载重卡车轮胎耐久试验机开发毕业论文

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1、毕业论文（设计）论文（设计）题目： 载重卡车轮胎耐久试验机开发姓 名 学 号 200900162122 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化年 级 2009级 指导教师 2013年6月1日山东大学本科毕业论文（设计）成绩评定表(指导教师用)学院机械工程学院年级、专业2009机械制造及自动化学生姓名刘阳学号200900162122毕业论文（设计）题目：载重卡车轮胎耐久试验机开发指导教师评语及成绩评定成绩评定标准评分项目分值得分选题质量20%1符合专业培养目标62注重与学科发展或社会要求结合63 拟解决的关键问题明确8能力水平50%5查阅文献资料能力106研究方案的设计能力107研

2、究方法和手段的运用能力108外文运用能力109分析问题和综合运用知识的能力10成果质量30%10写作水平1011写作规范与学术道德512篇幅513成果的理论或实际价值10指导教师评语：成绩： 指导教师签名： 年 月 日 山东大学本科毕业论文（设计）成绩评定表（答辩用表）学院机械工程学院年级、专业2009机械制造及自动化学生姓名刘阳学号200900162122毕业论文（设计）题目：载重卡车轮胎耐久试验机开发答辩小组评语及成绩评定成绩评定标准评分项目最高分评分1论文（设计）质量水平论文（设计）结构严谨，逻辑性强，有一定的学术价值或实用价值，有创新点；文字表达准确流畅，论文格式规范；图表、图纸规范，

3、符合规定要求5046 40-4535-3930-34302论文（设计）质量报告水平思路清晰；概念清楚；语言表达准确；报告在规定时间内完成201816-1814-1512-13123答辩情况回答问题有理有据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有深度302724-2621-2318-2018答辩小组评语：答辩成绩：答辩组长、成员（签名）： 年 月 日论文（设计）总成绩论文（设计）总成绩：论文（设计）成绩等级：注：1、论文（设计）总成绩=指导教师评定成绩（50%）答辩成绩（50%）2、论文（设计）成绩等级：优秀（90分以上），良好（80-89分），中等（70-79），及格（60-69），不及格（60分

4、以下） 山东大学本科毕业论文目录摘要IVABSTRACTV第一章 绪论- 1 -1.1 引言- 1 -1.2 轮胎耐久试验机简介- 2 -1.3 国内外轮胎耐久试验机发展及现状- 2 -1.4课题意义- 3 -1.5本课题研究主要内容- 3 -第二章 轮胎试验台总体方案介绍- 4 -2.1 轮胎试验机各组成系统介绍- 4 -2.1.1 主传动系统- 4 -2.1.2 液压加载系统- 5 -2.1.3 机架及防护装置- 5 -2.1.4 控制系统- 5 -2.2 电机选型- 6 -2.3 本章小结- 7 -第三章 试验机重要组成部分计算说明- 8 -3.1 设计任务- 8 -3.2 试验机技术参

5、数- 8 -3.3 主传动总体方案设计- 8 -3.3.1 平面布置简图：- 8 -3.3.2 选电机- 9 -3.4 V带传动设计计算- 10 -3.4.1 确定V带型号和带轮直径- 11 -3.4.2 计算带长- 11 -3.4.3 求中心距和包角- 12 -3.4.4 求带根数- 12 -3.4.5 轴上载荷- 13 -3.4.6V带尺寸- 14 -3.5 转鼓主轴的设计，计算与校核- 14 -3.5.1 轴的材料及性能- 14 -3.5.2 轴的尺寸估算- 15 -3.5.3 估算转鼓，皮带轮的重量- 15 -3.5.4 画轴的受力图- 16 -3.5.5 计算支撑反力- 17 -3.

6、6 主轴轴承的选择与校核- 21 -3.7 导轨选型与寿命计算- 22 -3.8 试验机液压系统设计- 27 -3.8.1 设计要求- 27 -3.8.2 负载分析- 28 -3.8.3绘制负载循环图与运动分析图- 29 -3.8.4确定液压系统主要参数- 29 -3.8.5液压缸在各阶段压力、流量、功率值- 31 -3.8.6绘制液压缸工况图- 31 -3.8.7拟定系统原理图- 32 -3.8.8液压元件的选择- 34 -3.8.9液压系统性能估算- 36 -3.9本章小结- 38 -第四章 试验机重要零部件三维结构设计- 39 -4.1转鼓主轴与工位轴的三维结构- 39 -4.1.1轴的

