汽車緩速器的設(shè)計含SW三維及10張CAD圖,汽車,緩速器,設(shè)計,sw,三維,10,cad 汽車緩速器的設(shè)計 摘 要 當(dāng)今社會，隨著人們生活水平的不斷提高，對汽車的行駛安全性要求越來越高，安裝電渦流緩速器確保車輪制動器處于良好的技術(shù)狀態(tài),使車輪制動器的溫度大大降低。 本文運用大學(xué)所學(xué)的知識，提出了汽車緩速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計中所必須的理論計算，構(gòu)建了汽車緩速器總的指導(dǎo)思想，從而得出了該汽車緩速器的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且安全系數(shù)高的結(jié)論。 關(guān)鍵詞 電渦流緩速器；原理；計算；結(jié)論 I ABSTRACT With the rapid development of the modem automobile industry,great importancehas been paid to the safety of the vehicle，especially the heavy trucks working in themountain or in the mine area and the city buses driving in the congested roads．By the analysis ofthe use property ofthe current clutch，the necessity ofusing theretarders is clear in the heavy trucks and the city buses． Throuthe comparison ofthe current different retarders，the advantage and disadvantage of the eddy currentbrake is introduced．How the mathematical model of the eddy current brake in theliterature is discussed，then the paper illustrates the difference of the results of thecalculation and the experiment data，and discuss the reason why it is arise．The paperintroduces the usual method to solve the question by using the finite element methodin the world currently． Key words the eddy；current brake；structure；design； II 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題的來源與研究的目的和意義 1 1.2 電渦流緩速器的簡要介紹 2 1.3 電渦流緩速器的優(yōu)缺點 3 1.4 本文設(shè)計的主要內(nèi)容 3 第2章 電渦流緩速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 9 2.1 電渦流緩速器的總體方案圖 16 2.2 電渦流緩速器的工作原理 17 2.3 電渦流緩速器的安裝位置 19 第3章 機械傳動部分的設(shè)計計算 19 3.1 轉(zhuǎn)子軸的設(shè)計計算 20 3.2 軸承的設(shè)計計算 20 第4章 電渦流緩速器的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)設(shè)計 26 4.1 文獻所提到的模型 27 4.2 J．H．Wouterse模型 27 4.3 綜合文獻模型后提出的計算公式 31 4.3.1 制動功率的理論推導(dǎo) 31 第5章 電渦流緩速器的功能參數(shù)設(shè)計 36 5.1車型選擇 36 5.2緩速器模型選擇 36 5.3緩速器參數(shù)設(shè)計與校核 36 結(jié)論 36 致謝 36 參考文獻 36 IV 第1章 緒 論 1.1課題的來源與研究的目的和意義 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。機械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務(wù)。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務(wù)的機械、研制和提供家庭和個人生活中應(yīng)用的機械、研制和提供各種機械武器。 ? 