車速表試驗臺的設計研究

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標準型車速表試驗臺的設計研究The Research On the Design of standard speedometer Test Bench摘 要標準型車速表試驗臺是以滾筒模擬路面，利用車輪與滾筒在無相對滑移時線速度一致的原理，通過與滾筒同步的轉速傳感器測量汽車車速表示值誤差的設備。車速表是提供汽車行駛速度信息的重要儀表，駕駛員在行車途中能夠正確掌握車速，是提高運輸生產(chǎn)力與保證安全行車的關鍵。因而為保證行車安全，車速表要經(jīng)過車速表試驗臺定期檢驗和校驗，為減少交通事故及減輕事故過程中對乘員及行人的傷害，從而提高交通安全性有著非常重要的意義。詳細介紹標準型車速表實驗臺的結構、工作原理，并對操作方法做有簡單介紹。利用 SolidWorks 軟件對標準型車速表試驗臺進行設計。著重對標準型車速表試驗臺機械部分進行設計：一、對機械部分的設計進行分析，如滾筒的尺寸及強度設計，機架強度設計、軸承座的設計、舉升機構的設計。二、對部分零件的選擇與校核進行分析，即滾筒支撐軸承的選擇與校核。關鍵詞：S olidWorks軟件；標準型車速表試驗臺；機械設計；零件校核 ABSTRACTStandard drum speedometer simulation test bench uses the drum to simulate the ground. By the principle of the consistent speed is the same when there’s no relative slip between the wheel and the drum, the bench can detect the vehicle speed error with the speed sensor that synchronize with the drum. Speedometer is an important instrument to provide vehicle speed information. The driver correctly knowing the vehicle speed on the way, is a key point to improve productivity and ensure the safety of transportation. In order to ensure traffic safety, speedometers should be periodically inspected on the speedometer bench. In order to reduce traffic accidents and reduce the crew’s injury during the accident, this bench plays an important role in improving transportation safety.This paper detailed introduces the structure and the working principle of the standard bench, and the method to operate is briefly introduced. The design of the bench uses Solidworks software. This paper focuses on the design of the mechanical part of the bench. Firstly, analyzing the design of the mechanical part, such as the size of the roll and the design of the strength, frame strength design, bearing design, the design of lifting mechanism. Secondly, analyzing the selection and verification of some spare parts, the choice and verification of roller bearings. Key Words：Solidworks Software; Standard speedometer tester; Mechanical design; Partschecking目 錄1 緒 論 .11.1 課題研究背景 11.2 汽車安全檢測技術的發(fā)展 11.3 課題研究的目的和意義 21.4 國內(nèi)外汽車安全檢測技術的發(fā)展狀況 21.5 課題研究的主要內(nèi)容 32 對于 SOLIDWORKS 軟件的基本介紹 .42.1 SOLIDWORKS軟件的制作背景 .42.2 SOLIDWORKS軟件的特點 .42.3 SOLIDWORKS軟件的基本功用 .53 標準型車速表試驗臺概述 .73.1 標準型車速表試驗臺的基本結構 73.2 工作原理 93.3 車速表誤差形成的原因 103.4 有關標準 113.5 使用方法 113.6 使用注意事項 124 標準型車速表試驗臺機械部分設計 .134.1 滾筒組 .134.2 框架 154.3 舉升機構 .154.4 聯(lián)軸器 165 機械部分設計及部分零件選擇與校核的計算 .175.1 滾筒設計 .175.1.1 主要技術指標 .175.1.2 尺寸設計 .175.1.3 強度校核 .185.2 滾筒中心距的設計 .195.3 機架的設計 .205.3.1 支撐軸承座型鋼計算 .205.3.2 總支撐型鋼計算 .225.4 軸承座的設計 .235.5 舉升機構的設計 .235.6 滾筒支承軸承的選擇與校核 245.6.1 軸承選擇 245.6.2 軸承相關計算 256 總 結 .26參考文獻 .27致 謝 .28天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計11 緒 論1.1 課題研究背景從十八世紀汽車誕生以來，汽車的安全問題就隨之產(chǎn)生了。