7、类型- 39 -4.1.2轴的材料- 39 -4.1.3轴的处理- 39 -4.1.4轴上零件定位方式- 39 -4.2机架设计- 40 -4.2.1机架设计要求- 40 -4.2.2机架材料及热处理- 41 -4.3试验机装配单元- 43 -4.3.1主传动装配体- 43 -4.3.2工位滑台装配体- 43 -4.4本章小结- 44 -第五章 试验机各部位润滑方式- 45 -5.1润滑的目的- 45 -5.2选用润滑剂考虑因素及选用原则- 45 -5.3润滑剂选用- 46 -5.4本章小结- 47 -第六章 总结与展望- 48 -6.1总结- 48 -6.2展望- 49 -致谢- 50 -参

8、考文献- 51 -英文文献翻译- 53 -III摘要耐久性是轮胎性能的重要指标之一。 由于轮胎耐久性能差导致大型载重卡车在运行过程中发生爆胎事故已屡见不止，造成巨大的经济损失和人员伤亡。 因此对轮胎耐久性进行测试，是提高载重卡车安全性能的必要工作。本文就是以目前存在的情况为背景确定的研究课题。目的在于设计一台载重卡车轮胎耐久试验机，通过立项调查、实地参观、搜集资料确定整机方案并对试验机重要组成部分进行相关的强度校核、寿命计算，同时，为保证试验机试验压力的精确控制而特意重点的设计以液压伺服闭环加载为主要特点的液压系统，通过计算为试验机的性能提供数字依据。在此基础上，设计试验机主要零部件的三维结构

9、，根据结构设计及使用条件，工作环境，负载性质选择合适的润滑方式。本试验机主要包括主传动系统，液压加载系统，机架及防护装置，控制系统。关键词：载重轮胎耐久试验机，强度校核，液压系统设计，三维结构设计ABSTRACTThe endurance of a tire is one of the important characteristics of the tire. As the poor endurance of the tire, large number of the accidents caused by the tire burst have happen to the large lo

10、ading truck during the driving, leading to the large economic losses and human casualties. So testing the tires endurance is necessary to improve safety performance of the truck. This article is to present research topics identified for the background.The purpose is design a loading truck tire endur

11、ance testing machine, through project investigation, field visited, and collected information determines machine program. Then for the test machine important part ,I did some related strength check and life calculation, while, to insure the test machines test pressure under the precise control, I tr

12、y my best to design the hydraulic servo close-loop loading for main features of hydraulic system. The calculation can provide digital basis to the performance of the test machine. On this basis, design the testing machines main parts of three-dimensional structure, according to the design and condit

13、ions of use, the working environment, load characteristics select the appropriate lubrication method.The testing machine mostly consists of main drive system, hydraulic loading system, rack and protective devices, the control system.Key words: truck tire endurance testing machine, strength check, hy

14、draulic system design, three dimensional structure design.- 70 -第一章 绪论1.1 引言近年来,随着汽车业日新月异的发展,轮胎业的国际间的竞争愈加激烈,轮胎新产品的开发的周期越来越短,再加之环保及节能的要求,使国内大型的轮胎厂将轮胎耐久性能的测试作为衡量产品性能的重要测试指标,以便与国际轮胎业接轨,在参与国际间轮胎配套权的竞争中占有一席之地轮胎是保证汽车行驶的主要部件，作为汽车唯一与路面直接接触的部件,其重要性是不言而喻的。轮胎通常安装在金属轮辋上，能支承车身，缓冲外界冲击，实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎常在复杂和苛刻

15、的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。汽车轮胎的性能直接影响到汽车的安全性。轮胎的性能指标主要包括承载能力，高速性能，高速耐久性，胎面耐磨性能，胎面耐屈挠性能，乘坐舒适性能和行驶安全性能。具体分为牵引性、滚筒阻力、力和力矩、噪声、气压保持、均匀性和平衡性等方面。耐久性是轮胎性能的重要指标之一1。 由于轮胎耐久性能差导致大型载重卡车在运行过程中发生爆胎事故已屡见不止，造成巨大的经济损失和人员伤亡。 因此对轮胎耐久性进行测试，是提高汽车安全性能的必要工作。本文就是