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有： 建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運動的工程力學(xué)和流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和計算的機械原理和機械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。 研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 總體上講，電渦流緩速器在我國研制、生產(chǎn)和應(yīng)用尚處在起步階段。雖然早在1964年上海客車廠曾研制過電渦流緩速器，并安裝在上海到黃山的長途客車上。但由于種種原因，電渦流緩速器在國內(nèi)的應(yīng)用并沒得到應(yīng)有的重視。隨著現(xiàn)在汽車的驅(qū)動功率、車速以及載荷的增加使得車輪制動器的負(fù)荷進一步加大，加之人們對汽車的安全性、使用經(jīng)濟性、舒適性和環(huán)保性重視，電渦流緩速器的作用在國內(nèi)汽車界也日益受到重視。2002年6月1日交通部已頒布實施中華人民共和國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT／T325--2002“營運客車類型劃分及等級評定”。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中型客車中高二級，大型客車中高一級、高二級和高三級客車都必須裝置緩速器。因此可以預(yù)計電渦流緩速器必將在國內(nèi)擁有廣闊的市場前景。 1.2 電渦流緩速器的簡要介紹 這方面的內(nèi)容以國內(nèi)學(xué)者文獻居多，主要講述關(guān)于各種緩速器和電渦流緩速器的基本結(jié)構(gòu)與原理，安裝方式，使用效果以及安裝及使用時的注意事項[1][2]。 文獻[3]闡述了一種與市場上常見的電渦流緩速器結(jié)構(gòu)不一樣的設(shè)計方法。它的電磁線圈繞定子徑向端面布置，這樣雖然在制造時比較復(fù)雜，但整個機械結(jié)構(gòu)變得相對簡單。轉(zhuǎn)子工作層采用在低碳鋼的表面鍍上O．15mm的銅，這樣可使轉(zhuǎn)子盤的電導(dǎo)率增大，產(chǎn)生的渦電流和制動力矩也就相應(yīng)變大。在轉(zhuǎn)子的外表面設(shè)計出風(fēng)道，以加強散熱效果。作者在設(shè)計時主要采用實驗的方法，對影響制動轉(zhuǎn)矩大小的各參數(shù)進行設(shè)計，在設(shè)計時主要優(yōu)先考慮定子鐵磁線圈和轉(zhuǎn)子工作面 的形狀的影響，然后通過測試磁感應(yīng)強度值的分布來進行參數(shù)選定。 文獻[4]闡述了在日本客車上大量使用的永磁式電渦流緩速器，它是在緩速器上配置2列永久磁鐵，其中一列固定，另一列通過氣動控制沿圓周方向移動，從而控制緩速器的接通(工作)與斷開(不工作)。它的特點是可以實現(xiàn)大幅度的輕量化、小型化；幾乎不消耗電力：連續(xù)使用也不會產(chǎn)生過熱。缺點在于所提供的制動力矩偏小，只能用于中型的客車。 文獻[5]闡述了一種新型電動機，它的機械結(jié)構(gòu)與電渦流緩速器基本一樣，當(dāng)在定子鐵磁線圈中通以交變的電壓時，旋轉(zhuǎn)的磁場就會在轉(zhuǎn)子盤中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，整個過程與電渦流緩速器中產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩正好相反。文獻對這種電機中轉(zhuǎn)子盤上的磁感應(yīng)強度、渦電流的分布進行分析，先采用結(jié)構(gòu)與經(jīng)驗分析的方法對其驅(qū)動力矩進行計算，然后采用有限元的分析，進行數(shù)值計算。此文對磁感應(yīng)強度和轉(zhuǎn)子盤上的電壓分布的假設(shè)和簡化很值得借鑒。 1.3 電渦流緩速器的優(yōu)缺點 電渦流緩速器是一種新型非接觸式減速裝置，較之傳統(tǒng)制動有許多優(yōu)點,極大地改善汽車的制動性能，提高汽車行駛的安全性、平順性，減少生命財產(chǎn)損失；消除傳統(tǒng)制動時的尖銳噪聲和粉塵對環(huán)境的污染；節(jié)約車輛保養(yǎng)費用和附帶的停駛待修時間損失，延長制動片和輪胎的使用壽命。 小型車輛的制動裝置一般包含了“手制動”（手剎）和“腳制動”（剎車踏板），而眾多體積龐大、車體沉重、性能日漸優(yōu)越的現(xiàn)代重型商用車輛（就是俗稱的大客、重卡）為了（山區(qū)）行車安全，還普遍在前兩種傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)上，加裝了各種輔助制動系統(tǒng)，包括排氣輔助制動、電渦流緩速器、液渦流緩速器、發(fā)動機制動裝置等方式途徑 就本人所見，重型商用車輛輔助制動系統(tǒng)的目的都是在于兩點：一是確保在各種工況和路況條件下對車速的有效控制，二是盡量減少對車輛制動系統(tǒng)硬件的磨損、尤其是對山區(qū)安全行車危害極大的(制動鼓、摩擦襯片）熱衰退現(xiàn)象。 