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畢 業(yè) 論 文（設 計） 論文（設計）題目： 一種反力滾筒式制動試驗臺的設計 姓 名 學 號 學 院 專 業(yè) 年 級 指導教師 III 目錄 摘要 I Abstract III 第一章 緒論 1 1.1課題背景 1 1.2國內外汽車制動力檢測概況 1 1.3本課題的研究內容及意義 4 1.4安排 5 第二章 總體設計 7 2.1總體原理設計 7 2.2對檢測原理中力的傳遞路線的分析 8 2.3對影響檢測結果因素分析 9 2.3.1受檢車輪受力分析 9 2.3.2各個影響因素對測量的影響 10 2.4各個功能單元的結構設計 11 2.4.1動力單元 12 2.4.2傳動單元 12 2.4.3終端執(zhí)行單元 13 2.4.4檢測單元 13 2.4.5顯示單元 15 2.4.6固定單元 15 第三章 關鍵部件的設計校核 17 3.1傳動部分設計 17 3.1.1電機的選取 17 3.2減速器設計 18 3.2.1齒輪設計 18 3.2.2低速軸的設計校核 22 3.2.3中間軸的校核 23 3.2.4高速級軸的校核 25 3.2.5減速器附屬零件校核 25 3.3傳動鏈的設計 26 3.4滾筒校核 27 第四章 總結與展望 29 4.1總結 29 4.2展望 29 致謝 31 參考文獻 33 附錄：中文翻譯一 35 英文翻譯一 45 中文翻譯二 59 英文翻譯二 63 摘要 汽車的制動性能對車輛的安全行駛有著十分重要的作用，它不僅影響了車輛在遇到緊急情況能否及時停車，也影響著車輛的動力性能的發(fā)揮。因此，汽車制動力檢測有著十分重要的意義。它可以提前發(fā)現車輛的制動問題，對車主進行事先的預警，減少事故的發(fā)生。本文是對車輛制動檢測的主要設備——反力滾筒式制動臺的一種設計。 在本設計中，主要包含了幾個部分：動力部分；傳動部分；執(zhí)行部分和檢測部分。動力部分采用大功率的三相異步電機作為動力輸出，并且采用大凸緣的設計方式，使其能夠和減速器箱體連接在一起，并且兩端用軸承支撐，形成浮動連接。傳動部分為同軸減速器加鏈傳動的模式。鏈傳動可以使得滾筒部分的力矩只能以力的形式進行傳遞，減輕對減速器的沖擊。同軸減速器的采用，可以使得制動力所產生的力矩，通過減速器施加到測力杠桿上，此時，位于測力杠桿上的壓力傳感器就會檢測到力的變化，獲取相關的制動力信息。執(zhí)行部分主要實現的動作是帶動車輪轉動，并達到要求的速度。檢測部分主要的裝置為第三滾筒和測力杠桿。第三滾筒的主要作用是檢測車輪的速度，以便于系統(tǒng)發(fā)出制動信號和及時切斷電機電源。 關鍵詞：反力滾筒式制動試驗臺；同軸減速器；汽車制動Abstract Braking 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 vehicle's dynamic performance. . Therefore, automobile braking force detection has a very important significance. It can be found the vehicle's 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 緒論 1.1課題背景 隨著社會的不斷發(fā)展，汽車已經漸漸地普及開來，人們對它的需求越來越大。據中國汽車工業(yè)協會調查，2011年，我國汽車產銷實現1841.89萬輛和1850.51萬輛，同比分別增長0.84%和2.45%。在汽車數量驟增的情況下，我國道路交通安全事故的發(fā)生率也隨之上漲。2011年上半年，全國共接報道路交通事故1840998起，同比增加18502起，上升1％。其中，涉及人員傷亡的道路交通事故91811起，造成25864人死亡、106370人受傷，直接財產損失4.4億元。產生事故的因素有很多種。大體上可分為三類：駕駛員因素，管理因素，車輛因素。在以上的因素中，駕駛員因素和管理因素屬于可管理和可控制的因素，而車輛因素卻因為是不可控的。 在車輛因素中，車輛制動的好壞是一個十分重要的因素。車輛制動指車輛從一定速度制動到較低的速度或者停止。為了實現這一目的，就必須給車輛施加一個和運動方向相反的力，即制動力。通常情況下，制動力由車輛和路面間的滾筒或者滑動摩擦力提供。該制動力由路面和車輛共同作用為產生。為了對車輛的制動性能進行研究，人們發(fā)明了很多的辦法，其中一種為利用反力滾筒式制動臺的檢測方法。