畢業(yè)設(shè)計（論文）-輕型汽車盤式制動器綜合性能試驗臺機械裝置設(shè)計

前言現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展一百多年來，從卡爾.本次和戴姆勒結(jié)束了人畜牽引的時代開始，汽車工業(yè)經(jīng)歷著日新月異的變化。1886年出現(xiàn)了第一臺汽車，1894年奔馳volve首次實現(xiàn)批量生產(chǎn)，1900年金屬車身開始進入汽車領(lǐng)域，1924年汽車告別了了黑色時代，1930年到1950年，汽車車身開始注重流線型，二戰(zhàn)后汽車開始廣泛進入發(fā)達國家普通家庭，到上世紀九十年到，汽車已經(jīng)高度多元化。進入21世紀后,從現(xiàn)在的汽車設(shè)計趨勢來看,最后邊鋒主義還是戰(zhàn)勝了流線主義,不管是在內(nèi)飾還是外部線條都追求極其硬朗的線條。制動系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，是汽車能夠按照駕駛者的意圖控制車速或停車的關(guān)鍵部分，所以制動系統(tǒng)性能的好壞直接關(guān)系到汽車的安全性。伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)如今已經(jīng)進入一個高度發(fā)達的階段，車速的提高提高了運輸效率的同時也對交通安全造成了巨大的沖擊。每年因為交通事故造成的生命財產(chǎn)損失不可估量。對制動器的研究，進行制動試驗,評價它的綜合性能,已成為改善制動器制動性能不可或缺的一部分。制動器是產(chǎn)生阻礙車輛的運動或運動趨勢的力(制動力)的部件。凡利用固定元件與旋轉(zhuǎn)元件工作表面的摩擦而產(chǎn)生制動力矩的制動器都稱為摩擦制動器。摩擦制動器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備中而成為重要的組成部件之一，其工作原理是利用摩擦副相對運動時接觸表面所產(chǎn)生的摩擦阻力來調(diào)節(jié)相對運動速度或來停止運動。汽車摩擦式制動器主要分為鼓式和盤式兩大類。前者摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件是制動鼓，工作表面為圓柱面；后者的旋轉(zhuǎn)元件是制動盤，工作表面為端面。盤式制動器，作為汽車中一類運用非常廣泛的的制動器，在乘用車和微型客車中用得尤為普遍。鑒于盤式制動器良好的散熱性能和較小的制動衰退現(xiàn)象，盤式制動器的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴大。所以，研究一種能夠很好模擬真實制動過程，測量精度高的制動器試驗臺日趨緊迫。在臺架試驗中，應(yīng)該盡可能的模擬真實的制動過程，包括被測制動裝置的安裝和工作狀況。汽車行駛過程中的動能主要來源于大質(zhì)量的車體平移動能和車輪等較小的轉(zhuǎn)動動能，試驗臺需要能夠有效的模擬這部分動能。慣性式試驗臺的關(guān)鍵部件是慣性飛輪，由于飛輪的旋轉(zhuǎn)能夠儲存能量，所以，采用慣性式試驗臺是比較可行和經(jīng)濟的。制動器的設(shè)計是汽車設(shè)計的重要部分，由于處于設(shè)計階段的汽車不可能進行道路試驗，即使能夠進行，測量結(jié)果也并不準確和客觀，所以，汽車大部分元件的試驗仍需在臺架上進行試驗。試驗臺通過電機驅(qū)動，使飛輪組轉(zhuǎn)速達到規(guī)定轉(zhuǎn)速后開始制動，同時切斷電源。這和真實狀況下制動時切斷動力源的原理相同，是最佳的模擬方式。為了增大試驗臺能夠進行試驗的車型范圍，需要設(shè)計一套由不同轉(zhuǎn)動慣量組成的慣性飛輪組，通過不同的組合方式來實現(xiàn)對不同車型的試驗。本文設(shè)計試驗臺主要針對的測試對象是輕型車盤式制動器，根據(jù)國家標準GB/T3730.1—1988的規(guī)定分類，總質(zhì)量在1.8～6.0噸范圍的貨車屬于輕型貨車，長度在3.5～7.0米之間的可測屬于輕型客車，輕型汽車主要包括M1,M2和N1類車?？紤]到試驗臺同時能夠?qū)Υ蟛糠殖擞密囘M行有效測量，初步將測量試驗臺測量范圍定為汽車總質(zhì)量1.2～4.0噸。目錄摘要 第1章緒論1.1設(shè)計的主要內(nèi)容本文設(shè)計輕型汽車盤式制動器綜合性能試驗臺，由于盤式制動器表現(xiàn)出的優(yōu)良性能，其運用范圍逐漸擴大，所以，對其性能的研究變得越來越重要。本文通過課題形式研究盤式制動器性能測試方法和設(shè)計盤式制動器性能試驗臺。1.1.1國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前，世界上絕大部分國家，包括汽車工業(yè)發(fā)達國家通用的方法是通過慣性試驗臺來模擬測試制動器的各項性能指標，從而對制動器性能進行評估。以汽車工業(yè)起步較早的發(fā)達國家德國、美國等為例，如德國CarlSchenckAG公司，德國FroudeHofmann公司以及美國CHASE公司等研制的制動器試驗臺，都反映了當前較為先進的實驗技術(shù)。其中德國CarlSchenckAG公司研制的慣性式制動器試驗臺，能夠同時對兩個制動器進行試驗。它的基本原理就是以一定角速度旋轉(zhuǎn)的慣性飛輪的動能來模擬汽車的動能，并在制動時為被試制動器所吸收。體現(xiàn)了德國汽車工業(yè)技術(shù)的先進性和嚴謹性。