目前，全球道路安全形勢十分嚴峻，全世界因道路安全問題造成的傷亡人數(shù)在逐年增多，據(jù)預測到2020 年，道路交通死亡人數(shù)將達 234 萬人，直接經(jīng)濟損失 5000 多億美元。因而加強汽車安全的研究，預防交通事故是需要全社會共同關注和迫切改善的重要課題。近年來，隨著道路交通運輸條件的改善，尤其是城市立體交通和城間高速公路的建設，提高了汽車行駛的平均速度和運輸效率。然而，車速太高，方向就難于準確控制，遇到緊急情況可能來不及采取措施，還會增大緊急制動距離，因而容易造成交通事故，所以在一些路況不好的路段，或在市區(qū)內(nèi)，往往要限制車速，嚴禁超速行駛。要監(jiān)視行車速度，必須依靠車速表。單憑駕駛員的主觀感覺或經(jīng)驗是不行的。國外有人做過駕駛員的“適應性”實驗，證明這種主觀估計很不可靠。尤其是在車速變化之后，主觀估計的車速誤差很大。此外，當駕駛員長時間高速駕車時，也會造成感覺鈍化現(xiàn)象而放松警覺，發(fā)生危險。為保證行車安全，必須隨時掌握準確的行車速度。因此，對車速表進行定期檢查檢驗是十分必要的。1.2 汽車安全檢測技術的發(fā)展汽車安全檢測技術是伴隨著汽車技術的發(fā)展而發(fā)展的。在汽車發(fā)展的早期，人們主要是通過有經(jīng)驗的維修人員發(fā)現(xiàn)汽車的故障并作有針對性的修理。即過去人們常講的“望（眼看） ”、 “聞（耳聽） ”、 “切（手摸） ”方式。隨著現(xiàn)代科學技術的進步，特別是計算機技術的進步，汽車安全檢測技術也飛速發(fā)展。目前人們能依靠各種先進的儀器設備，對汽車進行不解體檢測，而且安全、迅速、可靠。早在 20 世紀 50 年代，在一些工業(yè)發(fā)達國家就形成以故障診斷和性能調(diào)試為主的單項檢測技術和生產(chǎn)單項檢測設備。20 世紀 60 年代初期進入我國的汽車檢測試驗設備有美國的發(fā)動機分析儀、英國的發(fā)動機點火系故障診斷儀和汽車道路試驗速度測試儀等，這些都是國外早期發(fā)展的汽車檢測設備。20 世紀 60 年代后期，國外汽車檢測診斷技術發(fā)展很快，并且大量應用光、機、電一體化技術，并采用計算機測控，有些檢測設備具有專家系統(tǒng)和智能化功能，能對汽車技術狀況進行檢測，并能診斷出汽車故障發(fā)生的部位和原因，引導維修人員迅速排除故障。天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計2隨著科學技術的進步，汽車安全檢測設備在智能化、自動化、精密化、綜合化方面都有新的發(fā)展，應用新技術開拓新的檢測領域，研制新的檢測設備。隨著電子計算機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了具有汽車檢測診斷、控制自動化、數(shù)據(jù)采集自動化、檢測結果直接打印等功能的現(xiàn)代綜合性能檢測技術和設備。例如：國外生產(chǎn)的汽車制動檢測儀、全自動前照燈檢測儀、發(fā)動機綜合性能檢測儀等檢測設備，都具有較先進的全自動功能。進入 20 世紀 80 年代后，計算機技術在汽車檢測技術領域的應用進一步向深度和廣度發(fā)展，已出現(xiàn)集檢測工藝、操作、數(shù)據(jù)采集和打印、存儲、顯示等功能于一體的系統(tǒng)軟件，使汽車檢測實現(xiàn)了全自動化。不僅可避免人為判斷錯誤，提高檢測準確性，而且可以把受檢汽車的技術狀況儲存在計算機中，即可作為下次檢測參考，還可供處理交通事故參考。1.3 課題研究的目的和意義車速表是提供汽車行駛速度信息的重要儀表，駕駛員在行車途中能夠正確掌握車速，是提高運輸生產(chǎn)力與保證安全行車的關鍵。駕駛員對行車速度的掌握，雖然可以依據(jù)主觀估計來進行，但由于人對速度的估計往往會因錯覺而造成誤差，再加上汽車在運行過程中，其技術狀況將隨著行駛里程的增加而不斷變化，其使用性能也將逐漸變壞，而車速表機件在使用過程中由于發(fā)生自然磨損和輪胎滾動半徑發(fā)生變化等原因，會造成車速表指示誤差的增大，為了保證行車安全，駕駛員必須按照車速表的指示來控制車速。為此，車速表本身一定要準確可靠，如果車速表誤差過大，駕駛員就難以正確控制車速，以至因判斷失誤而發(fā)生交通事故。因而為保證行車安全，車速表的檢驗和校驗就顯得極其重要。為減少交通事故及減輕事故過程中對乘員及行人的傷害，從而提高交通安全性有著非常重要的意義。1.4 國內(nèi)外汽車安全檢測技術的發(fā)展狀況應該說，早在 100 多年前汽車開始使用后，就存在著對汽車的檢查和故障診斷問題。自然，當時的手段還比較簡單。到 20 世紀 90 年代，國外出現(xiàn)了以故障診斷和性能調(diào)試為主的單項檢測技術。