毕业设计（论文）-一种反力滚筒式制动试验台的设计.doc

山东大学本科毕业设计论文毕 业 论 文（设 计）论文（设计）题目：一种反力滚筒式制动试验台的设计姓 名 学 号 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2009级 指导教师 2013 年 06 月 03 日目录摘要IAbstractIII第一章绪论11.1课题背景11.2国内外汽车制动力检测概况11.3本课题的研究内容及意义41.4安排5第二章总体设计72.1总体原理设计72.2对检测原理中力的传递路线的分析82.3对影响检测结果因素分析92.3.1受检车轮受力分析92.3.2各个影响因素对测量的影响102.4各个功能单元的结构设计112.4.1动力单元122.4.2传动单元122.4.3终端执行单元132.4.4检测单元132.4.5显示单元152.4.6固定单元15第三章关键部件的设计校核173.1传动部分设计173.1.1电机的选取173.2减速器设计183.2.1齿轮设计183.2.2低速轴的设计校核223.2.3中间轴的校核233.2.4高速级轴的校核253.2.5减速器附属零件校核253.3传动链的设计263.4滚筒校核27第四章总结与展望294.1总结294.2展望29致谢31参考文献33附录：中文翻译一35英文翻译一45中文翻译二59英文翻译二63I摘要 汽车的制动性能对车辆的安全行驶有着十分重要的作用，它不仅影响了车辆在遇到紧急情况能否及时停车，也影响着车辆的动力性能的发挥。因此，汽车制动力检测有着十分重要的意义。它可以提前发现车辆的制动问题，对车主进行事先的预警，减少事故的发生。本文是对车辆制动检测的主要设备反力滚筒式制动台的一种设计。在本设计中，主要包含了几个部分：动力部分；传动部分；执行部分和检测部分。动力部分采用大功率的三相异步电机作为动力输出，并且采用大凸缘的设计方式，使其能够和减速器箱体连接在一起，并且两端用轴承支撑，形成浮动连接。传动部分为同轴减速器加链传动的模式。链传动可以使得滚筒部分的力矩只能以力的形式进行传递，减轻对减速器的冲击。同轴减速器的采用，可以使得制动力所产生的力矩，通过减速器施加到测力杠杆上，此时，位于测力杠杆上的压力传感器就会检测到力的变化，获取相关的制动力信息。执行部分主要实现的动作是带动车轮转动，并达到要求的速度。检测部分主要的装置为第三滚筒和测力杠杆。第三滚筒的主要作用是检测车轮的速度，以便于系统发出制动信号和及时切断电机电源。关键词：反力滚筒式制动试验台；同轴减速器；汽车制动AbstractBraking performance of the car is very important to dirve. it not only affects whether the vehicles can stop when there is an emergency, also affects the vehicles dynamic performance. . Therefore, automobile braking force detection has a very important significance. It can be found the vehicles braking problems in advance, and give the warning to the driver to reduce accidents. This article is a design of roller opposite forces type brake tester which is the main equipment of vehicle brake test.In this design, there are mainly includes several parts: Power part; Transmission part; Perform part and test part. Power part use the three-phase asynchronous motor as