汽车缓速器设计及研究【说明书+CAD+SOLIDWORKS】

汽车缓速器设计及研究【说明书+CAD+SOLIDWORKS】,说明书+CAD+SOLIDWORKS,汽车,缓速器,设计,研究,钻研,说明书,仿单,cad,solidworks 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 题 目 汽车缓速器的设计 专 业 学 号 学 生 指 导 教 师 答 辩 日 期 哈尔滨华德学院哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文）摘 要 汽车进入日常生产、生活，对汽车的行驶安全性提出更高要求，安装电涡流缓速器确保车轮制动器处于良好的技术状态,可使汽车长时间行驶在山区公路时车轮制动器的温度大大降低。分析了汽车缓速器的结构，提出了汽车缓速器的总体设计方案，设计了主要零部件，及所必须的理论计算，保证汽车缓速器工作的可靠性，确保汽车制动性能。关键词：汽车电涡流缓速器辅助制动设计 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 roadsBy the analysis ofthe use property ofthe current clutch，the necessity ofusing theretarders is clear in the heavy trucks and the city busesThrouthe comparison ofthe current different retarders，the advantage and disadvantage of the eddy currentbrake is introducedHow 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 ariseThe paperintroduces the usual method to solve the question by using the finite element methodin the world currentlyKey words the eddy；current brake；structure；design； II目 录摘要IAbstractII第1章 绪论1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义1 1.2 电涡流缓速器的简要介绍2 1.3 电涡流缓速器的优缺点3 1.4 本文设计的主要内容3第2章 电涡流缓速器结构的设计9 2.1 电涡流缓速器的总体方案图11 2.2 电涡流缓速器的工作原理13 2.3 电涡流缓速器的安装位置15第3章 机械传动部分的设计计算17 3.1 转子轴的设计计算19 3.2 轴承的设计计算20 3.3 转子轴强度的校核计算20 3.4 轴承强度的校核计算20第4章 电涡流缓速器的数学模型和参数设计264.1 文献所提到的模型274.2 JHWouterse模型294.3 综合文献模型后提出的计算公式30 4.3.1 制动功率的理论推导30第5章 电涡流缓速器的功能参数设计315.1车型选择315.2缓速器模型选择325.3缓速器参数设计与校核32结论33致谢34参考文献35IV第1章 绪 论1.1课题的来源与研究的目的和意义 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有： 建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科学。它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品的尺寸、形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者机械设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。如前所诉，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给人类带来好处，只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。 应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面，应该认真精确的进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。 