弹性轮胎转鼓试验台设计

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通运输工具，在国民经济中发挥着举足轻重的作用，构成汽车的每个部件是否正常工作是决定汽车行驶状态的影响因素，而汽车轮胎是汽车重要的部件之。轮胎的性能对汽车的牵引力制动性行驶的平稳性平顺性越野性和燃料经济性都有直接的影响，所以说轮胎的性能直接影响汽车的使用性能。轮胎转鼓试验台是根据车轮的实际工作状态，开发可以模拟汽车实际使用状态的摩擦系数测定系统，探讨了转鼓试验台的结构特点，建立了车辆行驶阻力在道路上和转鼓试验台上等值转换的试验方法，阐述了转鼓试验台的总体设计。系统采用电动机输入动力，制动电机消耗功率，并能通过转速转矩传感器准确测量输入和输出的转矩参数，进而通过运算得到滚动阻力系数的准确值。为研制开发滚动阻力系数试验装置提供理论参考。关键词轮胎转鼓试验台功率传感器滚动阻力.,目录摘要第章绪论.课题的目的和意义.轮胎转鼓试验台的功用.轮胎转鼓试验台的发展情况.研究内容第章总体方案的确定.转鼓试验台的确定轮胎滚动阻力力学特性滚动阻力系数的测定方法轮胎转鼓试验台的类型选择滚动阻力系数的测量与计算.试验设备及技术条件转鼓技术条件试验步骤.滚动阻力对汽车底盘输出功率测定值的影响分析.本章小结第章电机和传感器的选择.选择电动机选择电动机应综合考虑的问题驱动电机的选择制动电机的选择.传感器的选择传感器的基本原理传感器尺寸结构的确定.本章小结第章加载机构设计.结构及工作原理.微机测控系统.技术特点.液压缸的设计液压缸主要尺寸的设计计算液压缸主要部分的校核液压缸的材料和技术要求.油泵的选取.其他控制阀的选择.本章小结第章传动机构设计.滚筒与轴的连接.轴的设计滚筒轴的设计车轮轴的设计.轴的校核滚筒轴的校核车轮轴的校核.滚动轴承的选择及校核计算.键联接的选择及校核计算.联轴器的选择联轴器类型的确定联轴器尺寸型号的确定.机架轴承处的设计.本章小结第章运动关系的分析与运算.轮胎在转鼓试验台上运转时的力学分析.试验结果与数据分析.本章小结结论参考文献致谢附录第章绪论.课题的目的和意义汽车是人类社会重要的交通运输工具，在国民经济中发挥着举足轻重的作用，构成汽车的每个部件是否正常工作是决定汽车行驶状态的影响因素。而汽车轮胎是汽车重要的部件之，它的性能对汽车的牵引力制动性行驶的平稳性平顺性越野性和燃料经济性都有直接的影响，所以说轮胎的性能直接影响汽车的使用性能。如果没有出色的汽车轮胎，汽车的发展必将受到严重阻碍，因此各国汽车生产企业都十分重视汽车轮胎的开发选用和试验，改善轮胎设计增强轮胎性能直是汽车轮胎发展中的个重要目标。在轮胎滚动过程中，循环变化的应力应变导致能量损耗，形成轮胎滚动阻力，也称为轮胎滞后能量损耗。研究表明，克服轮胎滚动阻力消耗燃油占普通汽车总油耗的以上，减小轮胎滚动阻力可以降低汽车能耗，使汽车行驶的距离更远，效率更高。随着人们对环境保护的需要，轮胎滚动阻力的控制逐渐进入人们的研究范围。本文将从多个角度探讨和分析汽车轮胎滚动阻力以及测试技术。.轮胎转鼓试验台的功用由于轮胎是汽车性能的最终体现者,为了满足汽车的各项性能要求,几十年来对轮胎进行了多方面的试验研究,并不断完善试验方法和标准,满足了现代汽车高速安全等使用要求。尤其是轮胎在行驶过程中产生的力和力矩对汽车的性能有很大影响。轮胎力学特性的测试分为室内试验和室外试验。室内外试验方法各有其优缺点。