power output, the shell of the motor and the body of reducer are got together. their ends are supported by rolling bearings, which can realizes the motor and reducer floating connection. Transmission part sues chain transmission mode and coaxial reducer to provide enough force and speed for terminal execution. This design can make braking brake force generates on gear reducer box, which can reduce the damage to the shaft. In this time, detection device on the reducer casing can detect changes of the force, and then we can know the relevant information of braking force .The action of perform part is driving the wheels rotation, and lets them get the requirements of speed. The main function of detection part is to detecte the wheel braking force and cut off the power of motor.Key words: Roller counter-force brake test system; Coaxial reducer; automobile braking.第一章 绪论1.1课题背景随着社会的不断发展，汽车已经渐渐地普及开来，人们对它的需求越来越大。据中国汽车工业协会调查，2011年，我国汽车产销实现1841.89万辆和1850.51万辆，同比分别增长0.84%和2.45%。在汽车数量骤增的情况下，我国道路交通安全事故的发生率也随之上涨。2011年上半年，全国共接报道路交通事故1840998起，同比增加18502起，上升1。其中，涉及人员伤亡的道路交通事故91811起，造成25864人死亡、106370人受伤，直接财产损失4.4亿元。产生事故的因素有很多种。大体上可分为三类：驾驶员因素，管理因素，车辆因素。在以上的因素中，驾驶员因素和管理因素属于可管理和可控制的因素，而车辆因素却因为是不可控的。在车辆因素中，车辆制动的好坏是一个十分重要的因素。车辆制动指车辆从一定速度制动到较低的速度或者停止。为了实现这一目的，就必须给车辆施加一个和运动方向相反的力，即制动力。通常情况下，制动力由车辆和路面间的滚筒或者滑动摩擦力提供。该制动力由路面和车辆共同作用为产生。为了对车辆的制动性能进行研究，人们发明了很多的办法，其中一种为利用反力滚筒式制动台的检测方法。该方法主要是利用滚筒模拟地面，并带动车轮转动，当车轮达到一定的速度时，经行制动，此时制动力便可通过滚筒传递到检测设备中去，进而得到制动力的相关信息。本文即是对该设备的一种设计。1.2国内外汽车制动力检测概况汽车起源于外国，汽车检测技术也是在外国发展起来的。在国外，由于起步早，科技比较发达，他们的检测水平是比较的高的。我国汽车检测发展较晚，经历了，从无到有，从小到大，从引进设备到自主研发，从单一功能到综合检测，虽然我国的检测技术有了较大的进步，但差距依然不小。我国现在存在的问题主要由设备不标准，不成套，管理混乱等。在汽车检测行业中，对车辆制动力的检测主要有两种方法：路试法和台试法。路试法：路试法以一种非常简单的测试方法。试验在平坦干燥的高等级硬路面上进行。当车辆行驶到高于规定的速度时，车辆经行制动，此时车上安装五轮仪就会开始工作，测量车辆的制动距离和时间，然后根据所得结果计算的平均制动减速度，由制动距离长短和充分发出的平均制动减速度，判断制动性能是否合格。