16、针对目前存在的问题进行的有针对性的设计，设计一台载重卡车轮胎耐久试验机，来实现对载重卡车轮胎的测试，使载重卡车在运行过程中有可靠的安全依据，为生产载重卡车轮胎的生产厂家提供一份技术参考。1.2 轮胎耐久试验机简介轮胎耐久试验机2是通过伺服电机驱动滚筒旋转，轮胎由液压缸驱动加载到旋转中的滚筒外表面并与之接触保持一定的压力，轮胎由滚筒带动旋转，通过测试系统将测试数据传到PLC计算机程序进行处理从而得出试验轮胎的耐久性能等特性参数。耐久试验机大体分为两种类型：卧轴式和立轴式。目前国内外大多采用卧轴式，以更好的模拟轮胎在路面上运行时的各种状态2,814。试验机大多由主传动系统、轮胎加载装置、液压驱动系

17、统、防护装置、测试传感系统及计算机数据处理系统组成。1.3 国内外轮胎耐久试验机发展及现状轮胎耐久试验机的功能是测试轮胎在各种模拟路面上高速运行时的性能。近年来，国际上不断涌现许多新型的高性能、多功能的轮胎试验机。1999年，德国Beissbarth公司开发了一种称作MTT2100微型轮胎试验机的新型轮胎试验装置。2001年4月，世界著名的轮胎制造商荷兰VMI公司生产出通用轮胎试验机，该仪器可用于普通车胎和工程载重车胎，可进行负荷变形试验、强度脱圈试验、压穿试验和接地印痕试验四种轮胎性能测试。我国的轮胎试验机研究工作起步较晚，早期主要依靠引进国外设备。近年来，在轮胎试验机的设计和研究方面也有了

18、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试验机，如天津赛象科技股份有限公司的轮胎高速耐久试验机、天津久荣轮胎有限公司，青岛双星轮胎工业有限公司等等。其中，天津久荣轮胎有限公司试验机技术还算成熟。但是，目前国内的轮胎试验机的加载系统研制都不尽如人意，无法很好地实现响应快速、超调量小、控制精确的要求。究其原因，无非是机械加工、装配精度，施力系统，以及控制其设计等多方面综合因素的影响等多方面综合因素的影响3,2124。1.4课题意义载重卡车轮胎耐久试验机开发是我山东大学机械学院冯显英教授与我国知名企业青岛双星轮胎工业有限公司合作的一个项目，目的在于通过本课题的

19、研究丰富耐久试验机开发方面的理论知识，为后续的设计开发积累经验，使轮胎耐久试验方面的理论日趋完善，拓宽耐久试验机设计的视野。同时，为各轮胎生产厂家提供新型的轮胎耐久试验机，在解决传统试验机本身的缺点外，提供一种测试数据真实可靠，自动化程度高，动力装置噪音小，产品成本低的轮胎耐久试验机。目前国内耐久试验机技术还不算成熟，与国外先进技术还有一段差距，虽然我国目前已有多家轮胎企业自主生产自己的耐久试验机，但是无法实现快速响应，精确控制等要求。所以，从提高自主创新能力，拥有自主知识产权角度来讲，积极开展本课题进行研究有助于增强我国的创新实力，生产出值得国民骄傲的试验机，赢得国内外市场的信任和占有率，提

20、高国民对国有产品的支持度，具有较高的理论研究意义和应用价值。1.5本课题研究主要内容为了能够满足轮胎耐久试验机的工况要求，以及试验机在试验时的可靠性等性能要求，本课题主要研究了一下内容：1) 试验机整体方案确定2) 确定试验机各传动系统的传动方式及轮胎加载方式3) 试验机重要组成部分的详细计算说明包括主传动系统的电机选型，主轴强度校核，轴承校核，直线导轨的选型与寿命计算，液压伺服闭环加载方式的液压系统原理设计与计算。4) 试验机各重要零部件的三维结构设计5) 试验机重要传动部件润滑剂及润滑方式的选择本文就是围绕上面研究内容展开分析研究的。第二章 轮胎试验台总体方案介绍本课题以载重卡车轮胎为主而

21、进行设计的，因为载重卡车轮胎较大，截面较宽，而且在运行过程中所承受的载荷较大，运行速度也较高，甚至存在运行路面状况恶劣等情况，为了使轮胎能够适应各种路况复杂的应用场合并能保证一定的耐久性安全性，所以本试验机采用转鼓卧轴式进行设计。这种卧轴式试验机将试验轮胎固定在滚筒壁外,通过转动滚筒来带动轮胎转动,以实现模拟轮胎高速运行。虽然实际的路面材料无法承受滚筒高速旋转产生的离心力,试验台与地面之间的摩擦特性通过在滚筒外表面涂抹抗磨材料与轮胎摩擦来实现,不能模拟真实的路面，但是却可以进行较高速度，较大载荷的耐久性能试验，对载重轮胎可以进行较好的耐久性能测试，可以满足应用要求，比较接近实际情况。具体开发目

