水 会 逸 出 ， 水 箱 高 度 应 适 当 高 些 ， 水 箱 高 度 设 计 为 90m m 。 最 终 水 箱 尺 寸 定 为 ：长 * 宽 * 高 =444* 444 *90 （ ， 水 箱 壁 厚 2 水 箱 同 样 用 不 锈 钢 板 制 作 ， 要 求焊 接 的 时 候 无 虚 焊 、 无 虚 缝 。 结 构 如 图 4 示 。4 . 1 车 设 计小 车 的 作 用 是 承 载 试 模 ， 并 在 驱 动 电 机 的 带 动 下 在 导 轨 上 进 行 左 右 往 复 运动 。 小 车 上 需 放 置 水 箱 和 试 模 箱 ， 而 且 小 车 跟 水 箱 的 底 板 尺 寸 相 同 ， 故 最 终 小智能车辙测试仪的机械本体设计第 9 页车 的 外 形 尺 寸 为 ： 长 * 宽 * 高 =44 4*4 44* 30， 水 箱 用 定 位 板 固 定 在 小 车 上 。 小 车制 造 材 料 选 用 钢 板 。 结 构 如 图 4 示 。8 平头螺钉4- M 5螺钉 2 3 . 2 车 结 构 示 意 图4 . 1 位 条 设 计为 防 止 试 模 箱 在 测 试 中 产 生 移 动 ， 需 要 在 水 箱 中 加 定 位 条 固 定 试 模 。 定 位条 的 作 用 是 防 止 试 模 箱 产 生 位 移 ， 因 此 刚 度 必 须 好 ， 材 料 选 用 45 钢 。 定 位 条的 尺 寸 不 需 太 大 ， 设 计 为 ： 长 * 宽 * 高 =50* 10* 20 （ 。 试 模 箱 安 装 在 小 车 上也 需 要 用 定 位 块 来 固 定 ， 同 样 定 位 块 的 材 料 也 是 用 45 钢 ， 尺 寸 设 计 为 ： 长 *宽 * 高 =60* 10* 29 （ 。试 模 、 试 模 箱 、 小 车 和 水 箱 的 安 装 结 构 如 图 4 示 。图 4 模 、 试 模 箱 、 小 车 和 水 箱 安 装 示 意 图4 . 2 杠杆 上零件装 配尺寸设 计4 . 重 块 尺 寸 设 计因 为 配 重 要 求 为 78所 以 要 实 现 78k g 的 配 重 ， 取 配 重 块 重 30k g 。 配 重块 材 料 选 用 钢 块 ， 钢 比 重 为 7800k g/ 因 为 配 重 块 安 装 在 杠 杆 的 一 端 ， 所 以把 配 重 块 设 计 为 中 间 有 两 个 孔 ， 可 以 穿 在 杠 杆 上 ， 这 样 就 方 便 配 重 块 在 杠 杆 上智能车辙测试仪的机械本体设计第 10页面 的 移 动 。 另 外 在 配 重 块 上 面 加 一 个 调 整 块 ， 通 过 调 节 调 整 块 的 位 置 来 调 节 对试 模 的 压 强 。 具 体 设 计 过 程 如 下 ：中 间 调 整 块 重 *0 0. 1*7 800 =4. 34 重 块 重 30 块 重 30- =2 块 长 （ 06 ） *2+ *0 *L *78 00= 25. 66所 以 L=0 m=2 20m 块 结 构 如 图 4 示 。图 4 重 块 结 构 示 意 4 示 。 实 验 轮 安 装 在 距 支 点 370 地 方 ， 又 因 为 小 车 左 右 行 程为 230 再 加 上 一 些 间 隙 和 配 重 块 的 长 度 ， 所 以 杠 杆 的 总 长 度 为L=2 25+ 115 +10 0+2 20+ 195 +11 5+1 0+5 0=1 030 能车辙测试仪的机械本体设计第 11页图 4 杆 上 力 臂 比 例 示 意 图4 . 