一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险，当新的方法不适用时，就使用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位机械设计师应该不断地探索改进现有的产品的方法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。 新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新方法。 在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即绘制图纸之前被改正掉。只有这样，才不致于堵塞创新的思路。通常，要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 总体上讲，电涡流缓速器在我国研制、生产和应用尚处在起步阶段。虽然早在1964年上海客车厂曾研制过电涡流缓速器，并安装在上海到黄山的长途客车上。但由于种种原因，电涡流缓速器在国内的应用并没得到应有的重视。随着现在汽车的驱动功率、车速以及载荷的增加使得车轮制动器的负荷进一步加大，加之人们对汽车的安全性、使用经济性、舒适性和环保性重视，电涡流缓速器的作用在国内汽车界也日益受到重视。2002年6月1日交通部已颁布实施中华人民共和国交通行业标准JTT325-2002“营运客车类型划分及等级评定”。该标准规定中型客车中高二级，大型客车中高一级、高二级和高三级客车都必须装置缓速器。因此可以预计电涡流缓速器必将在国内拥有广阔的市场前景。只有时间能对上述问题给出正确答案。但是， 产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行磋商。 通常 ，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的更改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装箱外运前的试验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。 近些年来，工程材料的选择已经显得重要。此外，选择过程应该是一个对材料的连续不断的重新评价过程。新材料不断出现，而一些原有的材料的能够获得的数量可能会减少。环境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面经常会对材料选择附加新的限制条件。为了减轻重量或者节约能源，可能会要求使用不同的材料。来自国内和国际竞争、对产品维修保养方便性要求的提高和顾客的反馈等方面的压力，都会促使人们对材料进行重新评价。由于材料选用不当造成的产品责任诉讼，已经产生了深刻的影响。此外，材料与材料加工之间的相互依赖关系已经被人们认识得更清楚。因此，为了能在合理的成本和确保质量的前提下获得满意的结果，设计工程师的制造工程师都必须认真仔细地选择、确定和使用材料。 制造任何产品的第一步工作都是设计。设计通常可以分为几个明确的阶段：（a）初步设计；（b）功能设计；（c）生产设计。在初步设计阶段，设计者着重考虑产品应该具有的功能。通常要设想和考虑几个方案，然后决定这种思想是否可行；如果可行，则应该对其中一个或几个方案作进一步的改进。在此阶段，关于材料选择唯一要考虑的问题是：是否有性能符合要求的材料可供选择；如果没有的话，是否有较大的把握在成本和时间都允许的限度内研制出一种新材料。 在功能设计和工程设计阶段，要做出一个切实可行的设计。在这个阶段要绘制出相当完整的图纸，选择并确定各种零件的材料。通常要制造出样机或者实物模型，并对其进行试验，评价产品的功能、可靠性、外观和维修保养性等。虽然这种试验可能会表明，在产品进入到生产阶段之前，应该更换某些材料，但是，绝对不能将这一点作为不认真选择材料的借口。应该结合产品的功能，认真仔细地考虑产品的外观、成本和可靠性。一个很有成就的公司在制造所有的样机时，所选用的材料应该和其生产中使用的材料相同，并尽可能使用同样的制造技术。这样对公司是很有好处的。功能完备的样机如果不能根据预期的销售量经济地制造出来，或者是样机与正式生产的装置在质量和可靠性方面有很大不同，则这种样机就没有多大的价值。设计工程师最好能在这一阶段完全完成材料的分析、选择和确定工作，而不是将其留到生产设计阶段去做。因为，在生产设计阶段材料的更换是由其他人进行的，这些人对产品的所有功能的了解不如设计工程师。