平板式汽车制动检测台
山东农业大学
毕 业 论 文 题目:
院 部 专业班级 届 次 学生姓名 学 号 指导教师
二О一О年六月十日
Analysis on flat brake tester's structure design ...................................................... 3
1.制动性能检测的有关简介......................................................................................... 4
1. 制动性能检测的重要性及设备....................................................................... 4
1.2 国内相关领域研究现状及发展方向........................................................... 5
1.3 汽车制动性能检测设备............................................................................... 5
2、滚筒式制动力检测台与平板式制动检测台的差异.............................................. 6
2.1 滚筒式制动检测台简介............................................................................... 6
2.1.1 滚筒式制动检测台的基本结构和工作原理.................................... 6
2.1.2 滚筒式制动检测台的早期损坏........................................................ 6
2.1.3 滚筒式制动检测台的适用车型及局限性........................................ 7
2.2 平板式制动检测台的介绍........................................................................... 7
2.2.1 平板式制动检测台的工作原理........................................................ 7
2.2.2 平板式制动检测台较滚筒式制动检测台的优势............................ 7
3. 平板式制动检测台的设计....................................................................................... 8
3.1 平板式制动检测台总体方案....................................................................... 8
3.1.1制动性能检测的基础理论................................................................... 8
3.1.2 汽车在制动台板上的受力分析........................................................ 9
3.1.3 平板式制动检测台的工作原理.................................................... 13
3.2 平板式制动检测台的总体尺寸确定......................................................... 14
3.2.1 制动板尺寸的确定.......................................................................... 14
3.2.2 侧滑板尺寸的确定............................................................................ 16
3.2.3材料的选择......................................................................................... 17
3.3制动检测部分机械结构设计........................................................................ 17
3.4 侧滑板的设计............................................................................................. 18
3.4.1 侧滑产生的机理.............................................................................. 18