國內(nèi)汽車行業(yè)普遍落后于歐美發(fā)到國家，受到技術(shù)制約和設(shè)備落后等因數(shù)的影響，目前國內(nèi)汽車性能及實驗技術(shù)較其他發(fā)達國家相對落后許多，但整個行業(yè)緊追國際水平的步伐從未停止。目前國內(nèi)汽車行業(yè)較先進的實驗手仍是學(xué)習借鑒發(fā)達國家的經(jīng)驗來進行，包括技術(shù)和設(shè)備等各方面。尤其是有的關(guān)鍵實驗設(shè)備，主要依靠從國外進口，然后進行消化吸收后進行再創(chuàng)新。在這種學(xué)習模式下，國內(nèi)的生產(chǎn)及實驗技術(shù)均有了長足進步。主要的汽車研究機構(gòu)和各高等學(xué)府的科研團隊在借鑒國外技術(shù)的幫組下取得了豐碩的成果。典型的國產(chǎn)制動器試驗臺有天津大學(xué)天津內(nèi)燃機研究所研制的，ZDQ型制動器試驗臺和吉林大學(xué)機電設(shè)備研究所研制的JF系列試驗臺等。ZDQ制動器試驗臺是基于國家汽車行業(yè)標準QC／T654-2000《摩托車和輕便摩托車制動器臺架試驗方法》而開發(fā)設(shè)計的，采用機械慣量模擬和電慣量模擬相結(jié)合的摩托車慣量模擬方式，是用于評價摩托車和輕便摩托車制動器性能的專用檢測設(shè)備。該試驗臺能夠完成標準QT/654-2000中規(guī)定的效能試驗、磨合試驗等所有試驗項目，并能在試驗過程中檢測和記錄很多試驗參數(shù)，如制動初速度、蹄片溫度、制動減速度、制動次數(shù)、制動間隔時間、制動操縱力、制動力矩、制動距離和主軸轉(zhuǎn)速等。1.1.2本文研究的意義及研究中存在的問題制動系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，是汽車安全性的重要保障，制動器性能的好壞直接關(guān)系到汽車整體性能的駕乘人員的生命財產(chǎn)安全。制動器是制動系統(tǒng)中的重要元件，同時盤式制動器是制動器中非常重要的一類，在轎車和輕型車中應(yīng)用非常廣泛。本文主要研究的是輕型汽車盤式制動器的性能試驗臺，同時研究盤式制動器各項性能。本文通過設(shè)計一種慣性式試驗臺研究盤式制動器，是當前制動器性能檢測研究的重要手段，更是當前最主要的試驗方法。隨著盤式制動器應(yīng)用范圍的不斷擴大，對盤式制動器性能的研究變得越來越重要，所以，研究一種能夠很好模擬汽車真實制動情況，精確檢測盤式制動器制動性能的試驗臺顯得非常重要。它是準確掌握盤式制動器性能的有效途徑，從而是制動器設(shè)計中選材，結(jié)構(gòu)設(shè)計等重要環(huán)節(jié)的控制性因素。所以對盤式制動器性能的研究及對相應(yīng)試驗臺的研究具有舉足輕重的地位，對提高制動器各項性能具有重要意義。雖然目前整個行業(yè)對這項技術(shù)的研究有了一個很高的水平，尤其是歐美發(fā)達國家。盡管國內(nèi)生產(chǎn)工藝水平仍落后于國外，但實驗技術(shù)在硬件方面和國外相比差距并不大，但是國內(nèi)對于數(shù)據(jù)的采集，分析方面經(jīng)驗不足，落后于國外。這也是制約中國汽車技術(shù)進一步提高的重要原因。所以，學(xué)習國外先進技術(shù)經(jīng)驗，研究新型實驗設(shè)備仍是亟待解決的關(guān)鍵問題。1.2制動器的性能要求制動器作為決定汽車安全性能重要部件，制動器具有良好的綜合性能顯得至關(guān)重要。其中主要包括：制動效率，制動效能，制動響應(yīng)時間，可操控性和良好的散熱性能。制動效率指車輪不抱死的最大制動減速度與車輪和地面間摩擦系數(shù)的比值，也就是車輪將要抱死時的制動強度和被利用的附著系數(shù)之比。制動效率是制動器性能的重要體現(xiàn)，為保證制動效率，各國在汽車軸荷分配等方面都做了嚴格的規(guī)定。制動效能指在良好路面上，汽車以一定初速度制動到停車的制動距離或者制動減速度，它是制動性能的基本評價指標。制動效能的恒定性（即抗熱衰退性能）決定了汽車長時間連續(xù)制動是的制動可靠程度。水衰退性也是制動器面臨的一個嚴重問題，同樣，汽車涉水行駛時可能導(dǎo)致制動器短時間內(nèi)喪失制動能力。制動響應(yīng)時間是操縱者從開始踩踏制動踏板，到制動器開始產(chǎn)生制動力的時間，汽車高速行駛時制動時間的延長必然導(dǎo)致汽車不能再有效距離內(nèi)實現(xiàn)制動，所以，保障汽車具有良好的制動性能，制動時間不能太長，這已成為各企業(yè)必須遵守的原則。制動器有良好的操縱性和散熱性能都是都是良好制動性能的重要保障。所以，要實現(xiàn)制動器具有良好的綜合性能，必須顧及到每項性能及其相關(guān)的影響因素。在設(shè)計中必須綜合考慮外界條件和各項性能之間的相互影響，必須在諸多性能參數(shù)中找到一個平衡點，可以適當降低其中部分性能來避免因為它們的提高而影響到其他性能。