在生产设计阶段中，与材料有关的主要问题是应该把材料完全确定下来，使它们与现有的设备相适应，能够利用现有设备经济地进行加工，而且材料的数量能够比较容易保证供应。 在制造过程中，不可避免地会出现对使用中的材料做一些更改的情况。经验表明，可采用某些便宜材料作为替代品。然而，在大多数情况下，在进行生产以后改换材料要比在开始生产前改换材料所花费的代价要高。在设计阶段做好材料选择工作，可以避免多数这样的情况。在生产制造开始后出现了可供使用的新材料是更换材料的最常见的原因。当然，这些新材料可能降低成本、改进产品的性能。但是，必须对新材料进行认真的评价，以确保其所有性能都满足要求。应当记住，新材料的性能和可靠性很少像现有材料那样为人们所了解。大部分的产品失效和产品责任事故案件是由于在选用新材料作为替代材料之前，没有真正了解它们的长期使用性能而引起的。产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料；(b)未能预见和考虑擦黑年品可能的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决）；(c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其长期性能数据是如此的时候；(d)质量控制方法不适当和未经验证；(e)由一些完全不称职的人员选择材料。 通过对上述五个问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量。 从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。1.2 电涡流缓速器的简要介绍 这方面的内容以国内学者文献居多，主要讲述关于各种缓速器和电涡流缓速器的基本结构与原理，安装方式，使用效果以及安装及使用时的注意事项。 文献3阐述了一种与市场上常见的电涡流缓速器结构不一样的设计方法。它的电磁线圈绕定子径向端面布置，这样虽然在制造时比较复杂，但整个机械结构变得相对简单。转子工作层采用在低碳钢的表面镀上O15mm的铜，这样可使转子盘的电导率增大，产生的涡电流和制动力矩也就相应变大。在转子的外表面设计出风道，以加强散热效果。作者在设计时主要采用实验的方法，对影响制动转矩大小的各参数进行设计，在设计时主要优先考虑定子铁磁线圈和转子工作面的形状的影响，然后通过测试磁感应强度值的分布来进行参数选定。 文献4阐述了在日本客车上大量使用的永磁式电涡流缓速器，它是在缓速器上配置2列永久磁铁，其中一列固定，另一列通过气动控制沿圆周方向移动，从而控制缓速器的接通(工作)与断开(不工作)。它的特点是可以实现大幅度的轻量化、小型化；几乎不消耗电力：连续使用也不会产生过热。缺点在于所提供的制动力矩偏小，只能用于中型的客车。文献5阐述了一种新型电动机，它的机械结构与电涡流缓速器基本一样，当在定子铁磁线圈中通以交变的电压时，旋转的磁场就会在转子盘中产生感应电势，从而产生电磁转矩，带动转子旋转，整个过程与电涡流缓速器中产生制动转矩正好相反。文献对这种电机中转子盘上的磁感应强度、涡电流的分布进行分析，先采用结构与经验分析的方法对其驱动力矩进行计算，然后采用有限元的分析，进行数值计算。此文对磁感应强度和转子盘上的电压分布的假设和简化很值得借鉴。1.3 电涡流缓速器的优缺点电涡流缓速器是一种新型非接触式减速装置，较之传统制动有许多优点,极大地改善汽车的制动性能，提高汽车行驶的安全性、平顺性，减少生命财产损失；消除传统制动时的尖锐噪声和粉尘对环境的污染；节约车辆保养费用和附带的停驶待修时间损失，延长制动片和轮胎的使用寿命。 小型车辆的制动装置一般包含了“手制动”（手刹）和“脚制动”（刹车踏板），而众多体积庞大、车体沉重、性能日渐优越的现代重型商用车辆（就是俗称的大客、重卡）为了（山区）行车安全，还普遍在前两种传统方式的基础上，加装了各种辅助制动系统，包括排气辅助制动、电涡流缓速器、液涡流缓速器、发动机制动装置等方式途径 就本人所见，重型商用车辆辅助制动系统的目的都是在于两点：一是确保在各种工况和路况条件下对车速的有效控制，二是尽量减少对车辆制动系统硬件的磨损、尤其是对山区安全行车危害极大的(制动鼓、摩擦衬片）热衰退现象。 在四大辅助制动系统中，国产客车目前主要采用电涡流缓速器。其原理在于利用电磁感应把车辆行驶的动能转化为热能而挥发掉，结构特点相当于在重型商用车辆的传动轴上加装了一台“发电机”，机械装置部分包括了定子、转子和固定架。不通电时，无接触无磨损，当制动电路接通后，传动轴便受到电磁场的阻力，达到制动目的。