在四大輔助制動系統(tǒng)中，國產(chǎn)客車目前主要采用電渦流緩速器。其原理在于利用電磁感應(yīng)把車輛行駛的動能轉(zhuǎn)化為熱能而揮發(fā)掉，結(jié)構(gòu)特點相當(dāng)于在重型商用車輛的傳動軸上加裝了一臺“發(fā)電機”，機械裝置部分包括了定子、轉(zhuǎn)子和固定架。不通電時，無接觸無磨損，當(dāng)制動電路接通后，傳動軸便受到電磁場的阻力，達到制動目的。電控部分包括手（腳）控開關(guān)、指示燈、制動氣壓傳感器、繼電器等，其主要作用則是駕駛員通過對勵磁電流的調(diào)節(jié)，從而控制制動力矩的大小。電渦流緩速器具有價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、維修方便的特點，相比液力緩速器在響應(yīng)時間上有突出優(yōu)勢。 1.4 本文設(shè)計的主要內(nèi)容 本論文主要研究運用SolidWorks對汽車緩速器進行設(shè)計。在設(shè)計過程中，了解SolidWorks的各種功能。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)。當(dāng)初的目標(biāo)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(shè)計系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設(shè)計軟件至今已經(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。1997年，Solidworks被法國達索（Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。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(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)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(wù)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(shù)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(quán)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(shè)計師大大縮短了設(shè)計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。 由于SolidWorks出色的技術(shù)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(fēng)險投資商和股東，以一千三百萬美元的風(fēng)險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術(shù)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(shè)計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產(chǎn)品。 由于使用了Windows OLE技術(shù)、直觀式設(shè)計技術(shù)、先進的parasolid內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)。SolidWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構(gòu)的近145，000名學(xué)生通過SolidWorks的培訓(xùn)課程。 據(jù)世界上著名的人才招聘網(wǎng)站檢索，與其它3D CAD軟件相比，SolidWorks相關(guān)的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這一事實說明了越來越多的工程師和設(shè)計者使用SolidWorks三維軟件，越來越多的企業(yè)需要SolidWorks人才。Solidworks軟件功能強大，易于操作，界面人性化，技術(shù)創(chuàng)新，組件繁多是SolidWorks的五大特點。使得SolidWorks三維軟件成為目前全球領(lǐng)先的三維CAD解決方案。