原稿！！双滑板式侧滑试验台设计【CATIA+CAD+说明书】.rar

本科学生毕业设计双滑板式侧滑试验台设计目录摘要.ABSTRACT.错误！未定义书签。第 1错误！未定义书签。第 1 章 绪论.11.1 汽车侧滑检测的目的意义.11.2 汽车侧滑检测的内容.1第第 2 章 试验台总体方案的确定.42.1 侧滑的机理.42.2 侧滑试验台方案确定.52.2.1 设计内容及技术途径.52.2.2 侧滑试验台方案的论证.52.2.3 双板式侧滑试验台的工作原理.52.3 本章小结.7第第 3 章 侧滑试验台结构设计.83.1 侧滑试验台机械系统设计.83.1.1 侧滑板的设计.83.1.2 放松板的设计.113.1.3 框架的设计.133.1.4 连杆机构的设计.143.1.5 滑动机构设计.153.1.6 导向机构设计.193.1.7 回位机构设计.203.1.8 调节机构设计.213.1.9 锁止装置设计.213.1.10 底板设计.223.1.11 技术要求.223.2 传感器的选择.223.3 本章小结.22第第 4 章 侧滑试验台的三维建模与装配.244.1 CATIA 软件介绍.244.2 用 CATIA 软件进行三维建模.254.2.1 滑板的绘制.254.2.2 连杆的绘制.294.2.3 框架的绘制.304.3 试验台的装配.324.3.1 CATIA 的装配功能.324.3.2 CATIA 整个试验台的装配图及爆炸图.324.4 本章小结.33结论.34参考文献.35致 谢.371第 1 章 绪 论1.1 侧滑检测的目的意义现代社会，汽车已经成为人们生活、工作不可或缺的一种交通工具。汽车在为人们带来方便的同时也带来了空气污染、噪声和交通安全等一系列问题。汽车使用时间长了,车辆的性能或技术状况会发生变化,这时候,汽车不仅表现为动力性下降,还会存在一定的安全隐患。因此,采用现代汽车检测技术,定期对汽车进行检测诊断是有重大意义的。发现隐患及时排除,出现故障及时维修；对汽车进行定期保养是改善汽车技术状况的一大措施,也是确保车辆正常行驶的前提,不仅可以延长汽车的使用寿命,还可保证车辆的安全行驶。车轮侧滑是指由于汽车前轮定位参数匹配不当而引起汽车在直线行驶过程中与地面间产生相互作用力,导致车轮出现边滑边滚的现象1。其主要危害有:使得汽车行驶阻力增加，对燃油经济性、汽车动力学及制动性产生不利的影响。过大的汽车侧滑量，与汽车的行驶有很大影响、直接影响到汽车的操控稳定性，比如高速行驶时方向发飘、发抖。据统计,转向轮定位故障占整车故障的 30%左右。德国的研究表明,在涉及严重人员伤亡的车祸中有超过 25%是由车轮侧滑超过一定范围所引起的2。因此,在汽车安全年审中或车辆技术评定的综合检测中,侧滑检测均列为必检项目3。进行侧滑检测从而减少汽车的磨损、提高汽车操控的稳定性减少安全事故的发生是本课题研究的主要目的之一。1.2 汽车侧滑检测的内容1.2.1 课题的研究现状1.国内汽车侧滑试验台的现状国内的汽车侧滑试验台的研究方向大致是精密化和自动化。北京林业大学的几位工程师研究了一种基于激光传感器的侧滑试验台。这种试验台采用了非接触试的检测方式，加上丝杠运动控制技术使其拥有非常的精度，可以对被车辆进行动态和静态的校准4。这种侧滑试验台高精度的特点使其对于科研特别是车企的研发测试是很有帮助的。南京市计量局的一位工程师研制出一种采用伺服电机系统的自动侧滑试验台。由中央控制系统控制伺服机系统，发出指令推动滚珠丝杆转动同时用光栅传2感器进行反馈。这种测试试验台具有高自动化、高精度的特点。实物比对测试结果表明其检定效率提升了 50%以上5。这种侧滑试验台的高精度和高自动化使其将来应用前景十分广泛。2 国外汽车侧滑试验台的现状检测方法主要分为两大类:一种是静态检测技术,如德国的百斯巴特、博世研发的检测设备6.但是由于这种静态测量方式的种种限制,很难综合真实地反映出车辆真实的侧滑状况;一种是动态检测技术,如德国马哈公司的单滑板式侧滑台7。由于动态检测方法的真实性以及检测过程具备经济快速等优势,在我国车辆安检方面被广泛采用。美国密苏里州的切斯特菲尔德也就是亨特公司 1992 年有了独立侧滑仪，这种侧滑仪提高了自动化使其一个人就能完成测试8。如果在测试中被测车辆速度过快还会以报警形式提醒驾驶员，提高了测试的成功率。1995 年有了一种多轴侧滑仪，用于测量两轴以上的测量.而且这种测量仪可以将其他轴的情况联合起来显示，这样就可以更好的分析汽车的故障原因。除此之外这种侧滑仪还可以确定串联轴的摩擦角9。这对于多轴车辆也就是特种车的维修与保养很有帮助。2007 年美国控制会议上提出了一种利用传感器获取车辆的横向加速度、转向角、偏航速度和纵向速度的测量值来估算出汽车的侧滑角10。