电控部分包括手（脚）控开关、指示灯、制动气压传感器、继电器等，其主要作用则是驾驶员通过对励磁电流的调节，从而控制制动力矩的大小。电涡流缓速器具有价格便宜、结构简单、可靠性高、维修方便的特点，相比液力缓速器在响应时间上有突出优势。1.4 本文设计的主要内容 本论文主要研究运用SolidWorks对汽车缓速器进行设计。在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3D CAD软件相比，SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件，越来越多的企业需要SolidWorks人才。Solidworks软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是SolidWorks的五大特点。使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它3D CAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用SolidWorks进行教学。Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且SolidWorks公司对中国市场重点开发，日后SolidWorks应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对SolidWorks的深入了解后，往后会对SolidWorks进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。第2章 电涡流缓速器结构的设计2.1 电涡流缓速器的总体方案图电涡流缓速器是电涡流缓速装置的主要总成。该制动器由定子和转子组成，数个铁芯和线圈组成定子组，装在汽车两纵梁之间。转子由两个带冷却叶片的铸铁转子盘和转子轴组成，与汽车传动轴相接，并随其转动，其中电涡流缓速器的总体方案图如下图所示： 2.2 电涡流缓速器的工作原理本次设计的电涡流缓速器简单地讲其工作原理是：利用电磁学原理把汽车行驶的动能转化为热能而散发掉，从而实现汽车的减速和制动。电涡流缓速器制动力矩的产生具体过程是：当驾驶员接通缓速器的控制手柄(或踩下制动踏板)开关进行减速或制动时，电涡流缓速器的励磁线圈自动通以经调节的直流电流而励磁，产生的磁场在定子磁极、气隙和前后转子盘之间构成回路，如图2-9所示。磁极磁通量的大小与励磁线圈的匝数以及所通过的电流大小有关。这时在旋转的转子盘上，其内部无数个闭合导线所包围的面积内的磁通量就发生变化(或者说其内部无数个闭合导线就切割励磁线圈所产生的磁力线)，从而在转子盘内部产生无数涡旋状的感应电流，即涡流以磁极的正上方为界，在转子盘内就会分别产生磁通正在减少和磁通正在增加的两种涡流，其方向相反。一旦涡电流产生后，磁场就会对带电的转子盘产生阻止其转动的阻力(即产生制动力)，阻力的方向可由弗莱明(Flemin)左手法则来判断。阻力的合力沿转子盘周向形成与其旋转方向相反的制动力矩，如图2一10所示。同时涡流在具有一定电阻的转子盘内部流动时，会产生热效应而导致转子发热。这样，车辆行驶的动能就通过感应电流转化为热能，并通过转子盘上的叶片产生的强劲风力将热量迅速散发出去。 图211是在试验系统上测得的某电涡流缓速器四个不同档位上产生的制动力矩随转子转速变化的特性曲线。从特性曲线上可以看出力矩随转速增加而迅速增大，达到一定转速时有极大值，而后随着转速增加制动力矩略有下降。这主要是由于涡流去磁效应影响的结果。2.3电涡流缓速器的安装位置 一般对于发动机前置的货车，缓速器安装在传动轴之间，定子固定通过连接支架固定在货车底梁上。而对于发动机后置的客车，缓速器的定子壳体用支架固定在变速器输出端端盖上。还可将其装于主减速器上。 第3章 机械传动部分的设计计算3.1 转子轴的设计计算 轴是组成机械的重要零件之一，它是安装各种传动零件，使之绕其轴线转动传动转矩或回转运动，并通过轴承与机座相联接。轴与其上的零件组成一个组合体轴系部件，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零、不见的整个结构密切联系起来。 