SolidWorks在設(shè)計時能夠為用戶提供不同的設(shè)計方案，通過方案的篩選，工程師能從中選擇合適的方案，從而在設(shè)計過程中降低設(shè)計的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計過程比較簡便又通俗易懂的軟件之一。它不僅提供如此人性化的系統(tǒng)，同時對每個工程師和設(shè)計者，乃至整個機械行業(yè)提供了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。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(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)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(wù)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(shù)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(quán)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(shè)計師大大縮短了設(shè)計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。由于SolidWorks出色的技術(shù)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(fēng)險投資商和股東，以一千三百萬美元的風(fēng)險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術(shù)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(shè)計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產(chǎn)品。 由于使用了Windows OLE技術(shù)、直觀式設(shè)計技術(shù)、先進的parasolid內(nèi)（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構(gòu)的近145，000名學(xué)生通過SolidWorks的培訓(xùn)課程。 據(jù)世界上著名的人才網(wǎng)站檢索，與其它3D CAD系統(tǒng)相比，與SolidWorks相關(guān)的招聘廣告比其它軟件的總和還要多，這比較客觀地說明了越來越多的工程師使用SolidWorks，越來越多的企業(yè)雇傭SolidWorks人才。據(jù)統(tǒng)計，全世界用戶每年使用SolidWorks的時間已達5500萬小時。在美國，包括麻省理工學(xué)院（MIT）、斯坦福大學(xué)等在內(nèi)的著名大學(xué)已經(jīng)把SolidWorks列為制造專業(yè)的必修課，國內(nèi)的一些大學(xué)（教育機構(gòu)）如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、大連理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)等也在應(yīng)用SolidWorks進行教學(xué)。Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks有功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點，這使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)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，而且對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。 SolidWorks在現(xiàn)今社會階段逐漸廣泛應(yīng)用，并且SolidWorks公司對中國市場重點開發(fā)，日后SolidWorks應(yīng)用將會更加完善，更加普遍。通過前文對SolidWorks的深入了解后，往后會對SolidWorks進行個別應(yīng)用的分析，如建模，裝配，工程圖，力學(xué)分析等。 第2章 電渦流緩速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.1 電渦流緩速器的總體方案圖 電渦流緩速器是電渦流緩速裝置的主要總成。該制動器由定子和轉(zhuǎn)子組成，數(shù)個鐵芯和線圈組成定子組，裝在汽車兩縱梁之間。