3.4.2汽车侧滑检验分析............................................................................. 20
3.4.3 侧滑板机械结构设计...................................................................... 22
3.4传感器的选择................................................................................................ 23
3.4.1轴重传感器......................................................................................... 23
3.4.2制动传感器......................................................................................... 24
4总结........................................................................................................................... 24
平板式汽车制动检测台的机械结构设计
作者:邱圆圆 , 指导教师:赵冉
【摘要】平板式制动控制台能更好地检测汽车动态下的制动性能,检测前驱乘用车制动性能,由于车轮抱死导致制动力测试不合格,驾驶员对测试结果质疑时或对于无法用滚筒反力式制动检测台检测的车辆宜用平板式制动试验台进行检测。国内各检测站多年来普遍采用滚筒式制动检测台,而平板式内部件不外露,故针对此问题,探讨平板式汽车制动检测台的机械结构。
关键词:平板式制动检测台、机械结构设计
Analysis on flat brake tester's structure design
Abstract
1.制动性能检测的有关简介
1. 制动性能检测的重要性及设备
自上世纪80年代中国开始出现私人汽车,到2003年社会保有量达到1219万辆,私人汽车突破千万辆用了近20年,而突破2000万辆仅仅用了3年时间。2010年,我国汽车的保有量达到了7000万辆。汽车俨然成为21世纪最重要的交通工具 ,方便了人们生活,但是随之带来的交通问题也越来越突出。道路交通事故基本逐年增加,呈现恶化趋势,除了万车死亡率外,其他各项指标基本上逐年增加,道路交通事故致死率和万车死亡率高(见表1-1)。交通事故致死率是事故死亡人数与伤亡总人数之比。我国交通事故致死率高于发达国家,2008年我国交通事故致死率达到10%%以上,而发达国家保持在1%%至4%%之间,万车死亡率虽呈下降趋势,但远远高于工业发达国家的1.2至1.9人/万车的水平。
表1-1 1996年~2005年交通事故统计
机动车制动性能检测是机动车安全技术检验的一项重要内容,是机动车安全行驶的重要保障,驱动性能的好坏直接影响道路交通安全。制动性能的评价指标
主要包括制动效能、制动效能恒定性和制动方向稳定性三个方面,机动车安全技术检验中对机动车制动性能检验的目的是检查评定机动车的制动效能是否符合国家标准GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》的要求。目前,机动车安全技术的检验机构在台架检测中广泛使用的制动检测设备主要有滚筒反力式制动检测台与平板式制动检测台。
1.2 国内相关领域研究现状及发展方向
我国汽车检测技术起步比较晚,80年代以后由于汽车保有量的迅速增加,从而促使了汽车检测技术的发展。“六五”期间国家把汽车诊断和检测技术列为重点推广项目,汽车检测技术迅速发展起来了,汽车监测站如雨后春笋搬地建立起来。
目前我国生产的汽车检测与维修设备技术水平与国外发达国家相比,主要差距是:
①产品可靠性差
国外同类产品的试用寿命较长,一般3~5年不更换易损件。而国内产品性能不够稳定,故障率高,外观质量差。
②自动化水平低
国内大多数维修设备为机械式或半机械式,而国外大都采用微机控制、数字显示或彩色屏幕显示,精度高,检测效果好。
③品种不全,更新慢,技术含量低,附加价值低。
1.3 汽车制动性能检测设备
主动力检测台是安全性能检测的核心,也是安全性能检测设备中,技术性能要求较高的检测设备。滚筒式制动试验台出现的比较早,应该比较广泛;国外于90年代开始平板式制动检测设备的研制,并先后由美国、意大利、丹麦等国开发出了集制动、轴重、侧滑于一体的平板式检测设备。
国内外应用较广泛的是滚筒反力式制动检测台,它将被测车轮放置在两个滚筒上,滚筒由电机驱动,带动车轮旋转。当给车轮施加制动时,车轮给滚筒一个与驱动方向相反的作用力,此力与制动力大小相等、方向相反。用传感器将此力测出,即可反映车轮能够产生的制动力的大小。
平板式制动试验台又有静态检测和动态检测两种。
静态检测平板式制动检测台是一种用液压作为动力,它由固定的底板、滑动的面板、油缸和压力传感器等组成。
动态检测平板式制动检测台的主要部分是测试平板,它由面板、底板、数据采集系统等组成。
2、滚筒式制动力检测台与平板式制动检测台的差异
2.1 滚筒式制动检测台简介