60 年代后檢測技術獲得較大發(fā)展，開始出現(xiàn)由幾種檢測項目連成的檢測線，既能做維修檢驗又能進行性能測試。60 年代末到 70 年代初期，計算機技術獲得迅猛發(fā)展并向各行各業(yè)滲透，汽車安全檢測技術應用了計算機測量與控制技術，實現(xiàn)了檢測過程自動化，由計算機進行監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)打印，大大提高了檢測效率。近年來，隨著高新技術的廣泛應用，汽車安全檢測技術正不斷取得新的進展，檢測儀器設備的性能、功能和智能化水平都有進一步提高。如今汽車安全檢測技術天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計3已成為涉及機械、電子、計算機、自控等多領域的綜合技術。例如日本研制了新型的前照燈檢測儀，既可測遠光又可測近光。采用與攝像機類似的 CCD 做光敏元件，可顯示非對稱的近光光形分布和等照度曲線。國內(nèi)有些廠家已開發(fā)生產(chǎn)了類似產(chǎn)品。我國 20 世紀 60 年代雖然從國外引進一些檢測設備，但十年“文革”時期檢測技術基本處于停滯狀態(tài)。改革開放后，道路交通運輸事業(yè)得到迅速發(fā)展，汽車擁有量快速增長，而且國家對安全、環(huán)保問題高度重視，這都極大地促進了汽車安全檢測技術的發(fā)展。1982 年 5 月在遼寧省朝陽市建成了我國第一個汽車安全檢測技術站。此后，各地的檢測站如雨后春筍般興建起來。到目前為止，檢測站遍布全國，已經(jīng)普及到各省、市、縣和地區(qū)，檢測線總數(shù)多達 4000 多條。其中大部分分布在廣東、山東等沿海省份。在檢測設備方面，我國 1985 年以前是以進口為主。例如深圳市聯(lián)城機動車檢測站，當時是全套引進日本彌榮公司的設備。20 世紀 80 年代后期，我國東南海和內(nèi)地大城市如深圳、廣東、肇慶、西安、北京、武漢等，注意從引進消化到自行研制，先后推出了部分國產(chǎn)和全部國產(chǎn)化的檢測儀器設備。如今，除少數(shù)專用設備之外，絕大部分檢測設備都已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，基本滿足國內(nèi)需求。1.5 課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容包括首先介紹本課題所應用的軟件 Solidworks 的基本介紹，其次介紹本課題研究的主要內(nèi)容標準型車速表試驗臺的基本構造和原理以及一些使用方法。然后在設計的過程中，對標準型車速表試驗臺的所有零部件：機架、滾筒、舉升機構、側滑擋柱等進行設計、選擇，以及對零部件進行選擇校核。最后，將零部件進行組裝裝配，合成裝配圖。天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計4天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計52 對于 Solidworks 軟件的基本介紹2.1 Solidworks 軟件的制作背景SolidWorks 公 司 成 立 于 1993 年 ， 由 PTC 公 司 的 技 術 副 總 裁 與 CV 公 司 的 副總 裁 發(fā) 起 ， 總 部 位 于 馬 薩 諸 塞 州 的 康 克 爾 郡 （ Concord,Massachusetts） 內(nèi) ，當 初 所 賦 予 的 任 務 是 希 望 在 每 一 個 工 程 師 的 桌 面 上 提 供 一 套 具 有 生 產(chǎn) 力 的 實 體 模型 設 計 系 統(tǒng) 。 從 1995 年 推 出 第 一 套 SolidWorks 三 維 機 械 設 計 軟 件 至 今 ， 它 已經(jīng) 擁 有 位 于 全 球 的 辦 事 處 ， 并 經(jīng) 由 300 家 經(jīng) 銷 商 在 全 球 140 個 國 家 進 行 銷 售 與分 銷 該 產(chǎn) 品 。 SolidWorks 軟 件 是 世 界 上 第 一 個 基 于 Windows 開 發(fā) 的 三 維 CAD 系統(tǒng) ， 由 于 技 術 創(chuàng) 新 符 合 CAD 技 術 的 發(fā) 展 潮 流 和 趨 勢 ， SolidWorks 公 司 于 兩 年 間成 為 CAD/CAM 產(chǎn) 業(yè) 中 獲 利 最 高 的 公 司 。 良 好 的 財 務 狀 況 和 用 戶 支 持 使 得SolidWorks 每 年 都 有 數(shù) 十 乃 至 數(shù) 百 項 的 技 術 創(chuàng) 新 ， 公 司 也 獲 得 了 很 多 榮 譽 。 該 系統(tǒng) 在 1995-1999 年 獲 得 全 球 微 機 平 臺 CAD 系 統(tǒng) 評 比 第 一 名 ； 從 1995 年 至 今 ，已 經(jīng) 累 計 獲 得 十 七 項 國 際 大 獎 ， 其 中 僅 從 1999 年 起 ， 美 國 權 威 的 CAD 專 業(yè) 雜志 CADENCE 連 續(xù) 4 年 授 予 SolidWorks 最 佳 編 輯 獎 ， 以 表 彰 SolidWorks 的 創(chuàng) 新 、活 力 和 簡 明 。 至 此 ， SolidWorks 所 遵 循 的 易 用 、 穩(wěn) 定 和 創(chuàng) 新 三 大 原 則 得 到 了 全面 的 落 實 和 證 明 ， 使 用 它 ， 設 計 師 大 大 縮 短 了 設 計 時 間 ， 產(chǎn) 品 快 速 、 高 效 地 投 向了 市 場 。