轉(zhuǎn)子由兩個帶冷卻葉片的鑄鐵轉(zhuǎn)子盤和轉(zhuǎn)子軸組成，與汽車傳動軸相接，并隨其轉(zhuǎn)動，其中電渦流緩速器的總體方案圖如下圖所示： 2.2 電渦流緩速器的工作原理 本次設(shè)計的電渦流緩速器簡單地講其工作原理是：利用電磁學(xué)原理把汽車行駛的動能轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)掉，從而實現(xiàn)汽車的減速和制動。 電渦流緩速器制動力矩的產(chǎn)生具體過程是：當(dāng)駕駛員接通緩速器的控制手柄(或踩下制動踏板)開關(guān)進行減速或制動時，電渦流緩速器的勵磁線圈自動通以經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電流而勵磁，產(chǎn)生的磁場在定子磁極、氣隙和前后轉(zhuǎn)子盤之間構(gòu)成回路，如圖2-9所示。磁極磁通量的大小與勵磁線圈的匝數(shù)以及所通過的電流大小有關(guān)。這時在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子盤上，其內(nèi)部無數(shù)個閉合導(dǎo)線所包圍的面積內(nèi)的磁通量就發(fā)生變化(或者說其內(nèi)部無數(shù)個閉合導(dǎo)線就切割勵磁線圈所產(chǎn)生的磁力線)，從而在轉(zhuǎn)子盤內(nèi)部產(chǎn)生無數(shù)渦旋狀的感應(yīng)電流，即渦流以磁極的正上方為界，在轉(zhuǎn)子盤內(nèi)就會分別產(chǎn)生磁通正在減少和磁通正在增加的兩種渦流，其方向相反。一旦渦電流產(chǎn)生后，磁場就會對帶電的轉(zhuǎn)子盤產(chǎn)生阻止其轉(zhuǎn)動的阻力(即產(chǎn)生制動力)，阻力的方向可由弗萊明(Flemin)左手法則來判斷。阻力的合力沿轉(zhuǎn)子盤周向形成與其旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩，如圖2一10所示。同時渦流在具有一定電阻的轉(zhuǎn)子盤內(nèi)部流動時，會產(chǎn)生熱效應(yīng)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)熱。這樣，車輛行駛的動能就通過感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為熱能，并通過轉(zhuǎn)子盤上的葉片產(chǎn)生的強勁風(fēng)力將熱量迅速散發(fā)出去。 圖2—11是在試驗系統(tǒng)上測得的某電渦流緩速器四個不同檔位上產(chǎn)生的制動力矩隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的特性曲線。從特性曲線上可以看出力矩隨轉(zhuǎn)速增加而迅速增大，達到一定轉(zhuǎn)速時有極大值，而后隨著轉(zhuǎn)速增加制動力矩略有下降。這主要是由于渦流去磁效應(yīng)影響的結(jié)果。 2.3電渦流緩速器的安裝位置 一般對于發(fā)動機前置的貨車，緩速器安裝在傳動軸之間，定子固定通過連接支架固定在貨車底梁上。而對于發(fā)動機后置的客車，緩速器的定子殼體用支架固定在變速器輸出端端蓋上。還可將其裝于主減速器上。 第3章 機械傳動部分的設(shè)計計算 3.1 轉(zhuǎn)子軸的設(shè)計計算 軸是組成機械的重要零件之一，它是安裝各種傳動零件，使之繞其軸線轉(zhuǎn)動傳動轉(zhuǎn)矩或回轉(zhuǎn)運動，并通過軸承與機座相聯(lián)接。軸與其上的零件組成一個組合體—軸系部件，在軸的設(shè)計中不能只考慮軸本身，必須和軸系零、不見的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。 由于振動輸送所用的軸即傳遞扭矩又承受彎矩，所以我所設(shè)計的階梯軸為轉(zhuǎn)軸，由于小帶輪已經(jīng)設(shè)計好，大帶輪的尺寸也就定了，只剩下軸徑的確定，軸的初步設(shè)計是根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度，校核彎曲強度，由于軸的材料很多，主要根據(jù)軸的使用條件，對軸的強度、剛度、和其他機械性能等的要求，采用熱處理方式，同時考慮制造加工工藝并力求經(jīng)濟合理，通過設(shè)計計算來選擇軸的材料，選用最常見的45#鋼作為軸的材料,且其需用切應(yīng)力為40MPa 軸與其上的零件組合成一個組合體，在軸的設(shè)計中不能只考慮軸本身，必須和軸系零部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在初算軸徑的基礎(chǔ)上進行的。為滿足軸上零件的定位、緊固要求和便于軸的加工和軸上零件的裝拆，通常將軸設(shè)計成階梯軸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是合理確定階梯軸的形狀和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的材料選用45號鋼，為保證其力學(xué)性能，進行調(diào)質(zhì)或正火處理。 