2 杆 结 构 和 实 验 轮 安 装 设 计因为实验 轮固定安装在杠杆 上，杠杆起到了 力的传递作用，而 且杠杆一端需放置配重， 因此杠杆本身需 要一定的刚度，而 且杠杆自重最好 尽可能轻。所以杠 杆应该选择合理的截面形状，使其面积最小，以达到减轻自重和节约 材 料 的 目 的 。为 取 得 较 佳 的 设 计 方 案 ， 首 先 作 如 下 分 析 ： 我 们 首 先 研 究 宽 为 b 、 高 为 形 截 面 （ 图 4 7a） ， 其 抗 弯 模 量 为 ：图 4 杆 截 面 示 意 图A hA =式 中 A 代 表 横 截 面 面 积 。 由 上 式 可 看 出 ， 对 给 定 面 积 的 矩 形 ， 高 度 较 大者 较 为 经 济 。 当 然 高 度 的 增 加 是 有 限 度 的 ， 如 果 截 面 过 窄 ， 梁 将 侧 向 偏 斜 而 失稳 。由 于 截 面 上 各 点 的 正 应 力 与 点 到 中 性 轴 的 距 离 成 正 比 ， 当 最 外 边 缘 点 的应 力 达 到 许 用 应 力 时 ， 靠 近 中 性 轴 处 的 正 应 力 很 小 ， 未 能 充 分 发 挥 这 些 材 料 的能 力 ， 因 此 ， 凡 是 靠 近 中 性 轴 聚 集 着 较 多 材 料 的 截 面 就 不 够 合 理 。 圆 形 截 面 （ 4 7b） 就 属 于 这 类 截 面 。对 于 给 定 的 横 截 面 面 积 A 和 高 度 h 的 最 有 利 情 况 是 将 面 积 之 半 各 分 布 于距 中 性 轴 2h 处 ， 如 图 4 7c 所 示 ， 于 是智能车辙测试仪的机械本体设计第 12页A 222 22=但 是 这 种 极 限 情 况 是 不 可 能 实 现 的 ， 因 为 梁 的 腹 板 处 需 放 置 一 部 分 材料 ， 但 大 部 分 放 置 在 翼 缘 的 型 钢 截 面 （ 如 工 字 钢 、 槽 钢 和 回 形 钢 ） 的 材 料 可 以接 近 以 上 情 况 。 此 外 型 钢 截 面 的 稳 定 性 也 比 同 样 面 积 和 高 度 的 矩 形 截 面 好 得多 。综 合 考 虑 到 杠 杆 提 升 时 及 工 作 时 的 稳 定 性 ， 采 用 截 面 形 状 为 回 形 的 型 钢 ,如 图 4 7d 。 杠 杆 设 计 为 由 两 条 矩 形 无 缝 钢 管 （ 7 号 ） 组 成 ， 截 面 尺 寸 为 40* 60* 5 。这 样 刚 度 合 格 ， 而 且 由 于 是 空 心 的 ， 重 量 也 比 较 轻 。 杠 杆 一 端 通 过 铜 套 与 轴 座联 接 ； 杠 杆 另 一 端 放 置 配 重 。 杠 杆 结 构 和 试 验 轮 安 装 如 图 4 示 。图 4 杆 结 构 和 试 验 轮 安 装 示 意 图杠 杆 上 安 装 有 配 重 和 测 试 轮 。 测 试 轮 安 装 在 轴 上 面 ， 轴 安 装 在 轴 承 上 ， 轴承 安 装 在 轴 承 座 上 ， 轴 承 座 固 定 在 杠 杆 上 。 试 验 轮 上 部 安 装 有 位 移 支 架 ， 用 来放 置 位 移 传 感 器 。 位 移 支 架 结 构 如 图 4 示 。 试 验 轮 结 构 如 图 4 所 示 。图 4移支架结构示意图智能车辙测试仪的机械本体设计第 13页图 4 试 验 轮 安 装 结 构 示 意 图4 . 3 导轨 副、导轨 座设计4 导轨副结构设计导 轨 的 作 用 是 使 运 动 部 件 沿 一 定 的 轨 迹 运 动 ， 并 承 受 运 动 部 件 上 的 载 荷 。即 起 导 向 和 承 载 的 作 用 。 本 次 设 计 中 所 需 用 的 是 直 线 导 轨 。