毕业设计（论文）-汽车淋雨试验装置设计（全套图纸三维）.pdf

摘要： 汽车淋雨试验是一种人工环境实验方法， 它用于测试汽车的防雨密封 性能，模拟汽车在使用条件下碰到自然降雨或滴水环境因素后的影 响。淋雨试验方法的研究和应用已有多年历史。早在 70 年代法国航 空标准、美国军用标准和英国军用标准中均正式规定了有关人工淋 雨、暴雨和防滴水方面的条款。我国也于 1990 年做出规定：GB/T 12480-90 客车防雨密封性试验方法。防水试验机主要是测试产品在 淋雨的气候环境下的贮存，运输和使用时的性能试验，主要用于对电 工电子产品，灯具，电柜，电器元件，汽车，摩托车及其零部件等产 品在模拟淋雨的气候条件下， 对产品的物理以及其它相关性能进行测 试，测试后，通过检定来判断产品的性能是否能够达到要求，以便供 产品的设计，改进，检定及出厂检验使用。 防水试验机的箱体外壳材料采用优质 A3 钢板数控机床加工成 型，造型美观大方，这是目前最流行的外壳材料，也是最受欢迎的材 质之一，这种材质耐高温、耐腐蚀、抗老化、光滑平整易清洗，所以 这种外壳材质已经成为一种趋势， 已经很多试验箱也逐渐使用这种材 质了。其实一般的试验箱都是需要移动的，所以淋雨试验箱的底部采 用高品质可固定式 PU 活动轮，这种滑轮不同于一般的滑轮，随着时 间的推移，这种滑轮不仅不会磨损，还会变的非常光滑，便于移动。 防水试验机内的喷水装置具有 270 度摆管和 360 度旋杆喷水装置， 这 样做的效果会使得试验箱内的各个位置都能被水喷到， 使得试验的效 果达到最佳。 Abstract： Automobile rain test is an artificial environment experiment method, it used to rain test vehicle sealing performance,effects of simulated car hit the natural rainfall or water environmental factors in the conditions of use of the. Rain testresearch and application has been for many years. In the early 70s the French aviation standard, USA military standards and military standards were officially established artificial rain, rain and drip proof terms. China hasstipulated in 1990: the GB/T 12480- 90 bus rain proof performance test method. Waterproof test machine is mainly to test products in the climate, storage, transportation and use of the performance test, mainly used for electrical and electronic products, lamps, electrical cabinets, electrical components, automobile, motorcycle and parts products such as climate conditions in the simulated rain, testing, physical and other related to the product the performancetest, the test to determine whether the product performance to meet the requirements, design improvement, in order to supply products, test and inspection service. Enclosure material waterproof testing machine using high- quality A3 steel plate processing