由于振动输送所用的轴即传递扭矩又承受弯矩，所以我所设计的阶梯轴为转轴，由于小带轮已经设计好，大带轮的尺寸也就定了，只剩下轴径的确定，轴的初步设计是根据扭转强度，校核弯曲强度，由于轴的材料很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度、和其他机械性能等的要求，采用热处理方式，同时考虑制造加工工艺并力求经济合理，通过设计计算来选择轴的材料，选用最常见的45#钢作为轴的材料,且其需用切应力为40MPa轴与其上的零件组合成一个组合体，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零部件的整个结构密切联系起来。轴的结构设计是在初算轴径的基础上进行的。为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的装拆，通常将轴设计成阶梯轴。轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构尺寸。轴的材料选用45号钢，为保证其力学性能，进行调质或正火处理。1、初步计算轴的直径 按照扭转强度估算轴的最小直径，写成设计公式，轴的最小直径mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入设计公式得=32.26mm。考虑到轴上有键槽以及其他因素的影响，应适当增加轴径以补偿键槽对轴强度的削弱。取轴的直径d为40mm，即最右端装带轮处的直径为40mm。装有密封元件和滚动轴承处的直径，应与密封元件和轴承的内孔径尺寸保持一致。轴上两个支点的轴承，应尽量采用相同的型号，便于轴承座孔的加工。相临轴段的直径不同形成轴肩。当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度，轴肩处的直径差一般取510mm，这里轴肩出的直径差选择5mm，然后协调各段轴的长度，考虑到要装轴承座和机构的合理性，还有螺钉等的长度及其他各方面的因素，初步确定轴的各段长度。3.2 轴承的设计计算根据根据条件，轴承预计寿命163658=48720小时；(1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N；初先两轴承为深沟球轴承6204型。根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；(2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N；(3)计算当量载荷 P1、P2根据课本P263表（11-9）取fP=1.5;根据课本P262（11-6）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N；P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N；(4)轴承寿命计算P1=P2故取P=750.3N；深沟球轴承 =3；3.3 转子轴强度的校核计算判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV和V引起的应力集中最严重，而V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。截面V左侧抗弯截面系数 mm 抗扭截面系数 mm 截面V左侧的弯矩M为 Mpa 截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应 Mpa 截面上的扭转切应力MPa 轴的材料为45钢，调质处理。由文献1表可知，MPa，MPa，MPa。由文献1 附表可知，用插入法求出 ，轴按精车加工，由文献1 附图可知，表面质量系数为： 轴未经表面强化处理，固得综合系数为 由文献1 ，可知，碳钢的特性系数 取 取所以轴在截面V左侧的安全系数为 故该轴在截面V左侧的强度是足够的。截面V右侧抗弯截面系数 mm抗扭截面系数 mm截面V左侧的弯矩M为 MPa截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应力 MPa截面上的扭转切应力 MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献1附表查取。因， ，又由文献1附图可得轴的材料的敏感系数为 ，故有效应力集中系数按文献1，附为 由文献1附图可得轴的截面形状系数为由文献1附图可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为综合系数为 所以轴在截面V左侧的安全系数为 故该轴在截面V左侧的强度是足够的。3.4 轴承强度的校核计算（1）滚动轴承的选择滚动轴承为双列圆锥滚子轴承350324B，由文献2表得KN，KN，。