第2章制動器試驗臺的方案設(shè)計2.1試驗臺技術(shù)要求本文嚴格按照QC/T564-2008(乘用車制動器性能要求及臺架試驗方法)，對輕型汽車盤式制動器性能試驗臺機械裝置進行設(shè)計。要求所設(shè)計的試驗臺能對輕型汽車所使用的盤式制動器進行制動性能綜合試驗。盡可能模擬汽車真實的制動情況是本文設(shè)計試驗臺追求的方向。試驗過程中需要模擬汽車不同工況、不同車型的制動情形，所以要求試驗臺能夠?qū)崿F(xiàn)加載和卸載、調(diào)速、改變系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量等功能。試驗臺要能實現(xiàn)以下試驗項目：制動器效能實驗、制動器熱衰退恢復(fù)實驗、制動襯片磨損試驗；并可測試制動力矩、制動時間、制動距離、制動減速度等參數(shù)。由于實驗臺中一部分重要元件是質(zhì)量很大的飛輪組，不能單靠人力進行裝卸，需要設(shè)計輔助裝置來完成。輔助裝置不能干擾主軸的運動，拆裝過程必須穩(wěn)定，同時需留一定空間安放不用的飛輪。2.2試驗臺架方案設(shè)計進行試驗臺設(shè)計時，在滿足試驗臺技術(shù)要求的前提下，還應(yīng)考慮到各部分的設(shè)計要素。對于慣性旋轉(zhuǎn)體部分，應(yīng)該考慮能夠使機械慣量和實際工況相同或相類似，并且保證工作可靠；對于尾座制動鉗安裝部分，必須能夠進行軸向滑動并能夠隨意固定，以適應(yīng)不同型號的制動器尺寸變化；還必須考慮制動鉗與制動盤對接時的同軸度，必須保證制動力矩的測量精確度。同時，設(shè)計時還應(yīng)考慮測量系統(tǒng)的精確性和滯后性、整個試驗臺的噪聲、振動、試驗臺的壽命以及成本等問題。另外，各零部件設(shè)計必須考慮到能夠直接購買元件方便的安裝，并具有良好的工藝性和強度。試驗臺采用單端機械慣性試驗臺型式，分為機械、氣液和電控部分。傳動系統(tǒng)采用直流無級調(diào)速電機驅(qū)動，直流電機具有啟動力矩大、干擾小、可頻繁啟動的特點，能夠有效實現(xiàn)不同初始車速制動工況的模擬。試驗臺通過機械慣量（慣性飛輪）來模擬整車的慣量，具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。試驗臺計算機控制系統(tǒng)可以通過各類傳感器對檢測的數(shù)據(jù)進行處理、顯示、存儲、檢索及輸出并可進行實時控制，并結(jié)合預(yù)先輸入的分組參數(shù)對產(chǎn)品進行質(zhì)量性能的判斷。試驗臺結(jié)構(gòu)如圖2.1。圖2.11、調(diào)速直流電機，2、聯(lián)軸器，3、軸承支撐座，4、飛輪，5、飛輪，6、飛輪軸，7、軸承，9、飛輪，10、第二軸，11、制動鉗，12、制動鉗安裝盤，13、測力尾座滑座，14、測力尾座支座，15、制動盤，16、軸承端蓋，17、軸承端蓋，18、飛輪支撐座，19、飛輪支撐座升降手輪，20、T型槽平板，21、速度傳感器，22，測速齒輪。

第3章制動器試驗臺基本原理及設(shè)計計算3.1試驗臺的基本原理及制動力分配3.1.1試驗臺基本原理汽車在行駛過程中，整車大部分質(zhì)量的運動方式是平動，所以其動能主要來源于平動動能，同時，還包括車輪等旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動動能和其他零部件的振動動能。要使汽車能夠在制動器的作用下安全停下來，制動器需要耗散掉的能量包括汽車平動動能和各旋轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)動動能。試驗臺通過旋轉(zhuǎn)的慣性飛輪來模擬整車的動能，即是將汽車的動能轉(zhuǎn)換成飛輪的轉(zhuǎn)動動能。汽車試驗臺要能夠真實模擬汽車制動工況，必須將汽車動能分配到每個車輪上。這樣，就能夠通過旋轉(zhuǎn)的飛輪來模擬車輪上的動能，也就是試驗臺的原理。假設(shè)汽車總重；以初速度進行制動減速到；試驗臺飛輪慣量和角速度從相應(yīng)降低到。則可由動能相等得到：（3.1）由此可知，汽車動能和試驗臺動能有如下關(guān)系：（3.2）即（3.3）由3.3式得：（3.4）——汽車等價轉(zhuǎn)動慣量，；——汽車空載質(zhì)量，；——汽車滿載質(zhì)量，；——飛輪半徑，；，——汽車制動的初始速度和制動結(jié)束速度，，——飛輪制動前后的旋轉(zhuǎn)角速度，；——汽車轉(zhuǎn)動部件的當量空車質(zhì)量系數(shù)。3.1.2車輪對應(yīng)慣量的計算根據(jù)中華人民共和國汽車行業(yè)標準QC/T564-2008《乘用車制動器性能要求及臺架試驗方法》中的規(guī)定。（3.5）——轉(zhuǎn)動慣量計算值，；——車輪滾動半徑，；——汽車滿載質(zhì)量下，以（）的制動減速度進行制動時，被試制動器所對應(yīng)車輪承受的那部分質(zhì)量，當同一制動器用于不同車型，取最大值，。前制動器的計算公式：（3.6）后制動器的計算公式：（3.7）——汽車重心離前軸距離；——汽車重心離后軸距離；——重心高度；——汽車軸距。3.2實驗轉(zhuǎn)速計算3.2.1車速對應(yīng)下的飛輪轉(zhuǎn)速要能夠盡量真實的模擬汽車的真實制動情況，飛輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)該和汽車車輪的轉(zhuǎn)速相同。所以兩者之間應(yīng)該滿足如下關(guān)系：（3.8）——汽車行駛速度，；——試驗臺主軸轉(zhuǎn)速，；——飛輪半徑，。則試驗臺主軸的轉(zhuǎn)速為：（3.9）3.2.2試驗車型的選取設(shè)計試驗臺要求能夠進行輕型汽車盤式制動器綜合性能試驗，要求對范圍內(nèi)車型都有較好的測量效果。根據(jù)中華人民共和國汽車行業(yè)標準QC/T479-1999和QC/T564-2008的相關(guān)要求及其規(guī)定的實驗方法，測量和計算盤式制動器的各項性能參數(shù)。試驗車型基本參數(shù)情況如下表：表3.1試驗車型基本參數(shù)試驗車型基本參數(shù)車型及排量陸風X8,2.5L總質(zhì)量空載1850kg滿載2175kg軸距L2760mm最高車速170km/h制動器形式前輪通風盤式后輪通風盤式重心高度0.51m車輪滾動半徑0.2951m重心離后軸距離1510mm3.2.3對應(yīng)飛輪慣量計算試驗中以滿載情況為實驗條件，取滿載值2175kg，，，。