路试法是一个动态的检测过程，它能真实的反映出车辆在制动时的过程。它的结果反应的是整车对制动性能的影响，并不能准确判断出故障发生的位置。并且，它要求有专门的场地，对天气也有一定的要求，安装设备费事费力，效率低下，不能满足车检快速、准确的要求。因此，一般在对台试检测结果又争议时，才进行。台试法:即在室内的试验台上对车辆经行检测。它不需要拆装设备，基本上可实现自动化操作。在台试法中，可分为两种检测方法：动态检测和静态检测。这个动静是指车辆是否移动。动态检测即车辆以一定的速度行驶到检测台上，然后开始制动，检测台即可获取相关的信息。该方法检测能发映出车辆制动时，车辆的动态变化，但其侧量速度较低，且结果的可重复性差。该方法的代表装置时平板式测力台。由于平板式制动台为动态检测，能清晰的反映出制动过程中，车轮载荷的变化，且由于其拥有四块检测板，可以同时检测前后轴，使得检测效率大大提高了。在使用平板式制动台进行检测时，司机首先要得到开始行车的信号，然后启动车辆，向前行驶。当其到达试验台时，再次接受指令，开始制动。但这个过程会花费一定的时间，车辆会继续向前行驶，这就要求试验台要有更长的平板，但是生产厂家为了节省成本，往往是不会提供长平板的。所以，为了能准确的测量车速，就必须使得测试车速降低，并且要求司机有较高的驾驶技术，使得每次进入试验台时，速度相差不大。这就加大了，平板式制动试验台的使用难度。因此，平板式试验台灯重复性问题十分的突出。并且由于其要求有助跑车道，增大了场地面积。同时还不能检测车轮的驻车制动力和车轮阻滞力。由于，以上的一些缺点，和平板式制动试验台技术上的一些问题，使得它在我国的使用并不是很广泛，但由于国家出台的法规规定，有些车辆必须进行平板式制动试验台的检测，它会被逐渐的推广开来。静态检测指车辆相对地面静止，由检测装置带动车轮转动，模拟车辆行驶的过程。在达到一定速度后，车辆制动，检测装置记录相关信息，并显示最终结果。静态检测不能够反映出车辆在制动时一些特性，如轴荷前移等。但其适用面较广，可以检测多种型号的车辆，是目前的主流检测方法。其主要设备为反力滚筒式制动试验台。反力滚筒式制动台，基本上由机器经行操作，减少了人为因素的干扰，使得测试结构具有较好的重复性。不过，由于反力滚筒式制动试验台的检测环境为静态的，故不能反应出汽车在动态过程中受到惯性影响而发生的轴荷前移等现象，这就造成不能完全检测出前轴制动力的现象，这是反力滚筒式制动试验台的最大的缺点。同时，由于反力滚筒式制动试验台的结构比较的复杂，受自身的结构参数影响较大。当同一辆车在不同的试验台上检测时，结果可能有较大的偏差。因此，就需要对反力滚筒式制动试验台的结构进行规范。同时必须经常的维护，保证其检测的精度。但是由于其检测范围广，可以同时检测车辆的驻车制动性和车轮的阻滞力，且成本较低，寿命也比较的长。因此，在我国的车辆检测领域应用的比较广泛。就反力滚筒式制动试验台的发展而言，国内外也是有很大的不同的。在日本，他们的制动系检测法规性技术文件就明确规定了，必须使用小直径低转速的刻槽滚筒式制动试验台。但是这种试验台存在测力范围小，不能检测制动协调时间等问题。而在西欧国家，多使用的是大直径大功率的滚筒制动试验台，且滚筒表面多采用喷涂技术进行处理，使得滚筒表面附着系数较大，明显高于刻槽类滚筒。而在我国通常采用的是西欧式的滚筒试验台，其大体结构基本相同，但仍存在差距。如，我国道路和环境清洁度都比较的差，车辆在检测过程中，可能存在漏油或者轮胎夹砂等现象。对于这种情况，焊有小圆台式的滚筒因为表面附着系数大，不怕沾水和粘泥，可以轻松的出去上面的污垢。但是这种滚筒只在国外的一些产品上出现过，国内尚未掌握该技术。1.3本课题的研究内容及意义 本课题是对反力滚筒式制动试验台的一种设计，在经过前期查找资料，了解反力滚筒式制动试验台的相关背景，基本结构，和原理方案之后，运用所学知识，首先对其总体功能进行了分析。反力滚筒式制动试验台使用具有一定附着系数的滚筒作为模拟路面，并使其带动受检车轮转动，模拟行车过程。当车轮达到一定速度的时候，进行制动。此时，车轮的速度逐渐的下降，而滚筒的速度在电机的作用下，并不降低。