室外试验拖车车身不可避免地会由于路面风的影响产生侧倾俯仰运动,加之悬架往往选用现成的,轴转向变形转向不可避免，从而造成了室外试验数据的离散性比较大。然而室外试验是在真实路面上进行的,故研究不同性质的路面对轮胎力学特性的影响时,室外试验更容易。而室内试验可避免过多的环境影响,可严格控制各种试验条件,可以比较容易地改变试验参数值的大小,如转速轮胎外倾角及侧偏角等。需要注意的是,室内试验是单个车轮的试验,因此车辆悬架和转向系的侧倾转向以及悬架的变形转向对纯粹的轮胎弹性侧偏特性的影响可以控制到最小甚至不发生。室内试验主要设备为转鼓式试验台，转鼓试验台也称底盘测功机，是车辆整车室内试验的大型关键设备之，它主要用于车辆行驶阻力的模拟，以便用室内试验代替部分道路试验，因此被广泛地用于汽车农用运输车的整车性能试验法规检测装配下线调整新产品开发研究等领域。本设计研究了我们在转鼓试验台开发研究中所做的些工作，主要是车辆在转鼓试验台上行驶时力学特性的研究，以及控制系统的开发。.轮胎转鼓试验台的发展情况年代中期起，随着我国加速发展子午线轮胎的需要，少数轮胎生产企业从美国日本和德国引进了带有滚动阻力试验工位的转鼓式轮胎试验机，结合开发新型子午线轮胎和剖析外国轮胎样品进行了些轮胎滚动阻力试验。世纪年代起，在美国日本和欧洲等经济发达国家，为了解决能源短缺和环境质量恶化问题，对汽车轮胎滚动阻力进行了大量的实验和研究工作。与此同时，轮胎滚动阻力的测试技术也取得了长足的进步。近年来，我国在轮胎试验机的设计研究方面也有了很大的进展，出现了多家自行研制和开发轮胎试验机的单位和企业，开发出多种类型的轮胎实验机，如广州市橡胶工业制品研究所的双二位轮胎耐久高速试验机，天津赛象科技股份有限公司的轮胎高速耐久试验机，国家轮胎质检中心及广东汕头橡塑机械所联合研制的轮胎强度脱圈静负荷试验机等。具有代表性的是天津久荣轮胎技术有限公司，它是目前我国专业研究车轮轮胎试验机的高科技企业，已经开发投资市场的产品有多种轮胎耐久高速性能试验机分别适用于轮胎弯曲疲劳试验机冲击性能试验机车轮轮胎不圆度试验机等。由于产品技术含量高配置先进质量可靠，除供应国内市场外，还得到了国际认可，日本的普利斯通和法国的米其林两大全球轮胎行业的巨头都曾批量购买过该公司的轮胎试验机。.研究内容本设计采用的是单滚筒转鼓试验台，采用这个方法可以对新胎的滚动阻力进行比较，测试时轮胎垂直于转鼓外表面且以稳定的状态向前自由滚动，而车轮所受的垂直载荷则由液压加载机构进行控制。轮胎转鼓试验台是根据车轮的实际工作状态，开发可以模拟汽车实际使用状态的摩擦系数测定系统，探讨了转鼓试验台的结构特点，建立了车辆行驶阻力在道路上和转鼓试验台上等值转换的试验方法，阐述了转鼓试验台的总体设计。系统采用电动机输入动力，制动电机消耗功率，并能通过转速转矩传感器准确测量输入和输出的转矩参数，进而通过运算得到滚动阻力系数的准确值。为研制开发滚动阻力系数试验装置提供理论参考。设计的主要具体内容包括滚动阻力系数测试系统的总体方案确定对驱动电机和制动电机的选择加载机构和传动机构的设计运动关系的分析及试验结果的运算和处理。第章总体方案的确定.转鼓试验台的确定轮胎滚动阻力力学特性车轮滚动阻力是指滚动车轮产生的所有阻力之和，主要包括轮胎滚动阻力分量道路阻力分量和轮胎侧偏阻力分量。其中，道路阻力分量是指由不平路面塑性路面和湿路面等道路情况引起的附加阻力轮胎侧偏阻力分量是指由轮胎的侧向载荷使轮胎侧偏而产生的附加轮胎纵向阻力。