由 于 运 用 于 测 试 仪 ， 导 轨 副 导 向 精 度 要 高 ， 耐 磨 性 要 好 ， 因 此 选 用 滚 动 摩擦 导 轨 副 。 因 为 其 动 静 摩 擦 系 数 接 近 ， 起 动 阻 力 小 ， 低 速 运 动 平 稳 性 好 ， 且 不宜 发 生 爬 行 。 由 于 不 需 受 较 大 颠 覆 力 矩 的 作 用 ， 选 用 开 式 导 轨 即 可 。滚 动 导 轨 是 在 静 动 导 轨 之 间 放 置 滚 动 体 ， 故 选 用 滚 珠 。 滚 动 导 轨 最 常 用 的材 料 是 淬 硬 至 60 62H 钢 ， 以 及 硬 度 为 200 22 0 铸 铁 。 这 里 选 用 淬 硬钢 ， 采 用 轴 承 钢 整 体 淬 火 。滚 动 导 轨 由 导 轨 条 和 滑 块 组 成 。 导 轨 条 是 支 承 导 轨 ， 有 两 根 ， 安 装 在 支 承件 上 ， 滑 块 安 装 在 活 动 部 件 上 ， 它 可 以 沿 导 轨 条 作 直 线 运 动 。 每 根 导 轨 条 上 有两 个 滑 块 。 滑 块 中 装 有 两 组 滚 珠 , 每 组 滚 珠 各 有 自 己 的 工 作 轨 道 和 返 回 轨 道 ，即 循 环 式 滚 动 导 轨 ， 运 动 部 件 的 行 程 不 受 限 制 。 这 种 结 构 装 配 和 使 用 都 很 方 便 ，防 护 可 靠 ， 应 用 广 泛 。 为 防 止 灰 尘 进 入 ， 采 用 密 封 垫 密 封 。对 导 轨 进 行 预 紧 和 润 滑 。 预 紧 可 以 提 高 滚 动 导 轨 的 刚 度 ， 导 轨 采 用 过 盈 配合 ， 过 盈 量 取 5 m ； 润 滑 可 以 降 低 摩 擦 力 以 提 高 机 械 效 率 ， 减 少 磨 损 以 延智能车辙测试仪的机械本体设计第 14页长 导 轨 的 寿 命 ， 并 且 可 以 降 低 温 度 来 改 善 工 作 条 件 ， 还 可 以 防 止 生 绣 。 建 议 采用 润 滑 脂 润 滑 ， 因 为 它 不 会 泄 露 ， 而 且 不 需 经 常 加 油 ， 只 要 要 作 好 防 护 就 可 以了 。4 . 3 荷 计 算由 于 滚 动 直 线 导 轨 副 的 特 殊 结 构 ， 使 其 具 有 垂 直 向 上 、 向 下 和 左 右 水 平 四方 向 的 额 定 载 荷 相 等 ， 且 额 定 载 荷 大 ， 刚 性 好 ， 刚 度 高 ， 三 个 方 向 抗 颠 覆 力 矩能 力 大 。 结 构 采 取 两 根 导 轨 并 用 ， 四 个 滑 块 。 具 体 计 算 如 下 ：导 轨 承 受 载 荷 ： 试 模 质 量 30 载 力 m 2 =78 等 重 m 3 =10 0 他 重 30 总 压 力 为 m 总 = 30+ 78+ 100 +30 =25 8 导 轨 摩 擦 力 F=1.5 f N =1. 5*0 258 *10 =38 1 推 动 力 矩 M=F *0. 115 =38 7*0 =4 5N * 3 轨 座 设 计两 条 导 轨 架 设 在 两 条 导 轨 座 上 面 ， 因 此 导 轨 座 起 到 了 支 撑 作 用 。 导 轨 座 的高 度 设 计 为 45 长 度 为 500 按 照 两 条 导 轨 间 的 距 离 确 定 两 条 导 轨 座 之间 的 中 心 距 离 为 400 两 条 导 轨 座 之 间 的 空 间 可 以 在 测 试 的 同 时 放 入 试 模 进行 养 护 。 