这样二者就出现了速度差，车轮的制动力就会作用到滚筒上。这个制动力通过链轮、链和减速器传递到测力杠杆上，而位于测力杠杆一端的应变测力式传感器，就会接受到制动力传来的相关信息，再将该信息以电信号的方式传送到系统中去，经过系统处理后，即可得到制动力的相关信息。在了解其大体的功能之后，将其分解为几个功能单元：动力单元、传动单元、执行单元、检测单元。动力单元以电动机为主要部件，主要功能是为电机提供一个大于制动力的动力，使得整个装置能能够满足测最大制动力的基本要求。传动单元的设计是整个试验台的核心设计，它主要由同轴减速器和传动链组成。同轴减速器的主要作用就是将滚筒传过来的力矩卸载到测力杠杆上，提高检测的准确性。传动链的主要特点就是只传递力而不传递扭距，可以将车轮作用在滚筒滚筒上的复杂力矩转化为单一的力形式传递到减速器上，同样可以提高检测的准确度。检测单元的主要零部件为第三滚筒和测力杠杆。第三滚筒有检测车轮是否到位，车轮转速是否达到额定检测速度，车轮制动时的滑移率值是否达到系统设定值等功能。测力杠杆的主要作用就是承受传动部分上的制动力矩，并获取该力矩的信息，并传递到系统中去。此外，它还有平衡电机扭矩的作用。 反力滚筒式制动试验台最主要的作用就是检测车辆的最大制动力，排查车辆在制动系统上的安全隐患，并找到解决办法，这对保证驾乘人员的安全具有十分重要的意义。1.4安排本课题的主要内容为设计一种反力滚筒式制动试验台，该试验台的各个结构能够实现试验所要求的功能和强度。本论文的主要安排如下。1.） 反力滚筒式制动试验台的课题背景。2.） 国内外汽车制动力检测的现状。3.） 反力滚筒式制动试验台的方案设计。4.） 反力滚筒式制动试验台的校核。5.） 总结展望。5第二章 总体设计本章主要介绍了反力滚筒式制动试验台的方案设计，对其工作时的受力进行了分析，进而得知对其检测结果有影响的参数，并分析了这些参数对试验台的影响。最后根据分析结果，分别设计出各部分的具体结构。2.1总体原理设计 图2- 1反力滚筒式制动试验台结构原理图本设计中，反力滚筒式制动试验台的结构简图如图2- 1所示。反力滚筒式制动台对汽车进行检测时，车轮位于主动、从动滚筒之间，压下第三滚筒。反力式滚筒制动试验台有左右各一对滚筒、减速器、传动链、测力传感器和指示控制装置等组成。电机启动，通过减速器将速度减低，输出力提高，然后再带动主动滚筒转动，而主动滚筒通过传动链带动从动滚筒一起转动。当滚筒达到检测速度时，系统发出检测提示时，驾驶员急踩制动踏板制动车辆，但电动机仍继续驱动滚筒转动。此时，和车轮一起转动的第三滚筒就会记录车轮的转速。当检测到车轮的转速达到设定的滑移率值时，切断电源。此时，测力传感测的滚筒对车轮的切向摩擦力即是该检测条件下需检测的车轮制动力。2.2对检测原理中力的传递路线的分析输出轴转矩传动链滚筒传动力电机同轴减速器电枢轴扭矩测力杠杆弯矩壳体浮动连接图2- 2非制动时试验台力传递路线 试验台在空载的情况转动时，电机的输出扭距通过联轴器传递到减速器中，在减速器中经过减速，获得较大的力，再经过传动链的传递，将力作用于滚筒，带动滚筒转动。由于电机和减速器为浮动连接，电机工作时产生的力矩由位于减速器上的测力杠杆来平衡。其传递过程如图2- 2所示。图2- 3制动力的传递分析滚筒制动力链传动制动扭矩同轴减速器电机壳体浮动连接轴上转矩测力杠杆弯矩减小 当车轮制动时，制动力通过传动链，传递到减速器上，以扭矩的方式在减速器中传递，最终作用于电机中。由于电机壳体与减速器为浮动连接，作用于电机上的力矩将会被卸载到测量杠杆上，此时，位于测力杠杆上的应变传感器将受到力发生变化的信号，将这一信号发送到系统，即可测得制动力。过程如图2- 2非制动时试验台力传递路线 2.3对影响检测结果因素分析2.3.1受检车轮受力分析图2- 4车轮在滚筒上的受力分析简图车辆在反力滚筒式试验台上进行检测时，滚筒所提供的附着力即车辆的最大制动力。这个附着力在车辆检测中，受到车轮的支撑条件影响。这时由于，反力滚筒式制动试验台的检测是静态的，车轮的载荷不会受到车身惯性的影响；且各轴的受力状态也是不同的，受检车轮和非受检车轮受力不同，这样会对检测结果产生一定的影响。