汽车缓速器设计及研究【带SolidWorks三维】【10张CAD图纸+毕业论文】

汽车缓速器设计及研究

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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 

 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；

目  录

摘要 I

Abstract II

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 26

4.1 文献所提到的模型 27

4.2 J．H．Wouterse模型 29

4.3 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 31

5.1车型选择 31

5.2缓速器模型选择 32

5.3缓速器参数设计与校核 32

结论 33

致谢 34

参考文献 35

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

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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。

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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，2003.10

8.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。

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11.高微,杨中平,赵荣飞等.汽车缓速器结构优化设计. 机械设计与制造2006.1。

12.孙兵,赵斌,施永辉.汽车缓速器的研制. 中国期刊全文数据库。

13.马光,申桂英.工业机器人的现状及发展趋势. 中国期刊全文数据库2002年。

14.李如松.汽车缓速器的应用现状与展望. 中国期刊全文数据库1994年第4期。

15.李明.汽车缓速器设计.制造技术与机床2005年第7期。

16.李杜莉，武洪恩，刘志海.汽车缓速器的运动学分析. 煤矿机械2007年2月

17.成大先主编.机械设计手册（第三版）.北京：化学工业出版社，1994。

18.Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. 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.

致谢

当我写到这里的时候，我心里是别提有多么的开心，不管前面的对与错，总之，我觉得自己做到这里已不错了，感谢我的老师和帮助我的同学一起到图书馆查资料的那些同学们，要不是你们恐怕我现在真不知道自己能做到哪里，首先您不仅在学习学业上对我以精心的指导，同时还在我改写论文时给我鼓励和支持，从这点看出老师当初选你当我的老师我是明智的，而且，通过这次写论文我知道遇到什么事总要靠别人来完成，现在我觉得这种想法是我错啦，也许自己做的比那些人做的会更好，同时，我要把这种态度放到工作当中，我相信我自己一定可以比别人做的出色。说实话，我从开始认真做毕业设计的时候，才领悟到知识确实是种强大的工具，我现在想来前面失去的，我想在通过在工作中补回来，想到这里自己说了句“呵呵”，但是话说回来，这次的毕业设计我花了挺大的功夫，虽然是苦，但心里挺开心的，我想如果大学这四年我好好来利用它的话，我的毕业设计不谈在班里第一个交，最少也在前十个人之前交，最后在这里衷心的对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意，谢谢各位同学的帮助。