2.1.1 滚筒式制动检测台的基本结构和工作原理
滚筒式制动检测台主要是由左右两套相同的车轮制动力测试和控制单元组成,每套测试和控制单元由框架、滚筒组、驱动装置、举升装置和测量控制装置组成。在制动性能测试时,是通过驱动电机带动滚筒组转动,滚筒组再带动被测车轮转动,当进行制动性能测试时,检验人员踩下制动踏板,车轮在制动器产生的摩擦力矩作用下开始减速转动,这时由电动机拖动的滚筒对车轮的轮胎周缘产生一个切向作用力以克服制动器所产生的摩擦力矩,维持车轮继续转动,同时轮胎对驱动滚筒也产生一个等值的反向作用力,在反作用力矩作用下减速器与测力杠杆一起朝着滚筒转动相反方向摆动,通过测力传感器将其转换成制动力大小成比例的电信号,最后经信号滤波放大,A/D模数转换,采集存储和结果计算,完成制动性能的测试。
2.1.2 滚筒式制动检测台的早期损坏
目前,对汽车制动性能的检测大多数采用滚筒反力式制动检测台,滚筒作为活动路面,支承被检车辆并承受和传递制动力,是滚筒式制动检测台最重要的部分,滚筒的类型较多,其中一种滚筒由圆柱外加附着层组成,附着层由金属颗粒、沙石、铁丝网等用材料用强力胶粘合成6~10mm厚,再粘接到圆柱钢筒外表面(见图2-1),在检测中由于种种原因,造成滚筒附着层早期损坏
。
图2-1 制动检测台滚筒结构示意图
滚筒表面附着层;2.钢空心滚筒
由于制动检测时车轮与滚筒的受力 、汽车轮胎及引车员操作对滚筒的影响,使滚筒出现早期损坏。滚筒早期损坏的特征:1.滚筒附着层局部脱落2.滚动附着层大块脱层。影响制动检测额站的使用。
2.1.3 滚筒式制动检测台的适用车型及局限性
由于滚筒反力式制动检测台滚筒表面线速度较低(一般不超过5km/h),被测车轮的转速也较低,而对于装有防抱死装置(ABS系统)的车辆在滚筒反力式制动检测台上就无法测得车轮制动力的真实值,造成检测结果的误判。
对于小型轿车等一些乘用车大部分现状都装有限制阀和比例阀,用于控制前后轴上的制动力分配,以防止后轮抱死导致制动跑偏,在采用滚筒反力式制动检测台进行静态检测时,轴荷分配为静态,后轮上的限制阀和比例阀不工作,在滚筒上测试时易出现滑移使被测车轮脱离支承滚筒无法测区真实值,造成检测结果的误判。对于全时四驱的机动车也不适用滚筒检测。
2.2 平板式制动检测台的介绍
2.2.1 平板式制动检测台的工作原理
平板式制动试验台相对滚筒反力式制动检测台结构简单,无外力驱动。主要去测试平板,测力传感器和数据采集系统等组成。检测原理基于第二牛顿定理“物体运动的合外力等于物体的质量乘以加速度(这里是制动时产生的减速度)”,即制动力等于质量乘以(负)加速度,检测时以10~15km/h的速度驶入平板,置变速器于空挡,水平方向测力传感器测取被测车轮空挡滑行阻力,垂直方向称重传感器同步测量被测车轮动态轮荷,制动测试时,在惯性作用下,使平板产生水平方向位移,通过车轮在平板上附加与制动力大小相等,方向相反的作用,使平板产生水平方向位移,通过传感器将其转换成与制动力大小成比例的电信号,最后经信号放大滤波,A/D模数转换、采集存储和结果计算,完成制动性能测试。
2.2.2 平板式制动检测台较滚筒式制动检测台的优势
平板式制动检测台属于一种动态惯性式制动检验台,能够更加客观地模拟路面实际情况的动态检验:滚动反式力制动检测台检验属于一种静态式制动检验台,是在模拟状态下对机动车制动性能的置信检验,即台试检验和结果与路试效果具有一致性和相关性。结构上平板式制动检测台在体积、安装、维护等方面较滚筒反力式制动检测台简便。
由于滚筒式制动检测台的局限性,采用平板式制动检验台能够有效的解决其存在的问题,平板试验台在进行制动测试时以10km/h-15km/h的速度驶入平板,能够在全真条件下测试制动性能,制动时质量重新分配(向前轴转移),限制阀、比例阀、防抱死装置(ABS系统)能够与实际路面行驶时一样正常发挥作用,能够客观反映车辆实际制动性能,相对而言,平板式制动台检测效率高于滚筒式之动态,虽然操作上对速度控制要求比较严格。
3. 平板式制动检测台的设计
3.1 平板式制动检测台总体方案
3.1.1制动性能检测的基础理论
A、对制动系的技术要求
⑴ 汽车制动系应具有行车制动、应急制动和驻车制动三大基本功能。行车制动系必须使驾驶员能控制车辆行驶,使其安全,有效的减速和停车。行车制动装置的作用应能在各轴之间合理分配,以充分利用各轴的垂直载荷。应急刹车必须在行车制动系有一处失效的情况下,在规定的距离内将车辆停止。应急制动可以是行车制动系具有应急特性或是同行车制动分开的独立系统(注意应急制动不是行车制动中的急速踩下制动踏板)。驻车制动应能使车辆即使在没有驾驶员的情况下,也能停放在上、下坡道上。
⑵ 制动时汽车的方向稳定性,即制动时不发生跑偏、侧滑及市区转向的能力。
⑶ 制动平稳。制动时制动力应能迅速平稳的增加;在放松制动踏板时,制动力应迅速消失,不拖滞。
⑷ 操纵轻便。施加于制动踏板和停车杠杆上的力不应过大,以免造成驾驶员疲劳。
⑸ 在车辆运行过程中,不应有自行制动现象。
⑹ 抗热衰退能力。汽车在告速或下长坡连续制动时,由于制动器温度过高导致摩擦系数降低的现象称为热衰退。要求制动系的热稳定性好,不易衰退,衰退后较快地恢复。
⑺ 水湿恢复能力。汽车涉水,制动器被水浸湿后,应能迅速恢复制动的能力。
B、制动系常见故障
⑴ 制动失效。即制动系出现了故障,完全丧失了制动能力。