因 为 导 轨 座 是 铸 件 ， 所 以 在 铸 造 导 轨 座 时 要 对 之 进 行 时 效 处 理 ， 并 且要 求 铸 件 无 缩 孔 、 缩 松 、 夹 渣 等 缺 陷 ， 这 样 导 轨 座 才 会 有 足 够 的 强 度 。 导 轨 副 、导 轨 座 配 合 结 构 如 图 4 示 。图 4轨副、导轨座配合结构示意图4 . 4 支架 设计支架作为支点 ， 支承着杠杆的一端 。 支架上部安装轴座 ， 使用铜套与杠杆联接 ，下部固定安装在机座中间的隔板上面 。 支架的高度等于实验轮半径加上试模 、 小车 、导轨副和工字钢的高度之和 。 计算得支架的高度为 273宽度定为 280支架材料选用 10 号槽钢， 底座为 板，并 在面对试模的一 侧加一对加强肋， 这样就使智能车辙测试仪的机械本体设计第 15页支架刚度较好，而且重量较轻。要求焊接的时候要平滑、光整。支架结构如图 4 4架结构示意图4 . 5 驱动 30度 21 个来回 / 分小车速度 v=230*42/60=161mm/ m 1 =30 载 力 m 2 =78 等 重 m 3 =10 0 他 30 总 压 力 为 m 总 = 30+ 78+ 100 +30 =25 8 =58*10=381801定功率 k w ，满 载 转 速 139 0/（ r*1 ） , 额 定 转 矩 2.2 最 大 转 矩 2.2 . 5 轮 设 计带 传 动 强 度 设 计 的 依 据 是 在 保 证 带 有 一 定 寿 命 的 前 提 下 ， 在 正 常 工 作 的 时候 不 打 滑 ， 所 以 采 用 V 带 。 计 算 过 程 如 下 ：功 率 A 本 工 作 机 载 荷 平 稳 而 且 工 作 时 间 小 于 10h / 天 ， 所 以 0k w 所 以 . 550 表选择小带轮的基准直径 806页大带轮基准直径 1i= =以 130= 60000=6 280 d =2 *(+(2 /4892 900 a=3001800 - (*1700根据带型、 表得 根数 Z=（ 带 轮 包 角 系 数 = 带 长 系 数 =0. 87所 以 V 取 整 后 为 2 ， 采 用 两 根 V 带 。带轮的基准槽宽是 V 带的节面在轮槽内相应位置的槽宽 。 在轮槽基准宽度处的直径是带轮的基准直径 。 带的基准长度是在规定的张紧力下 ， V 带位于测量带轮基准直径处的周长 。 带轮最常用的材料是灰铸铁 ， 当带速 v 30m /s 时 ， 用 0； v 25- 45m /s 时 ， 宜 采 用 球 墨 铸 铁 或 铸 钢 ， 也 可 以 用 钢 板 冲 压 - 焊 接 。 小 功 率 传 动可 用 铸 铝 合 金 或 塑 料 。 所以本次设计小带轮材料采 用 4 5 钢 ， 大带轮材料采 用 带轮结构如图 4带轮结构如图 4 4带轮结构示意图 图 4n 转盘 =21 n 电机 =1400i 减 =40 1400/i减 i 带 = 21 则 i 带 = 7页i 带 =d 从 / d 主 d 主 取 70 则 d 从 =5/3*70=117 机 选 用 恒 星 集 团 . 杭 州 福 特 减 速 机 有 限 公 司 生 产 的 福 特 减 速 机 。 减 速器 型 号 定 为 60 单 极 普 通 齿 型 蜗 轮 减 速 机 ， i=40， 入 力 轴 直 径 U=40m m ， 伸出 长 度 0 出 力 轴 直 径 S=4 0 伸 出 长 度 50 安 装 形 式 为 A 。4 . 6 配重 起吊系统 设计4 . 6 动 机 设 计 若 60W 电 机 转 速 100 输 出 转 矩 9. 55* 106 *0. 06/ 100 =57 30 N*m 0W 电 机 转 速 10 输 出 转 矩 9. 