由 于 SolidWorks 出 色 的 技 術 和 市 場 表 現(xiàn) ， 不 僅 成 為 CAD 行 業(yè) 的 一 顆 耀 眼 的明 星 ， 也 成 為 華 爾 街 青 睞 的 對 象 。 終 于 在 1997 年 由 法 國 達 索 公 司 以 三 億 一 千 萬美 元 的 高 額 市 值 將 SolidWorks 全 資 并 購 。 公 司 原 來 的 風 險 投 資 商 和 股 東 ， 以 一千 三 百 萬 美 元 的 風 險 投 資 ， 獲 得 了 高 額 的 回 報 ， 創(chuàng) 造 了 CAD 行 業(yè) 的 世 界 紀 錄 。并 購 后 的 SolidWorks 以 原 來 的 品 牌 和 管 理 技 術 隊 伍 繼 續(xù) 獨 立 運 作 ， 成 為 CAD行 業(yè) 一 家 高 素 質(zhì) 的 專 業(yè) 化 公 司 ， SolidWorks 三 維 機 械 設 計 軟 件 也 成 為 達 索 企 業(yè)中 最 具 競 爭 力 的 CAD 產(chǎn) 品 。2.2 Solidworks 軟件的特點 Solidworks 功 能 強 大 、 易 學 易 用 和 技 術 創(chuàng) 新 是 SolidWorks 的 三 大 特 點 ，使 得 SolidWorks 成 為 領 先 的 、 主 流 的 三 維 CAD 解 決 方 案 。 SolidWorks 能 夠 提供 不 同 的 設 計 方 案 、 減 少 設 計 過 程 中 的 錯 誤 以 及 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 。 SolidWorks 不 僅 提 供 如 此 強 大 的 功 能 ， 同 時 對 每 個 工 程 師 和 設 計 者 來 說 ， 操 作 簡 單 方 便 、 易學 易 用 。 在 美 國 ， 包 括 麻 省 理 工 學 院 （ MIT） 、 斯 坦 福 大 學 等 在 內(nèi) 的 著 名 大 學 已天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計6經(jīng) 把 SolidWorks 列 為 制 造 專 業(yè) 的 必 修 課 ， 國 內(nèi) 的 一 些 大 學 （ 教 育 機 構 ） 如 清 華大 學 、 北 京 航 空 航 天 大 學 、 北 京 理 工 大 學 、 上 海 教 育 局 等 也 在 應 用 SolidWorks進 行 教 學 。 相 信 在 未 來 的 5～ 8 年 內(nèi) ， SolidWorks 將 會 成 為 與 當 今 AutoCAD 一樣 ， 成 為 3D 普 及 型 主 流 軟 件 乃 至 于 CAD 的 行 業(yè) 標 準 。2.3 Solidworks 軟件的基本功用（ 1） 獨 特 的 功 能 : SolidWorks 機 械 設 計 軟 件 提 供 了 多 種 獨 特 的 內(nèi) 置 工 具 和 創(chuàng) 新 功 能 供 使 用 ： 內(nèi) 置 零 部 件 分 析 － COSMOSXpress? 是 第 一 個 可 在 3D 機 械 設 計 系 統(tǒng) 內(nèi) 快 速 、方 便 地 對 零 部 件 設 計 進 行 測 試 的 內(nèi) 置 分 析 工 具 ， 使 用 它 可 以 方 便 地 對 設 計 完 整 性進 行 分 析 。 設 計 交 流 － eDrawings? 是 第 一 個 支 持 電 子 郵 件 的 交 流 工 具 ， 它 大 大 方 便 了2D 和 3D 設 計 信 息 的 交 流 ， 使 用 它 可 以 方 便 地 共 享 設 計 理 念 。 機 械 設 計 工 具 － 利 用 一 整 套 焊 接 件 設 計 和 文 檔 工 具 ， 可 以 得 到 一 流 的 全 相 關鈑 金 功 能 ， 而 且 還 可 以 方 便 地 訪 問 機 械 設 計 功 能 庫 。 模 具 設 計 工 具 － 使 用 內(nèi) 置 模 具 設 計 工 具 ， 可 以 自 動 創(chuàng) 建 核 芯 和 型 腔 。MoldflowXpress 是 一 個 基 于 向 導 的 設 計 驗 證 工 具 ， 使 用 它 可 以 快 速 、 方 便 地 對塑 料 注 模 零 部 件 的 可 制 造 性 進 行 測 試 。 消 費 類 產(chǎn) 品 設 計 工 具 － 使 用 增 強 工 具 加 快 消 費 類 產(chǎn) 品 的 設 計 速 度 。 這 些 工 具可 用 于 輕 松 地 處 理 表 面 ， 保 持 設 計 中 曲 線 的 連 續(xù) ， 還 可 用 于 在 薄 壁 零 部 件 中 創(chuàng) 建凹 槽 。 在 線 訪 問 現(xiàn) 成 的 零 部 件 － 3D ContentCentralSM 是 第 一 個 通 過 先 進 的 在 線目 錄 為 3D CAD 系 統(tǒng) 的 用 戶 提 供 服 務 的 內(nèi) 置 Web 資 源 ， 用 戶 可 以 通 過 它 訪 問 現(xiàn)成 的 零 部 件 ， 從 而 節(jié) 省 大 量 時 間 。 配 置 管 理 － 通 過 在 單 個 文 檔 內(nèi) 創(chuàng) 建 零 部 件 或 裝 配 體 的 多 種 設 計 變 化 形 式 ， 簡化 設 計 的 重 復 利 用 和 迭 代 。