of CNC machine tools,beautiful appearance, this is the shell material is currently the most popular, one of the material is one of the most popular, the material of high temperature resistance, corrosion resistance, aging resistance, smooth and easy to clean, so the shell material has become a trend, already many test cases have gradually the use of this material. In fact, test cases are generally need to move, so the rain test box at the bottom of the use of high quality can be fixed PU movable wheel, the pulley is different from general pulley, the pulley with the passage of time, not only will notwear, will become very smooth, easy to move. Water spraying device waterproof testing machine with 270 degree and 360 degree rotating rod pipe spraying device, the effect of this will make each position test box can be water spray tothe test, in order to achieve the best effect. 目录： . 4 一，淋雨装置的介绍 . 4 1.1 淋雨装置的意义 . 4 1.2 淋雨装置的组成 . 8 1.3 淋雨装置的工作原理 . 9 二，设计方法 . 10 2.1 淋雨装置的设计思路 . 10 2.2 水泵的选用及其设计 . 10 2.3 液压元件的选用及计算. 12 2.3.1 管道的选择 . 12 2.3.2 阀门的选择 . 13 2.3.3 喷头的选择 . 16 三，设计方案有限元验证 . 18 3.1 有限元介绍 . 18 3.2 有限元分析过程 . 19 四，总结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 六，参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 目录：目录： 一，淋雨装置的介绍一，淋雨装置的介绍 1.1 淋雨装置的意义淋雨装置的意义 汽车淋雨试验是一种人工环境实验方法， 它用于测试汽车的防雨密封 性能，模拟汽车在使用条件下碰到自然降雨或滴水环境因素后的影 响。淋雨试验方法的研究和应用已有多年历史。早在 70 年代法国航 空标准、美国军用标准和英国军用标准中均正式规定了有关人工淋 雨、暴雨和防滴水方面的条款。我国也于 1990 年做出规定：GB/T 12480-90 客车防雨密封性试验方法。防水试验机主要是测试产品在 淋雨的气候环境下的贮存，运输和使用时的性能试验，主要用于对电 工电子产品，灯具，电柜，电器元件，汽车，摩托车及其零部件等产 品在模拟淋雨的气候条件下， 对产品的物理以及其它相关性能进行测 试，测试后，通过检定来判断产品的性能是否能够达到要求，以便供 产品的设计，改进，检定及出厂检验使用。 众所周知，汽车无论是处于工作状态还是贮存状态，它们都将不 同程度地受到各种水的影响，其中受淋雨影响最为常见，有些设备虽 然有防雨措施，但还会受到暴露在其上表面的凝结水或泄漏水的影 响。淋雨试验时整车密封性检验必不可少的手段，国家法规对此也有 要求。全国很多厂家都有这样的检验设施，但形式各异，方法也不尽 相同1。 