（图纸+论文）大型客车三自由度综合试验台结构设计（全套完整）

近年来，我国摇摆台的研究发展比较迅速，全国均有高校和科研院所研究。

南京电子技术研究所研究设计了舰载雷达大型摇摆台的设计，该摇摆台是为舰载雷达天线系统提供个模拟船舰运动的摇摆试验台。

北京理工大学自动控制系进行了四自由度摇摆台研究，包括俯仰横滚沿轴平移绕轴旋转这四个自由度。

该摇摆台可以用来模拟车辆行进中俯仰横滚角的变化，车辆的上下颠簸及转向。

由空间机构学理论，采用公式可知，空间运动机构的自由度数可由下式计算得出，式中机构的自由度数机构的总构件数第个运动副的约束物体之间的运动副数目运动副级数。

由图的三自由度试验台结构简化示意图可知，构件数。

所以，由公式可计算出本试验台的自由度，满足试验台横摇纵摇升沉三个自由度要求。

第章综合试验台机械台体的设计大客车三自由度综合试验台用来模拟汽车在实际道路上运行时的横摇纵摇和升沉运动。

由于试验台支承结构的非对称性，这就要求整个试验台系统的机械结构部分不但要安全可靠，有足够的强度和刚度，还要具有结构简单拆装和维修方便等优点。

下面就综合试验台机械台体的设计过程进行详细阐述和分析计算。

.综合试验台上平台结构及力学分析大客车三自由度综合试验台是个集机电液为体的综合性试验台，它包括机械部分的设计液压系统的设计以及控制系统的设计。

本章将主要进行试验台机械部分的设计，对试验台的摇摆平台进行结构设计结构力学分析运动副及台架底座的结构设计。

从综合试验台最终布置方案的结构图中我们可以看出，综合试验台的机械部分由可以进行三自由度运动的上平台若干铰链以及试验台底座等组成。

其中进行横摇纵摇和上下运动的上平台我们采用钢结构骨架与钢板焊接的结构形式下平台采用槽钢和钢板焊接的组成形式。

对于起支撑作用的液压缸的选型将在第四章中详细进行论述，本章主要进行三自由度试验台的上平台底座各种铰链的设计和计算。

上平台的结构及受力分析大客车三自由度综合试验台是模拟大客车在实际路况运行时的运输环境的试验台，其上平台要承受被测试的大客车进行实车试验，所以上平台主要以承载为主，在进行上平台的设计时应以其强度和刚度为主。

我们从上平台的强度刚度和转动惯量的角度出发，借鉴国内外现有平台的基础上提出我们的上平台的结构设计方案。

我们初选上平台的结构参数为上平台的结构框架是由高度为，腿宽度为，腰厚度为的型槽钢焊接而成。

其上面再焊接的花纹钢板。

考虑到大客车在总体设计时的宽度小于.，般大客车的轮距均值在左右，其轴距的设计范围为。

为了增加上平台的刚度和强度，再在上平台上焊接距横向中心线为的两根横梁，距纵向中心线均为的两根纵梁。

图.为上平台的钢骨架焊接结构简图。

图为钢骨架所用的槽钢的横截面图。

槽钢截面的其它参数为平均腿厚度.，内圆弧半径.，腿端圆弧半径.，轴与轴的间距.。

其截面面积为.，理论质量为.。

图上平台钢骨架结构件图图槽钢横截面图上平台的静力学和动力学分析之前，为了使计算简化和受力分析的方便，我们给出以下几点假设条件。

，为.。

相对于方案来说，方案二在平台横向上能减小平台所受的弯矩，但是却会增加平台在纵向所受的弯矩。

对上述两个方案进行分析和比较，选择方案二为上平台液压缸组复合铰支点的布置方案。

再者，在方案中将球铰支点布置在上平台的边缘是机构设计中所要避免的设计原则，因为机构边缘会产生应力集中现象，有可能会造成机构的零件破坏，降低机构的安全性。

.综合试验台结构模型及自由度试验台的结构简化模型大客车三自由度综合试验台主要是用来模拟实际路况下车辆的运动姿态，为车辆的操纵稳定性和行驶安全性的进步研究工作提供了室内再现试验环境。