1、初步計算軸的直徑 按照扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑，寫成設(shè)計公式，軸的最小直徑mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入設(shè)計公式得=32.26mm?？紤]到軸上有鍵槽以及其他因素的影響，應(yīng)適當(dāng)增加軸徑以補償鍵槽對軸強度的削弱。取軸的直徑d為40mm，即最右端裝帶輪處的直徑為40mm。裝有密封元件和滾動軸承處的直徑，應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸上兩個支點的軸承，應(yīng)盡量采用相同的型號，便于軸承座孔的加工。相臨軸段的直徑不同形成軸肩。當(dāng)軸肩用于軸上零件定位和承受軸向力時，應(yīng)具有一定的高度，軸肩處的直徑差一般取5—10mm，這里軸肩出的直徑差選擇5mm，然后協(xié)調(diào)各段軸的長度，考慮到要裝軸承座和機構(gòu)的合理性，還有螺釘?shù)鹊拈L度及其他各方面的因素，初步確定軸的各段長度。 3.2 軸承的設(shè)計計算 根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計壽命16×365×8=48720小時； (1）已知nⅡ=458.2r/min?兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N； 初先兩軸承為深溝球軸承6204型。 根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N； (2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0? 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端 FA1=FS1=315.1N???FA2=FS2=315.1N； (3)計算當(dāng)量載荷 P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取f?P=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；? P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；? (4)軸承壽命計算 ∵P1=P2故取P=750.3N；? ∵深溝球軸承 ε=3；? 第4章 電渦流緩速器的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)設(shè)計 4.1文獻所提到的模型 從國外的文獻來看，有關(guān)電渦流緩速器計算和仿真的模型有很多，其中最早的模型是1942年的Smytheuq模型，他給出了一個最基本的模型。1983年Bigeontgl用有限元的方法對其進行了求解，以后陸續(xù)有學(xué)者對運動導(dǎo)體下的導(dǎo)體電渦流分布進行了數(shù)值算法的具體研究。1991年Wouterse¨刮提出的模型，對電渦流緩速器定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對制動力矩的影響進行了研究，并給出了影響公式。還有其他的學(xué)者也做了這方面的工作。國外的這些學(xué)者，大都通過實驗對自己提出的理論進行了驗證，并通過實驗，研究各個參數(shù)變化對制動力矩的影響。 4.2 J．H．Wouterse模型 當(dāng)電渦流緩速器的轉(zhuǎn)子盤旋轉(zhuǎn)時，便產(chǎn)生一個與作用在轉(zhuǎn)子盤上的磁場強度和運動速度相垂直的電場E=v×B。如果這個速度相對于關(guān)鍵速度比較低的話，那么，由渦流電場產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場就和源磁場強度Bo。相比較低?？梢约俣ㄗ饔迷谵D(zhuǎn)子盤上的磁場強度等于Bo。我們可對轉(zhuǎn)子盤上的電流模式作一個理想假定。假設(shè)轉(zhuǎn)子盤繞磁極旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的電流分布如下圖所示。 圖3-2電渦流緩速器幾何模型和低速下渦流的理想流向 無論是通過理論或是實驗，都可得出當(dāng)后，轉(zhuǎn)子盤的直徑超出磁極的尺寸對制動力矩的影響變小，83％的制動力矩都可在域獲得。當(dāng)圓盤高速旋轉(zhuǎn)時，由渦旋電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度減弱了由電磁線圈所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度，這使得制動功率p=Tw切趨向于一個常量。