該方法主要是利用滾筒模擬地面，并帶動車輪轉動，當車輪達到一定的速度時，經行制動，此時制動力便可通過滾筒傳遞到檢測設備中去，進而得到制動力的相關信息。本文即是對該設備的一種設計。 1.2國內外汽車制動力檢測概況 汽車起源于外國，汽車檢測技術也是在外國發(fā)展起來的。在國外，由于起步早，科技比較發(fā)達，他們的檢測水平是比較的高的。我國汽車檢測發(fā)展較晚，經歷了，從無到有，從小到大，從引進設備到自主研發(fā)，從單一功能到綜合檢測，雖然我國的檢測技術有了較大的進步，但差距依然不小。我國現在存在的問題主要由設備不標準，不成套，管理混亂等。 在汽車檢測行業(yè)中，對車輛制動力的檢測主要有兩種方法：路試法和臺試法。 路試法：路試法以一種非常簡單的測試方法。試驗在平坦干燥的高等級硬路面上進行。當車輛行駛到高于規(guī)定的速度時，車輛經行制動，此時車上安裝五輪儀就會開始工作，測量車輛的制動距離和時間，然后根據所得結果計算的平均制動減速度，由制動距離長短和充分發(fā)出的平均制動減速度，判斷制動性能是否合格。 路試法是一個動態(tài)的檢測過程，它能真實的反映出車輛在制動時的過程。它的結果反應的是整車對制動性能的影響，并不能準確判斷出故障發(fā)生的位置。并且，它要求有專門的場地，對天氣也有一定的要求，安裝設備費事費力，效率低下，不能滿足車檢快速、準確的要求。因此，一般在對臺試檢測結果又爭議時，才進行。 臺試法:即在室內的試驗臺上對車輛經行檢測。它不需要拆裝設備，基本上可實現自動化操作。在臺試法中，可分為兩種檢測方法：動態(tài)檢測和靜態(tài)檢測。這個動靜是指車輛是否移動。 動態(tài)檢測即車輛以一定的速度行駛到檢測臺上，然后開始制動，檢測臺即可獲取相關的信息。該方法檢測能發(fā)映出車輛制動時，車輛的動態(tài)變化，但其側量速度較低，且結果的可重復性差。該方法的代表裝置時平板式測力臺。由于平板式制動臺為動態(tài)檢測，能清晰的反映出制動過程中，車輪載荷的變化，且由于其擁有四塊檢測板，可以同時檢測前后軸，使得檢測效率大大提高了。在使用平板式制動臺進行檢測時，司機首先要得到開始行車的信號，然后啟動車輛，向前行駛。當其到達試驗臺時，再次接受指令，開始制動。但這個過程會花費一定的時間，車輛會繼續(xù)向前行駛，這就要求試驗臺要有更長的平板，但是生產廠家為了節(jié)省成本，往往是不會提供長平板的。所以，為了能準確的測量車速，就必須使得測試車速降低，并且要求司機有較高的駕駛技術，使得每次進入試驗臺時，速度相差不大。這就加大了，平板式制動試驗臺的使用難度。因此，平板式試驗臺燈重復性問題十分的突出。并且由于其要求有助跑車道，增大了場地面積。同時還不能檢測車輪的駐車制動力和車輪阻滯力。由于，以上的一些缺點，和平板式制動試驗臺技術上的一些問題，使得它在我國的使用并不是很廣泛，但由于國家出臺的法規(guī)規(guī)定，有些車輛必須進行平板式制動試驗臺的檢測，它會被逐漸的推廣開來。 靜態(tài)檢測指車輛相對地面靜止，由檢測裝置帶動車輪轉動，模擬車輛行駛的過程。在達到一定速度后，車輛制動，檢測裝置記錄相關信息，并顯示最終結果。靜態(tài)檢測不能夠反映出車輛在制動時一些特性，如軸荷前移等。但其適用面較廣，可以檢測多種型號的車輛，是目前的主流檢測方法。其主要設備為反力滾筒式制動試驗臺。反力滾筒式制動臺，基本上由機器經行操作，減少了人為因素的干擾，使得測試結構具有較好的重復性。不過，由于反力滾筒式制動試驗臺的檢測環(huán)境為靜態(tài)的，故不能反應出汽車在動態(tài)過程中受到慣性影響而發(fā)生的軸荷前移等現象，這就造成不能完全檢測出前軸制動力的現象，這是反力滾筒式制動試驗臺的最大的缺點。同時，由于反力滾筒式制動試驗臺的結構比較的復雜，受自身的結構參數影響較大。當同一輛車在不同的試驗臺上檢測時，結果可能有較大的偏差。因此，就需要對反力滾筒式制動試驗臺的結構進行規(guī)范。同時必須經常的維護，保證其檢測的精度。但是由于其檢測范圍廣，可以同時檢測車輛的駐車制動性和車輪的阻滯力，且成本較低，壽命也比較的長。因此，在我國的車輛檢測領域應用的比較廣泛。 就反力滾筒式制動試驗臺的發(fā)展而言，國內外也是有很大的不同的。在日本，他們的制動系檢測法規(guī)性技術文件就明確規(guī)定了，必須使用小直徑低轉速的刻槽滾筒式制動試驗臺。但是這種試驗臺存在測力范圍小，不能檢測制動協調時間等問題。而在西歐國家，多使用的是大直徑大功率的滾筒制動試驗臺，且滾筒表面多采用噴涂技術進行處理，使得滾筒表面附著系數較大，明顯高于刻槽類滾筒。而在我國通常采用的是西歐式的滾筒試驗臺，其大體結構基本相同，但仍存在差距。