22、标如下：1) 要求能够实现轮胎制动性能试验和告诉耐久性能试验2) 可以实现大范围的无级调速，试验速度范围15160KM/h。3) 试验载荷范围50100KN4) 轮胎加载压力及轮胎与转鼓外表面接触位置可以得到精确控制2.1 轮胎试验机各组成系统介绍2.1.1 主传动系统即转鼓系统，主传动是由驱动直流电机通过皮带降速传动，带动转鼓旋转，转鼓和大小皮带轮均应经过严格的动平衡测试。转鼓主轴前后分别装有脂润滑方式的日本NSK轴承，使转鼓和主轴能够自由旋转。电机采用置地式，即安装在固定在地面上的专用电机板上，电机轴端和转鼓轴端分别与小皮带轮和大皮带轮联接，皮带的松紧可通过左右平移电机板的位置来调整。2.

23、1.2 液压加载系统 毎工位的主要组成部分有滑胎总成，直线导轨、液压油缸、压力传感器及试验轮胎及轮辋总成等。加载油缸推动滑台使之沿直线导轨做往复直线运动，将安装在工位轴端部的试验轮胎压向转鼓或离开转鼓，其加载数值可由安装在滑台上的压力传感器传送到主控制柜，以实现载荷的现实和调节。加载滑台是由钢板制成的坚固的箱体结构，滑台地板安装在高精度的直线导轨上，可以平稳轻快的滑动。轮胎与加载油缸之间设有防护板，防止爆胎有可能损坏油缸及其他部件。毎工位后方均有一套气动刹车装置，无论轮胎在试验中是正常退回还是异常报警退回，刹车系统都会立即工作，在极短的时间内将轮胎制动，前提是压缩空必须正常供给。2.1.3 机

24、架及防护装置试验机机架部分的设计具有德国风格，由优质钢材制成，而且连接牢固，重要连接件均为高强度标准件，传动螺栓均为专门制造。2.1.4 控制系统控制系统包括直流调速闭环控制系统，主控制系统。直流调速闭环控制系统由SIENENS 6RA70直流调速装置完成，在总送电开关开启后，其使能的建立和撤销由主控制台控制。控制系统除了能够实现对轮胎耐久性能试验机所要求的各种控制功能外，还能够人机界面实现试验程序的输入和编辑功能，以及实验过程的状态打印，报警状态的打印，及试验报告及实验结果的打印。2.2 电机选型初步确定选用电机类型有助于后续计算及查阅相干文献的方便性。轮胎试验台属于室内工作,要求工作平稳、

25、噪音小、实验室隔音效果好，便于控制的设备,所以选择电动机作为动力装置。电动机的作用是将电能转换为机械能。合理选择电动机类型,对轮胎试验台有效的工作以及机组运行的可靠性、安全、节能及降低设备造价都有非常重要的意义。由4,2674-26801.电动机类型的选择要求电动机类型的选择要从实际工况的要求出发,考虑工作条件、负载性质、供电情况等,尽量满足各方面的要求：(l)机械特性由电动机类型决定的电动机的机械特性与试验台的工作机械特性配合要适当,试验台稳定工作;电动机的起动转矩、最大转矩等性能均能满足工作要求。(2)转速电动机的转速满足轮胎试验台的工作要求,其最高转速、转速变化率、调速、变速等性能均能适

26、应工作要求。（3）运行经济性从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型，对一些使用时间短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率；但另一些年利用小时数较高的机械就需要选用效率搞得电动机以降低总能耗。（4）价格低廉在满足工作要求的情况下，尽可能选用结构简单，运行可靠，造价低廉的电动机。本试验机选用直流电机的依据如下：直流电动机的最大优点是调速范围宽,调速特性平滑,具有非常好的调速性能。直流电动机可以在重负载条件下,实现均匀、平滑的无级调速,并且调速范围较宽。因此,直流电动机常常被

27、用于重负载下的起动或要求均匀调节转速的机械,对调速要求较高的生产机械(例如龙门刨床、锁床、轧钢机等)或者需要较大起动转矩的生产机械(例如起重机械、电力牵引设备等)都用直流电动机拖动。天津久荣轮胎耐久试验机就是选用的直流电动机。直流电动机在工作时需要接在直流电源上,不能直接使用电压为38OV的交流电。所以需要一套动力转换装置将交流电转换为直流电。同时直流电动机中存在换向器,其制造复杂,价格较高,维护也不方便。直流电机中换向器会产生电磁干扰,可能会影响试验数据信号采集系统的工作。2.3 本章小结本章主要度试验机的各个组成系统进行了介绍，包括主传动系统，液压加载系统，机架防护装置，控制系统等。根据工