由于对客车操纵稳定性和平顺性产生影响的参数主要是车辆的横摇纵摇以及升沉运动，所以在考虑试验台的结构时以能实现车辆横摇纵摇以及升沉运动为主。

以下就本课题提出的三自由度综合试验台的结构进行简化并作必要的机构学方面的验证。

我们将上文中最终确定的方案三进行结构简化，即在保证其总体功能符合要求和稳定性不变的基础上，将方案三的结构形式简化为如图所示的结构简化模型。

图三自由度综合试验台结构模型从图可以看出，将该试验台的简化成由个上运动平台三个三自由度球形铰链三个液压缸个单自由度销轴副个两自由度的球销副和个固定底座组成的简化模型。

在简化模型中，上平台与固定底座的各三个支点和分别是以为斜边的等腰直角三角形位置分布。

三个液压缸中垂直固定在底座上，受球销副的制约，可在垂直于底座且穿过的平面内绕支撑点转动，同时还可沿垂直于的方向转动由于受到销轴副的限制，只能在垂直于底座且穿过的平面内绕支承点转动。

上平台在三个液压缸的作用下可作沿轴的升沉运动以及绕轴轴的空间旋转运动，并且当三个液压缸各自的长度定时，可以唯确定上运动平台的空间位置。

这样，图中的三自由度试验台可作轴平移和分别绕轴轴旋转三种自由度的运动。

作为从六自由度机构衍生而来的三自由度驱动试验台，它在继承机构优点的同时也克服了机构的部分缺点。

本课题中三自由度综合试验台的上运动平台和下固定平台的三个支承点均采用相同大小的等腰直角三角形分布。

自由度的计算机构的各构件之间应具有确定的运动。

为了使组合起来的构件能产生相对的运动并具有运动确定性，有必要探讨试验台机构的自由度和机构具有确定运动的条件。

机构自由度是描述或确定个机械系统运动或位置所必须的独立参数或坐标数，实质上就是机构具有确定位置时所必须给定的独立运动参数数目。

在机构中引入独立运动参数的方式，通常是使其原动件按给定的运动规律运动，所以可以认为机构的自由度数目就是机构应当具有的原动件数目。

机构的自由度机构的原动件的数目以及机构的运动之间的关系为•若，机构不能运动•若且等于原动件数，则机构各构件间的相对运动是确定的。

因此，机构具有确定运动的条件是机构的原动件数等于机构的自由度数•若，且大于原动件数，则构件间的运动是不确定的•若，且小于原动件数，则构件间不能运动或产生破坏。

从上面的叙述中我们看出，要保证个机构有确定的运动规律必须使机构的自由度，且等于机构原动件数。

由上述各铰链的约束，整个台架系统的自由度为，刚好具有绕和轴两个转动自由度和沿轴的平动自由度。

在方案二中，试验台由底座上平台支承杆导杆滑套和液压缸等组成。

这种结构限制了平台只能有个自由度，分别是沿垂直于轴的上下移动以及沿水平面轴的两个转动。

事实上，该平台在水平方向上有有限度的位移，它是由于支承杆的摆动引起的。

对于三个液压缸进行独立的位置控制，可以唯地确定平台的位置。

图台架布置方案二图台架布置方案三在方案三中，上下平台由六个液压缸分三组形成三角形支架的形式进行连接，六个液压缸与上平台间的连接均为球铰链连接，与下平台问为虎克铰连接，考虑到上平台的稳定性，特意将组液压缸形成的三角形所在的平面布置成与另两组液压缸形成的三角形所在平面相垂直的布置形式，这样可以形成稳定的三角支架结构，可以防止台架的失稳倾倒，限制台架的多自由度，使台架具有三个方向的自由度。

可选方案的分析及比较大客车三自由度综合试验台商用车辆运输环境试验台的三个可选方案是根据欲搭建台架所要展开的试验项目要求及目前台架组成部分技术成熟性及长远的发展来考虑的。