⑵ 制动距离延长,超过了允许的限度。
⑶ 制动跑偏。是指汽车直线行驶制动时,转向车轮发生自行制动,使汽车产生偏驶的现象。由于汽车制动时,偏离了原来的运行轨迹,因而常常是造成撞车、掉沟。甚至翻车等事故的根源,所以必须给予重视。引起跑偏的因素,就制动系而言,一是左右轮制动力不等;二是左右轮制动力增长速度不一样。其中特别是转向轮,因此要对制动力增长全过程的左右轮制动力差作出规定,且对前后轴车轮的要求不同。
⑷ 制动侧滑。汽车制动时,某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动,这种现象称为制动侧滑。汽车在水湿路面或冰雪路面上制动时出现侧滑现象较多。尤其是在上诉路面上紧急制动时,更容易出现侧滑,造成汽车甩尾,甚至原地转圈,从而导致交通事故发生。
⑸ 制动拖滞。在行车中,踩下制动踏板使用制动后,再抬起制动踏板,不能迅速解除制动的现象叫制动拖滞。制动拖滞会耽误随后的起步行驶。
C、制动性能评价参数
汽车的制动性能是指汽车在行驶中能强制地减速以至停车,或下长坡时维持一定速度的能力。要评价汽车制动性能的好坏,需要有评价指标。评价汽车制动性能的指标主要有:制动距离、制动减速度、制动力及制动协调时间。
⑴ 制动距离
制动距离是指车辆在规定的初速度下急刹车制动时,从脚接触制动踏板(或手接触制动手柄)时起至车辆停止时止,车辆驶过的距离。它包括了制动协调时间和以最大减速度持续制动时间内汽车驶过的距离。它是评价汽车制动性能的最直观的一个参数,与汽车实际运行的制动情况最接近。驾驶员最熟悉汽车的制动距离,因为它与安全行车有直接关系。制动距离不等于车轮在地面上拖压印的长度,因为制动距离中包含有制动协调时间内汽车驶过的距离,在这一段时间内车轮尚未拖压印。制动距离与制动踏板即制动系中的液压或气压有关,故给出制动距离时应指明相应的踏板力或制动系中的压力。
用制动力来评价汽车的制动性能具有一定的准确度,而且重复性较好。但需要有较大的试车场地,而且对车轮的磨损较大。此外,制动距离是一个整车性能参数,它不能单独地反映出各车轮制动情况以及制动力分配力情况,当制动距离延长时,也反映不出具体是什么故障使制动性能变差。
⑵ 制动减速度
制动减速度反映了制动时汽车速度减低的效率。对于一辆确定的汽车来说,它的质量是一定的,能反映的制动力也是一定的,因此制动减速度也是一个确定值,制动初速度对减速度的影响不是很大。
⑶ 制动力
为了使行驶中的汽车能够减速以至停车,必须由路面对汽车作用一个与其行驶方向相反的外力,来消耗汽车的动能,使汽车产生减速度,达到降低其行驶速度以至停车的目的,这个外力叫作制动力。对于一定质量的汽车来说,制动力越大制动减速度越大,制动距离越短。所以制动力是从本质上评价汽车制动性能的参数。制动力对汽车的制动性能具有决定性的影响。
3.1.2 汽车在制动台板上的受力分析
A、制动时汽车受力分析
汽车在行驶时具有一定动能,在下坡时还存在一定的势能。如要其减速或停车,必须对其施加一个与行驶方向或者下滑方向相反的外力,以克服汽车所具有的动能或在坡度上的势能,使汽车产生减速度,达到降低其行驶速度的目的。这个迫使汽车行驶速度迅速降低,以至及时停车所需的外力,即通常所说的制动力。汽车的制动力越大,制动减
速度就越大,制动距离就越
短。所以制动力对汽车制动
性能具有决定性的影响。汽
车制动时所需的外力只能
由地面和空气提供。但由于
空气阻力相对较小,所以实
际上外力是由地面提供的,我们称之为地面制动力。这时汽车上将受到下列各力作用:
① 作用在汽车中心上指向前方的惯性力Fj;
② 滚动阻力Fi;
③ 空气阻力Fw;
④ 坡度阻力F1;
⑤ 在车轮上由于制动器的作用,地面对前、后车轮给予的制动力Xb1和Xb2 ⑥ 车重G;
⑦ 地面对前、后轮的法向作用力Z1和Z2
如图3.1所示,其中O表示汽车重心。当汽车制动时,在水平方向上的平衡方程式为:
Fj = Xb1 + Xb2 + Ff + Fw + Fi (3-1)
当在水平、坚硬路面上车速不高的情况下制动时,可以认为,Ff = 0,Fi=0,Fw=0,则
Fj = Xb1 + Xb2 (3-2)
即车轮所产生的地面制动力Xb1 、Xb2全部用于克服汽车的惯性力。
即后轮和前轮的接地点分别取力矩后,可求得地面对前、后车轮的法向反作用力Z1和Z2为:
b·G+Xb·hiZ1= (3-3) a·G-Xb·hiZ2= (3-4) L
若在制动过程中,路面条件不变,则Z1和Z2随Xb作线性变化。Z1随Xb增大而增大,而Z2随Xb的减小而减小。因此,汽车在制动时期前端有向下俯冲的现象,也就因而产生了轴荷转移现象。当制动力达到最大值时,地面的法向反作用力(即动态轴荷)也达到极值(最大值或最小值),这样可以通过动态下的制动力与轴荷之比来判断机动车的制动性能优劣,使之更能反映实际情况。
B、制动时车轮受力分析
3.2 制动时车轮受力图
下面分析行驶车轮在平坦路面上制动时的受力情况,车轮为蹄鼓式制动器结构(如图3.2).假使忽略Ff 、Fw 、 Fi的影响,则滚动车轮受的外力有垂直载荷Gi,地面对车轮的法向反作用力Z,制动器对它产生的摩擦力矩M,车辆在减速时对车轮的惯性力Fj,以及地面对它的制动力Xb1。
其中:
Mμ=Fx·μ·R (N·m) (3-5)