通過對不同速度下磁極下的磁感應(yīng)強度進行實驗，可得出下面的結(jié)論。(1)在速度較低的情況下，磁場強度與轉(zhuǎn)子盤靜止時的磁場強度相差不是太大。進入磁極的部分磁場強度稍低于磁極的未端其磁場強度稍。(2)在某一速度下，將產(chǎn)生最大制動力矩。此時，盡管在磁極的未端磁感應(yīng)強度高于磁極下的平均磁感應(yīng)強度已經(jīng)很明顯的低于。(3)在高速下，磁感應(yīng)強度下降得更快。實驗表明當(dāng)速度是關(guān)鍵速度的三倍時，其磁極下的平均磁場強度已經(jīng)減少到四分之一。依據(jù)以上的觀察，Wouterse提出了下面的高轉(zhuǎn)速時的計算公式： 在Wouterse的建議里也運用了另外的在高轉(zhuǎn)速區(qū)域已知的現(xiàn)象：制動力與1成正比，他修正了在高轉(zhuǎn)速時的模型，使得這一特性得以突出，因此模型在高轉(zhuǎn)速區(qū)域時變地更加與實驗結(jié)果相接近。盡管Wouterse的模型給出了一個在高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速區(qū)域全面的解決方法， 但高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速區(qū)域時必須用兩種不同的表達式。但從模擬和控制的角度來看，在確定劃分高低轉(zhuǎn)速區(qū)判斷臨界轉(zhuǎn)速或過渡區(qū)域時存在著困難。正如Wouterse在他的文章里指出的那樣，方程(3．5)中的比例因子是不能準(zhǔn)確獲得的，被估計為一個固定的值。當(dāng)?shù)恼`差為10～20％時，就能引起方程(3．5)的10％誤差。 4.3綜合文獻模型后提出的計算公式 4.3.1制動功率的理論推導(dǎo) 由于國外文獻中公式的系數(shù)是根據(jù)實驗值，結(jié)合理論推導(dǎo)計算出來的，而我們?nèi)鄙龠@些實驗數(shù)據(jù)，故從他們設(shè)計的思路出發(fā)，考慮其中各個因素的影響，一是他們對電流值的近似處理，一是對作用在轉(zhuǎn)子盤上的磁場的處理，得出了自己的制動力矩的公式。從能量轉(zhuǎn)換角度講，電渦流緩速器的工作過程是在電磁鐵勵磁的作用下，通過在轉(zhuǎn)子盤上產(chǎn)生渦流進而引起渦流損耗，將制動或減速時的機械能轉(zhuǎn)化為熱能，再散發(fā)到空氣中。因而，從分析轉(zhuǎn)子盤的渦流損耗，可以得到緩速器制動時的功率。在分析電渦流緩速器制動功率的過程中，作如下簡化和假定：①電磁繞組產(chǎn)生的磁通只分布在直徑為d的磁軛圓形面積內(nèi)，不考慮其漏磁情況：②前后轉(zhuǎn)子盤簡化為兩塊環(huán)狀的金屬盤；③各導(dǎo)磁材料的相對磁導(dǎo)率為常數(shù)，且不考慮磁路的磁飽和以及磁滯耗損的影響。 如圖3．4所示，在轉(zhuǎn)子盤上與磁極相對應(yīng)的圓形區(qū)域I，其磁通量為式中Sp為磁極的磁軛面積，也就是氣隙的作用面積：勵磁電磁鐵和轉(zhuǎn)子盤間氣隙磁場的磁感應(yīng)強度B應(yīng)是電磁鐵勵磁和渦流去磁的共同作用的結(jié)果。這個圓形區(qū)域在轉(zhuǎn)子盤旋轉(zhuǎn)過程中，其磁通量是不斷變化的，從圖3-4位置(I一Ⅱ)來看，可以認(rèn)為其是按coswt變化的。將上述圓形區(qū)域I視為若干個半徑r大小不同的，寬度為dr，厚度為△h的金屬圓環(huán)(如圖3-4所示)構(gòu)成的，通過此環(huán)的磁通為，式中 為磁通量， 隙磁場的磁感應(yīng)強度，T： w——磁場變化角速度，rad／s。 磁場變化角速度。 第5章 電渦流緩速器的功能參數(shù)設(shè)計 在電渦流緩速器的設(shè)計中，緩速器的最大制動力矩是此產(chǎn)品的最重要的一個參數(shù)，而且設(shè)計能力的高低主要看在較高的制動轉(zhuǎn)矩下，如何使產(chǎn)品的總重量較輕。對于某一給定的最大制動力矩，在設(shè)計時可由公式(3—49)進行大致推導(dǎo)。 4.1車型選擇 1.選取車型進行參數(shù)設(shè)計。我選取的車型是HFF6101K82D安凱營運客車。用到參數(shù)如下： 輪胎規(guī)格：10R22.5 總質(zhì)量：13.2t 最高車速：115km/h 外形尺寸：9895×2480×3404/3304(mm) 底盤參數(shù)：長：9685 寬：2395 2. 客車驅(qū)動橋離地間隙：一般中大型車離地間隙范圍是210-290.這里取290. 4.2緩速器模型選擇 1.根據(jù)總質(zhì)量=13.2t選擇緩速器型號，參照特爾佳M5-15 外形 總重 工作電壓 （V） 最大電 流（A） 最大制動力矩 適用車輛 線圈匝數(shù) M5-15 554524303 185 24 100 1500 12-18 320 安裝在傳動軸之間。 