則前輪承受的值：后輪承受的值：同一車型上前后制動力不同時，以較大的為準，則飛輪轉(zhuǎn)動慣量計算值為：3.2.4試驗臺轉(zhuǎn)速計算參照試驗標準QC/T564-2008，在進行微型車制動器磨合試驗前，要求以50km/h的初速度進行磨合實驗，第一次效能試驗時的制動器初速度規(guī)定限制條件為：和，實驗轉(zhuǎn)速盡量取整，則制動初速度定為50km/h、90km/h；第一次磨合試驗制動初速度由時制動初速度為80km/h。第二次效能實驗增加制動初速度，取制動初速度120km/h。按照要求，針對車型衰退實驗初速度為100km/h。即在各項制動器性能試驗中，制動器初速度有以下幾種：50km/h、80km/h、90、100km/h、120km/h。根據(jù)公式計算得進行實驗的轉(zhuǎn)速要求為：449.000r/m,718.400,808.201,898.001,1077.605。

第4章電動機功率計算及電動機選擇4.1電機功率計算在所有試驗情境下，不難判斷最高轉(zhuǎn)速所需要的功率最大，所以以最大功率作為選擇電機的參考因素是合理的。試驗標準QC/T564-2008規(guī)定及初選結(jié)果，最大試驗車速為120km/h，即飛輪最大轉(zhuǎn)速n=1077.605r/min，則其最大角速度為：若飛輪在20秒內(nèi)從零轉(zhuǎn)速達到最大轉(zhuǎn)速，則飛輪角加速度為：則在模擬輕型車滿載的時候，飛輪產(chǎn)生的慣性扭矩為：那么所需要提供的功率為：由于傳動系統(tǒng)存在能量損失，假定系統(tǒng)傳動效率為0.85，則系統(tǒng)所需電機功率為：4.2電機的選擇電機的選擇是整個實驗臺的動力部分，選擇合適的電機既關(guān)系到實驗臺良好運行，電機處在最佳工作狀態(tài)以及有效的控制制造成本等。所以電機的選取非常重要，考慮到功率、安裝等方面的要求。Z4直流電機電機具有體積小、性能好、重量輕、輸出功率大、效率高及可靠性高，最重要的是可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的特點，且可以與當今國際先進水平的電機較量?？紤]到試驗臺能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍車型的實驗，電動機功率略微取大一些，故選取Z4-180-41作為試驗臺的驅(qū)動電機。電機基本參數(shù)如下。表4.1電機尺寸數(shù)據(jù)圖（單位：mm）型號安裝尺寸z4-180-41ABCDEFGADAEAFAGCHK27958612155110166965110166918015型號外形尺寸ABACADHDLL1h1z4-180-41356390305731944117216表4.2電機性能參數(shù)型號基本參數(shù)z4-180-41功率（kw）額定轉(zhuǎn)速（r/min）額定電壓（V）慣量矩(kg.m2)重量（kg）5515004402.2410電機基本尺寸決定著試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸，所以需要列出詳細尺寸參數(shù)。

第5章試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1飛輪組設(shè)計計算5.1.1飛輪組設(shè)計飛輪組是試驗臺模擬汽車慣量的部分，是試驗臺的重要組成部分，設(shè)計飛輪要求能夠有效的模擬汽車慣量；由于試驗中飛輪再告訴旋轉(zhuǎn)，所以飛輪受力比較復(fù)雜，要求飛輪能夠滿足必要的強度和可靠性；另外由于飛輪模擬的慣量較大，從節(jié)約材料等經(jīng)濟角度考慮，條件允許的情況下盡可能增大飛輪半徑，實現(xiàn)在飛輪質(zhì)量不增大的情況下增大轉(zhuǎn)動慣量，同時綜合考慮試驗臺整體尺寸等因素加以綜合設(shè)計。由于設(shè)計實驗臺的目標是能夠?qū)崿F(xiàn)一定范圍車型的制動器實驗，所以，單個飛輪無法實現(xiàn)其功能，故設(shè)計成飛輪組。通過大小飛輪的不同組合來實現(xiàn)加載和卸載以及測試不同車型。飛輪組又一系列大小不同的飛輪組成，為了能夠?qū)崿F(xiàn)靈活加載和減載，飛輪組設(shè)計慣量為：2個30kg.m2，兩個10kg.m2，一個5kg.m2，通過這種大小飛輪的組合具有調(diào)整慣量靈活，調(diào)整梯度均勻等特點，能夠有效的模擬不同車型和加減載測試。5.1.2飛輪組計算第三章計算得到試驗臺需要模擬的慣量為59.6875kg.m2,電動機自身擁有慣量3.86kg.m2，忽略軸的轉(zhuǎn)動慣量，則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)該為：59.6875-3.86=55.83kg.m2。綜合考慮到試驗臺整體尺寸及增大慣量的角度考慮，將飛輪直徑設(shè)計為800mm，由于飛輪受力情況較為集中，選取45鋼作為飛輪材料，材料密度。本實驗臺飛輪采用簡單圓柱體形式，故其慣量計算公式為:(5.1)——飛輪慣量（kg.m2）；——飛輪質(zhì)量（kg）；——飛輪半徑（m）。由公式得飛輪厚度為：（5.2）——飛輪厚度。將各參數(shù)值帶入飛輪設(shè)計慣量值，的飛輪厚度：換算單位并將寬度取整，得到慣量為20kg.m2的飛輪厚度為95mm。同理可得慣量為10kg.m2和5kg.m2的飛輪厚度分別為32mm和16mm。