（ 2） 零 部 件 建 模 ：利 用 獨 特 的 基 于 特 征 的 零 部 件 建 模 功 能 ， 可 以 使 用 拉 伸 、 旋 轉 、 薄 壁 特 征 、高 級 抽 殼 、 放 樣 和 掃 描 、 陣 列 特 征 和 孔 輕 松 創(chuàng) 建 設 計 。 通 過 獨 特 的 對 多 個 實 體 的 特 征 級 控 制 ， 加 快 零 部 件 建 模 速 度 。 通 過 動 態(tài) 編 輯 特 征 和 草 圖 ， 只 需 執(zhí) 行 簡 單 的 拖 放 操 作 即 可 進 行 實 時 更 改 。 （ 3） 裝 配 體 建 模 : 創(chuàng) 建 新 的 零 部 件 時 ， 可 直 接 參 照 其 他 零 部 件 并 保 持 關 系 。 設 計 具 有 成 千 上萬 個 零 件 的 大 型 裝 配 體 時 可 獲 得 無 可 比 擬 的 性 能 。 可 將 零 部 件 和 特 征 拖 放 到 適 當天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計7的 位 置 。 利 用 鏡 向 零 部 件 可 以 更 快 速 地 完 成 設 計 ， 因 為 您 可 以 基 于 現(xiàn) 有 的 對 稱 設 計 創(chuàng)建 新 的 零 部 件 和 裝 配 體 。 使 用 自 動 捕 捉 SmartMates 功 能 可 以 加 快 裝 配 體 的 設 計 速 度 ， 使 用 獨 特 的Mate Diagnostics 功 能 可 以 輕 松 找 出 沖 突 的 嚙 合 關 系 ， 還 可 以 輕 松 修 復 實 體 。 利 用 獨 特 的 物 理 模 擬 功 能 ， 可 以 模 擬 真 實 的 動 作 和 實 體 間 的 機 械 交 互 。 使 用 智 能 零 件 技 術 可 以 簡 化 重 復 的 任 務 ， 這 種 技 術 是 一 種 使 裝 配 體 任 務 （ 例如 選 擇 并 將 標 準 螺 栓 插 入 孔 中 ， 以 及 按 正 確 的 順 序 添 加 墊 圈 和 螺 母 ） 自 動 進 行 的創(chuàng) 新 。 （ 4） 2D 工 程 圖 : 不 必 繪 制 任 何 直 線 或 圓 弧 即 可 得 到 可 用 于 生 產(chǎn) 的 詳 細 工 程 圖 。 得 到 的 工 程 圖完 全 關 聯(lián) － 工 程 視 圖 和 物 料 清 單 在 每 次 修 改 零 部 件 或 裝 配 體 設 計 時 會 自 動 更 新 。 可 從 3D 模 型 自 動 創(chuàng) 建 工 程 圖 ， 包 括 多 個 視 圖 、 尺 寸 和 多 文 本 注 解 。 利 用 預定 義 的 工 程 視 圖 可 以 節(jié) 省 時 間 。 可 以 方 便 地 對 工 程 圖 進 行 比 較 ， 找 出 不 同 之 處 ， 查 看 從 一 個 版 本 到 另 一 個 版本 都 進 行 了 哪 些 更 改 。 只 需 單 擊 一 下 即 可 為 整 個 項 目 生 成 物 料 清 單 ， 列 出 多 種 配 置 的 零 部 件 數(shù) 量 ?？?以 自 動 為 工 程 視 圖 中 的 每 個 零 部 件 添 加 零 件 序 號 ， 還 可 以 輕 松 地 控 制 方 向 和 對齊 方 式 。 （ 5） 表 面 處 理 : 利 用 引 導 線 、 填 充 孔 和 拖 動 控 標 （ 以 便 于 控 制 相 切 ） ， 可 以 使 用 放 樣 和 掃 描生 成 復 雜 的 曲 面 。 可 以 方 便 地 對 曲 面 進 行 剪 裁 、 擴 展 、 嵌 縫 ， 還 可 將 曲 面 縫 合 到一 起 。 可 以 縮 放 和 排 列 曲 面 。 可 以 轉 換 、 旋 轉 、 復 制 和 鏡 向 曲 面 以 便 于 執(zhí) 行 操 作 。天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計83 標準型車速表試驗臺概述車速表檢驗臺按有無驅動裝置可分標準型與電機驅動型兩種。標準型檢驗臺無驅動裝置，它靠被測汽車驅動輪帶動滾筒旋轉;電機驅動型檢驗臺由電動機驅動滾筒旋轉，再由滾筒帶動車輪旋轉。此外，還有把車速表檢驗臺與制動檢驗臺或底盤測功機組合在一起的綜合式檢驗臺。目前，檢測站使用最多的是標準型滾筒式車速表檢驗臺。3.1 標準型車速表試驗臺的基本結構標準型車速表試驗臺由速度測量裝置、速度指示裝置和速度報警裝置等組成如圖 3-1 所示。 天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計9圖 3-1 標準型車速表試驗臺示意圖(1) 速度測量裝置 速度測量裝置由滾筒，速度傳感器和舉升器組成。滾筒分為兩組共四個，通過滾動軸承安裝在框架上。在每對滾筒組左/右端部安裝有防止車輪側向移動的滾柱。試驗時為防止汽車差速器齒輪滑轉，試驗臺的兩前滾筒用聯(lián)軸器連接在一起。速度傳感器裝在滾筒的一端，將對應于滾筒轉速所發(fā)出的電壓信號（或脈沖信號處理后）送到速度指示裝置?？捎米鬓D速傳感器的元件種類很多，一般采用測速發(fā)電機式（現(xiàn)在較多用光電編碼器式和霍爾元件式） 。為使汽車進出試驗臺方便，在前后滾筒之間設舉升器。舉升器多用氣壓驅動或液壓驅動。舉升器與滾筒制動裝置聯(lián)動，舉升器升起時，滾筒被制動不能轉動。 (2) 速度指示裝置 目前多用智能型數(shù)字顯示儀表，也就是一個單片機系統(tǒng)。