如，我國道路和環(huán)境清潔度都比較的差，車輛在檢測過程中，可能存在漏油或者輪胎夾砂等現象。對于這種情況，焊有小圓臺式的滾筒因為表面附著系數大，不怕沾水和粘泥，可以輕松的出去上面的污垢。但是這種滾筒只在國外的一些產品上出現過，國內尚未掌握該技術。  1.3本課題的研究內容及意義 本課題是對反力滾筒式制動試驗臺的一種設計，在經過前期查找資料，了解反力滾筒式制動試驗臺的相關背景，基本結構，和原理方案之后，運用所學知識，首先對其總體功能進行了分析。反力滾筒式制動試驗臺使用具有一定附著系數的滾筒作為模擬路面，并使其帶動受檢車輪轉動，模擬行車過程。當車輪達到一定速度的時候，進行制動。此時，車輪的速度逐漸的下降，而滾筒的速度在電機的作用下，并不降低。這樣二者就出現了速度差，車輪的制動力就會作用到滾筒上。這個制動力通過鏈輪、鏈和減速器傳遞到測力杠桿上，而位于測力杠桿一端的應變測力式傳感器，就會接受到制動力傳來的相關信息，再將該信息以電信號的方式傳送到系統(tǒng)中去，經過系統(tǒng)處理后，即可得到制動力的相關信息。 在了解其大體的功能之后，將其分解為幾個功能單元：動力單元、傳動單元、執(zhí)行單元、檢測單元。動力單元以電動機為主要部件，主要功能是為電機提供一個大于制動力的動力，使得整個裝置能能夠滿足測最大制動力的基本要求。傳動單元的設計是整個試驗臺的核心設計，它主要由同軸減速器和傳動鏈組成。同軸減速器的主要作用就是將滾筒傳過來的力矩卸載到測力杠桿上，提高檢測的準確性。傳動鏈的主要特點就是只傳遞力而不傳遞扭距，可以將車輪作用在滾筒滾筒上的復雜力矩轉化為單一的力形式傳遞到減速器上，同樣可以提高檢測的準確度。 檢測單元的主要零部件為第三滾筒和測力杠桿。第三滾筒有檢測車輪是否到位，車輪轉速是否達到額定檢測速度，車輪制動時的滑移率值是否達到系統(tǒng)設定值等功能。測力杠桿的主要作用就是承受傳動部分上的制動力矩，并獲取該力矩的信息，并傳遞到系統(tǒng)中去。此外，它還有平衡電機扭矩的作用。 反力滾筒式制動試驗臺最主要的作用就是檢測車輛的最大制動力，排查車輛在制動系統(tǒng)上的安全隱患，并找到解決辦法，這對保證駕乘人員的安全具有十分重要的意義。  1.4安排 本課題的主要內容為設計一種反力滾筒式制動試驗臺，該試驗臺的各個結構能夠實現試驗所要求的功能和強度。本論文的主要安排如下。 1.） 反力滾筒式制動試驗臺的課題背景。 2.） 國內外汽車制動力檢測的現狀。 3.） 反力滾筒式制動試驗臺的方案設計。 4.） 反力滾筒式制動試驗臺的校核。 5.） 總結展望。 5 第二章 總體設計 本章主要介紹了反力滾筒式制動試驗臺的方案設計，對其工作時的受力進行了分析，進而得知對其檢測結果有影響的參數，并分析了這些參數對試驗臺的影響。最后根據分析結果，分別設計出各部分的具體結構。 2.1總體原理設計 圖2- 1反力滾筒式制動試驗臺結構原理圖 本設計中，反力滾筒式制動試驗臺的結構簡圖如圖2- 1所示。反力滾筒式制動臺對汽車進行檢測時，車輪位于主動、從動滾筒之間，壓下第三滾筒。反力式滾筒制動試驗臺有左右各一對滾筒、減速器、傳動鏈、測力傳感器和指示控制裝置等組成。電機啟動，通過減速器將速度減低，輸出力提高，然后再帶動主動滾筒轉動，而主動滾筒通過傳動鏈帶動從動滾筒一起轉動。當滾筒達到檢測速度時，系統(tǒng)發(fā)出檢測提示時，駕駛員急踩制動踏板制動車輛，但電動機仍繼續(xù)驅動滾筒轉動。此時，和車輪一起轉動的第三滾筒就會記錄車輪的轉速。當檢測到車輪的轉速達到設定的滑移率值時，切斷電源。此時，測力傳感測的滾筒對車輪的切向摩擦力即是該檢測條件下需檢測的車輪制動力。  2.2對檢測原理中力的傳遞路線的分析 輸出軸轉矩 傳動鏈 滾筒 傳動力 電機 同軸減速器 電樞軸扭矩 測力杠桿 彎矩 殼體浮動連接 圖2- 2非制動時試驗臺力傳遞路線 試驗臺在空載的情況轉動時，電機的輸出扭距通過聯軸器傳遞到減速器中，在減速器中經過減速，獲得較大的力，再經過傳動鏈的傳遞，將力作用于滾筒，帶動滾筒轉動。由于電機和減速器為浮動連接，電機工作時產生的力矩由位于減速器上的測力杠桿來平衡。其傳遞過程如圖2- 2所示。 圖2- 3制動力的傳遞分析 滾筒 制動力 鏈傳動 制動扭矩 同軸減速器 電機 殼體浮動連接 軸上轉矩 測力杠桿 彎矩減小 當車輪制動時，制動力通過傳動鏈，傳遞到減速器上，以扭矩的方式在減速器中傳遞，最終作用于電機中。由于電機殼體與減速器為浮動連接，作用于電機上的力矩將會被卸載到測量杠桿上，此時，位于測力杠桿上的應變傳感器將受到力發(fā)生變化的信號，將這一信號發(fā)送到系統(tǒng)，即可測得制動力。