因此，需要对受检车轮的受力状态进行分析，以更好地了解反力滚筒式制动试验台的特性。当车辆在试验台上进行检测时，左右两个车轮分别位于两副相对独立的滚筒组上，车轮与滚筒表面相切，其受力简图如图2- 4所示： 车轮重力G，滚筒对车轮的支撑力和，车轮所受到的摩擦力和，水平推力F,R为车轮半径, 车轮在滚筒上的安置角，两个滚筒的距离L。在水平和竖直方向上，根据牛顿第三定律得: （公式2-1） （公式2-2） （公式2-3）假设制动时能充分利用滚筒和车轮的附着系数，则切向摩擦力的最大值为 （公式2-4） （为滚筒摩擦系数）结合公式（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）可以得出： （公式2-5） （公式2-6）又车轮所受到的切向摩擦力不可能大于滚筒的所能提供的摩擦力，即： （公式2-7）在车辆不移动的情况下，滚筒表面说提供的附着力即为试验台所能测得的最大制动力，由公式（2-4）（2-5）（2-6）可得: (公式2-8)由公式（2-8）我们不难看出，滚筒试验台所能测得的最大制动力受到车轮轴重G，受检车轮所受到的水平推力F，滚筒表面系数，车轮安置角影响。2.3.2各个影响因素对测量的影响根据公式（2-8）可知，滚筒试验台所能测得的最大制动力受到车轮轴重G，受检车轮所受到的水平推力F，滚筒表面系数，车轮安置角影响。车轮轴重对试验台的影响主要表现在对试验台的强度要求，以及对电机功率的要求。每种试验台都对轴重有要求，被测车辆的轴重不可过大，否者容易对试验台造成损坏，影响试验台的寿命。另外，在车轮发生抱死时，可以采用增加轴重的方法，来增加所能测得的制动力的大小。受检车轮的水平推力主要受非检测车轮的影响。该力的大小与非受检车轮和地面的磨擦力相关。通常使用混凝土制作地面，来支撑非受检车轮，这样可以提高支撑地面的附着系数，增加水平推力。如果，对水平推力的要求较高，则可按国标建议在非检测车轮出加装三角垫块，或者提供一个水平牵引等方法。滚筒表面系数是体现滚筒试验台技术水平的重要指标，它对试验台的所能测得的制动力有着十分重要的影响。由公式（2-8）可知，滚筒表面附着系数越大，试验台所能测得的制动力越大。在现有技术中，钢质开槽表面附着系数最大也只有0.6左右，而采用喷涂复层的滚筒表面则可以达到0.7以上。在国外，有的厂家采用更好的喷涂材料，可以使得滚筒的表面系数达到0.93。滚筒便面附着系数的不同可大大影响检测结果。为了避免因试验台的滚筒表面附着系数不同而产生的不同的检测结果，国家特意推出标准GB/T 13564-2005，要求滚筒表面附着系数必须大于等于0.7。车轮安置角受到试验台结构限制，其关系可表示为： （2-9）L为主从动滚筒之间的距离，D为车轮直径，d为滚筒直径。在车轮直径一定时，一般采用大直径滚筒，这样可以增加轮胎和滚筒的接触面积，使得轮胎的变形减小，更接近于实际情况。但也不可设计的过大，当安置角过大时，会使得滚筒作用在车轮的支撑力增加，加剧轮胎的变形，影响测量结果。并且，当检测小车轮时，安置角过大可能会引生车轮不能完整的接触到两个滚筒上的情况，故安置角的值要取得适中。在GB/T 13564-2005中推荐，3T汽车滚筒试验台滚筒直径为245mm，中心距为430mm。2.4各个功能单元的结构设计在本设计中，根据总体方案设计，可以将反力滚筒式制动试验台分解为几个功能单元：动力单元，传动单元，终端执行单元，检测单元，显示单元，固定单元。各个单元相互协助，共实现检测汽车制动力的功能。图2- 5反力滚筒式制动试验台的三维结构图2.4.1动力单元动力单元主要为整个试验台提供动力，驱动滚筒转动，是试验台中一个十分重要的部分。由于车辆制动力都比较的大，制动时会形成非常大的力矩，因此就需要一个足够大的动力输出，来实现整个装置正常运转。在GB 7258中规定，试验台的最大量程应大于等于额定载轮质量的60%。在诸多动力源中，三相异步电机具有可选功率大，振动小，环保清洁，污染小，使用维护简便的特点，因此，将其选作本试验台的驱动装置。并且，由于本设计要求电动机壳体和减速器箱体连接在一起，形成浮动连接，因此需要采用凸缘电机，方便二者的连接。2.4.2传动单元传动单元主要负责将电机提供的动力输出到执行装置。