55* 106 *0. 06/ 10= 573 00 N*m 动 配 重 转 矩 转 轴 直 径 60， 配 重 302 =30 *g* 60/ 2=3 0*1 0*3 0=9 000 N* 需 要 直 连 式 电 机 的 转 速 n 应 为 （ 安 全 系 数 为 90 00= *1 0 6 *0. 06/ n 所 以 n =42 转 / 分当 电 机 转 速 快 于 42 ， 将 有 可 能 拉 不 动 。所 以 直 联 式 电 机 应 使 其 转 速 小 于 42 电 机 才 能 带 动 配 重 提 升 。 若 用 139 0 通 电 机 经 二 级 蜗 杆 减 速 器 i=2 00则 减 速 器 输 出 n =1390 /20 0=7 此 时 用 60W 电 机 足 以 起 吊 配 重 。若 用 60W 电 机 可 能 输 出 轴 径 太 小 。若 用 140 0rp m 电 机 经 减 速 器 i=3 00 ， 卷 轮 速 度 为 139 0/3 00= 4.7 为 550 W 。 若 电 机 功 率 选 小 ， 尽 管 动 力 足 够 ， 但 输 出 轴 径 太 小 。所 以 本 次 设 计 采 用 电 机 型 号 转 速 n=1 390 额 定 功 率 W=550 w ，额定转矩 大转矩 安 装 形 式 . 速 机 设 计绳 速 要 求 较 慢 ， 速 比 i 应 比 较 大 ， 采 用 两 级 蜗 轮 蜗 杆 减 速 器 。选 转 轴 直 径 d=3 8 一 圈 钢 丝 绳 提 升 S=2 r=*3 8=1 19. 4 高 度 为 200 转 轴 需 转 过 200 /19 1. 67 圈 若 减 速 机 速 比 i=300智能车辙测试仪的机械本体设计第 18页则 减 速 器 输 出 轴 转 速 =14 00/ 300 =4. 67 时 间 =0 21 转 速 n=*60 =4. 63 r/m 若 减 速 机 速 比 取 i=4 00则 减 速 器 输 出 轴 转 速 =14 00/ 400 =3. 5 时 间 0. 45m 27 转 速 n=*6 0=3 r/ 减 速 器 速 比 i 选 300 , 较 接 近 要 求 。减 速 器 选 用 恒 星 集 团 . 杭 州 福 特 减 速 机 有 限 公 司 生 产 的 福 特 减 速 机 。 减 速器 型 号 定 为 40 极 普 通 齿 型 蜗 轮 减 速 机 ， i=300 ， 入 力 轴 直 径 U=20m m ，伸 出 长 度 30 出 力 轴 直 径 S=4 0 伸 出 长 度 5 安 装 形 式 为 A 。电 动 机 、 减 速 机 和 滚 轮 之 间 的 配 合 关 系 如 图 4 示 。图 4重提升动力系统示意图4 3 联 轴 器 设 计联 轴 器 是 联 接 两 轴 使 其 一 同 回 转 并 传 递 运 动 和 转 距 的 机 械 装 置 。 用 联 轴 器联 接 的 两 根 轴 ， 在 机 器 正 常 运 转 时 是 不 能 随 意 脱 开 的 ， 只 有 在 机 器 停 止 运 转 后用 拆 卸 的 方 法 脱 开 。 由 于 制 造 和 安 装 的 误 差 以 及 承 载 后 温 度 变 化 引 起 轴 的 变形 ， 被 联 接 的 两 根 轴 的 轴 线 不 可 避 免 的 要 产 生 相 对 偏 移 。 这 种 相 对 偏 移 ， 将 在轴 承 和 联 轴 器 上 引 起 额 外 的 附 加 载 荷 ， 使 轴 回 转 时 产 生 较 大 振 动 ， 从 而 将 降 低机 器 传 动 性 能 ， 缩 短 机 器 的 使 用 寿 命 。 