過程如圖2- 2非制動時試驗臺力傳遞路線 2.3對影響檢測結果因素分析 2.3.1受檢車輪受力分析 圖2- 4車輪在滾筒上的受力分析簡圖 車輛在反力滾筒式試驗臺上進行檢測時，滾筒所提供的附著力即車輛的最大制動力。這個附著力在車輛檢測中，受到車輪的支撐條件影響。這時由于，反力滾筒式制動試驗臺的檢測是靜態(tài)的，車輪的載荷不會受到車身慣性的影響；且各軸的受力狀態(tài)也是不同的，受檢車輪和非受檢車輪受力不同，這樣會對檢測結果產生一定的影響。因此，需要對受檢車輪的受力狀態(tài)進行分析，以更好地了解反力滾筒式制動試驗臺的特性。 當車輛在試驗臺上進行檢測時，左右兩個車輪分別位于兩副相對獨立的滾筒組上，車輪與滾筒表面相切，其受力簡圖如圖2- 4所示： 車輪重力G，滾筒對車輪的支撐力和，車輪所受到的摩擦力和，水平推力F,R為車輪半徑, 車輪在滾筒上的安置角，兩個滾筒的距離L。 在水平和豎直方向上，根據牛頓第三定律得: （公式2-1） （公式2-2） （公式2-3） 假設制動時能充分利用滾筒和車輪的附著系數，則切向摩擦力的最大值為 （公式2-4） （為滾筒摩擦系數） 結合公式（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）可以得出： （公式2-5） （公式2-6） 又車輪所受到的切向摩擦力不可能大于滾筒的所能提供的摩擦力，即： （公式2-7） 在車輛不移動的情況下，滾筒表面說提供的附著力即為試驗臺所能測得的最大制動力，由公式（2-4）（2-5）（2-6）可得: (公式2-8) 由公式（2-8）我們不難看出，滾筒試驗臺所能測得的最大制動力受到車輪軸重G，受檢車輪所受到的水平推力F，滾筒表面系數，車輪安置角影響。 2.3.2各個影響因素對測量的影響 根據公式（2-8）可知，滾筒試驗臺所能測得的最大制動力受到車輪軸重G，受檢車輪所受到的水平推力F，滾筒表面系數，車輪安置角影響。 車輪軸重對試驗臺的影響主要表現在對試驗臺的強度要求，以及對電機功率的要求。每種試驗臺都對軸重有要求，被測車輛的軸重不可過大，否者容易對試驗臺造成損壞，影響試驗臺的壽命。另外，在車輪發(fā)生抱死時，可以采用增加軸重的方法，來增加所能測得的制動力的大小。 受檢車輪的水平推力主要受非檢測車輪的影響。該力的大小與非受檢車輪和地面的磨擦力相關。通常使用混凝土制作地面，來支撐非受檢車輪，這樣可以提高支撐地面的附著系數，增加水平推力。如果，對水平推力的要求較高，則可按國標建議在非檢測車輪出加裝三角墊塊，或者提供一個水平牽引等方法。 滾筒表面系數是體現滾筒試驗臺技術水平的重要指標，它對試驗臺的所能測得的制動力有著十分重要的影響。由公式（2-8）可知，滾筒表面附著系數越大，試驗臺所能測得的制動力越大。在現有技術中，鋼質開槽表面附著系數最大也只有0.6左右，而采用噴涂復層的滾筒表面則可以達到0.7以上。在國外，有的廠家采用更好的噴涂材料，可以使得滾筒的表面系數達到0.93。滾筒便面附著系數的不同可大大影響檢測結果。為了避免因試驗臺的滾筒表面附著系數不同而產生的不同的檢測結果，國家特意推出標準GB/T 13564-2005，要求滾筒表面附著系數必須大于等于0.7。 車輪安置角受到試驗臺結構限制，其關系可表示為： （2-9） L為主從動滾筒之間的距離，D為車輪直徑，d為滾筒直徑。在車輪直徑一定時，一般采用大直徑滾筒，這樣可以增加輪胎和滾筒的接觸面積，使得輪胎的變形減小，更接近于實際情況。但也不可設計的過大，當安置角過大時，會使得滾筒作用在車輪的支撐力增加，加劇輪胎的變形，影響測量結果。并且，當檢測小車輪時，安置角過大可能會引生車輪不能完整的接觸到兩個滾筒上的情況，故安置角的值要取得適中。在GB/T 13564-2005中推薦，3T汽車滾筒試驗臺滾筒直徑為245mm，中心距為430mm。 2.4各個功能單元的結構設計 在本設計中，根據總體方案設計，可以將反力滾筒式制動試驗臺分解為幾個功能單元：動力單元，傳動單元，終端執(zhí)行單元，檢測單元，顯示單元，固定單元。各個單元相互協助，共實現檢測汽車制動力的功能。 圖2- 5反力滾筒式制動試驗臺的三維結構圖 2.4.1動力單元 動力單元主要為整個試驗臺提供動力，驅動滾筒轉動，是試驗臺中一個十分重要的部分。由于車輛制動力都比較的大，制動時會形成非常大的力矩，因此就需要一個足夠大的動力輸出，來實現整個裝置正常運轉。在GB 7258中規(guī)定，試驗臺的最大量程應大于等于額定載輪質量的60%。在諸多動力源中，三相異步電機具有可選功率大，振動小，環(huán)保清潔，污染小，使用維護簡便的特點，因此，將其選作本試驗臺的驅動裝置。并且，由于本設計要求電動機殼體和減速器箱體連接在一起，形成浮動連接，因此需要采用凸緣電機，方便二者的連接。 