4.3緩速器參數(shù)設(shè)計與校核 1.氣隙 轉(zhuǎn)子盤與定子之間相對轉(zhuǎn)動，必須要有一定的氣隙，它是電渦流緩速器的一個非常重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于空氣的相對磁導(dǎo)率約為1，所以即使很小的氣隙所產(chǎn)生的磁阻也非常大。從減少磁阻角度講氣隙越小越好，這樣在勵磁繞組上所需的勵磁磁動勢，勵磁功率均可小些，而且勵磁繞組的耗銅量也可較少。除此之外，氣隙減小還可使得“臨界轉(zhuǎn)速”減小，從而使電渦流緩速器的最大制動力矩向低速方向移動，而且最大制動力矩隨之增大。但氣隙的確定還必須考慮機加工、裝 配公差和高速下機械可靠性，以及轉(zhuǎn)子、定子受熱后的熱膨脹的影響，從這些角度講氣隙大些為好。故需要考慮各因素綜合而定，不同結(jié)構(gòu)形式電渦流緩速器氣隙一般在0．7～1.70mm之間。一般是緩速器體積越大，氣隙也越大。在這里選擇1.5mm. 2.磁感應(yīng)強度的確定 通常在設(shè)計初始時B可取1.1～1.4T，這里取1.2T設(shè)轉(zhuǎn)速為2200r/min，則轉(zhuǎn)子盤的旋轉(zhuǎn)角速度=230.27rad/s 3.車輪半徑等于571.5mm 4.轉(zhuǎn)子盤鐵心材料選用低碳鋼高電導(dǎo)率，低電阻率。鐵心四對八個。 5.為扇形磁軛的圓心角一般取28-32度。這里取30度。 低碳鋼比熱容：502.4j（kg.k） 密度：7850kg/ ——轉(zhuǎn)子許用溫升計算時取400度=673k 6.取氣隙作用面積Sp=11000則：Sp=,所以鐵心直徑為0.12m 7.轉(zhuǎn)子盤內(nèi)外半徑：內(nèi)半徑R1==160mm 外半徑R2==280mm 8.轉(zhuǎn)子盤的厚度h,取h=18mm 9.聯(lián)軸器選擇 CY7 CYS7 CYH7 公稱轉(zhuǎn)矩 許用轉(zhuǎn)速 軸承直徑 軸承外徑 D D1 b b1 s 1600 6000 50 110 160 90 40 56 8 10.軸承尺寸 軸承代號 尺寸 d D B Rmin L2 6210 50 90 20 1.1 100 11. 軸的強度計算 材料 碳素鋼 600 200 95 55 按彎曲合成強度計算： 其中W--抗彎截面模量，抗扭截面模量。 結(jié)論 本文所設(shè)計的汽車緩速器的設(shè)計原理較為簡單，功能比較突出，通過構(gòu)思，實施，計算，畫圖，論文總算完成了。在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時，也學(xué)到了很多做人的道理，明確了人生目標(biāo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識，實事求是的作風(fēng)，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 參考文獻 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 19.Abhinandan Jain and Guillermo Roderguez. An Analysis of the Kinematicsnd Dynamics of Underactuated Manipulators. 致謝 當(dāng)我寫到這里的時候，我心里是別提有多么的開心，不管前面的對與錯，總之，我覺得自己做到這里已不錯了，感謝我的老師和幫助我的同學(xué)一起到圖書館查資料的那些同學(xué)們，要不是你們恐怕我現(xiàn)在真不知道自己能做到哪里，首先您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上對我以精心的指導(dǎo)，同時還在我改寫論文時給我鼓勵和支持，從這點看出老師當(dāng)初選你當(dāng)我的老師我是明智的，而且，通過這次寫論文我知道遇到什么事總要靠別人來完成，現(xiàn)在我覺得這種想法是我錯啦，也許自己做的比那些人做的會更好，同時，我要把這種態(tài)度放到工作當(dāng)中，我相信我自己一定可以比別人做的出色。說實話，我從開始認(rèn)真做畢業(yè)設(shè)計的時候，才領(lǐng)悟到知識確實是種強大的工具，我現(xiàn)在想來前面失去的，我想在通過在工作中補回來，想到這里自己說了句“呵呵”，但是話說回來，這次的畢業(yè)設(shè)計我花了挺大的功夫，雖然是苦，但心里挺開心的，我想如果大學(xué)這四年我好好來利用它的話，我的畢業(yè)設(shè)計不談在班里第一個交，最少也在前十個人之前交，最后在這里衷心的對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)的幫助。 27