式中:Fx代表制动蹄压向制动鼓的法向力,它由制动系踏板力Fp或气压、油压P产生(N);μ代表制动蹄、鼓间摩擦系数;R代表制动蹄半径(m)。当Mμ传到车轮后,由于车轮与路面有附着作用,车轮对路面作用着一个向前的周缘力Fμ,它的反作用力Fb称为制动器制动力。它相当于把汽车架离地面,并踏住制动踏板,在轮胎周缘沿切线方向推动车轮直至它能转动所需的力。
图3.3 地面制动力、制动器制动力与附着力关系图
MμFb=re (N) (3-6)
上式中:re代表车轮有效半径(m)。即Fb仅与制动器结构形式和参数、制动器摩擦副的摩擦系数以及车轮半径有关,它与Fx成正比,即Fb值随制动踏板力Fp或制动系中的气压、液压值P得增长而成线性增加。
C、地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系
在制动时,根据摩擦力矩Mμ的大小,车轮会出现两种运动状况。一是Mμ不大,车轮仍以ω>0在滚动(即大于附着力Fϕ),此时的车轮称为抱死状态,即ω=0.当车轮仍有滚动时,外界给车轮的地面制动力Xbimax应等于制动力Fb,即
Fb=Xbi (3-7)
当车轮被抱死时,由于前惯性力的影响,车轮要在地面上拖滑。此时的地面制动力Xb1则决定于车轮与地面的附着力Fϕ。而Fb可随制动踏板力Fp或气压液压P值的增大而继续增大,可出现Fb可随制动踏板力Fp或气压液压P值的增大而继续增大,可出现Fb大于Xbi的情况。因此,在制动时可得到的最大地面制动力Xbimax只能等于附着力Fϕ,即Xbimax=Fϕ=Zϕ。也就是说Xbi的大小,其一般关系式为:
Xbi≤Fϕ (N) (3-8)
根据上诉讨论,制动过程中各力相互间的关系如图3.3所示,由此可得到结论:汽车的地面制动力Xbi首先取决于由制动器摩擦力矩所形成的制动力Fb,但同时又受到地面附着力条件的限制,所以只有当汽车具有足够的制动器制动力Fb,同时地面又能提供高的附着力Fϕ时,才能获得足够的地面制动力。则为各车轮地面制动力Xbi之和,即
Xbimax=∑Xbi=G·ϕ (N) (3-9)
持续制动一段时间,当驾驶员松开制动踏板后,制动力的消除还需要一段时间,所以制动力在这段时间会下降。故整个制动过程中制动力变化曲线如图3.4所示
图3.4制动过程中制动力变化曲线
通过上述的分析可以得知,为了能测出汽车的制动器制动力,必须使车轮始终处于滚动状态,通过公式可以看出,要达到这一目的,有两个途径:一是增加轴荷,在用滚筒检测台测量制动时,为了能够获得足够的附着力,以避免车轮抱死,允许在车辆上增加足够的附加质量。而用平板式制动检测台测量制动性能时,由于是模拟实际路面的制动情况,有轴荷的转移,这就等于给车辆加上了附加质量。第二个途径就是增加台板表面的附着系数,通过增加 值来达到地面制动力的目的。
3.1.3 平板式制动检测台的工作原理
⑴ 引板 ⑵ 轴重板 ⑶ 制动板 ⑷ 过渡板
图3-5平板式制动检测台典型配置示意图
如图3-5它由两块制动板、两块轴重板、引板、光电开关等组成。所有检测
板采用了相对独立的拼装式结构,厚度仅为5cm左右。
制动测试平板由面板、基架、动架、拉压力传感器等组成。基架作为设备的底座,拉压力传感器安装在动架上,其上覆盖面板。轴重测试平板由面板、基架、压力传感器等组成,4个压力传感器安装在基架的四个角落,其上覆盖面板。
压力传感器是用来测量作用于面板上的垂直力的,拉压力传感器是用来测量汽车行驶方向,轮胎作用面板上的水平方向力的。以6~10km/h的速度驶上平板,当车轮走到测试平板上时,驾驶员踩下制动踏板,汽车的制动力、各车轮的垂直载荷以及在制动过程中垂直载荷的变化,可分别由拉压力传感器和压力传感器测出后送入采集、分析系统。数据由计算机处理后,在显示屏上以彩色图形、符号和数字的形式显示处理。
3.2 平板式制动检测台的总体尺寸确定
3.2.1 制动板尺寸的确定
A、确定原则
轮距在1200一180Omrn,轴距在2175一3300mrn的车辆都可以采用平板式制动检测台进行检测。
B、根据车型的有关数据确定尺寸
以较重的依维柯车为例,推算汽车的单轮作用力为:
3120/460*9.8=4439.4 (N)
确定初选值:单轴重为1500kg。
根据轮胎制造厂以及车辆轮胎应用的有关资料,查得轮胎尺寸见表3-1
表3-1轮胎数据
由表3-1可知:d=12~16mm,B=145~225mm,Dmax=590mm,可知两板的最小距离为1200mm,又1200-225=975mm,根据轮胎宽度为145~225mm,因此,选板宽600mm合理。
考虑当轮距为1200mm时,为使轮胎中点恰好落在板中线上,此时1200-600=600mm;当轮距为1800时。此时同上,两板间距为1200mm。综合两值。初选板内间距为900mm。此值之所以合理是因为当轮距为1500mm(此为轮距的一般值)时轮胎正好压在板中线上。
C、检测台制动板最小长度的确定
为了使平板式制动检测台能可靠地反映制动的全过程,制动板的长度L应大于所允许的最小长度L0。如果在汽车车轮上板时发信号通知驾驶员实施制动,那么最小制动板长为:
21(v0-∆v)—a平均+ 22aL0=V0·tp+v0·t22
式中:V0为初始车速,取1.39m/s;tp为空驶时间,取值为0.54~0.74s;a为极限减速度;a平均为平均减速度;t22及∆v的取值参见于表3-2.