由于，本设计要求电机壳体和减速器壳体连接在一起，使电机的电枢轴和减速器的输出轴同轴，然后使用滚筒轴承使得减速器能固定在台架上，形成一个浮动连接。因此，在此处减速器只能选用同轴减速器。在同轴减速器中，有行星齿轮减速机、摆线针轮减速机、谐波齿轮减速机和普通的二级同轴减速器。行星齿轮减速机要特点是体积小，承载能力大，工作平稳；但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高 。为了降低成本，故不采用。谐波齿轮减速机传动速比大，承载能力高，传动效率高、运动平稳；但是容易产生疲劳损坏，且传动比不得小于35，散热差。考虑到试验台的传动比没那么大，故不采用。普通的二级同轴减速器制造简单，容易拆卸更换，且其负载能够满足试验的要求。故采用该种减速器。在减速器和滚筒间的连接中，有两种选择：链传动和联轴器。联轴器种类繁多，一般刚性联轴器具有灵敏度高，惯性小，维护简单，对两轴的对中性要求较高的特点。但由于试验台存在一定的冲击力，刚性联轴器不适用。链传动平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强。故初选为链传动。2.4.3终端执行单元本实验台中，执行装置主要为一对滚筒。滚筒的主要作用就是带动车转动，并传递车轮的制动力。滚筒中心为实心轴，中部焊有腹板，外部套有钢管，表面有涂覆或者刻槽。但考虑到采用刻槽的滚筒表面附着吸附不高，不能符合在GB/T 13564-2005的要求，可采用喷涂石英砂的滚筒。图2- 6滚筒三维示意图2.4.4检测单元该部分主要的功能是对车轮相关信息进行检测。主要装置有第三滚筒和测力杠杆。第三滚筒是在主从动滚筒间安放的，由独立的支架支撑。它即可旋转，又可在支架的帮助上下摆动。在自然状态下，由于弹簧的拉力作用而在支架上方。当进行车辆检测时，受到车轮的压力而向下移动，并与车轮紧密接触。在第三滚筒的一端切出一定数量的凹槽，而对应的支架上安置一个转速传感器，来记录车轮的转速。当车轮制动时，车轮速度会逐渐下降，而滚筒继续转动，这样车轮和滚筒就会出现相对滑移。由于第三滚筒的转速和车轮一致，此时我们就可以得知车轮的转速，算出二者的滑移率。通常认为，当滑移率达到20%-30%时，所测得的制动力为最大制动力。所以，在系统中设定一个滑移率值，当受检车轮的滑移率达到时，系统将切断电机电源，保护电机和车轮。同时，第三滚筒的支架由下部的气囊进行支撑。车辆驶进试验台时，气囊放气，第三滚筒支架下降，让车辆很好的停在试验台上。当车辆驶出试验台时，气囊充气，抬升车轮，使车辆顺利驶出试验台。同时，为了防止，第三滚筒的支架在车辆驶离时，因为气囊的作用而突然飞起，故在支架的两侧特意加焊了一个通块，同时在地板上加装挡块，将通块撞倒挡块上，使得第三滚筒支架不飞出。图2- 7第三滚筒及其附属结构图除了第三滚筒外，本试验台还有一个十分重要的检测装置测力杠杆。它一端连接在减速器的壳体上，令一端和应变传感器相连。车辆制动时，制动力通过传动链传到减速器上，由于减速器壳体为浮动连接，这个力会以力矩的形式传到测力杠杆上。此时，传感器记录下该力，传送到系统中，经过系统的处理之后，最终在显示端显示。2.4.5显示单元该单元主要的作用就是显示结果数据。现在比较流行的显示方法有两种：电子显示和指针显示。国内大多使用的为电子式，而欧美国家则习惯于使用指针式。就未来的发展来看，大型的点阵显示或者大表盘显示为主要方向。在此，选用大型的点阵显示。2.4.6固定单元此处固定单元的主要作用就是固定以上的各个单元，使它们能够稳定可靠的进行工作。该部分主要就是机架。以前，人们为了保证机架具有良好的强度和刚度，经常采用型钢来焊接机架，这样做十分的浪费材料，也是的机架十分的笨重。现在，人们多采用钢板冲压件，使得机架简化了不少。故本设计中也采用了钢板冲压件来做机架。第三章 关键部件的设计校核在本设计中，比较关键的零部件有：电机，同轴式减速器，传动链，滚筒，在下面的内容中，将逐一对它们进行设计校核，以验证其是否可靠，能否达到试验台的要求。3.1传动部分设计该部分主要设计内容为电机的选取，减速器中齿轮的设计，和各个轴设计校核。