2.4.2傳動單元 傳動單元主要負責將電機提供的動力輸出到執(zhí)行裝置。由于，本設計要求電機殼體和減速器殼體連接在一起，使電機的電樞軸和減速器的輸出軸同軸，然后使用滾筒軸承使得減速器能固定在臺架上，形成一個浮動連接。因此，在此處減速器只能選用同軸減速器。在同軸減速器中，有行星齒輪減速機、擺線針輪減速機、諧波齒輪減速機和普通的二級同軸減速器。行星齒輪減速機要特點是體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)；但大功率高速行星齒輪傳動結構較復雜，要求制造精度高 。為了降低成本，故不采用。諧波齒輪減速機傳動速比大，承載能力高，傳動效率高、運動平穩(wěn)；但是容易產生疲勞損壞，且傳動比不得小于35，散熱差。考慮到試驗臺的傳動比沒那么大，故不采用。普通的二級同軸減速器制造簡單，容易拆卸更換，且其負載能夠滿足試驗的要求。故采用該種減速器。 在減速器和滾筒間的連接中，有兩種選擇：鏈傳動和聯軸器。聯軸器種類繁多，一般剛性聯軸器具有靈敏度高，慣性小，維護簡單，對兩軸的對中性要求較高的特點。但由于試驗臺存在一定的沖擊力，剛性聯軸器不適用。鏈傳動平均傳動比準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強。故初選為鏈傳動。 2.4.3終端執(zhí)行單元 本實驗臺中，執(zhí)行裝置主要為一對滾筒。滾筒的主要作用就是帶動車轉動，并傳遞車輪的制動力。滾筒中心為實心軸，中部焊有腹板，外部套有鋼管，表面有涂覆或者刻槽。但考慮到采用刻槽的滾筒表面附著吸附不高，不能符合在GB/T 13564-2005的要求，可采用噴涂石英砂的滾筒。 圖2- 6滾筒三維示意圖 2.4.4檢測單元 該部分主要的功能是對車輪相關信息進行檢測。主要裝置有第三滾筒和測力杠桿。 第三滾筒是在主從動滾筒間安放的，由獨立的支架支撐。它即可旋轉，又可在支架的幫助上下擺動。在自然狀態(tài)下，由于彈簧的拉力作用而在支架上方。當進行車輛檢測時，受到車輪的壓力而向下移動，并與車輪緊密接觸。在第三滾筒的一端切出一定數量的凹槽，而對應的支架上安置一個轉速傳感器，來記錄車輪的轉速。當車輪制動時，車輪速度會逐漸下降，而滾筒繼續(xù)轉動，這樣車輪和滾筒就會出現相對滑移。由于第三滾筒的轉速和車輪一致，此時我們就可以得知車輪的轉速，算出二者的滑移率。通常認為，當滑移率達到20%-30%時，所測得的制動力為最大制動力。所以，在系統(tǒng)中設定一個滑移率值，當受檢車輪的滑移率達到時，系統(tǒng)將切斷電機電源，保護電機和車輪。 同時，第三滾筒的支架由下部的氣囊進行支撐。車輛駛進試驗臺時，氣囊放氣，第三滾筒支架下降，讓車輛很好的停在試驗臺上。當車輛駛出試驗臺時，氣囊充氣，抬升車輪，使車輛順利駛出試驗臺。同時，為了防止，第三滾筒的支架在車輛駛離時，因為氣囊的作用而突然飛起，故在支架的兩側特意加焊了一個通塊，同時在地板上加裝擋塊，將通塊撞倒擋塊上，使得第三滾筒支架不飛出。圖2- 7第三滾筒及其附屬結構圖 除了第三滾筒外，本試驗臺還有一個十分重要的檢測裝置——測力杠桿。它一端連接在減速器的殼體上，令一端和應變傳感器相連。車輛制動時，制動力通過傳動鏈傳到減速器上，由于減速器殼體為浮動連接，這個力會以力矩的形式傳到測力杠桿上。此時，傳感器記錄下該力，傳送到系統(tǒng)中，經過系統(tǒng)的處理之后，最終在顯示端顯示。 2.4.5顯示單元 該單元主要的作用就是顯示結果數據?，F在比較流行的顯示方法有兩種：電子顯示和指針顯示。國內大多使用的為電子式，而歐美國家則習慣于使用指針式。就未來的發(fā)展來看，大型的點陣顯示或者大表盤顯示為主要方向。在此，選用大型的點陣顯示。 2.4.6固定單元 此處固定單元的主要作用就是固定以上的各個單元，使它們能夠穩(wěn)定可靠的進行工作。該部分主要就是機架。以前，人們?yōu)榱吮ＷC機架具有良好的強度和剛度，經常采用型鋼來焊接機架，這樣做十分的浪費材料，也是的機架十分的笨重?，F在，人們多采用鋼板沖壓件，使得機架簡化了不少。故本設計中也采用了鋼板沖壓件來做機架。   第三章 關鍵部件的設計校核 在本設計中，比較關鍵的零部件有：電機，同軸式減速器，傳動鏈，滾筒，在下面的內容中，將逐一對它們進行設計校核，以驗證其是否可靠，能否達到試驗臺的要求。 3.1傳動部分設計 該部分主要設計內容為電機的選取，減速器中齒輪的設計，和各個軸設計校核。 3.1.1電機的選取 電機和減速器的連接部件選為彈性聯軸器，機械效率η=0.99，減速器中齒輪選用7級精度的斜齒圓柱齒輪，機械效率為η=0.98，減速器和滾筒間為傳動鏈，其機械效率η=0.96，各軸上的滾動軸承的機械效率η=0.98。