计算结果为:座位数≤9的客车、总质量≤4.5t汽车和其它汽车,空驶距离分别为0.9m、1.06m、1.24m。其最小板长分别为1.4m、1.53m、1.68m。可见如果制动板长不小于1.7m,就可以可靠地检测汽车的制动力。由于前后两制动板直接需要安装侧滑板,侧滑板长选取800mm,防止各板之间会撞上,板间留有5mm的间隙,可初步选取前后板的间距为810mm。又由于大多数车轴距在2175~3300mm之间,为使车前后轴落在制动板的纵向中心线上,当轴距为
2175mm时,板长为1365mm,当轴距为3300mm时,板长为2490mm。根据平板制动检验台的制动板最小长度原理不小于1700mm,综合值初选单板长1800mm。
为了使车的作用力分配在制动板上且落在制动平板的两车轮之间,此时检验最小轴距:2175-900=1275mm
/1540mm
1800*2+800+10+20=4430mm,宽:600+10=610mm。
D、制动板的校核
由于制动板既要检测制动力,又要测量轴重,为使每块板传感器受力平衡,测量的数值准确,需要校核制动板强度,同时确定传感器安装位置。
板重≈1800⨯600⨯20⨯7.8=168.48kg,
每块板承重=1500⨯1.2/4=900kg,单轴重=1500kg,
每个车轮所承重F1=750⨯9.8=7350N,
每个车轮所受制动力F2=750⨯60%⨯9.8=4410N,
制动板总承重P1=(900+168.48)⨯9.8=10471.104N,
P0900⨯9.8σmax==A1800⨯600=8.167MPa≤[σ]=255MPa
由此,板的强度足够承受汽车的自身载荷和工作载荷。
3.2.2 侧滑板尺寸的确定
侧滑部分采用单板式测试系统,侧滑试验台的规格不同,滑板的纵向长度有500mm,800mm和1000mm三种,当仪表显示侧滑量为5km/h时,对应于这三种滑板的位移量分别为2.5mm、4mm和5mm。滑动板越长精度越高。由于侧滑板布置在两制动板之间,所以在布置时必须考虑其尺寸。因侧滑板与制动板的运动方向垂直,因此其宽度方向方向上必须留出10mm左右的间隙以保证运动自如,则侧滑板的具体尺寸为:
侧滑板长为:800mm
侧滑板宽为:600mm
侧滑板厚为:20mm
表3-3 平板式制动检测台基本尺寸列表
3.2.3材料的选择
由于车辆的单轴重选为1500kg,作用力分布不平衡系数为1.2。,所以每块板支撑重应为1500/2⨯1.2=720kg,每个车轮受力为720⨯1.2/4=216kg。由于此处对挠度的要求不大,因此只要强度足够就可以。而面板和底板对材料的要求限制不大,而承受的应力不集中,表面直接应用的频率很高,一般可选Q275型号普通的碳素钢,该钢强度足够高,耐磨性好,便于进行各种热处理及机械加工,价格便宜,应用广泛。根据选择的板厚10mm,查得σs=255MPa,σb=490~610MPa,δs=18%。各支撑轴所受强度大、耐磨要求高,受力大而要求尺寸小,表面粗糙度低,要求精度较高,可选用45钢,价格也比较便宜,应用广泛。查得σs=333MPa,σb=600MPa,δs=16%
3.3制动检测部分机械结构设计
板式制动综合性能检测系统的整个组成结构,最主要的部分为轴重、制动力测试版(四块)的设计,每块板采用的是双层板结构,上层板(盖板)为承载板,下层板(底座)主要用来固定传感器和与地面固定的作用,图3-6为轴重、制动力测试板的底座示意图,图3-7为上层板示意图。底座四个角点安装了悬臂式力传感器,前端侧面安装了压力传感器:当车轮上板时通过四个重力传感器可以实时采集轴重数据;当机动车刹车时,刹车力施加给盖板,盖板正好把刹车力施加到制动力传感器上,从来测得机动车刹车过程中实际产生的制动力大小。底座和盖板之间通过导轨相接触,导轨方向与机动车行驶方向,这样限制了盖板和底座之间的侧向自由度。
3-6 轴重、制动力测试板的底座示意图
1-轴重传感器 2-制动力传感器
3-7轴重、制动力测试版的上层板示意图
1-放置V型导轨 2-放置平导轨 3-放置顶针