（2）寿命验算 轴承所受支反力合力 N 对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 ，N由文献2表得， ， N 按轴承B的受力大小验算 h h=年 由于缓速器的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿命。 经审核后，此轴承合格。第4章 电涡流缓速器的数学模型和参数设计4.1文献所提到的模型 从国外的文献来看，有关电涡流缓速器计算和仿真的模型有很多，其中最早的模型是1942年的Smytheuq模型，他给出了一个最基本的模型。1983年Bigeontgl用有限元的方法对其进行了求解，以后陆续有学者对运动导体下的导体电涡流分布进行了数值算法的具体研究。1991年Wouterse刮提出的模型，对电涡流缓速器定子和转子结构对制动力矩的影响进行了研究，并给出了影响公式。还有其他的学者也做了这方面的工作。国外的这些学者，大都通过实验对自己提出的理论进行了验证，并通过实验，研究各个参数变化对制动力矩的影响。4.2 JHWouterse模型当电涡流缓速器的转子盘旋转时，便产生一个与作用在转子盘上的磁场强度和运动速度相垂直的电场E=vB。如果这个速度相对于关键速度比较低的话，那么，由涡流电场产生的感应电磁场就和源磁场强度Bo。相比较低。可以假定作用在转子盘上的磁场强度等于Bo。我们可对转子盘上的电流模式作一个理想假定。假设转子盘绕磁极旋转，产生的电流分布如下图所示。在磁极下的电流密度,其边界就是由磁极所包围的圆形区域，那么涡流所产生的制动效率就是与所作用的圆柱体积的积分，其值为 则制动力距为 上式表明，当速度较低时，制动力矩与速度成正比。对于真实系统，必须考虑下列情况（1） 阻抗增加；（2） 总制动功率减少；（3） 转子盘的有限尺寸对制动力矩的影响。因此制动力矩T的值应加一个系数，其值为 其中 无论是通过理论或是实验，都可得出当后，转子盘的直径超出磁极的尺寸对制动力矩的影响变小，83的制动力矩都可在域获得。当圆盘高速旋转时，由涡旋电流产生的磁感应强度减弱了由电磁线圈所产生的磁感应强度，这使得制动功率p=Tw切趋向于一个常量。通过对不同速度下磁极下的磁感应强度进行实验，可得出下面的结论。(1)在速度较低的情况下，磁场强度与转子盘静止时的磁场强度相差不是太大。进入磁极的部分磁场强度稍低于磁极的未端其磁场强度稍。(2)在某一速度下，将产生最大制动力矩。此时，尽管在磁极的未端磁感应强度高于磁极下的平均磁感应强度已经很明显的低于。(3)在高速下，磁感应强度下降得更快。实验表明当速度是关键速度的三倍时，其磁极下的平均磁场强度已经减少到四分之一。依据以上的观察，Wouterse提出了下面的高转速时的计算公式： 其中： 其中： 圆盘材料的电阻d 圆盘厚度D 软磁铁极轴的直径，对于没有环路的电极形状，D指同样极表面积相同的圆的直径 在磁极的周围，渐进电流分布区域的宽度与气隙的比率c 比例因子，是圆盘表面的电阻与圆盘磁极下部分表面的电阻之比v 圆盘旋转的切线速度 临界转速，即制动力最大时的转速 在零速时气隙的磁感应强度x 极面间的空气间隙宽度在Wouterse的建议里也运用了另外的在高转速区域已知的现象：制动力与1成正比，他修正了在高转速时的模型，使得这一特性得以突出，因此模型在高转速区域时变地更加与实验结果相接近。尽管Wouterse的模型给出了一个在高转速和低转速区域全面的解决方法，但高转速和低转速区域时必须用两种不同的表达式。但从模拟和控制的角度来看，在确定划分高低转速区判断临界转速或过渡区域时存在着困难。正如Wouterse在他的文章里指出的那样，方程(35)中的比例因子是不能准确获得的，被估计为一个固定的值。当的误差为1020时，就能引起方程(35)的10误差。4.3综合文献模型后提出的计算公式4.3.1制动功率的理论推导由于国外文献中公式的系数是根据实验值，结合理论推导计算出来的，而我们缺少这些实验数据，故从他们设计的思路出发，考虑其中各个因素的影响，一是他们对电流值的近似处理，一是对作用在转子盘上的磁场的处理，得出了自己的制动力矩的公式。从能量转换角度讲，电涡流缓速器的工作过程是在电磁铁励磁的作用下，通过在转子盘上产生涡流进而引起涡流损耗，将制动或减速时的机械能转化为热能，再散发到空气中。因而，从分析转子盘的涡流损耗，可以得到缓速器制动时的功率。在分析电涡流缓速器制动功率的过程中，作如下简化和假定：电磁绕组产生的磁通只分布在直径为d的磁轭圆形面积内，不考虑其漏磁情况：前后转子盘简化为两块环状的金属盘；各导磁材料的相对磁导率为常数，且不考虑磁路的磁饱和以及磁滞耗损的影响。 