淋雨试验装置主要用于测试产品在淋雨的气候环境下的贮存，运 输和使用时的性能试验， 主要用于对电工电子产品， 电柜， 电器元件， 汽车及其零部件等产品在模拟淋雨的气候条件下， 对产品的物理以及 其它相关性能进行测试，测试后，通过检定来判断产品的性能是否能 够达到要求，以便供产品的设计，改进，检定及出厂检验使用。 在汽车工业，汽车淋雨试验时一个不可缺少的重要环节。无论是 轿车、微型车或者卡车，给司乘人员创造一个良好环境并保证其安全 是十分重要的， 任何汽车制造商如果在汽车的制造过程中忽略了这一 环节，都是不可取的2。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 汽车淋雨试验装置设计应达到 GB/T12480-903客车防雨密封性 试验方法规定要求。通过对整车淋雨试验装置的设计和探索，积累宝 贵经验。对汽车淋雨试验装置的设计具有重大的意义4。 目前，我国淋雨试验箱产业虽然从整体来看有了较大的发展，但还远 远不能满足国民经济、科学研究、国防建设以及社会发展等各个方面 日益增长的迫切需求。我国仪器设备产品大部分属于中低端产品，技 术水平相当于 20 世纪 90 年代初中期国际水平， 高端大型仪器几乎全 部依赖进口。 我国仪器设备的总体发展水平落后发达国家 1015 年。 淋雨试验设备发展至今，已经取得众多成绩，也面临众多问题。除了 进行纵向的自身比较外，还应该放眼世界，与国外行业前进行横向比 较，在全面了解世界行业发展趋势的背景下，继续寻求发展。 目前国外淋雨试验设备普遍采用电子设计自动化(EDA)、计算机 辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、数字信号处理(DSP)、专用 集成电路(ASIC)及表面贴装技术(SMT)等技术5。 在重视高档仪器开 发的同时，注重高新技术和量大面广产品的开发与生产。注重系统集 成，不仅着眼于单机，更注重系统、产品软化。中小型科学仪器企业 通常向专、精、特方向发展。通过并购和组建战略联盟，形成科学仪 器大集团是国际科学仪器产业发展的重要趋势6。 我国汽车淋雨试验研发投入不足，自主创新能力有待提高：主要 表现在中高端产品的竞争力非常薄弱，特别在高端产品市场中，跨国 公司、合资公司和进口的产品占绝对优势。重大技术装备和重要基础 科学实验所需要的淋雨试验机对进口产品的依赖度相当高。 淋雨试验 机是机械行业中进出口逆差最大的行业 国产产品稳定性和可靠性与国外产品有明显差距： 国产产品多数 以跟踪模仿为主要发展方式，缺少对基础技术和核心技术的研究，也 缺乏各种环境因素对产品稳定性和可靠性影响的试验，造成产品的 “先天不足”。不少企业虽然引入了先进的淋雨试验机设备，但整个 生产链的精益化和质量管理水平不高， 不能把制造过程产生的偏差控 制在允许的范围内， 致使产品稳定性和可靠性差， 制造质量不稳定等。 在国内， 将优化方法应用于汽车淋雨试验装置的设计是目前一个比较 令人关注的热点。 国内汽车行业对国产淋雨试验装置的性能要求大大 提高的压力下， 迫切需要发展新的优化设计方法 （基本理论、 建模） ， 以提高设计效率和精度，降低分析成本7。在国内，对于淋雨试验 装置优化是目前汽车设计一个比较令人关注的热点。 近几年出版的专 著及发表的文献都对现有的汽车淋雨试验装置设计有一定的研究， 如 陈琳的新型机车淋雨试验台的设计。采用单跨一字型淋雨架结构，使 用原转车台场地，在可避免让机车高度，不影响原机车掉头回转的功 能情况下，满足机车淋雨试验要求。安全、便于维护，节约了生产场 地和配套供电、上下水设施等费用8。陈小平，吴年华的汽车淋雨 实验室设计。总结了淋雨实验室设计中淋雨面积、淋雨强度和喷射压 力等主要参数及设备确定9。孔庆华，柏丽敏，陆肇达的汽车淋雨 试验装置的参数化设计与仿真就采用最为普遍的有限元分析软件 ANSYS参数化设计与汽车防雨密封性检测设备人工淋雨试验装置 的设计相结合，做出了一套具有一定的理论和实用价值的仿真系统。 从仿真建模、边界条件、求解过程等方面比较详细的阐述了淋雨实验 室喷淋系统的仿真过程。在曾洪涛，王智欣等人的努力下。针对淋雨 试验的要求，简述了高压室淋雨试验淋雨装置的设备组成，各部件的 作用及基本设计要求。阐述了关键部件喷嘴的选型方法，并且依据对 运动水滴的物理分析、数学建模、数值计算和虚拟仿真模拟技术提出 了方便可行的设计思路， 为试验淋雨装置的设计与研究提供了理论依 据， 同时开发了一套应用于淋雨试验装置选型和试验效果分析的仿真 软件， 为不同条件和参数要求下的高压湿试验装置设计提供了解决方 案10。 