叠层结构的设计厚度为50mm,为使测量避开传感器的非线性区,系统配有制动传感器预推力装置,对传感器施加一定量的预压;同时也采取一些防止称重、测力之间信号相互干扰的措施,底座和盖板均为工字钢焊接而成,对于盖板在焊接时要求采用特殊的工艺,以防止盖板的翘曲和变形。最后在盖板的上面点焊丝网,以增加盖板表面的摩擦力。
3.4 侧滑板的设计
3.4.1 侧滑产生的机理
如前所述,转向轮侧滑,实际上是指转向轮外倾角与转向轮前束综合作用表现出来的车轮滚动时的横向滑移量。
如图3-8所示,汽车在平直道路上行驶时,外倾使前轮的自由滚动方向向外偏离其再前轴约束下的实际行驶方向,前轮边滚边滑使轮胎表面受到背离汽车纵轴线的外倾侧向力。前束的存在使前轮的自由滚动方向向内偏离实际行驶方向0D,前轮在地面上滚动的同时向内滑移所引起的前束侧向力指向汽车纵轴线。在前束和外倾的综合作用下;若前轮外倾和前束恰当配合,前轮自由滚动方向与实际行驶方向一致,前轮在地面上纯滚动,直线行驶时所受到的侧向力总和为零;反之,前束大于或者小于实际需要时,前轮自滚动方向向内或向外偏离其实际行驶方向所引起的车轮向内或向外滑移,使轮胎表面受到与滑移方向相反的侧向力。侧向力大小显然与前轮自由滚动方向偏离实际行驶方向的角度所决定的轮胎侧向滑移量有关。
3-8 侧滑产生机理示意图
汽车前轮通过侧滑台滑板时,由于滑板的侧向移动受滑板与支撑滚轮间的摩擦力和滑板的回位弹簧拉力的约束,同时轮胎与滑板间有足够的侧向位移。这样,在前束和外倾的综合作用下,若前轮的自由滚动方向偏离实际行驶方向,只要所产生的侧向力大于滑板与滚轮间的摩擦力和弹簧弹性恢复力之和,前轮向前滚动的同时便会带动滑板侧滑。侧滑量则取决于前轮自由滚动方向与实际行驶方向的偏离量。
如图3-9所示,假设前束与外倾配合不恰当,使前轮自由滚动方向OA向外偏离实际行驶方向。当汽车前轮垂直通过侧滑板时,若前轮沿自由滚动方向滚动,在驶过h米(滑板宽度)后前轮中心应位于A点;实际上,前轮在前轴限制下只能沿OD行驶,在驶过h米后前轮中心到达D点。由于轮胎与滑板间侧向附着力大于滑板所受的侧向约束力总和,轮胎与滑板间不存在滑移。这样,前轮在滑板上行驶h米后,滑板将在轮胎带动下向内侧滑移,侧滑量S为:
S=AD/h
图3-9外倾和前束的作用示意图
3.4.2汽车侧滑检验分析
汽车设计时,为使转向车轮具有转向轻便、准确和行驶稳定等性能,在转向轮上设有四项结构参数,即:主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和车轮前束,称为车轮定位参数。
A、主销内倾角 如图3-10所示,转向主销(或上球节与下球节的连线)相对铅垂线向内倾斜,称这个倾角为转向主销内倾角。
图3-10 主销内倾角和前轮外倾角
如果转向销的中心线的延长线与路面的交点和车轮中心线接地点间有一个距离(主销偏移量),那么在行驶中受到路面的阻力作用,而产生使车轮回转的力,造成驾驶不稳定。因此,为了缩短这个距离,应使转向销进一步倾斜。这样一来,因为车轮使车轴升高回转方向盘时易使方向盘复原。
B、车轮外倾角
如图3-10所示,前轮一般都是上部向外张开的。前轮对于铅垂线的倾角称为前轮外倾角。由于前轮外倾减小了主销偏移量,所以不仅能和主销内倾角一样减轻操作方向盘的劳动强度,而且当前轴受到较大的负荷时,能防止车轮下部张开的现象出现。
C、前束
由于具有外倾角,车轮转动时就会向外张开,为了防止这种现象,保证行驶正常,如图3-11所示,使左右车轮前面的间隔A比后面的间隔B小,称这种状态为前束,通常用B-A来表示这个量。前束是为了减少和消除车轮外倾造成的轮胎侧磨及磨损增加的危害而设置的。
图3-11 车轮前束
D、主销后倾角
如图3-12所示,从前轮的侧面看转向销相对应铅垂线向前、后倾斜,称这个倾角为主销后倾角。一般转向销的上部向后倾。转向销的中心线的延长线和路面的交点O比通过车轮中心的铅垂线的接地点O超前。由于主销后倾,车轮在滚动中滚动阻力不断沿着前进方向往回拉。因此,即使没有方向盘或松开方向盘,前车轮也能自动回到行驶的方向。
图3-12 主销后倾