此外，除了由轴承摩擦和轮胎与地面相对滑动造成的摩擦阻力外，胎内气流流动以及转动的轮胎对外部空气造成的风扇效应都会引起轮胎的滚动阻力，但均为次要影响因素，因此通常它们包含于车轮阻力中，并不单独列出。当充气轮胎在理想路面通常指平坦的干硬路面上直线滚动时，其外缘中心对称面与轮胎滚动方向致，所受到的与滚动方向相反的阻力即为本设计中所说的轮胎滚动阻力。根据作用机理的不同，轮胎滚动阻力还可以进步分解为弹性迟滞阻力摩擦阻力和风扇效应阻力，分别介绍如下。．弹性迟滞阻力胎体变形所引起的轮胎材料迟滞作用是造成轮胎滚动阻力的主要原因。实际中充气轮胎在静态压缩作用下会产生变形并且回弹，并由于其内部的摩擦作用而引起能量损失。当车轮在力或力矩作用下滚动时，对轮胎胎面上的每单元而言，其压缩与回弹的过程将重复不断地进行。对这样个过程，可用图.所示的轮胎等效系统模型来加以解释。在轮胎等效系统模型中，假定车轮的外圆周与轮辋之间由些径向布置的线性弹簧和阻尼单元支撑此外，车轮胎面也假定由系列切向排列的弹簧和阻尼单元就能充分作用，因而就生成附加的摩擦效应，将它称之为弹性迟滞阻力。轮胎胎面的弹簧和阻尼特性对路面附着力也有影响，选用低阻尼的胎面材料会导致附着摩擦力降低。当轮胎等效系统滚动时，对应的“弹簧阻尼单元”便开始做功，并将其转化为热，所产生的弹性迟滞阻力等于消耗的阻尼与行驶距离之比。．摩擦阻力在图.所示的轮胎等效系统模型中，由系列弹簧阻尼组成的单元连续滚动进入轮胎接触印迹区，由此相应的轮胎外圆圆弧就被压成对应的弦长，即“轮胎接地长度”。在轮胎接触印迹内，路面与滚动单元带之间在哪纵向及横向将产生相对运动，即所谓的“部分滑动”。由于部分滑动引起轮胎磨损，其能量被转换成热，由此产生了车辆动力传动系统不得不克服的附加阻力。图.轮胎等效系统模型.风扇效应阻力像风扇样，轮胎的旋转运动会导致气流损失，但可将其看做是对整个车辆气流影响的部分。因此，通常将风扇效应阻力加到总的车辆空气阻力中。.滚动阻力系数综上所述，车轮在干硬的平路面行驶，其滚动阻力包括弹性迟滞阻力,弹性迟滞摩擦阻力,摩擦和风扇阻力,风扇三部分，即.试验表明，在速度范围内，轮胎的破坏是由内部迟滞作用引起的，而则归咎于轮胎与地面的摩擦，仅有归咎于空气阻力。因此，轮胎在硬路面上的滚动阻力主要由胎体变形所引起的轮胎材料迟滞作用造成。实际上，式.表达的各个分量如弹性分量与摩擦分量均无法单独分开测量，因此有用的还是综合表达式。滚动阻力系数的测定方法般可采用两种不同的方法测量轮胎的总滚动阻力，即整车道路测试和室内台架测试。整车道路测试的优点是道路状况和基本条件是真实的，但由于轮胎重复试验所必要的外部环境，如天气道路及交通条件等外在因素的干扰和不定性，测试中很难保证指定的试验参数。而以上问题在室内固定轮胎试验台测试中可以避免。在室内试验条件下，装有试验轮胎的车轮被放在可以动的滚动表面上，试验数据可由车轮连接杆系上的力传感器获得。轮胎转鼓试验台的类型选择根据滚动面情况的不同，轮胎试验台基本上可分为三种类型见表.的说明.外支撑试验台.内支撑试验台.平板试验台。表.轮胎试验台的类型及特点试验类型简图优点缺点外支撑试验台空间足够大，轮胎易于安装很难实现湿路面测量内支撑试验台胎面可换，能实现湿路面测量空间有限，轮胎不易安装平板试验台底座平坦，与实际情况更吻合导向困难，振动引起腐蚀最常用的是外支撑试验台，外支撑试验台的优点是成本相对较低，承载能力高，且结构紧凑，车轮周围留有较大的空间，不但可容纳各种不同的车轮导向元件，以保证车轮定位，而且还可方便车轮的安装。但由于离心力的作用，很难在外转鼓上设置不同的