3.1.1电机的选取电机和减速器的连接部件选为弹性联轴器，机械效率=0.99，减速器中齿轮选用7级精度的斜齿圆柱齿轮，机械效率为=0.98，减速器和滚筒间为传动链，其机械效率=0.96，各轴上的滚动轴承的机械效率=0.98。这整个试验台的机械效率=0.85。在选取电机功率时可采用公式： P电动机功率； Fmax反力滚筒式制动试验台所测定的最大制动力； k电机短时过载系数，； 滚筒反力台的机械效率。已知反力滚筒式制动试验台所测定的最大制动力的值因大于或等于60%的轴重，所以Fmax=18000N，取k=2，GB/T 13564-2005推荐v=2.5km/h。则可算得P=3.45kw。查表选择功率为4kw，又因32为电机转速在1500r/min左右时，电机的运转效率较高，又考虑到电机的成本问题，选用转速为1440r/min，的Y112M-4型电机。3.2减速器设计3.2.1齿轮设计由GB/T 13564-2005推荐得滚筒的线速度为2.5km/h，由公式 （公式3-1）可以计算出滚筒转速N筒=54.1r/min。由于减速器为同心轴减速器，故高速级和低速级的中心距相同，所以两组齿轮的传动比也相同。试验台的总传动比 (公式3-2) 为滚筒的转速，为电机的转速。 使用公式（3-2）可计算出=26.6。又考虑到，所以,算得i1=5.15 。 计算各个轴的转动速度I. r/minII. r/minIII. r/min各轴的功率I.II.III.各轴的扭矩电机的输出扭矩I.II. III.IV. 由于低速级齿轮所受的载荷更大，所以计算低速级齿轮即可。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度取240HB。齿宽系数d 查表，取d=1.0接触疲劳极限查表 初步计算许用接触应力 值 预估初步计算小齿轮直径 初步齿宽圆周速度 齿数和模数 使用系数查表可得 动载系数查表可得 数KH计算 齿向载荷分布系数查表可知 载荷系数 弹性系数查表可知 重合度系数因为，取，得螺旋角系数 设试验台的使用寿命为5年，每年按300计算，每天8小时，工作时间为20%。则其总工作时间 。应力循环次数 接触寿命系数，查表可得 许用接触应力 验算 验算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮无需调整。确定主要传动尺寸。 大小齿轮分度圆直径 。齿宽 b1=86mm；b2=76mm。图3- 1低速轴简图图3- 2低速轴简图3.2.2低速轴的设计校核 在上一节中，我们算得P3=3.61kw，T3=635983.2Nmm，n3=54.29r/min，齿轮的压力角=24.12。则垂直于齿面的力径向力 轴向力在轴颈处取65mm，安装链轮。同时开一个宽为22，深10mm的键槽。来安放键，以便于和链轮连接。从左往右的第一段的设计主要考虑的是，链轮的宽度，减速器的伸出部分的长度。第二段为过渡段，为安放轴套而特意设置的。第三段安放轴承来固定轴。第四段放置齿轮，其宽度是根据齿轮的宽度而定，比齿轮宽大了510mm，第五段为轴环，第六段为过渡段，第七段为段轴颈，放置滚筒轴承。当量弯矩M= 查表可知为0.59又因为轴的材料为45钢调质，=650MPa，故设计符合强度要求。图3- 3低速级轴弯矩图3.2.3中间轴的校核由3.1.2中数据可知表3-1功率转矩转速齿轮分度圆直径压力角齿轮螺旋角3.76Kw128.58Nm279.61r/min75.32mm387.57mm20 24.12作用在两个齿轮上的力分别为作用于两个齿轮上的径向力和轴向力由于在中间轴上，两个斜齿轮为相对安装，其轴向力可相互作用，抵消一部分。但由于小齿轮所受的力更大，其所在截面为危险截面。选定轴的材料为45号钢，查表知=650MPa图3- 4中间轴简图该设计符合要求。3.2.4高速级轴的校核在3.1.2中，我们算得P1=3.92kw，T3=25997.2Nmm，n3=1440/min，齿轮的压力角=20,螺旋角=24.12。它的结构和低速轴类似，可先估算一下轴的最小直径,可先按其许用切应力进行计算：dC3Pn当轴的材料取40Cr时，系数C=102，带入数值计算得到：d14.2mm在该轴上，其最细处为和联轴器相接部分，其大小应与联轴器相适。