综上所述,车轮各定位参数的作用如下: 车轮外倾角:避免车桥因承载变形而可能出现的车轮内倾,从而避免汽车轮胎的偏磨损。同时,一定的外倾角可减轻轮毂外轴承的负荷;
主销内倾角:使转向操纵轻便且能使车轮自动回正;
主销后倾角:能形成回正的稳定力矩,从而保证了汽车稳定的直线行驶; 前轮前束:在车辆前行时,减少因轮胎外倾造成的两轮分别向外滚开的趋势,使轮胎不致在地面上横向拖磨而产生异常磨损。
3.4.3 侧滑板机械结构设计
侧滑板的设计,侧滑板的结构也为上下两层板结构导致一面为平导轨结构,另一面为V型导轨结构,这样可以限制住侧滑板沿着行车方向的自由度,而只保留侧滑板的侧向自由度,考虑导轨强度方面的因素,V型导轨面要求淬火处理。V型导轨上使用直径为Φ10mm的钢珠。在下层板上安装了唯一传感器。侧滑的测量是通过侧滑板下面的位移传感器测定的,板式机动车综合测试系统中,侧滑的测量与滚筒式系统的侧滑测量方法基本相同,但也有区别,在滚筒检测线上,两个侧滑板在下面连在一起,实际上测定的是两个轮的总侧滑量。而板式测试系统中为了减小体积,和安装拆卸方便,本设计中采用单个侧滑板对左前车轮进行了测量。得出最终的侧滑量。此侧滑量就是板式机动车综合测试系统总的侧滑量。
A、侧滑板强度的校核
侧滑板重≈800⨯600⨯20⨯7.8=74.88kg 侧滑板总承重P2=(900+74.88)⨯9.8=9553.824N
P0900⨯9.8
σmax==MP
A800⨯600=18.375a
由此,板的强度足够承受汽车的自身载荷和工作载荷。 B、滚珠的校核
采用的是Φ10mm的滚珠,根据制动时产生的作用力校核其强度,汽车制动时,侧滑板不仅需呀克服汽车车重作用,以防止其翘起,还有水平方向上的制动力作用,滚珠既受到垂直压力还有侧向压力,需要校核两个面上的压应力强度。
σ压
P29553.824
F==2==30.426≤[σ]=255MP 22aπdπdπ·10444
σ挤
F2=
π·d2
4
4410==14.042≤[σ]=255MPa π⨯104
C、长方体滑块校核
由于长方体滑块有一半固定在地板连接的凸台里,另一半与侧滑板相对滑动,制动时滑块收到侧向压力,同时为了防止板翘起,滑块还收到一定的扭矩作用,所以需要校核起压应力和弯曲强度。
滑块受力图如:图3-12:
图3-12 滑块受力图
P9553.824Fσ压====3.981≤[σ]=255MPa AA40⨯15
F24410Fσ挤====2.756≤[σ]=255MPa AA40⨯15
P152
⨯
Mτ==2=71.654≤[σ]=255MPa b·hW
6
由以上的校核表明此阶梯滑块工作是完全可靠的。 3.4传感器的选择 3.4.1轴重传感器
由于汽车轴重测量要求较高,故所选用的GX-1型悬臂梁称重传感器轴重传感器为高精度传感器。悬臂梁式传感器为一端固定,一端加载的悬臂梁式结构,采用独特的摇杆机构,对力点变化敏感,受力后自动调心,互换性好、便于安装;外形低,自然线性优良,抗侧向力好,独特的外形使得安装方便;具有密封性好、承载性优越、抗冲击能力强、长期可靠性好、工作温度宽、安装方便的特点,额定输出和输入阻抗均精密补偿。
因为本系统能测的最大轴荷为10t,单轮轮重最大值为2.5t,同时为留有一定的余量,故在每块轴重板下4个角上安装4个轴重传感器,使系统的安全系数达到3.2。轴重传感器见图3-6及表3-3
图3-6 轴重传感器结构图
表3-3轴重传感器规格
3.4.2制动传感器
选用CLBS4型圆柱形拉压传感器。圆柱式S型整体结构,设计结构合理,有良好的温度特性,测量范围较宽,具有一定的抗冲击振动稳定性,有优良的静态性能和动态性能,适用于静态和动态的测量。
4总结
平板式制动检测台,较之滚动式,能够迅速、准确、经济、安全地检验汽车的制动性能。本文仅对平板式检测台的机械结构进行了设计校核。
论文主要结论如下:
1、该检测台可以快速、准确地检测轿车制动性能,由于最大设计载荷达到10t,故检测车型范围可以相对扩大。此外改型检测台作为复合型检测台还可以检测侧滑量、静态轴重等参数,侧滑采用单板式检测。
2、在综合分析被检测车型的总体尺寸后,通过计算,确定了检测台的总体方案。