28、作条件，使用要求，负载情况在查阅相关文献的基础上从机械特性、转速、运行经济性、价格方面考虑选用直流电动机，并对直流电动机的优缺点进行了详细分析，并参考国内同类试验机的电机选型最终确定本试验机选用直流电动机可以满足各项要求。最终确定方案为主传动为带传动，辅助加载采用液压伺服闭环加载。本方案的确定为后续的计算提供了依据。第三章 试验机重要组成部分计算说明3.1 设计任务设计一台载重卡车轮胎耐久试验机，3.2 试验机技术参数转鼓直径宽度：1707.6500，试验载荷:MAX100KN,加载方式：液压伺服闭环加载 试验轮胎胎圈直径：1624.5，轮胎外径范围：6001350，试验轮胎端面宽度500，试

29、验轮胎最小动半径270，试验速度范围15160KM/h，试验工位：2个，工作电压380V，50HZ。3.3 主传动总体方案设计3.3.1 平面布置简图：本试验机主传动系统为带传动，由电机通过V带传动直接带动转鼓主轴旋转，传动方案如下：此传动系统通过电机带动V带传动带动转鼓主轴旋转，从而令转鼓以一定的速度旋转，转鼓通过摩擦力使与之接触的轮胎旋转，模拟轮胎在平直路面之间的运动，通过计算机程序就可测出试验轮胎的耐久性能。3.3.2 选电机转鼓主动，轮胎从动，转鼓与轮胎之间的摩擦为滚动摩擦，由于试验机模拟的是轮胎在平直路面上的运行情况，所以查轮胎与沥青路面的滚动摩擦系数为=0.012（新轮胎）。按同时

30、试验两个工位，并按最大载荷加载，最大速度运行选取电机。所以，转鼓所承受的转矩为 (3-1) (3-2)转鼓功率： (3-3)电机经过带传动，一对滚子轴承传动至转鼓轴，查机械设计课程设计9页表2-2知 由此电机功率为： (3-4)查4,3054表31-1094选用电机：表3-1 电机型号与主要参数电机型号额定功率PM额定转速nsZ2-111160KW1500r/min计算传动比V带传动比 i=1500511.29=2.93 （3-5）各轴转速及功率电机轴 转速: 转鼓轴 （3-6）转速： （3-7）电机轴输出转矩： （3-8）转鼓轴转矩： （3-9）3.4 V带传动设计计算电机Z2-111 功率

31、,转速 每天工作小于10h，工作运行平稳3.4.1 确定V带型号和带轮直径工作情况系数查5,188表11.5 每天工作小于10h,运行平稳， 取KA=1.计算功率 （3-10）选带型由文献5图11.16 5选取窄V带SPB型号带小带轮直径由表11.65 SPB型带最小直径 D=140250MM，取取滑动率大带轮直径 (3-11)取大带轮转速 (3-12)取3.4.2 计算带长求 (3-13)=488mm求 (3-14)初取中心距0.7(D1+D2)a2(D1+D2) 即751.52a，所以算用23132K轴承合适。3.7 导轨选型与寿命计算选用SHS45C型直线滚动导轨，挂壁使用，基本额定动载

32、荷C=82.8KN,C0=126KN。轮胎加载时有液压缸驱动，采用匀变速，匀速方式加载运行估算轮胎最大质量M1=200Kg，F=Mg=1960N。滑台质量M2=150Kg，W=Mg=1470N。导轨使用条件：图3-9 导轨使用条件示意图滑台加载速度运行图：V=0.5m/s，t1=0.05s，t2=3s,t3=0.15s图3-10 滑台速度运行图加速度a1=10m/s2,a2=3.3m/s2,行程ls=1550mm。匀速时径向负荷大小 （3-50）水平方向 （3-51） （3-52）左行加速时径向负荷 （3-53）水平方向 （3-54） （3-55）左行减速时径向负荷 （3-56）水平方向 （3