为 此 设 计 了 很 多 联 轴 器 可 满 足 各 种 情 况下 的 应 用 需 要 。本 次 设 计 中 的 联 轴 器 用 于 联 接 配 重 提 升 系 统 上 面 电 动 机 输 出 轴 与 减 速 机输 入 轴 。智能车辙测试仪的机械本体设计第 19页传 动 装 置 中 大 多 有 两 个 联 轴 器 。 电 动 机 与 减 速 器 高 速 轴 联 结 用 的 联 轴 器 ，一 般 选 用 弹 性 可 移 式 联 轴 器 ， 例 如 弹 性 柱 销 联 轴 器 等 。 减 速 器 低 速 轴 与 工 作 机轴 联 接 用 的 联 轴 器 ， 常 选 用 刚 性 可 移 式 联 轴 器 ， 如 齿 轮 联 轴 器 等 。 本 次 设 计 中的 联 轴 器 选 用 刚 性 可 移 式 联 轴 器 ， 该 类 联 轴 器 无 补 偿 两 轴 间 相 对 偏 移 的 能 力 ，它 要 求 被 联 接 两 轴 的 轴 线 严 格 对 中 ， 理 论 上 没 有 相 对 偏 移 。 刚 性 联 轴 器 包 括 凸缘 联 轴 器 、 套 筒 联 轴 器 、 夹 壳 联 轴 器 等 几 种 形 式 ， 选 用 应 用 最 多 的 凸 缘 联 轴 器 。该 联 轴 器 结 构 简 单 ， 刚 性 好 ， 价 格 便 宜 ， 传 递 扭 矩 的 能 力 也 较 大 ， 适 用 于 载 荷平 稳 ， 转 速 稳 定 ， 被 联 接 两 轴 间 相 对 偏 移 极 小 ， 对 中 精 度 良 好 的 一 般 轴 系 传 动 。综 合 考 虑 ， 性 价 比 较 高 。凸 缘 联 轴 器 是 由 两 个 带 凸 缘 的 半 联 轴 器 和 联 接 螺 栓 所 组 成 ， 它 有 两 种 对 中方 式 ： 和 。 本 次 设 计 选 用 ， 即 通 过 半 联 轴 器 上 的 凸 台 和 凹槽 的 嵌 合 来 保 证 对 中 ， 用 普 通 螺 栓 联 接 预 紧 ， 其 对 中 精 度 高 ， 工 作 时 靠 两 个 半联 轴 器 接 触 面 上 产 生 的 摩 擦 力 来 传 递 转 矩 。计 算 联 轴 器 应 传 递 的 计 算 转 矩 T 考 虑 到 机 器 起 动 和 工 作 中 的 不 稳 定 动载 荷 的 影 响 ， 引 入 工 作 情 况 系 数 K A 。 根 据 情 况 ， 为 =955 0 T式 中 - 联 轴 器 应 传 递 的 理 论 转 矩 ， 单 位 为 的 功 率 ， 单 位 为 T 联 轴 器 的 许 用 转 矩 ， 单 位 为 联 轴 器 传 递 的 转 矩 T =9 550 K A P/n =95 50* 0. 370 /14 00= 6N 联 轴 器 是 标 准 件 ， 所 以 本 次 设 计 中 凸 缘 联 轴 器 选 用 ， 额 定 转矩 25 许 用 转 速 100 00 r/ 制 造 材 料 采 用 35 钢 。 结 构 如 图 4 所 示 。图 4缘联轴器4 . 轴 设 计配 重 采 用 减 速 器 起 吊 。 起 吊 要 平 稳 ， 起 吊 高 度 要 方 便 试 模 的 放 取 。 转 轴 设智能车辙测试仪的机械本体设计第 20页计 成 空 心 轴 ， 因 为 这 样 既 可 以 节 省 材 料 有 能 达 到 较 好 的 力 学 性 能 。 下 面 对 空 心轴 的 特 性 作 如 下 分 析 ：如 图 4a 的 应 力 分 析 图 可 以 看 出 ， 对 实 心 截 面 ， 当 边 缘 处 剪 应 力 达 到 许可 值 时 ， 靠 近 圆 心 处 的 剪 应 力 还 小 。 这 部 分 的 材 料 就