5.2車輪的路面制動力矩計算及實驗設(shè)定力矩確定真是制動時輪胎可能存在邊滾邊滑的情況，但是這種情況試驗臺無法模擬，將制動理想化為從開始制動到停止過程均為純滾動。汽車制動時，制動力矩和制動管路壓力成正比。從受力平衡的角度，車輪的制動器制動力矩等于地面制動力矩。最大制動力矩不是隨制動壓力增大而無限增大，受到地面附著情況的限制，所以最大制動力矩數(shù)值上等于車輪受到地面最大摩擦力矩。針對此車型，第三章計算得汽車單個前輪承擔載荷為685.4kg，對于一般的瀝青路面及混凝土路面，取地面附著系數(shù)。實際過程中，滾動阻力和慣性力路相對較小，忽略不計。則此車型前輪上能夠產(chǎn)生的最大摩擦力：車輪的滾動半徑，則可得到最大制動力矩：由盤式制動器生產(chǎn)企業(yè)對盤式制動器性能的要求，其能產(chǎn)生的最大制動力矩需滿足關(guān)系：。——制動器設(shè)計最大制動力矩（N.m）——路面對車輪產(chǎn)生的最大制動力矩（N.m）試驗臺要求能夠?qū)崿F(xiàn)對盤式制動器設(shè)計最大制動力進行測試，故試驗臺設(shè)定扭矩應(yīng)該以盤式制動器的設(shè)計最大扭矩最為設(shè)計依據(jù)。取扭矩放大系數(shù)為1.2，則試驗臺設(shè)計最大扭矩：。5.3軸類零件設(shè)計軸類零件是試驗臺的核心元件，是所有旋轉(zhuǎn)部件的安裝零件，起著承擔旋轉(zhuǎn)體重量和傳遞扭矩的作用。其設(shè)計必須考慮到這兩大核心問題，使設(shè)計結(jié)構(gòu)滿足各項要求。5.3.1第一軸設(shè)計第一軸為飛輪安裝軸，其承擔的支撐重量大，且兩支撐端較遠，故設(shè)計是應(yīng)該適當增大其徑向尺寸。軸上兩個安裝飛輪重要軸段，安裝兩個慣量為30kg.m2飛輪的軸端，由于飛輪管兩大，單靠螺栓承擔其扭曲對螺栓要求太高，故設(shè)計成帶錐面配合，錐度14度；安裝兩個慣量為10kg.m2飛輪的軸段，飛輪慣量相對較小，適當加強螺栓能夠良好傳遞扭矩，故從節(jié)約加工成本的角度，仍設(shè)計成圓柱面配合。材料：該軸無特殊要求，軸采用的材料，一般為45號鋼(調(diào)質(zhì))，正火處理。由傳動系統(tǒng)設(shè)計來看，忽略傳遞過程中的能量損失。軸傳遞的最大扭矩為，軸的最高轉(zhuǎn)速為1077.6r/min，則軸承受的最大功率為：由《機械設(shè)計》表15-3得：45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，取,則可得軸的最小直徑：安裝聯(lián)軸器部分有鍵槽，故需放大10%～15%，取放大系數(shù)為10%得到軸的最小尺寸為64.89mm，取整65mm。結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5.1：圖5.11段：此段為聯(lián)軸器安裝段，由于軸的直徑必須與聯(lián)軸器相適應(yīng)，設(shè)計軸是需要同時將聯(lián)軸器選好，軸的最終直徑有聯(lián)軸器決定。Z4-200-12型電機的軸直徑為d1=65mm，由標準凸緣聯(lián)軸器（GB/T5843-2003），選用GY8凸緣聯(lián)軸器,公稱扭矩為3150N.m，軸孔直徑65mm，半聯(lián)軸器長度142mm。綜合各參數(shù)確定軸段1的直徑為65mm，兩軸連接需留一定空隙，所以安裝聯(lián)軸器段長度為L1=140mm。聯(lián)軸器校核：考慮到扭矩的變化和輕度沖擊載荷，取,則聯(lián)軸器的計算扭矩為：滿足要求。故定軸段1直徑為d1=65mm，長度L1=140mm。聯(lián)軸器通過軸肩進行軸向定位，軸向定位由圓頭平鍵實現(xiàn)，材料為45#鋼（調(diào)質(zhì)處理）。由《機械設(shè)計》表6-1得：查的平鍵的截面，并根據(jù)鍵的直徑系列，選取鍵的長度為。則平鍵的應(yīng)力：滿足輕度沖擊要求。聯(lián)軸器與軸的配合采用基孔制，為方便聯(lián)軸器的安裝，由《機械設(shè)計》表15-2可得，端部倒角2段：此段軸為軸肩，根據(jù)聯(lián)軸器的尺寸參數(shù)，確定軸肩高度為8mm，則第二段軸的直徑為d2=81mm。軸承端蓋兒總長度20mm，考慮軸承支撐座的寬度和聯(lián)軸器離軸承端蓋留一定距離取60mm。則第二段軸長度為L2=80mm。同第一段一樣，軸肩倒角。3段：此段軸為軸承安裝位置，軸承主要承擔徑向支撐，有輕微的軸向力，所以選擇圓錐滾子軸承，按照國標（GB/T297-1994）的規(guī)定，選取滾動軸承30317GB/T297-1994，其尺寸為。則軸段3的直徑d3=85mm,長度為L3=44.5mm。軸肩處倒角。4段：軸承需要依靠軸肩來進行軸向定位，按照軸承的基本尺寸參數(shù)，取軸肩高度為7mm，則直徑為d4=99mm?？紤]到軸承支撐座的寬度和留下飛輪拆裝操作空間，取第4段長L4=300mm。5段：第五段為飛輪安裝軸段，設(shè)計成錐面，其優(yōu)點在于對中方便，可以靠錐面配合來傳遞扭矩,錐度1:8。兩個飛輪總厚度為190mm，考慮飛輪擦還裝方便，錐面長度設(shè)計為L5=240mm。則計算得此段大端直徑為d5=129mm。6段：此段為固定飛輪的法蘭盤，由于飛輪較重，取法蘭盤厚度為L6=40mm。徑向尺寸主要考慮螺栓安裝位置及必要強度，取較大保險系數(shù)，按照周布六枚螺栓的要求，設(shè)計法蘭盤直徑為d6=300mm。7段：此段無特殊元件，由于越靠近中部撓度越大，適當增大軸直徑，設(shè)計直徑為d7=110mm。考慮到需要拆裝螺栓，預(yù)留一定操作空間，取該段長度為L7=150mm。