來自速度傳感器傳來的電信號（如電壓或脈沖數(shù)）與滾筒外圓周長等參數(shù)的信號經(jīng)放大、A/D 轉換或經(jīng)整形后進入單片機處理，經(jīng)處理后驅動顯示裝置指示以 km/h 為單位表示的車速。（3） 速度報警裝置 速度報警裝置是為判明車速表誤差是否在合格范圍內(nèi)而設置的。一般由三種形式： 1）用在試驗臺報警裝置指示檢測車速。當汽車實際車速達到某一值（如40km/h）時，報警裝置的報警燈發(fā)亮或蜂鳴器發(fā)響。指示駕駛員車輛已到檢測車速，注意觀察駕駛室指示值是否在合格范圍內(nèi)（如合格范圍為 38～48km/h）。 2） 示儀表上涂成綠色區(qū)域表示指示值與實際車速誤差的合格范圍。試驗時，汽車車速表指示值達到某一檢測車速（40km/h）時，同時觀察試驗臺速度指示值是否在合格的綠色區(qū)域內(nèi)（33.3～42.1km/h）。 3）同時具備上述兩種裝置的報警裝置。 天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計103.2 工作原理標準型車速表試驗臺的測試原理如圖 3-2 所示圖 3-2 車速表誤差的測量裝置 試驗時，汽車驅動輪置于滾筒,由發(fā)動機經(jīng)傳動系驅動車輪旋轉，車輪借助摩擦力帶動滾筒旋轉，旋轉的滾筒即相當于移動的路面，以模擬汽車在路面上行駛時的實際狀態(tài)。通過滾筒的端部帶動測速發(fā)電機(即速度傳感器，現(xiàn)在用的較多的是光敏管或霍爾傳感器等)旋轉，測速發(fā)電機發(fā)出的電壓(光敏管或霍爾傳感器等發(fā)出的脈沖數(shù))隨滾筒轉速的增高而增加。滾筒的轉速與車速成正比，因此測速發(fā)電機的電壓與車速成正比。也可采用脈沖信號發(fā)生器，將其安裝在滾筒的一端，把對應的滾筒轉速發(fā)出的電信號送至速度指示裝置。因為車輪與滾筒間為無滑移的純滾動，所以車輪與滾筒的線速度是一樣的。通過滾筒直徑和滾筒的轉速可以計算出滾筒的線速度，即車輪的實際行駛速度。若已知滾筒直徑及滾筒的轉速，滾筒的線速度可用下式求出：（3-1）6-10??DnVπ天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計11式中：V 為滾筒線的速度 (km／h)；D為滾筒的圓周長 (mm)；n為滾筒的轉速 (r／min)。車輪的線速度與滾筒的線速度相等，故上式計算為汽車真實的速度。試驗時由試驗臺上的速度指示議表顯示。車輪在滾筒上轉動的同時，車速表的軟軸由車變速器或分動器輸出軸帶動旋轉，并在車速表上顯示車速值，即車速真實值。將試驗臺速度指示儀表上顯示的真實車速值與車速表顯示的車速指示值相比較即可求出車速表的誤差。即： 指示值誤差=[（車速指示值-實際車速值）÷實際車速值]×100% （3-2）3.3 車速表誤差形成的原因汽車的車速表一般是通過速度傳感器將汽車行駛速度傳遞給車速表，以使其指示車輛的行駛速度。由于傳感器，車速表的制造，裝配誤差，以及車速性能下降，或輪胎磨損，輪胎氣壓不符合規(guī)定等因素都可能引起車速表的指示車速與實際車速之間出現(xiàn)誤差。 車速表是利用磁電互感作用，通過指針擺動來顯示汽車的行駛速度的。車速表內(nèi)有帶指針軸的轉盤，帶永久磁鐵的轉軸，軸承，游絲等零件，轉軸由軟軸相連接。由于這些零件在使用工程中的自然磨損，以及磁性元件松磁性變化都會造成車速表的指示誤差。 汽車行駛速度 V 可用下式計算：（3-3）07.3inrk??式中： V―汽車行駛速度，km/h； －車輛滾動半徑，m； n－發(fā)動機轉速，r/min； －變速器傳動比； －主減速器傳動比。 由上述已知，車速表的轉軸一般通過變速器或傳動器輸出軸上的蝸桿－蝸輪傳動副經(jīng)軟軸驅動。在變速器輸出軸轉速不變（即上式中為定值）的情況下，則車速表指示值為定值，而從上式可見汽車的實際行駛速度 還與車輪的滾動半徑 有關（因 通常是一常數(shù)）。汽車輪胎在使用過程中隨行駛里程的增加而逐漸磨損，天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計12其滾動半徑逐漸減小，輪胎氣壓高低也影響滾動半徑的大小。因此車速表指示值與實際值就會形成誤差。為消除上述原因所引起的車速指示誤差，需對車速表進行適時的校驗。3.4 有關標準根據(jù) GB/T 15746.1－1995《汽車修理質(zhì)量檢查評定標準與整車大修》B1.2.7及 GB7258－1997《機動運行安全技術條件》3.10 條規(guī)定，車速表允許誤差范圍為+20%～-5%，即當實際車速為 40km/h，車速表指示值應為 38～48km/h，或當該車速指示值為 40km/h 時，車速表試驗臺速度指示議表指示值應為 33.3～42.1km/h（因為試驗臺指示議表指示值為汽車實際速度，設實際車速為 X 根據(jù)誤差定義則1.2X=40 或 0.95X=40,即得 33.3km/h 與 42.1km/h） 。 3.5 使用方法因形式、牌號不同，不同的車輛表試驗臺其用法也不同。因此在使用前一定要認真閱讀試驗臺《使用說明書》 ，按《使用說明書》的規(guī)定正確使用。一般的使用方法如下： 檢測前準備 （一）試驗臺準備 （1）在滾筒靜止狀態(tài)下檢查儀表指針是否在零點上，若指針不在零點上，可用零點調(diào)整旋鈕(或零點調(diào)整電位計)調(diào)整。（2）檢查滾筒上是否沾有油、水、泥土等雜物，若有應清除干凈。（3）檢查舉升器動作是否自如，有無漏氣，若有阻滯或漏氣，應予以修理。（4）檢查導線的接觸情況，若有接觸不良或斷路應予以修理或更換。