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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） I 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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） of to of in or in in By is in of is of in is of of it is to by 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 录 摘要 .............................................................. I ........................................................ 1 章 绪论 .......................................................................................................................... 1 题的来源与研究的目的和意义 ............................. 1 涡流缓速器的简要介绍 ................................... 2 涡流缓速器的优缺点 ..................... 错误 !未定义书签。 文设计的主要内容 ....................... 错误 !未定义书签。 第 2 章 电涡流缓速器结构的设 计 ............................................... 错误 !未定义书签。 涡流缓速器的总体方案图 ................. 错误 !未定义书签。 涡流缓速器的工作原理 ................... 错误 !未定义书签。 涡流缓速器的安装位置 .................................. 13 第 3章 机械传动部分的设计计算 ................................................................................... 13 子轴的设计计算 ........................................ 19 承的设计计算 .......................................... 20 子轴强度的校核计算 .................................... 20 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 ......................................................... 14 献所提到的模型 ......................................... 20 ． H． 型 ...................................... 21 合文献模型后提出的计算公式 ............................. 24 动功率的理论推导 ........................................................................... 24 第 5 章 电涡流缓速器的功能参数设 计 ....................................................................... 31 型选择 ............................................................................................................... 31 速器模型选择 .................................................................................................. 32 速器参数设计与校核 ................................................... 错误 !未定义书签。 结论 ....................................................................................................... 错误 !未定义书签。 致谢 ....................................................................................................... 错误 !未定义书签。 参考文献 .............................................................................................. 错误 !未定义书签。 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪 论 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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 2 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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 3 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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 4 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 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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 5 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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 6 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。 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 O． 15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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 7 压分布的假设和简化很值得借鉴。 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。 文设计的主要内容 本论文主要研究运用 设计过程中，了解 993年，由 部位于马萨诸州的康克尔郡（ 。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 件 至今已经拥有位于 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 8 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， 国 达索（ 司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。 于技术创新符合 好的财务状况和用户支持使得 司也获得了很多荣誉。该系统在 1995 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 年授予 表彰 力和简明。至此， 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 仅成为 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 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 购后的 为 由于使用了 观式设计技术、先进的 剑桥 提供）以及良好的与 第三方软件 的集成技术。 好用的软件。资料显示，目前全球发放的 8万，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 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它 3D 一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用 来越多的企业需要 于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 9 得 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 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。 于技术创新符合 好的财务状况和用户支持使得 司也获得了很多荣誉。该系统在1995 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 年授予 表彰 力和简明。至此， 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 仅成为 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 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 购后的 为 由于使用了 观式设计技术、先进的 剑桥 提供）以及良好的与 第三方软件 的集成技术， 好用的软件。资料显示，目前全球发放的 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 据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D 尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 10 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 来越多的企业雇佣 统计，全世界用户每年使用 500万小时。在美国，包括 麻省理工学院 （ 斯坦福大学 等在内的著名大学已经把 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 件繁多。 学易用和技术创新三大特点，这使得 为领先的、主流的三维 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。 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。 且 后 加普遍。通过前文对后会对 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 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： 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 11 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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 12 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 (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。 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 13 图 2— 11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。 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。 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 14 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 15 第 3章 机械传动部分的设计计算 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 40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 633m i n 9 . 5 5 1 00 . 2 表 c=112, p= n=851,代入设计公式得 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 0最右端装带轮处的直径为 40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 5— 10里轴 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 16 肩出的直径差选择 5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。 承的设计计算 根据根据条件，轴承预计寿命 16× 365× 8=48720小时； (1）已知 nⅡ =轴承径向反力： 初先两轴承为深沟球轴承 6204型。 根据课本 11得轴承内部轴向力 (2)∵ a= 故任意取一端为压紧端，现取 1端为压紧端 (3)计算当量载荷 263表（ 11 f P=据课本 11得 P1=fP((1× )= P2=fp((1× )= (4)轴承寿命计算 ∵ 2故取 P= ∵深沟球轴承 ε =3； 子轴强度的校核计算 ①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 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。 ②截面 V 左侧 抗弯截面系数 3  dW 抗扭截面系数 5 4 8 8 0 01 4 3  截面 V 左侧的弯矩 M 为 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 17  截面 V 上的扭矩 T 为 32000001 T 截面上的弯曲应 4 4 00 6 6 5 70  截面上的扭转切应力 8 8 0 03 2 0 0 0 0 01  T 轴的材料为 45 钢，调质处理。由文献 [1]表 115 可知， 640B 751  1551  由文献 [1] 附表 83 可知，用插入法求出 k， 文献 [1] 附图 43 可知，表面质量系数为：  轴未经表面强化处理， 1q固得综合系数为   1] § 13 ，§ 23 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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 18 751       222  SS 故该轴在截面 V 左侧的强度是足够的。 ③截面 V 右侧 抗弯截面系数 3  dW 抗扭截面系数 4 3 9 4 0 01 3 3  截面 V 左侧的弯矩 M 为 面 V 上的扭矩 T 为 3200000T 截面上的弯曲应力 9 7 00 6 6 5 70  面上的扭转切应力 9 4 0 03 2 0 0 0 0 01  T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 23查取。因  ， 又由文献 [1]附图 13 可得轴的材料的敏感系数为 q， 1，附 43 ]为 (1  尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 19 (1  1]附图 23 可得轴的截面形状系数为 由文献 [1]附图 33 可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为 综合系数为    左侧的安全系数为 7 51       222  SS 故该轴在截面 V 左侧的强度是足够的。 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862N， 1490N， 83.0e ， Y 。 （ 2）寿命验算 轴承所受支反力合力 222  哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 20 对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 0文献 [2]表 得， ， 0 0 51  按轴承 B 的受力大小验算 9310366    hL 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 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 给出了一个最基本的模型。 1983年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 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 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 21 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。 ． H． 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=v× B。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 比较低。可以假定作用在转子盘上的磁场强度等于 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 1 ,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 2j 与所作用的圆柱体积的 积分，其值为 220241 则制动力距为 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 22 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 值为 其中 ])()1(411[2122无论是通过理论或是实验，都可得出当 14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 14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=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 0B 相差不是太大。进入磁极的部分磁场强度稍低于 0B 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 0B 磁极下的平均磁感应强度已经很明显的低于 0B 。 (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 0B 四分之一。依据以上的观察， 哈尔滨华德学院本科生毕业设计（论文） 23