8段:慣量為10kg.m2的飛輪需要靠8處法蘭盤來進行固定，8的功能和6是相同的，取其厚度為L8=30mm，直徑為d8=260mm。9段：此處安裝兩片慣量為10kg.m2的飛輪，飛輪總厚度為72mm，故設(shè)計錐形段長度為L9=96mm，小端直徑同軸肩4相同為d9=99mm。10段安裝軸承，參數(shù)和4段相同，長度L10=200mm；11段為軸承安裝軸段，和3段參數(shù)相同；12段為軸肩，參數(shù)和2相同；13段是聯(lián)軸器安裝軸段，參數(shù)和1段相同。5.3.2第二軸設(shè)計第二軸是制動盤安裝軸，同時安裝5kg.m2的飛輪。軸同樣需要考慮承受較大扭矩。第二軸飛輪安裝位置選擇圓柱面配合，制動盤安裝按照制動盤的具體形式設(shè)計相應(yīng)的安裝輔件。第二軸承受的載荷與第一軸大致相同，故不特別考慮材料和結(jié)構(gòu)尺寸等的調(diào)整，仍然選擇45#鋼（調(diào)制處理）。最小直徑65mm圖5.21段：與聯(lián)軸器連接部分，其基本參數(shù)和與之配合的第一軸參數(shù)相同，d1=65mm,L1=140mm。鍵槽和鍵都與相配合的第一軸相同。2段：此段為聯(lián)軸器限位軸肩，根據(jù)聯(lián)軸器尺寸參數(shù)，取軸肩高度h=8mm，則第2段軸直徑d2=81mm?？紤]軸承支撐座寬度，取軸段長度L2=80mm。3段：此段為支撐位置，軸承安裝帶。按照與第一軸設(shè)計一致的原則，選取軸承30317（GB/T297-1994），其尺寸為。則軸段3的直徑d3=85mm,長度為L3=44.5mm。4段：第四段作為軸承的限位軸肩，取軸肩高度為7mm，則第4段軸的直徑d4=99mm。此段中有一厚度為16mm的飛輪存在，綜合考慮飛輪的安裝和拆卸，此軸段應(yīng)適當取長一些，取長度為L4=200mm。5段：飛輪安裝位置，由于飛輪相對較小且數(shù)目單一，僅靠螺栓便能夠便能夠傳遞扭矩，配合面不再采用錐面而直接采用圓柱面間隙配合，通過螺栓傳遞扭矩。軸段長度以飛輪厚度為參照，取軸段長度L5=20mm，為了盡量減小同軸誤差，將軸段直徑取得稍大一些，取d5=140mm。6段：此段為連接螺栓的法蘭，設(shè)計參數(shù)和第一軸上相類似，直徑仍然采用與第一軸相同的d6=260mm。長度取L6=20mm。7段：此段除了起限制軸承外沒有其他特別的作用，故其尺寸參數(shù)只要在滿足強度條件的情況下便可，取直徑d7=99mm,長度L7=60mm。8段：此段尺寸參數(shù)和3段相同，則軸段3的直徑d3=85mm,長度為L3=44.5mm。9段：此段為軸肩，限制因素主要來自軸承支座寬度，取L9=120mm，直徑d9=80mm。10段：此段為安裝汽車制動盤的法蘭，法蘭與軸之間的傳動采用鍵連接，軸的在和條件和設(shè)計方便來考慮，軸段的直徑d10=65mm，長度L10=140mm。查《機械設(shè)計》表6-1得，鍵尺寸參數(shù)為，再查其長度系數(shù)表，取鍵長110mm。法蘭結(jié)構(gòu)形狀需根據(jù)具體車型制動盤的形狀尺寸參數(shù)來確定。本文以陸風X8作為代表車型設(shè)計，該車型制動盤與車橋連接采用周布螺栓連接，螺栓數(shù)量為6枚，分布圓直徑為d=135mm。故法蘭盤的尺寸是確定的。5.3.3尾座測力機構(gòu)設(shè)計測力系統(tǒng)是安裝制動夾鉗和測力杠桿的重要元件，兩大關(guān)鍵安裝位置的設(shè)計應(yīng)該考慮到安裝方便靈活，結(jié)構(gòu)緊湊。設(shè)計中，為了考慮能夠精確測量制動力等參數(shù)，測力系統(tǒng)分為三個部分，分別是安裝制動夾鉗的法蘭盤，測力杠桿和連接法蘭盤和測力杠桿的軸。圖5.31段：安裝法蘭盤的軸段，載荷不變，故其直徑d1=65mm，連接鍵參數(shù)為，取鍵長110mm。由于法蘭盤位于軸端部，故在軸端部圓周上設(shè)計一限位螺釘，以防止法蘭盤從掉出，故長度取180mm。2段：為軸承安裝位置，軸承參數(shù)不變，，則軸的直徑d2=85mm,取長度為90mm。3段：此段無特殊作用，只是限制兩軸承位置，取軸肩高度為7mm，則其半徑為d3=99mm，長度取L3=60mm。4段：為軸承安裝位置，直徑d3=85mm,長度取L4=80mm。5段：此段安裝測力杠桿，仍然采用鍵連接，取直徑d5=80mm，由于測力杠桿位于軸端部，故需在軸末端設(shè)計一限位螺釘，防止杠桿脫落，故取長度L5=90mm。5.4尾座設(shè)計尾座是安裝制動夾鉗和測力系統(tǒng)的部分，由于尾座上安裝有制動夾鉗，不同汽車制動器形式不一樣，其配合尺寸也不一樣，所以尾座的設(shè)計必須設(shè)計成可軸向移動的工作臺，以實現(xiàn)不同車型制動器均能夠進行良好測試。故將尾座設(shè)計成可軸向滑動機構(gòu)，滑動部件采用機床常用的平面摩擦型滑軌系統(tǒng)。為盡量提高測量精度，將測力臂設(shè)計的稍長一些，選擇測量范圍稍小精度高的傳感器。故設(shè)測力杠桿長度取為450mm。5.5飛輪裝卸系統(tǒng)設(shè)計飛輪質(zhì)量大，靠人工裝卸難度較高，所以必須設(shè)計相應(yīng)的裝置來實現(xiàn)飛輪的裝卸。飛輪裝卸系統(tǒng)是實現(xiàn)安裝和拆卸飛輪的重要部分，是實現(xiàn)加載和減載的關(guān)鍵。由于飛輪質(zhì)量較大，飛輪裝卸系統(tǒng)必須安全可靠地工作，保證沒各飛輪在裝卸過程中都不對其他零部件造成影響，以及帶來安全隱患。飛輪拆卸系統(tǒng)采用底端滑道移動，用可升降圓弧形支撐來支撐飛輪。飛輪裝卸系統(tǒng)和尾座采用同一滑道，各利用不同分段。