如果是經(jīng)常使用的試驗臺，不一定每次使用前都要進行上述檢查。 （二）被檢車輛準備 （1）按汽車制造廠的規(guī)定檢查并補充輪胎氣壓。 （2）輪胎上沾有水、油等污物或輪胎花紋溝槽內(nèi)嵌有石子時，應清除干凈。（三）測試步驟（1）接通試驗臺電源。（2）升起滾通間的舉升器。（3）將被測車輛輸出車速信號的車輪盡可能與滾筒垂直地停放在實驗臺上。（4）降下滾筒間的舉升器，至輪胎與舉升器托板脫離為止。（5）用擋塊抵住試驗臺滾筒之外的一對車輪，防止汽車在測試時滑出試驗臺。（6）具體操作步驟：天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計13圖 3-3 車速表試驗臺的操作方法1- 擋塊；2-滾筒；3-舉升器1）啟動汽車，待汽車的驅動輪在滾筒上穩(wěn)定后，掛入最高檔，踩下加速踏板，使驅動輪平穩(wěn)的加速運轉。2）當車速表的指示值達到規(guī)定檢測車速（40Km/h）時，讀出試驗臺速度指示儀表的指示值；或當試驗臺速度指示儀表的指示值達到檢測車速時，讀取車速表的指示值。（7）測試結束后，輕輕踩下制動踏板，使?jié)L筒停止轉動。注意：對于驅動型試驗臺，必須先關斷電源再踩制動踏板。（8）升起舉升器，除掉擋塊，將汽車駛離試驗臺。（9）切斷試驗臺電源。車速表允許誤差范圍為+20%～-5%。3.6 使用注意事項（1）絕對禁止超過試驗臺允許軸荷的汽車上試驗臺檢測。（2）對于前輪驅動的汽車，一定要用方向盤準確地保持汽車處于直線行駛狀態(tài)（保持車輪平面與滾筒垂直） ，然后再加速到檢測的車速，切忌汽車一駛上 試驗臺就立即加速。（3）如果被檢測車輛需要連續(xù)進行高速實驗，為防止輪胎產(chǎn)生駐波現(xiàn)象，可適當提高輪胎氣壓。（4）試驗臺儀表部分應避免陽光直射、受潮或振動。（5）試驗臺滾筒表面應經(jīng)常保持清潔、干燥，防止泥土、水、油污等臟物污染試驗臺。（6）試驗臺不進行檢測時，不準在上面停放車輛。天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計144 標準型車速表試驗臺機械部分設計機械部分主要由滾筒組、框架、舉升機構等組成。滾筒組由四個滾筒組成，由聯(lián)軸器連接的兩個滾筒為主動滾筒，其余兩個滾筒為從動滾筒。框架主體由兩根縱向槽鋼和四根橫向槽鋼焊接而成，橫向槽鋼用于支撐滾筒。舉升機構由氣動機構和舉升托板組成，氣動機構包含四個氣缸。圖 4-1 試驗臺整體結構圖4.1 滾筒組檢驗臺左右各有兩根滾筒，每個滾筒的兩端分別用滾動軸承與軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。滾筒相當于一個活動的路面，用來支承被檢車輛的車輪，并承受和傳遞動力。汽車輪胎與滾筒間的附著系數(shù)將直接影響試驗臺的制動力。為了增大滾筒與輪胎間的附著系數(shù)，滾筒表面都進行了相應加工與處理，表面粘有熔燒鋁礬土砂粒，滾筒表面無論干或濕時，其附著系數(shù)可達 0.8。 天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計15在測試過程中，為防止汽車的差速器起作用而造成左右驅動輪轉速不等，前面的兩根滾筒是用聯(lián)軸器聯(lián)在一起的。滾筒多為滾筒用無縫鋼管加工而成，它具有足夠的承載能力。為了在高速運轉時不發(fā)生強烈振動和噪聲，滾筒進行了高精度動平衡。滾筒直徑多在 175～370mm 之間。本試驗臺滾筒組技術指標：滾筒長度：1300mm滾筒直徑：212.2mm滾筒內(nèi)寬*外寬：700*3000mm滾筒滑動附著系數(shù)：≥0.7滾筒形位誤差：滾筒表面徑向圓跳動應不大于 2mm，滾筒平行度應不大于 1mm/m試驗臺外形尺寸（ ）：3152mm*880mm*600mmhbl?圖 4-2 滾筒結構圖天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計164.2 框架 圖 4-3 框架結構圖機架是整個測試臺的支撐機構，承載了全部試驗臺以及被測車輛的重量?？蚣苤黧w由兩根縱向槽鋼和四根橫向槽鋼焊接而成，橫向槽鋼用于支撐滾筒。根據(jù) GB/T 707-1988，本實驗臺縱向機架采用型號為 32a 號槽鋼，高度為 320mm，腿寬為 88，腰厚為 8mm.橫向機架采用型號為 10 號槽鋼，高度為 100mm，腿寬為 48mm，腰厚為5.3mm。4.3 舉升機構天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計17圖 4-4 舉升機構結構圖舉升器置于前后兩根滾筒之間，為一氣動裝置。測試時，舉升器處于下降狀態(tài)，以便滾筒支撐車輪。測試前，舉升器處于上方，以便汽車駛上檢驗臺，測試后，靠氣壓升起舉升器，頂起車輪，以便汽車駛離檢驗臺。4.4 聯(lián)軸器圖 4-5 聯(lián)軸器結構圖聯(lián)軸器是將兩軸軸向聯(lián)接起來并傳遞扭矩及運動的部件。根據(jù)聯(lián)軸器有無彈性元件、對各種相對位移有無補償能力，即能否在發(fā)生相對位移條件下保持聯(lián)接功能以及聯(lián)軸器的用途等，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器，撓性聯(lián)軸器。（1）剛性聯(lián)軸器：只能傳遞運動和轉矩，不具備其他功能 包括凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。