這整個試驗臺的機械效率=0.85。 在選取電機功率時可采用公式： P—電動機功率； Fmax—反力滾筒式制動試驗臺所測定的最大制動力； k—電機短時過載系數，； η—滾筒反力臺的機械效率。 已知反力滾筒式制動試驗臺所測定的最大制動力的值因大于或等于60%的軸重，所以Fmax=18000N，取k=2，GB/T 13564-2005推薦v=2.5km/h。則可算得P=3.45kw。查表選擇功率為4kw，又因32為電機轉速在1500r/min左右時，電機的運轉效率較高，又考慮到電機的成本問題，選用轉速為1440r/min，的Y112M-4型電機。 3.2減速器設計 3.2.1齒輪設計 由GB/T 13564-2005推薦得滾筒的線速度為2.5km/h，由公式 （公式3-1） 可以計算出滾筒轉速N筒=54.1r/min。 由于減速器為同心軸減速器，故高速級和低速級的中心距相同，所以兩組齒輪的傳動比也相同。 試驗臺的總傳動比 (公式3-2) 為滾筒的轉速，為電機的轉速。 使用公式（3-2）可計算出=26.6。又考慮到，所以,算得i1==5.15 。 計算各個軸的轉動速度 I. r/min II. r/min III. r/min 各軸的功率 I. II. III. 各軸的扭矩 電機的輸出扭矩 I. II. III. IV. 由于低速級齒輪所受的載荷更大，所以計算低速級齒輪即可。 小齒輪用40Cr，調質處理，硬度取260HB，大齒輪用45鋼，調質處理，硬度取240HB。 齒寬系數φd 查表，取φd=1.0 接觸疲勞極限查表 初步計算許用接觸應力 值 預估 初步計算小齒輪直徑 初步齒寬 圓周速度 齒數和模數 使用系數查表可得 動載系數查表可得 數KHα計算 齒向載荷分布系數查表可知 載荷系數 彈性系數查表可知 重合度系數因為，取，得 螺旋角系數 設試驗臺的使用壽命為5年，每年按300計算，每天8小時，工作時間為20%。則其總工作時間 。 應力循環(huán)次數 接觸壽命系數，查表可得 許用接觸應力 驗算 驗算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪無需調整。 確定主要傳動尺寸。 大小齒輪分度圓直徑 。 齒寬 b1=86mm；b2=76mm。 圖3- 1低速軸簡圖 圖3- 2低速軸簡圖 3.2.2低速軸的設計校核 在上一節(jié)中，我們算得P3=3.61kw，T3=635983.2N·mm，n3=54.29r/min，齒輪的壓力角β=24.12゜。 則垂直于齒面的力 徑向力 軸向力 在軸頸處取65mm，安裝鏈輪。同時開一個寬為22，深10mm的鍵槽。來安放鍵，以便于和鏈輪連接。從左往右的第一段的設計主要考慮的是，鏈輪的寬度， 減速器的伸出部分的長度。第二段為過渡段，為安放軸套而特意設置的。第三段安放軸承來固定軸。第四段放置齒輪，其寬度是根據齒輪的寬度而定，比齒輪寬大了5~10mm，第五段為軸環(huán)，第六段為過渡段，第七段為段軸頸，放置滾筒軸承。 當量彎矩M’= 查表可知為0.59 又因為軸的材料為45鋼調質，=650MPa，故設計符合強度要求。 圖3- 3低速級軸彎矩圖 3.2.3中間軸的校核 由3.1.2中數據可知 表3-1 功率 轉矩 轉速 齒輪分度圓直徑 壓力角 齒輪螺旋角 3.76Kw 128.58N·m 279.61r/min 75.32mm 387.57mm 20° 24.12° 作用在兩個齒輪上的力分別為 作用于兩個齒輪上的徑向力和軸向力 由于在中間軸上，兩個斜齒輪為相對安裝，其軸向力可相互作用，抵消一部分。但由于小齒輪所受的力更大，其所在截面為危險截面。 選定軸的材料為45號鋼，查表知=650MPa 圖3- 4中間軸簡圖 該設計符合要求。 3.2.4高速級軸的校核 在3.1.2中，我們算得P1=3.92kw，T3=25997.2N?mm，n3=1440/min，齒輪的壓力角α=20゜,螺旋角β=24.12゜。 它的結構和低速軸類似，可先估算一下軸的最小直徑,可先按其許用切應力進行計算： d≥C3Pn 當軸的材料取40Cr時，系數C=102，帶入數值計算得到： d≥14.2mm 在該軸上，其最細處為和聯軸器相接部分，其大小應與聯軸器相適。查詢國標GB/T5014-2003，選著型號為選用GY5型凸緣聯軸器，其孔直徑為30，公稱轉矩為400N·m。故軸的最小直徑取30mm。 3.2.5減速器附屬零件校核 首先，考慮到減速器上的齒輪為斜齒輪，故其在軸向上有力的作用，所以采用圓錐滾子軸承。因為，低速軸所受到的載荷較大，故先分析其軸承壽命。