同時，由于飛輪質(zhì)量大，為防止飛輪側(cè)傾，設(shè)計一飛輪支撐座為帶有護沿的弧形支撐座（如圖5.4）。同時在滑座上設(shè)計T型限位塊（如圖5.5）裝置和T形槽相配合。1為安裝在滑座上的定位孔，2為與型槽平板相配合的T型結(jié)構(gòu)。圖5.4圖5.5本文選擇裝卸系統(tǒng)為下方支撐、滑道式裝卸系統(tǒng)。其主要結(jié)構(gòu)部分包括：支撐在滑道上的基座，可升降的圓弧形飛輪支撐座（直徑和飛輪相同800mm），升降操作旋轉(zhuǎn)螺栓。其工作原理是：安裝飛輪時，讓滑道向前移動將飛輪送到安裝位置，對中后將飛輪固定到法蘭盤上，同時飛輪內(nèi)圈和軸錐面形成一定壓力，這個壓力是傳遞扭矩的主要部分；飛輪安裝到位后，下調(diào)可升降飛輪支撐座，使飛輪支撐座脫離飛輪，此時飛輪便可以無障礙工作。當實驗完成或者需要減小慣量時，只需將飛輪支撐座升高，托住飛輪方可進行飛輪拆卸，螺栓完全拆除后移動可滑動支座，就可以安全的將飛輪移開。吊裝架吊裝拆裝方案，需要設(shè)計結(jié)構(gòu)較為龐大的吊裝架，上端設(shè)計滑道，這種較為龐大的支撐架整體剛度較差，懸空滑道必須通過增大零件尺寸或者調(diào)整材料來提高其剛度，另外需要設(shè)計絞盤實現(xiàn)上下吊裝飛輪。飛輪圓周上需設(shè)計有一定數(shù)量的吊裝螺孔，但是這種方式無疑增大了飛輪的加工難度，同時會對圓周上質(zhì)量造成影響，從而引起飛輪慣量誤差。由于飛輪組是一個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，每次試驗結(jié)束后飛輪所停的位置均不一樣，吊裝螺孔不一定停在最佳吊裝位置，安裝飛時飛輪的固定位置難以對中。這些問題造成飛輪的拆裝是一件操作不便，非常繁瑣的過程。而采用下端滑道形式移動飛輪的方案，其有如下優(yōu)點：一、試驗臺結(jié)構(gòu)緊湊，不需要設(shè)計結(jié)構(gòu)龐大的吊裝架；二、整個系統(tǒng)剛度較大，移動準確無誤；三、除第一次安裝時需要反復(fù)調(diào)整高度配合安裝之外，后續(xù)試驗均不需要。原因在于卸下飛輪移出安裝位置時并沒有調(diào)整其高度，下一次安裝可直接將飛輪移動到位。四、處于備用狀態(tài)飛輪安放平穩(wěn)，無晃動，不干擾實驗進行。

第6章主要零件的校核6.1飛輪校核飛輪是模擬汽車慣量的關(guān)鍵零件，實驗中制動力矩主要依靠飛輪的旋轉(zhuǎn)慣量來進行模擬，所以，飛輪的各項力學(xué)性能必須滿足要求。飛輪受力情況是自圓周位置沿徑向指向圓心方向應(yīng)力逐漸增大，故校核飛輪的主要任務(wù)是校核局部最大應(yīng)力是否符合要求。6.1.1設(shè)置基本參數(shù)利用ANSYS對飛輪進行有限元分析，ANSYS可用于分析零件在載荷條件下的應(yīng)力、應(yīng)變情況，本文中校核均在ANSYS11.0中進行。將繪制好的飛輪模型導(dǎo)入ANSYS,選擇20節(jié)點的SOLID45實體單元類型，飛輪材料為45鋼。輸入材料彈性模量EX為2ellPa，泊松比PRXY為0．3，材料密度為，基本參數(shù)設(shè)定完成后進行加載。6.1.2對飛輪進行加載飛輪主要受力情況是受扭矩作用，其扭矩主要靠飛輪和軸之間1:8的配合錐面來傳遞扭矩，故可將飛輪的約束簡化為飛輪孔內(nèi)測表面的面約束。約束包括Ux,Uy,Uz三軸方向和旋轉(zhuǎn)約束，然后在圓周上施加扭矩。施加扭矩是需要注意，整個試驗系統(tǒng)的最大扭矩為1585.73N.m，它是由飛輪組共同構(gòu)成，所以單個飛輪校核是扭矩參數(shù)不能直接代入1585.73N.m，而是將其按照飛輪慣量來進行分配。分配結(jié)果為三種不同慣量飛輪的扭矩分別為：559.67N.m，186.56N.m，93.28N.m。分別對應(yīng)代入飛輪，網(wǎng)格采用自動劃分網(wǎng)格。轉(zhuǎn)速代入試驗臺的最高轉(zhuǎn)速1077.61r/mim。各項參數(shù)設(shè)置完成進行運算，得到結(jié)果依次如下：（1）慣量為30kg.m2的飛輪由分析結(jié)果可以看出，飛輪的最大應(yīng)力為1.38Mpa，遠小于材料的屈服強度350Mpa，符合要求。（2）慣量為10kg.m2的飛輪分析結(jié)果表明飛輪最大應(yīng)力小于材料的屈服強度，符合實驗要求。（3）慣量為5kg.m2的飛輪分析結(jié)果表明，飛輪最大應(yīng)力0.36Mpa，遠小于材料的屈服強度，符合實驗要求。6.2軸類零件校核進行軸的強度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計算方法，并且恰當?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對于僅僅（主要）承受扭矩的軸（傳動軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度條件計算；對于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強度條件計算；對于即承受彎矩有承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎矩合成強度條件計算，需要時還應(yīng)按疲勞強度條件進行精確校核。此外，對于瞬時過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。對于制動器試驗臺的軸，屬于主要承受扭矩的軸，所以按軸的扭轉(zhuǎn)強度條件計算，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，已按扭轉(zhuǎn)強度計算了軸的最小直徑，故軸類零件已滿足強度要求。本文設(shè)計已按照《機械設(shè)計》中軸的角和方法確定了軸的最小直徑，則軸的強度能夠滿足要求，故不再作贅述。第二軸和尾座軸均按照第一軸的最小尺寸為基礎(chǔ)設(shè)計，強度也合格。