33、-57） （3-58）右行加速时径向负荷 （3-59）水平方向 （3-60） （3-61）右行减速时径向 （3-62）水平 （3-63） （3-64）合成负荷匀速时 （3-65） （3-66）左行加速 （3-67） （3-68）左行减速 （3-69） （3-70）右行加速 （3-71） （3-72）右行减速 （3-73） （3-74）静安全系数由上可知，滑块上最大负荷是左行加速时第1第3和右行加速时第2第4滑块上产生 （3-75）平均负荷（3-76） （3-77）额定寿命 （3-78） （3-79）可知导轨的寿命为滑块1和滑块3 的寿命，为1517451km。查THK公司产品技术手册选用SHS

34、45C 2UU KKHH+1830L P-型THK直线滚动导轨。图3-11滑块外形图 图3-12 滑块与导轨配合示意图图中各尺寸数据可查阅THK公司产品信息手册得到。 图3-13 THK直线导轨滑块与导轨技术图表3.8 试验机液压系统设计3.8.1 设计要求设计以轮胎耐久试验机的轮胎加载系统，已知，轮胎与滑台总质量m=250kg取g=9.8N/Kg。液压缸机械效率m=0.9，最大加载压力F=100KN, 工作循环为：快进加载保持压力快退原为停止。导轨采用THK公司SHS45C型直线滚动导轨，导轨额定长度1830mm，滑台行程长度400mm，加载时为静止保压，快进快退速度为50mm/s，启动制动

35、时间0.05s，要求运行平稳可靠，华泰与转股接触时压力应保持恒定。3.8.2 负载分析液压缸水平布置，与滑台中心线重合，所以运行过程中只存在导轨摩擦阻力Ff,惯性力Fa，工作负载Fw（挤压力）。查THK滚动导轨SHS型摩擦系数表图3-14 THK各种直线导轨摩擦系数表取摩擦系数=0.002。其中FW=100KN, ,。表3-2 液压缸各工作阶段负载值工作阶段计算公式结果启动加速阶段F=(Ff+Fa1)/ m396.5N快进快退阶段F=Ff/m7.62N减速制动阶段F=(Ff-Fa2)/ m-432.9N静止保压阶段F=FW100KN3.8.3绘制负载循环图与运动分析图图3-14 液压缸各阶段负

36、载循环图运动分析图3-15 液压缸运动分析图3.8.4确定液压系统主要参数由液压与气压传动211页表9.3，初取液压缸的工作压力10MPa，选用单出杆活塞缸差动连接方式实现快进快退。设液压缸有效面积为A1和A2，且A1=2 A2即d=0.707D，因加载轮胎时V=0，轮胎与转鼓接触，所以可以不考虑回油腔的背压力。由加载保压时的平衡方程, （3-80）故液压缸内径 （3-81）查文献4,2654表30-104对D取圆整取D=110mm由d=0.707D,知d=77.72mm，圆整取d=80mm。有效工作面积 （3-82） （3-83）节流调速最小稳定流量q=0.05L/min，Vmin=0.5m

37、/s。满足AQmin。液压缸活塞螺纹M803，L=95mm。3.8.5液压缸在各阶段压力、流量、功率值差动时，有杆腔压力大于无杆腔，取两腔间回路及阀上的压力损失为0.5MPa，则P2=P1+0.5。表3-3 液压缸各阶段压力、流量和功率值工作循环计算公式负载F/N回油背压P2/MPa进油压力P1/MPa输入流量q1/（10-3/s）输入功率P/KW快进启动加速396.50.52恒速7.620.450.250.11静止加载保压1000000.510.7600快退启动加速396.50.51.14恒速7.621.060.2250.2393.8.6绘制液压缸工况图图3-16 液压缸工况图3.8.7拟定

38、系统原理图1) 调速回路因为对轮胎施加的100KN试验压力滑台处于静止状态，且液压缸锁死快进快退时所受负载较小，功率较小，所以采用进油节流调速回路。（如图3-17）2) 泵供油回路因系统在整个循环过程中大部分时间用于对轮胎试验，此时液压缸锁死，换向阀处于中位，此时系统内流量为零，二期约快进快退过程压力小，流量低所以采用单泵供油。（如图3-17）3) 速度换接回路本系统负载情况简单，没有速度变化较大的场合，所以不许用速度换接回路4) 换向回路为了换向平稳，采用电液换向阀，为便于实现中位停止与差动连接，采用三位四通换向阀（如图3-18）5) 压力控制回路 系统压力由溢流阀调定6) 闭环控制回路为实