查询国标GB/T5014-2003，选着型号为选用GY5型凸缘联轴器，其孔直径为30，公称转矩为400Nm。故轴的最小直径取30mm。3.2.5减速器附属零件校核首先，考虑到减速器上的齿轮为斜齿轮，故其在轴向上有力的作用，所以采用圆锥滚子轴承。因为，低速轴所受到的载荷较大，故先分析其轴承寿命。初步选取33215号轴承，其基本参数为： Cor=206KNCr=310KN轴承所受径向力 Fr=1308.8N查表取轴承的当量动载荷查表知，X=0.4，Y=0.37。带入上式计算得:P=1280.6轴承的设计寿命L=530080.2=2400（h），轴承的实际寿命故所选轴承满足要求。箱体的校核：减速器箱体壁厚的当量尺寸 L箱体的长度；B箱体的宽度；H箱体的高度。设计时取L=0.7m；B=0.42m；H=0.25m。材料为灰铸铁。则N=0.69m查询手册得壁厚s=16mm； 加强筋的厚度d=0.8s=12.8mm箱座凸缘厚度：b=1.5s=2.4mm箱盖凸缘厚度：=1.5s=2.4mm3.3传动链的设计链传动属于具有中间挠性件的啮合传动，它和齿轮传动和带传动有相似之处。相较于齿轮传动，它的制造和安装精度低，链轮齿受力条件好，能施加较大的载荷，且具有一定的减震和缓冲的作用。和带传动相比，它具有对轴的影响小，传动稳定，效率高等特点。在本设计中，正是考虑了链传动具有缓震的作用，减少由于制动时产生的震动对减速器和电机的影响，保证后者能安全工作。考虑到，车辆的制动力比较的大，故在设计时采用三排链的形式。由于传动比为1，所以两个链轮的齿数相同。 通常情况下，为了使传动平稳，都选择较多的齿数，在高速或者受到冲击载荷的传动中，链轮齿数至少要大于25。故在此，选择链轮齿数Z=25。已知减速器输出功率P=3.61kw，工况系数f1=1.4。主动链轮齿数系数f2=1。其修正功率Pc=Pf1f2=5.05kw。根据修正功率和小链轮转速，查表可得，链条节距p=31.75mm。其最小中心距a0min=0.2z（i+1）p=317.5mm，在设计中a=422.50a0min。故该设计可行。则链长节数X= =51。又因为，链节数为奇数时，会出现过渡链。故链节数取为52。滚筒处链传动的设计同上。3.4滚筒校核在确定好滚筒结构后，对其经行受力分析如图：取滚筒表面附着系数为0.85，车轮轴重G=1.5t，车轮半直径D=60cm，滚筒最细处直径d=70mm，安置角由公式（2-9）可得=58.3，再由式（2-8）可得：=1263.6N。 （公式3-3） （公式3-4） （公式3-5）T=598.33 Nm图3- 5滚筒受力简图用第三强度理论建立强度条件得 （公式3-6） 又 （公式3-7） （公式3-8）结合公式（3-2）（3-3）（3-4）可得查表知：正火调质45钢在直径小于100mm时，硬度HB=169-217。=294。符合要求。27第四章 总结与展望4.1总结 本文是对汽车检测中不可缺少的检测设备反力滚筒式制动试验台的一种设计。虽然，它不能反映出车辆在制动时的一些动态的变化，且受自身的结构影响较大，滚筒表面附着系数有较高的要求等缺点。但作为制动力检测设备中应用的最为广泛的设备之一，它具有可重复性好，可检测驻车制动力和车轮阻滞力，使用范围广等特点。本文正是基于它的特点，进行的设计。在本设计中，首先对滚反力滚筒式制动试验台的功能原理进行了分析，然后对其进行了功能分解，再在每个功能单元中分别进行设计，进而设计出整个试验台，然后在对其进行分析校核，判断设计是否可靠。通过这次毕业设计，我对汽车检测行业有了一定的了解，增长了见识。同时，在设计中，我又重新复习了产品设计的方法和过程，加强了对典型零件的设计和计算得能力，同时，也提高了使用Solidworks、AutoCAD等软件的能力，使我受益匪浅。4.2展望 反力滚筒式制动试验台虽然有许多的优点，但其本身还是有一些缺陷需要改进：1.） 现在的车辆大多都装有ABS防抱死系统等安全系统，其发挥作用的速度大多高于5km/s，这样，试验台就不能完全的测试出车辆的制动性能。因此，在将来应该采用新技术将提高检测车速是提高到一个新的