初步選取33215號軸承，其基本參數為： Cor=206KN Cr=310KN 軸承所受徑向力 Fr=1308.8N 查表取 軸承的當量動載荷 查表知，X=0.4，Y=0.37。帶入上式計算得: P=1280.6 軸承的設計壽命L=5×300×8×0.2=2400（h），軸承的實際壽命 故所選軸承滿足要求。 箱體的校核： 減速器箱體壁厚的當量尺寸 L——箱體的長度；B——箱體的寬度；H——箱體的高度。 設計時取L=0.7m；B=0.42m；H=0.25m。材料為灰鑄鐵。則N=0.69m 查詢手冊得壁厚s=16mm； 加強筋的厚度d=0.8s=12.8mm 箱座凸緣厚度：b=1.5s=2.4mm 箱蓋凸緣厚度：=1.5s=2.4mm 3.3傳動鏈的設計 鏈傳動屬于具有中間撓性件的嚙合傳動，它和齒輪傳動和帶傳動有相似之處。相較于齒輪傳動，它的制造和安裝精度低，鏈輪齒受力條件好，能施加較大的載荷，且具有一定的減震和緩沖的作用。和帶傳動相比，它具有對軸的影響小，傳動穩(wěn)定，效率高等特點。在本設計中，正是考慮了鏈傳動具有緩震的作用，減少由于制動時產生的震動對減速器和電機的影響，保證后者能安全工作。 考慮到，車輛的制動力比較的大，故在設計時采用三排鏈的形式。由于傳動比為1，所以兩個鏈輪的齒數相同。 通常情況下，為了使傳動平穩(wěn)，都選擇較多的齒數，在高速或者受到沖擊載荷的傳動中，鏈輪齒數至少要大于25。故在此，選擇鏈輪齒數Z=25。 已知減速器輸出功率P=3.61kw，工況系數f1=1.4。主動鏈輪齒數系數f2=1。 其修正功率Pc=Pf1f2=5.05kw。 根據修正功率和小鏈輪轉速，查表可得，鏈條節(jié)距p=31.75mm。其最小中心距a0min=0.2z（i+1）p=317.5mm，在設計中a=422.50＞a0min。故該設計可行。則鏈長節(jié)數X= =51。又因為，鏈節(jié)數為奇數時，會出現過渡鏈。故鏈節(jié)數取為52。 滾筒處鏈傳動的設計同上。 3.4滾筒校核 在確定好滾筒結構后，對其經行受力分析如圖： 取滾筒表面附著系數為0.85，車輪軸重G=1.5t，車輪半直徑D=60cm，滾筒最細處直徑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 N?m 圖3- 5滾筒受力簡圖 用第三強度理論建立強度條件得 （公式3-6） 又 （公式3-7） （公式3-8） 結合公式（3-2）（3-3）（3-4）可得 查表知：正火調質45鋼在直徑小于100mm時，硬度HB=169-217。=294。符合要求。 27 第四章 總結與展望 4.1總結 本文是對汽車檢測中不可缺少的檢測設備——反力滾筒式制動試驗臺的一種設計。雖然，它不能反映出車輛在制動時的一些動態(tài)的變化，且受自身的結構影響較大，滾筒表面附著系數有較高的要求等缺點。但作為制動力檢測設備中應用的最為廣泛的設備之一，它具有可重復性好，可檢測駐車制動力和車輪阻滯力，使用范圍廣等特點。 本文正是基于它的特點，進行的設計。在本設計中，首先對滾反力滾筒式制動試驗臺的功能原理進行了分析，然后對其進行了功能分解，再在每個功能單元中分別進行設計，進而設計出整個試驗臺，然后在對其進行分析校核，判斷設計是否可靠。 通過這次畢業(yè)設計，我對汽車檢測行業(yè)有了一定的了解，增長了見識。同時，在設計中，我又重新復習了產品設計的方法和過程，加強了對典型零件的設計和計算得能力，同時，也提高了使用Solidworks、AutoCAD等軟件的能力，使我受益匪淺。 4.2展望 反力滾筒式制動試驗臺雖然有許多的優(yōu)點，但其本身還是有一些缺陷需要改進： 1.） 現在的車輛大多都裝有ABS防抱死系統(tǒng)等安全系統(tǒng)，其發(fā)揮作用的速度大多高于5km/s，這樣，試驗臺就不能完全的測試出車輛的制動性能。因此，在將來應該采用新技術將提高檢測車速是提高到一個新的水平。 2.） 由于，滾筒試驗臺采用了兩個大功率的電機，十分的消耗電能，這個與提倡環(huán)保節(jié)能的時代背景不太相符，因此，在未來應該會向能加的節(jié)能環(huán)保發(fā)展。 3.） 由于現在生產廠家魚龍混雜，有多種不同型號的試驗臺。由于各個工廠的設計參數不同，造成同一輛車在不同的檢測試驗臺上，檢測結果不同的情況。因此，應加強管，規(guī)范試驗臺的設計生產，使得各個試驗臺能同一標準，利于行業(yè)發(fā)展。 73 致謝 在此，十分感謝劉剛老師對我的指導。他不僅帶我們出去實習，進行現場調研，還主動幫我們解決在設計中的問題，給我們提出了許多寶貴的建議和意見，使我少走了很多的彎路。