39、现对轮胎加载压力的精确控制，采用液压伺服闭环加载，采用比例伺服阀与三位四通换向阀形成闭环回路。（如图3-19）7) 其他元件选择在泵的出口连接高压油滤油器以保证进入系统的油液清洁，在泵出口与进油回路，回油回路连接单向阀保证高压油不倒流，起安全保护作用，二位四通换向阀实现工作方式（双工位同时工作或者是任意工位工作）的选择功能。图3-18 换向回路图3-17 调速回路图3-19 闭环控制回路回路合成图3-20 液压系统回路合成图详图请见工程图试验机液压系统原理图！3.8.8液压元件的选择1. 液压泵及驱动电机功率的确定1) 液压泵的工作压力已知液压缸最大工作压力为10.76MPa，因最大压力出现在

40、液压缸工作行程终点，运动停止时，所以液压泵的工作压力等于液压缸最大压力即P=10.76MPa，越是选择泵的额定压力为 2) 液压泵的流量计算差动连接 （3-84）查文献4选用CBF-E25齿轮泵，额定流量25L/min，额定压力16MPa，额定转速2500r/min，v=0.92.吸出口径：M332，出口M272。3) 液压泵驱动功率液压泵在快退阶段功率最大，取液压缸进油路上的压力损失为0.5MPa，则液压泵输出压力位1.56MPa，液压泵总效率p=0.8，流量25L/min。则驱动所需功率为 （3-85）查文献6表2-3选用Y90L-6电机，额定功率1.1KW，转速910r/min。2. 元

41、件辅件选择阀类元件的额定压力应大于或等于实际的工作压力，实际工作压力可参照泵的额定压力不超过16MPa估算阀在工作时通过的最大流量三位四通阀：快进时，进油道流量：15L/min 出油道流量： (3-86)快退时，进油道流量：，回油道流量：，查文献4,三位四通阀型号选用34DF30-E16B,额定压力16MPa，流量60L/min，同样伺服阀选用FF102，额定流量30L/min。泵口单向阀：进油路，选用CIT-06-0.5-50直通式单向阀，额定流量，开启压力0.5MPa。进油路单向阀： ，选用S8A1，额定流量，开启压力0.05MPa。回油路单向阀： ，选用S10A3，额定流量，开启压力0.

42、3MPa。溢流阀：系统工作压力为13.45MPa，所以溢流阀的最大调定压力应高于此值。选用Y2-H10-L，额定流量，调压范围416MPa。二位四通电磁阀: ,选用4WE6D-W220-50/0FEG24NZ5L。节流阀：选用MK6G1.2。接管：胶管内径查文献4，知，其中Q=0.25L/s，V=0.5m/s，A=0.83cm2，。所以选用胶管内径13mm，选用A132S-17，工作压力17MPa，管长2m，接头采用管接头：18/M221.5(JB/T966-2005)。邮箱有效容积,选用公称315L容量的邮箱。3.8.9液压系统性能估算（1） 压力损失根据齿轮泵工作压力为13.45MPa，工

43、作温度,选用液压油L-HM46抗磨液压油，橡胶软管雷诺数，内径d=13mm，平均流速v=0.5m/s，40 0C时运动粘度。 （3-87）为层流。沿程损失 ， （3-88）其中，l=2m，d=13mm，。快进时，进油管q1=0.4710-3m3/s, ，。回油管q1=0.22510-3m3/s，。快退时，进油管q1=0.22510-3m3/s，。回油管q1=0.4710-3m3/s, ，。阀类元件局部压力损失：泵出口出单向阀，进油路上单向阀压力损失，三位四通换向阀，二位四通阀，回油路单向阀，伺服阀。总的压力损失,快进时，快退时，本系统工作压力为13.45MPa，所选油泵额定压力为16MPa，可

44、以保证压力损失不影响系统性能。（2） 系统油液温升验算系统大部分时间出于静止保压阶段，液压缸锁死，所以系统发热主要是在快进快退阶段，快进流量较大。快进输入功率Pi=110W，输出功率PO=Fv=0.38W,Hi=Pi-PO=109.62W。当邮箱的长宽高比列在1:1:1到3:2:1之间且油面为油箱高度的80%时，油箱散热面积近似为。已选油箱的额定容量为310L，有效容积取为250L.即0.25m3，此时A=4.20，散热系数K=8。 （3-89）在允许温升范围内。3.9本章小结本章针对影响试验机性能的各系统进行了计算，包括电机的选型，带传动的设计与计算，主轴直径校核与主轴结构设计，轴承寿命校核