1.2 淋雨装置的组成淋雨装置的组成 轻型汽车淋雨试验间 最大总质量3500kg 电源 380V/50HZ;220V/50HZ 场地要求 14m*5.5m(长*宽) 2.需求设备 设备名称 需求数量及技术规格 淋雨设施厂房 一套；尺寸：13m*(内尺寸 4m)*4.3m(长*宽*高)； 1. 钢结构框架，顶部为倒“V”型斜顶结构； 2. 彩涂夹心板外墙，房顶面内墙面采用 0.8mm 厚 202#不锈钢板， 3. 内外墙中间有 50mm 厚的保温层 （保温材料 为聚安发泡胶板）； 4. 混泥土地面，表面应安装钢板格栅回水槽； 5. 长度方向单侧开门；电动卷闸门，门洞尺寸 为 2.8m*3m（宽*高） 6. 淋雨间内有暖风吹水设备，流量40m3/h, 加热总功率30kw。热风管路为 5 方位（前、后、 顶、左、右）立体布局，布局应合理，出风口风速 9 米/秒管路大小应与风流量匹配。 蓄水/回水池 一套；外形尺寸：3m*3m*1.5m(长*宽*高);位于淋 雨房中央，混泥土地坑 3m*2m*1.5m(长*宽*高)； 水池应有过滤装置并便于清理。 水泵总成 一套；单级单吸离心清水泵，当流量 Q40m3/h， 水泵供水喷淋头出水压力大于 150kp 电机总成 一套；3 相异步电机，额定功率应与水泵匹配。 管路排空器及储水器 一套；规格位容积1m3，带压力显示。 喷淋设备总成 一套； 喷淋设备总体布置应符合 QC/T476- 2007 标 准要求， 取消底部与喷淋管路。 喷淋方向有上、 左、 右、前、后四面。 电器控制柜等： 一套；包括电机控制，出水压力控制，防错及漏电 保护等。 系统管路总成 一套；应与整个供水系统匹配 格栅 一套；钢板平行网格栅，基材厚度5mm；网格间 距30mm； 布置在淋雨房出口， 规格为 4m*3m （长 *宽） 吹风方向 吹风结构采用风幕机做左右摇摆吹风, 吹风为 5 方 位（前、后、顶、左、右）立体布局，布局应合理， 出风口风速9 米/秒 1.3 淋雨装置的工作原理淋雨装置的工作原理 随着国民经济的快速发展， 对产品的设计过程要尽快采用现代设计方 法，以便从根本上保证产品的质量和水平。CAD/CAE/CAM 技术的普遍 应用为产品的设计开发提供了可靠的先进手段，一度被人们称为 3C。 计算机软硬件功能的飞速发展，有力的促进了 3C 技术的应用不断向 纵深发展，人们逐渐体会到计算机辅助设计的真正含义。针对车辆产 品的总目标， 着重从软件的求解功能、 数据结构、 前后处理器的功能、 用户界面、易学易用性等方面进行比较。Ansys 软件不仅求解题目的 功能完全满足其要求，而且在应用方面，图形用户界面（GUI）给用 户的应用提供了直观的途径，引导用户一步一步的进行分析。因此本 文采用 Ansys 软件进行参数化设计与仿真。参数化建模是指先用一 组参数来定义几何图形(体素)尺寸数值并约束尺寸关系,然后提供给 设计者进行几何造型使用。它的主题思想是用几何约束、数学方程与 关系来说明产品模型的外形特征,从而得到一簇在外形或功能上具有 相似性的设计方案。产品设计的目的是为了满足产业生产、科学研究 和实际生活的需要。对于实际需要提出的各种各样的要求,产业产品 在功能上,型号上都要不断的进行改进。假如以往的设计不能满足功 能的要求,就要重新设计产品;假如仅是应用工况的不同造成的产品 在尺寸方面的不同,只需要开发不同尺寸型号的产品就可以了。对于 系列化、通用化和标准化的定型产品,设计所采用的数学模型及产品 的结构都是相对固定不变的,所不同的只是产品的结构尺寸有所差异, 而结构尺寸的差异是由于相同数目及类型的已知条件在不同规格的 产品设计中取不同值造成的。对于这类产品进行设计时,采用参数化 建模方法对尺寸进行替换,这样对于不同结构尺寸的产品只需要改变 相应参数化尺寸的值就可以自动迅速的得到产品的模型,省往了大量 重复过程,进步了设计生产效率。 二，设计方法二，设计方法 2.1 淋雨装置的设计思路淋雨装置的设计思路 通过高压水泵将水传送到 3.5 米高度,然后通过喷头喷洒,高速的水 流设计汽车,以测试汽车在淋雨状态下的密封性. 2.2 水泵的选用及其设计水泵的选用及其设计 本设计采用隔膜泵输送水流. 1气动隔膜泵其常用的有四种材质：塑料、铝合金、铸铁、不锈钢、 特氟龙。电动隔膜泵其有四种材质：塑料、铝合金、铸铁、不锈钢。 