我深深的為他那種認真務實，一絲不茍的辦事作風所折服，他是我學習的榜樣。 同時，還要感謝機械學院的所有的老師們。是他們的關心和照顧，使我能夠順利地完成大學的學業(yè)，是他們的無私奉獻造就了我們的今天，造就了中國機械行業(yè)的未來。 同時還要感謝所有幫助過我的同學，有了你們的幫助才使得我的大學生活多姿多彩。謝謝所有幫助過我的人。  參考文獻 [1] 搜狐汽車. 2012年汽車銷量1930.64萬輛 同比增4.33%[EB/OL]. http://auto.sohu.com/20130121/n364127387.shtml. 2013.01.21 [2] 公安部交通管理局.2011年上半年全國道路交通事故情況[EB/OL]. http://www.mps.gov.cn/n16/n85753/n85870/2857811.html [3] 廣東省公安廳交通管理局政務服務網．道路交通事故原因分析［EB/OL］. http://jj.gdga.gov.cn/aqtd/jtsgpx/t20111011_1893.htm [4] 李靈虎.汽車檢測技術發(fā)展概況[J].汽車技術.2012,14:80-81. 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Pelegri, and Ryusuke Koide 等人提出使用磁傳感器結合計算機軟件來檢測車輛速度。Harry H. Cheng 等人用光學非干涉技術來檢測汽車速度。Z. Osman, 等人使用微波信號來檢測汽車速度。Jianxin Fang 等人使用連續(xù)波雷達探測、分類和度量車輛的速度。 2.2 圖像處理和計算機軟件 Huei-Yung Lin and Kun-Jhih li使用模糊圖像測量車輛速度。Shisong Zhu等提出了從交通視頻信號測量汽車速度。Bram Alefs and David Schreiber 運用AdaBoost算法和運動目標跟蹤法來檢測汽車的速度，S. Pumrin and D.J. Dailey 提出了一種自動化檢測速度的方法。 我們的系統(tǒng)將會使用錄像機記錄在一個視頻場景中的交通流量，之后,我們將使用距離計算車輛速度。 III. 方法 這一部分將介紹我們從視頻場景系統(tǒng)來檢測車輛速度的方法。我們要了解的是系統(tǒng)的總體結構，各個組成部分的結構，以及我們正在使用的技術。 3.1 車輛速度檢測系統(tǒng)結構 車輛速度檢測系統(tǒng)的硬件要求如圖2- 8（a）所示，該系統(tǒng)由標準的IBM / PC連接到非標定攝像機。系統(tǒng)的輸入必須是場景中行駛的車輛。我們必須知道場景中的距離測量結構，它包括起點和終點以及行駛的車輛，如圖2- 8（b）所示。該系統(tǒng)的基本思想是從車輛行駛的距離和車輛經過起止點時的時間，來計算車輛速度的。 圖2- 8 （a）輸入部分硬件組成 （b）視頻場景結構 3.2 車輛速度檢測系統(tǒng)結構圖表 為了提供車輛速度檢測系統(tǒng)的每一個操作細節(jié)，我們將系統(tǒng)結構列為所示，我們將詳細說明每個工作模塊的構造。 如圖2- 9所示的基本結構，我們的系統(tǒng)可為6主要部分：（1）圖像采集（2）圖像增強（3）圖像分割（4）圖像分析（5）計算速度（6）報告。每個組件有以下細節(jié)。 圖像采集 圖像增強 圖像分割 圖像分析 速度分析 報告 從視頻場景中檢測車輛速度 顯示分割結果 繪制圖表 媒體檢索 圖像緩存 精度調整 灰階調整 幀間差分法 車輛速度搜索 查明車輛邊界 圖像閾值 車輛識別 車輛跟蹤 圖2- 9車輛速度檢測系統(tǒng)結構圖 3.2.1. 圖像采集 我們將Microsoft DirectShow作為接收工具，進而將數據輸送到系統(tǒng)中。Microsoft Direct Show 提供了一種叫過濾圖表管理器的技術，它可以將非格式化的視頻作為輸入。使用過濾圖管理器技術，我們就不需要擔心視頻的格式。過濾圖標管理器工作于設備驅動層，這樣就可以使多媒體數據經過媒體系統(tǒng)。過濾圖標管理器還提供了一個專門用于汽車平臺的多媒體過濾器。過濾圖管理器由三種過濾器組成，分別是源濾波器,譯碼器過濾和渲染過濾器。這3種過濾器作為低級媒體驅動來接受，處理和提供相同的數據格式到輸出級。我們的圖像采集部分負責過濾圖，從視頻中抓取單幀圖像，并且將它們存儲到記憶卡里。 3.2.2. 圖像增強 為了提高在下一階段中我們的圖像質量，我們嘗試了一些算法，比如降噪，圖像平滑等等。但實驗結果不是很好, 因為所有的這些方法都是要花費大量時間的。所以，我