如图34所示，在转子盘上与磁极相对应的圆形区域I，其磁通量为式中Sp为磁极的磁轭面积，也就是气隙的作用面积：励磁电磁铁和转子盘间气隙磁场的磁感应强度B应是电磁铁励磁和涡流去磁的共同作用的结果。这个圆形区域在转子盘旋转过程中，其磁通量是不断变化的，从图3-4位置(I一)来看，可以认为其是按coswt变化的。将上述圆形区域I视为若干个半径r大小不同的，宽度为dr，厚度为h的金属圆环(如图3-4所示)构成的，通过此环的磁通为，式中 为磁通量， 隙磁场的磁感应强度，T： w磁场变化角速度，rads。磁场变化角速度。 第5章 电涡流缓速器的功能参数设计 在电涡流缓速器的设计中，缓速器的最大制动力矩是此产品的最重要的一个参数，而且设计能力的高低主要看在较高的制动转矩下，如何使产品的总重量较轻。对于某一给定的最大制动力矩，在设计时可由公式(349)进行大致推导。4.1车型选择1.选取车型进行参数设计。我选取的车型是HFF6101K82D安凯营运客车。用到参数如下：轮胎规格：10R22.5 总质量：13.2t最高车速：115km/h 外形尺寸：989524803404/3304(mm)底盘参数：长：9685 宽：23952. 客车驱动桥离地间隙：一般中大型车离地间隙范围是210-290.这里取290.4.2缓速器模型选择 1.根据总质量=13.2t选择缓速器型号，参照特尔佳M5-15M5-15外形554*524*303总重185工作电压（v）24最大电流（A）100最大制动力矩1500适用车辆12-18线圈匝数320安装在传动轴之间。4.3缓速器参数设计与校核1.气隙 转子盘与定子之间相对转动，必须要有一定的气隙，它是电涡流缓速器的一个非常重要的结构参数。由于空气的相对磁导率约为1，所以即使很小的气隙所产生的磁阻也非常大。从减少磁阻角度讲气隙越小越好，这样在励磁绕组上所需的励磁磁动势，励磁功率均可小些，而且励磁绕组的耗铜量也可较少。除此之外，气隙减小还可使得“临界转速”减小，从而使电涡流缓速器的最大制动力矩向低速方向移动，而且最大制动力矩随之增大。但气隙的确定还必须考虑机加工、装配公差和高速下机械可靠性，以及转子、定子受热后的热膨胀的影响，从这些角度讲气隙大些为好。故需要考虑各因素综合而定，不同结构形式电涡流缓速器气隙一般在071.70mm之间。一般是缓速器体积越大，气隙也越大。在这里选择1.5mm.2.磁感应强度的确定通常在设计初始时B可取1.11.4T，这里取1.2T设转速为2200r/min，则转子盘的旋转角速度=230.27rad/s3.车轮半径等于571.5mm4.转子盘铁心材料选用低碳钢高电导率，低电阻率。铁心四对八个。5.为扇形磁轭的圆心角一般取28-32度。这里取30度。低碳钢比热容：502.4j（kg.k） 密度：7850kg/ 转子许用温升计算时取400度=673k6.取气隙作用面积Sp=11000则：Sp=,所以铁心直径为0.12m7.转子盘内外半径：内半径R1=160mm 外半径R2=280mm8.转子盘的厚度h,取h=18mm9.联轴器选择CY7CYS7CYH7公称转矩许用转速轴承直径轴承外径DD1bb1s1600600050110160904056810.轴承尺寸轴承代号 尺寸dDBRminL262105090201.110011. 轴的强度计算材料碳素钢6002009555按弯曲合成强度计算：其中W-抗弯截面模量，抗扭截面模量。结论本文所设计的汽车缓速器的设计原理较为简单，功能比较突出，通过构思，实施，计算，画图，论文总算完成了。在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多。在此，向他们表示深深的谢意与美好的祝愿。参考文献1.张福学编著.汽车缓速器技术及其应用.北京：电子工业出版社，2000。2.何发昌著，邵远编著.汽车缓速器的原理及应用.北京：高等教育出版社，1996。3.张利平著. 清选机实用技术速查手册. 北京：化学工业出版社，2006.12。4.李宝仁著. 气动技术低成本综合自动化. 北京：机械工业出版社，1999.9。5.宋学义著. 汽车缓速器速查手册. 北京：机械工业出版社，1995.3。6.陈奎生著. 气与气压传动. 武汉：武汉理工大学出版社，2008.5。7.SMC（中国）有限公司. 汽车缓速器实用技术. 北京：机械工业出版社，2003.108.徐文灿著. 汽车缓速器系统设计. 北京：机械工业出版社，1995。9.曾孔庚.汽车缓速器的发展趋势. 机器人技术与应用论坛。10.寿庆丰.一种多指多关节机器手爪. 机械设计1999年第3期