第7章傳感器選擇7.1制動力矩測量制動力矩測量通過拉壓傳感器測定力，由傳感器測的的力和力臂換算成制動力矩。拉壓傳感器品種繁多，樣式各異，作為本實驗臺的重要傳感器，既要考慮其測量精度高和測量范圍大的要求，還要求其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。選擇深圳感力通公司的LAC2-500型柱式拉壓傳感器，其測量范圍為0～500kg。所選車型制動盤尺寸參數(shù)為d=286mm，制動夾片徑向?qū)挾葹?0mm，制動力作用半徑取夾片中點所在位置計算，半徑r=113mm，測力杠桿設(shè)計力臂為。由于傳感器受力和制動器制動力矩滿足關(guān)系：（7.1）——制動器產(chǎn)生的扭矩（N.m）；——傳感器承受的力（N）；——傳感器測力杠桿力臂長度(m)。則傳感器受到最大力為：——傳感器承受的最大力（N）——實驗制動器產(chǎn)生的最大扭矩（N.m）則傳感器選擇符合要求。7.2速度傳感器速度傳感器是實時測量實驗轉(zhuǎn)速的重要元件，經(jīng)過長時間的發(fā)展，速度傳感器已由最初的機械式和直接發(fā)電式發(fā)展到數(shù)字脈沖式。目前比較普遍使用的傳感器類型很多，如測速發(fā)電機、磁電式、光電式、同步閃光式、旋轉(zhuǎn)編碼盤等等。在選擇速度傳感器時主要根據(jù)具體要求選擇與需要相適應(yīng)的傳感器形式。本文選取SZMB-5型磁電式轉(zhuǎn)速傳感器,傳感器具有測速范圍寬，測量精度高等優(yōu)點，可以達到轉(zhuǎn)速范圍:6～9999r／min，測量誤差不大于±0.02%。同時磁電式速度傳感器同等精度條件下相對成本較低，故對本實驗臺是非常合適的。7.3溫度傳感器溫度傳感器用于測量制動器產(chǎn)生制動過程中的溫度變化，分析制動器的產(chǎn)熱情況和熱耗散能力，從而評價制動器的性能。制動器在制動過程中要求盡量少的產(chǎn)生熱量，產(chǎn)生熱量能夠較快的耗散掉，測得溫度越高，這項性能相應(yīng)就越差。本文采用熱電阻式溫度傳感器來測溫，這種溫度傳感器有測溫范圍較大，性能穩(wěn)定壽命長，價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。

第8章結(jié)論與展望汽車制動系直接影響著汽車行駛的安全性和停車的可靠性。而制動器是制動系中直接作用制約汽車運動的一個關(guān)鍵裝置，是汽車上最重要的安全部件。汽車的制動性是汽車的主要性能之一，它直接關(guān)系到交通安全。隨著汽車速度的提高，對汽車行駛安全性提出了更高的要求。而制動器是制動系中直接作用制約汽車運動的一個關(guān)鍵裝置，是汽車上最重要的、產(chǎn)生制動力的安全部件，它的工作性能就顯得尤為重要。所以，研制一種模擬性能好、試驗精度高的制動器試驗臺十分必要。盤式制動器作為乘用車中的主導(dǎo)產(chǎn)品，隨著其弊端的不斷避免，由于其優(yōu)良的制動性能和熱耗散性能，盤式制動器的應(yīng)用范圍日益擴大，主要表現(xiàn)在其逐漸向輕型貨車制動器方向發(fā)展。國外已在一定程度上得以應(yīng)用，但是國內(nèi)由于生產(chǎn)工藝限制即材料本身缺陷等導(dǎo)致這方面發(fā)展相對滯后，所以，對這方面的研究將是一個持續(xù)過程。本文設(shè)計的慣性式制動器綜合性能試驗臺，間接闡述了汽車生產(chǎn)中制動器的設(shè)計原理和方法，分析了國內(nèi)外目前的研究形式。縱觀本文設(shè)計，仍有較大缺陷：首先、飛輪裝卸系統(tǒng)支撐座需與飛輪一一對應(yīng)設(shè)計，增加了支撐座的個數(shù)，使試驗臺的制造成本略有升高，但綜合考慮飛輪拆裝穩(wěn)定性和可靠性來講還是有一定的優(yōu)越性的。其次，由于考慮到節(jié)約成本，飛輪支撐座的升降機構(gòu)設(shè)計，需要兩名實驗者同時完成其升降功能，這是試驗臺一大美中不足之處。再次、試驗臺制動盤安裝位置和制動夾鉗安裝部分的輔助結(jié)構(gòu)不具有通用性，往往針對單一車型制動器或少數(shù)幾款制動器，這是仍是需要思考和改進的部分。中國汽車工業(yè)雖然相對于10年前有了長足進步，但是相比歐美發(fā)達國家來說仍相對落后，所以，國內(nèi)汽車工業(yè)技術(shù)革新是一個持續(xù)的過程，不會因當前可以引進而停滯不前。我們的發(fā)展模式是引進國外先進技術(shù)進行學(xué)習消化然后在創(chuàng)新，要求我么這一代要肩負歷史的責任，為實現(xiàn)工業(yè)技術(shù)再上一個臺階不懈努力。技術(shù)革新已不僅僅購買先進的設(shè)備，更重要的是國內(nèi)的研發(fā)能力。整個工業(yè)系統(tǒng)是一個有機整體，單方面取得進步對整個系統(tǒng)的進步作用是有限的，但是每一個微小部分又是至關(guān)重要的。相信我國的科學(xué)技術(shù)人才正在努力向更高層次探索，從每一個微小部分開始研究，直到整個體系。雖然近年來制動器試驗臺的研究成果不是特別明顯，但是其重要性決定了其必要性，這方面的研究將