45、，导轨选用与寿命计算，液压系统的设计与计算等。为保证试验机的使用性能提供数据保障，同时为后续的三维结构设计及整机的造型，润滑剂的选用提供前提依据。由于载重轮胎工作时承受载荷较大，本试验机最大加载压力位MAX100KN，最大试验速度为160KM/h，所以需要对转鼓主轴直径，主轴轴承进行强度校核。为使轮胎加载平稳可靠，进行了导轨的寿命计算及选型，保证了使用要求。针对轮胎加载压力的精确控制而设计了液压伺服闭环加载系统并对系统的各种性能进行验算，选用的液压元件均能满足工作要求，使试验机的试验性能得到可靠保证。后续的三维结构是以本章计算得出的转鼓主轴为中心按照链接配合的关系逐个进行设计的，所以保证了其他

46、零部件的可靠性，并保证了结构设计的合理性与装配的紧凑型。第四章 试验机重要零部件三维结构设计根据上文计算，以主传动系统为中心由里向外，由中间向两侧按照配合关系逐个零部件进行设计，这样可以保证配合零件间的配合尺寸合理，减少后续装配出现不合理情况时修改返工时间，并可以保证不遗漏零部件，方便选用螺栓等标准件等。4.1转鼓主轴与工位轴的三维结构4.1.1轴的类型 转鼓主轴为转轴，同时承受弯矩和转矩，承受的轴向力较小，为方便轴上零件的装配，定位和固定，转鼓主轴采用阶梯轴的形式。4.1.2轴的材料 轴的材料应满足强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性等方面的要求。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也

47、可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用45号优质碳素结构钢。4.1.3轴的处理 为提高轴的强度与耐磨性，45钢进行淬火后调制处理4.1.4轴上零件定位方式 主轴轴承内圈采用轴套轴向定位以及轴用轴端挡圈定位，外圈采用端盖定位。工位轴前轴承内圈采用轴肩定位，外圈采用工位轴支撑套内壁凸台定位，工位轴后轴承内圈采用轴套定位，外圈采用单独设计的固定环定位。润滑方式均采用脂润滑。转鼓主轴：图4-1 转鼓主轴结构图工位轴：图4-2 工位轴结构图4.2机架设计4.2.1机架设计要求 因试验机整体外形较大，所以机架易用焊接机架，由钢板和型钢多锻件和型钢组合焊接而成。设计机架应在满足强度和

48、刚度要求的同时尽量减轻重量，降低成本。结构设计合理，公益性良好，便于制造。机架结构要便于安装、调整、维修和更换零部件。造型美观，经济性好。4.2.2机架材料及热处理 试验机机架属于承受较重载荷的机架，所以应选用铸钢材料进行焊接。铸钢有良好的塑性和韧性，较好的焊接性和切削加工性。与铸铁相比，铸钢的吸振性较好，具有较高的弹性模量和较高的强度。查手册（下册）表27-3选用ZG450。试验机机架结构形状简单，只需对铸钢进行退火处理，退火温度880900 0C。另外对焊后产生的残余应力进行振动时效处理消除残余应力。机架截面形状与壁厚 采用矩形截面，查手册（下册）表27-20取壁厚为25mm。截面形状如右

49、图：机架（中下）： 机架（中上） 机架（竖放）图4-3 中间机架及竖放机架结构图机架（置地）图4-4 机架（置地）结构图机架（上）图4-5 机架（上）结构图导轨支梁：图4-6 导轨支梁结构图上图结构为方便绘图并未将其进行抽空处理，实际上各机架截面形状均为空心结构，截面与上文所述一致。机架装配体：图4-7 机架装配体示意图各机架之间通过高强度螺栓连接连在一起。4.3试验机装配单元4.3.1主传动装配体 主传动装配体是该试验机的核心组成部分，主要任务是传递电机转化过来的机械能，电机通过带传动将机械能传到转鼓主轴上，主轴与转鼓通过键连接，实现能量的传递。转鼓旋转通过与轮胎之间的摩擦力带动轮胎旋转，从而实现试验机模拟功能，通过计算机程序和试验机本身的测试系统即可测出轮胎的耐久性和各种特性。4.3.2工位滑台装配体 工位滑台装配体是轮胎加载的重要装置，由滑台，工位轴、工位轴支撑套、定位盘、防护板、THK直线滚动导轨、推杆卡槽等主要零件及各种标准件组成。液压缸的活塞杆与推杆卡槽中的卡槽通过螺母连接，实现动力传导，滑台通过与滑块连接可以自由的在直线导轨上移动，轮胎轮辋与定位盘配合定位。装配时应能保证液压缸推杆的作用中心线与装配后的轮胎截面中心在一条直线上，已消除因为作用力方向与反作用力方向不一致而产