（2）撓性聯(lián)軸器：不僅能傳遞運動和轉矩，而且具有不同程度的軸向、徑向、角向補償性能。還具有不同程度的減振、緩沖作用，改善傳動系統(tǒng)的工作性能。包括無彈性元件的聯(lián)軸器、有彈性元件的聯(lián)軸器。本實驗臺采用的聯(lián)軸器為剛性聯(lián)軸器聯(lián)軸器即凸緣聯(lián)軸器。選用聯(lián)軸器時應根據(jù)軸徑調(diào)整型號。初步選定的軸承聯(lián)軸器聯(lián)接尺寸，即軸孔直徑和軸孔長度，應符合主、從動端軸徑的要求，否則還要根據(jù)軸徑調(diào)整聯(lián)軸器的規(guī)格。主、從動端軸徑不相同是普通現(xiàn)象，當轉矩、轉速相同，主、從動端軸徑不相同時，應按大軸徑選擇聯(lián)軸器型號。 天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計18天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計195 機械部分設計及部分零件選擇與校核的計算5.1 滾筒設計圖 5-1 滾筒結構示意圖5.1.1 主要技術指標允許最大軸荷：10t，單輪載荷：5t；滾筒表面附著系數(shù)：φ=0.8，允許最高測速值 n=180km/h；材料牌號:：40Cr（用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸） ；熱處理：調(diào)質(zhì)；許用彎曲應力 ；??MPa70??壁厚：5mm。5.1.2 尺寸設計1）直徑：212.2 mm（5-1）nd????3026d=212.2 mm ，n=1000r/min2）長度：1300mm滾筒全長（包括軸頸）：1300 mm（用于計算最大彎矩） 。3）截面形狀天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計20滾筒部分截面為圓環(huán)，壁厚 20mm，兩端側壁厚 20mm。兩端軸頸截面為實心圓，長度 100mm，直徑 50mm。5.1.3 強度校核 1）彎矩的計算 NP490.850??ml3.lMC?125D?82）抗彎截面模數(shù)的計算C 點截面為圓環(huán)，相關參數(shù) cmdcD2.192.1??，??34.293mdDWx???D 點截面為實心圓，相關參數(shù) cmd6?33.21cdWx??天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計213）最大應力計算 ??????MPaWxC5.14)(max 1320?D因此滿足強度條件。5.2 滾筒中心距的設計滾筒中心距 450mm。滾筒中心距直接影響車輪安置角的大小。汽車車輪在滾筒上的安置角是指車輪與滾筒接觸點的切線方向與水平方向的夾角。試驗過程對安置角的要求如下：(1)車輪帶動滾筒以最大加速度加速時，不得駛出滾筒，以確定最小安置角；(2)當臺架滾筒制動后，保證車輛仍可駛出滾筒，以確定最大安置角。由于本試驗臺裝有舉升裝置，可以保證滾筒制動后車輛駛出滾筒，因此，只需確保第一個條件滿足即可。安置角除了與滾筒直徑、中心距有關外，還受到輪胎尺寸的影響。顯然，輪胎直徑越大，安置角越小，車輪越容易在檢測時駛出滾筒。因此，在設計時要盡可能確保較大直徑的輪胎不駛出滾筒。根據(jù)國家標準 GB/T 2977-2008，最大的輪胎直徑 。mR1290ax?天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計225.3 機架的設計機架是整個測試臺的支撐機構，承載了全部試驗臺以及被測車輛的重量。圖 5-2 機架結構示意圖5.3.1 支撐軸承座型鋼計算圖 5-3 支撐軸承座型鋼示意圖 1）最大彎矩計算天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計23NPmbal24508.950.6.???，， ， mlbM??8.1673ax2）最大靜應力的計算A. 若采用工字鋼，型號為：12.6（126mm*74mm*5mm） ， ，35.7cmWx?熱軋工字鋼的材料為 Q235-A，許用彎曲應力 。??MPa18?，?????MPaWxC8.20)(max因此滿足強度條件。B. 若采用空心方鋼，70mm*70mm，壁厚 3mm, 材料為 Q235-A，許用靜應力 。??Pa176???,7ca?4.6mb32.1cWx?天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計24??????MPaWxC5.93)(max因此滿足強度條件。5.3.2 總支撐型鋼計算圖 5-4 總支撐型鋼示意圖1）最大彎矩計算NPmbal63.18052.?，， ， mlbM???4.729ax天津職業(yè)技術師范大學 2011 屆本科生畢業(yè)設計252）最大應力計算???????.03574.29)(maxxCWM因此滿足強度條件。5.4 軸承座的設計軸承支承結構的基本形式為兩端固定支承。受徑向和軸向載荷聯(lián)合作用的軸，多采用深溝球軸承面對面或背對背排列組成兩端固定支撐承?？梢栽诎惭b和檢修時，通過調(diào)整某個軸承套圈的軸向位置，使軸承達到所要求的游隙或預緊量。圖 5-5 軸承座示意圖5.5 舉升機構的設計舉升器的前后缸蓋與氣缸的聯(lián)接采用雙頭螺柱，其結構簡單、易于加工和裝卸。舉升器的氣缸為單作用活塞式氣缸，只有一腔可輸入壓縮空氣，實現(xiàn)一個方向運動，