下面将分析比较上述四种方案，确定最理想的台架方案。

方案中五个液压缸呈平行并联方式布置，其中液压缸底部与底座为固定连接，且限制活塞杆与缸筒之间的相对转动，这样就保证了台架的横向和纵向的稳定性，防止台架失稳倾倒。

同时，控制其它四个液压缸就可以实现平台的横向纵向的摇摆运动。

在进行汽车侧翻及高台跌落试验时，必须要以通过上平台上点见图沿方向的纵向轴线为翻转基准线进行侧翻试验，而不能以通过点或其它任何点通过点的纵向轴线上的点除外。

因为液压缸的底部处为固定连接，即液压缸不能在空间以为基点进行旋转运动。

而以点为纵向轴线的通过点进行侧翻时，点就会下降，这样就保证不了车辆在高度跌落的要求。

所以，应要求液压缸和应有足够的行程，以便使以点为翻转轴线侧翻时，点处的车轮高度能达到。

再者，在本方案中，整个台架的侧向稳定性均由液压缸的缸体来承担，所以对于台架的要求静态承载，再加上台架本身的重量，缸体承受很大的剪切力以及变形，这会造成缸体的破坏。

方案二中，为具有三个自由度的上平台，为底座，为液压缸，为具有三角稳定结构的支承杆，为十字铰链，为导杆，为滑套。

整个机构在支承杆的约束下，当三个液压缸按预定输入时，平台就可以产生绕轴的转动以及沿轴的平动。

对三个液压缸进行独立的位置控制，可以唯地确定平台的位置。

方案二中台架布置结构简单，容易控制，且具有较好的稳定性。

但这种台架只适合于被测试对象为小型或中型重量的物体，例如这种台架可用来在室内模拟船舰在强烈风浪下的海上环境，实验人员坐在个放置在平台上的模拟的船舱内，感受模拟风浪作用，以便研究人员的身体反应以及抗眩晕研究。

但是这种平台对于重量大的客车来说，其承载稳定性和安全性有待进步的提高。

如果将此台架结构应用于本试验台的设计方案，那么由于台架的长度较大上平台长为承载量大等因素，支承杆的直径就很大，这样导致在支架本身重量加大，这将会导致整个机构的响应即滑套相对于滑杆的相对滑动速度变得缓慢，并且导致三个液压缸的承载能力过大，即液压缸除要承受被测试车辆台架本身外，还要承受支承杆大型，客车，自由度，综合，试验台，结构设计，毕业设计，全套，图纸摘要本设计是大型客车三自由度综合试验台。

三自由度综合试验台设计的意义在于，利用该设备可以在实验室环境中模拟和再现大客车在实际路况运行时路面激励作用下的姿态角的变化，以此来研究车辆结构特征对稳定性的影响通过大客车的高台侧翻跌落试验，用来进行跌落车辆的变形研究以及乘员保护等方面的试验。

在分析平台机械特性和运动特性的基础上，确定了试验台的最终搭建方案。

同时对综合试验台进行了必要的机构学方面的验证和运动位置的分析。

在此基础上，对综合试验台进行了机械台体部分的设计。

并对综合试验台的液压系统进行了设计。

结合台架的功能要求和机械部分的设计，本设计对液压系统的元件及辅件进行了计算和选型，并给出了液压系统性能的验算。

通过分析本方案可行，亮点是振动油缸与侧翻油缸分体，可以提高试验的效率。

关键词大型客车三自由度综合试验台位置分析结构设计台架试验目录摘要第章绪论.国内外三自由度平台的研究现状及意义国外三自由度平台的研究现状国内三自由度平台的研究现状国内外三自由度平台的发展趋势.试验台整体研发思想试验台的设计思想对试验台设计的总体要求.设计的主要内容第章综合试验台布置方案的设计.试验台的结构方案设计综合试验台的初选方案可选方案的分析及比较设计方案的确定.综合试验台结构模型及自由度试验台的结构简化模型自由度的计算第章综合试验台机械台体的设计.综合试验台上平台结构及力学分析上平台的结构及受力分析上平台的静强度分析计算.综合试验台中间台架设计.综合试验台的底座设计第章试验台液压系统的设计.设计液压系统方案.液压泵的确定.电机的选择.组成元件设计阀的选择蓄能器的选择过滤器的选择冷却器的选择压力表压力表开关的选择.液压缸设计运动速度钢筒内径活塞杆直径的的确定液压缸行程计算计算液压缸的工作面积和最大流量.液压系统性能验算液压系统压力损失的验算液压系统总效率计算液压系统发热