隔膜泵膜片根据不同液体介质分别采用丁腈橡胶、 氯丁橡胶、 氟橡胶、 聚四氟乙烯、聚四六乙烯，以满足需要。安置在各种特殊场合，用来 抽送各种介质隔膜泵的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与位 移（阀门的相对开度）间的关系，理想流量特性主要有直线、等百分 比（对数）、抛物线和快开等 4 种。常用的理想流量特性只有直线、 等百分比（对数）、快开三种。 具体从下几方面考虑：从调节系统的调节质量分析并选择；从工 艺配管情况考虑；从负荷变化情况分析。 选择方式 阀体类型是隔膜泵选择中最重要的环节。隔膜泵阀体种类很多。 （1）阀芯形状结构主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考 虑。 （2）耐磨损性当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时。 （3）耐腐蚀由于介质具有腐蚀性，在能满足调节功能的情况下，尽 量选择结构简单阀门。 （4）介质的温度、压力当介质的温度、压力高且变化大时，应选用 阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。 2、隔膜泵选择 （1）输出力的考虑 执行机构不论是何种类型，其输出力都是用于克服负荷的有效力（主 要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重力等有关力的 作用）。 （2）执行机构类型的确定 查询参数得到上图隔膜泵参数 2.3 液压元件的选用及计算液压元件的选用及计算 2.3.1 管道的选择管道的选择 查询机械设计手册选取钢管尺寸如下图 选取直径 100 的管子 2.3.2 阀门的选择阀门的选择 阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆 流、稳压、分流或溢流泄压等功能。 用于流体控制系统的阀门， 从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统 中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。阀门可用于控制空气、 水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等 各种类型流体的流动。阀门根据材质还分为铸铁阀门，铸钢阀门，不 锈钢阀门（201、304 等），铬钼钢阀门，铬钼钒钢阀门，双相钢阀 门，塑料阀门，非标订制等阀门材质 （1）截断类：如闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、针型阀、隔 膜阀等。截断类阀门又称闭路阀，截止阀，其作用是接通或截断管路 中的介质。 止回阀，止回阀又称单向阀或逆止阀，止回阀属于一种自动阀门，其 作用是防止管路中的介质倒流、防止泵及驱动电机反转，以及容器介 质的泄漏。水泵吸水关的底阀也属于止回阀类。 防爆阀、事故阀等，安全阀的作用是防止管路或装置中的介质压力超 过规定数值，从而达到安全保护的目的。 调节阀、节流阀和减压阀，其作用是调节介质的压力、流量等参数。 （2）真空类：如真空球阀、真空挡板阀、真空充气阀、气动真空阀 等。其作用是在真空系统中，用来改变气流方向，调节气流量大小， 切断或接通管路的真空系统元件称为真空阀门。 （3）特殊用途类：如清管阀、放空阀、排污阀、排气阀、过滤器等。 排气阀是管道系统中必不可少的辅助元件，广泛应用于锅炉、空调、 石油天然气、给排水管道中。往往安装在制高点或弯头等处，排除管 道中多余气体、提高管道路使用效率及降低能耗。 按主要参数 按公称压力 （1）真空阀：指工作压力低于标准大气压的阀门。 （2）低压阀：指公称压力 PN 1.6Mpa 的阀门。 （3）中压阀：指公称压力 PN 为 2.5Mpa、4.0Mpa、6.4Mpa 的阀门。 （4）高压阀：指公称压力 PN 为 10.0Mpa80.0Mpa 的阀门。 （5）超高压阀：指公称压力 PN100.0Mpa 的阀门。 （6）过滤器：指公称压力 PN 为 1.0Mpa、1.6Mpa 按工作温度 （1）超低温阀：用于介质工作温度 t101的阀门。 （2）常温阀：用于介质工作温度29t120的阀门。 （3）中温阀：用于介质工作温度 120t425的阀门。 按驱动方式 按驱动方式分类分为自动阀类、动力驱动阀类和手动阀类 压缩空气驱动的阀门。液动阀：借助油等液体压力驱动的阀门。 此外还有以上几种驱动方式的组合，如气-电动阀等。 按公称通径 （1）小通径阀门：公称通径 DN40mm 的阀门。 （2）中通径阀门：公称通径 DN 为 50300mm 的阀门。 （3）大通径阀门：公称阀门 DN 为 3501200mm 的阀门。 （4）特大通径阀门：公称通径 DN1400mm 的阀门 阀门的结构特征是根据关闭件相对于阀座移动的方向可分为： （1）截门形：关闭件沿着阀座中心移动；如截止阀 （2）旋塞和球形：关闭件是柱塞或球，围绕本身的中心线旋转；如 旋塞阀、球阀 （3）闸门形：关闭件沿着垂直阀座中心移动；如闸阀、闸门等 （4）旋启形：关闭件围绕阀座外的轴旋转；如旋启式止回阀等 （5）蝶形：关闭件的圆盘，围绕阀座内的轴旋转；如蝶阀、蝶形止 回阀等 （6）滑阀形：关闭件在垂直于通道的方向滑动。如滑 按连接方法 （1）螺纹连接阀：阀体带有内螺纹或外螺纹，与管道螺纹连. （2）法兰连接阀门：阀体带有法兰，与管道法兰连接。 （3）焊接连接阀门：阀体带有焊接坡口，与管道焊接连接。 （4）卡箍连接阀门：阀体带有夹口，与管道夹箍连接。 （5）卡套连接阀门：与管道采用卡套连接。 （6）对夹连接阀门：用螺栓直接将阀门及两头管道穿夹在一起的连 接形式。 2.3.3 喷头的选择喷头的选择 闭式喷头的安装高度，要求满足“使喷头及时受热开放、并使开放 喷头的洒水有效覆盖起火范围”的条件。超过上述高度，喷头将不能 及时受热开放， 而且喷头开放后的洒水可能达不到覆盖起火范围的预 期目的，出现火灾在喷水范围之外蔓延的现象，使系统不能有效发挥 控灭火的作用。 不同使用条件下对喷头选型的规定。实际工程中，由于喷头的选型 不当而造成失误的现象比较突出。不同用途和型号的喷头，分别具有 不同的使用条件和安装方式。 喷头的选型、 安装方式、 方位合理与否， 将直接影响喷头的动作时间和布水效果。当设置场所不设吊顶，且配 水管道沿梁下布置时，火灾热气流将在上升至顶板后水平蔓延。此时 只有向上安装直立型喷头， 才能使热气流尽早接触和加热喷头热敏元 件。室内设有吊顶时，喷头将紧贴在吊顶下布置，或埋设在吊顶内， 因此适合采用下垂型或吊顶型喷头，否则吊顶将阻挡洒水分布。 边墙型扩展覆盖喷头的配水管道易于布置，颇受国内设计、施工及使 用单位欢迎。 为便于系统在灭火或维修后恢复戒备状态之前排尽管道中的积水， 同时有利于在系统启动时排气，要求干式、预作用系统的喷头采用直 立型喷头，或干式下垂型喷头。 水幕系统的喷头选型要求。防火分隔水幕的作用，是阻断烟和火的 蔓延。当使水幕形成密集喷洒的水墙时，要求采用洒水喷头；当使水 幕形成密集喷洒的水帘时，要求采用开口向下的水幕喷头。防火分隔 水幕也可以同时采用上述两种喷头并分排布置。 防护冷却水幕则要求 采用将水喷向保护对象的水幕喷头。 快速响应喷头的使用条件。大量装饰材料、家电等现代化日用品和 办公用品的使用，使火灾出现蔓延速度快、有害气体生成量大、财产 损失的价值增长等新特点， 对自动喷水灭火系统的工作效能提出了更 高的要求，采用快速响应喷头。 防止混装不同喷头对系统的启动与操作造成不良影响， 同一隔间内 应采用热敏性能、规格及安装方式一致的喷头。 设计自动喷水灭火系统时，要求在设计资料中提出喷头备品的数 量，以便在系统投入使用后，因火灾或其他原因损伤喷头时能够及时 更换，缩短系统恢复戒备状态的时间。 施工、安装要点 1）喷头安装应在系统试压、冲洗合格后进行。 2）喷头安装时宜采用专用的弯头、三通。 3）喷头安装时，不得对喷头进行拆装、改动，并严禁给喷头附加任 何装饰性涂层。 4）喷头安装应使用专用扳手，严禁利用喷头的框架施拧；喷头的框 架、溅水盘产生变形或释放原件损伤时，应采用规格、型号相同的喷 头更换。 5）当喷头的公称直径小于 10mm 时，应在配水干管或配水管上安装过 滤器。 6）安装在易受机械损伤处的喷头，应加设喷头防护罩。 7）喷头安装时，溅水盘与吊顶、门、窗、洞口或墙面的距离应符合 设计要求。 8） 当喷头溅水盘高于附近梁底或高于宽度小于 1.2m 的通风管道腹面 时，喷头溅水盘高于梁底、通风管道腹面的最大垂直距离应符合相关 标准的规定。