这种仪器在大量的机动和非机动试验中都变现良好。但是由于造价太高用于民用是不太可能的，用于研究性的车企还是有可能的，也是将来汽车侧滑试验台的一个发展方向。1.2.2 现状分析由于我国汽车行业起步相较于欧美发达国家较晚，所以在汽车的检测与维修设备上也有一定差距。但侧滑实验台上大致的方向都是在保证可靠性和实用性的基础上往高精度、物联网化、自动化、集成化、小型化方向发展。这样可以减少车辆检测时所用的时间和人力，提高检测时的成功率和精度，把整个检测过程变得更加简单易操作。同时将检测的数据进行联网对比更好的分析汽车的状况。甚至可以将车辆的侧滑检测和其他检测进行集成以减少检测站和 4s 店的设备采购成本。1.2.3 技术路线通过查阅相关资料和参考国内外的文献确定试验台的设计方案。同时利用cad 软件进行制图，利用 catia 进行三维仿真。具体路线图如图 1.1 所示。3图 1.1 技术路线图调研和查阅资料确定侧滑试验台方案进行侧滑台的设计框架的设计侧滑板设计滚珠的选择导轨的设计位移传感器的选择校核不合格合格绘制 CAD 装配图利用软件进行三维建模虚拟装配和运动仿真形成研究成果4第 2 章 试验台总体方案的确定2.1 汽车侧滑的机理1.产生侧滑的原因产生侧滑的原因汽车在生产组装时零件之间总会存在间隙，为了减少间隙对汽车行驶的影响，提高汽车在转弯时的抓地力使汽车转向轻便。所以汽车在组装时设置了外倾角，但外倾角不正常时也会使汽车产生磨损和跑偏，所以有了前束和其相互配合。但当两者配合不正常时就会产生侧滑，侧滑会使轮胎产生偏磨、减少使用寿命。对汽车在行驶过程中的操作性和安全性产生影响。2.影响汽车侧滑的因素.影响汽车侧滑的因素汽车产生侧滑的因素有很多包括生产装配因素、使用时间较长后出现的疲劳腐蚀磨损老化因素、测量因素等。而车轮侧滑的主要原因是汽车的前束与外倾匹配不正常造成的，具体原因如下：（1）在汽车的生产制造过程中，汽车的前束与外倾会因为制造误差和装配误差而不匹配。例如轮毂轴承因为磨损而产生了较大的间隙、左边和右边的轴承的松紧度不同；转向横拉杆有松动或变形的迹象；左右悬架软硬程度不一样；各个车轮花纹不一致、胎压不一致、磨损不一致或严重偏磨等。所以在检测结果出现不合格时，可以对这些因素进行检查。（2）当车辆发生事故前部或侧向受到剧烈撞击从而导致悬架变形，这就有很大可能会使构成外倾和前束的部件发生形变、断裂等，甚至有可能使汽车无法行驶。在对整车的底盘部件尤其是悬架系统的部件进行修复后，也会有很大几率出现前束与外倾角不匹配的情况。（3）汽车在检测时为了检测结果的精确性有很严格要求，若不符合要求检测会使测量结果不准确。汽车在检测时应在规定时速 3-5km/h 下匀速驶过侧滑板。若车速太快，汽车对侧滑板会有额外的冲击力，也就会使测试的侧滑量偏大。轮胎的胎压与要求的标准胎压不一致，汽车轮胎的花纹内嵌有沙石，轮胎与滑板上有油污、水渍积水或其他异物，这都会影响侧滑板和轮胎表面间的摩擦力，导致检测出现误差。52.2 侧滑试验台方案确定2.2.1 设计内容及技术路径（1）通过调研收集与侧滑试验台的相关资料，查找这方面的国家标准与行业标准，对市场上在售的试验台设计进行了解和分析，在这基础上再进行优化。（2）确定侧滑试验台的设计内容、具体的结构尺寸。运用 CAD 制图软件进行绘制，再利用 catia 软件进行三维建模，最终编写说明书。2.2.2 对试验台方案的论证市场上在售的侧滑试验台一般分为滑板式和滚筒式两种：滚筒式的试验台检测时的操作是将前轴车轮停置在两个滚筒之间，由滚筒通过电机旋转从而带动车轮运转，以此模仿汽车行驶时的工况。而此时径向上有一些饶着支座摆动的滚子紧贴着轮胎滚动，因此小滚子的支座会受到车轮侧向力的作用，而通过支座上的压力传感器检测到的这个侧向力分析转化为汽车的侧滑量。滚筒式侧滑试验台优点在于做到了检测与调整可以同时进行，但是这种试验台缺点在于结构组成较为繁杂、而且价格昂贵。滑板式的试验台按滑板的形式不同分为单滑板和双滑板两种。而双板式试验台因为其结构简单可靠的特点在我国应用的较为广泛。这里只重点介绍一下双板式侧滑试验台。其结构组成主要由机械系统、测量显示部分等构成。其中机械系统由左右侧滑板和放松板、滑动机构、联动机构、回位与调节机构、导向机构、锁止机构和框架等组成。测量装置由整个滑板联动装置和位移传感器组成。位移传感器将滑板联动装置上滑板的位移量转变为电信号，指示装置则将从传感器输出的电信号以一种指针或数字的形式显示出来。滑板底部的槽钢框架上有导轨与滚轮相接触，考虑到作为主要受力点，导轨需要足够的硬度，所以对导轨这个零件进行淬火处理；滚轮也就是轴承安装在滚轮轴上，轴与支座采取过盈配合；在回位机构上设计调节机构，以解决长时间使用后的精度问题；回位机构中的回位弹簧采用多了个弹簧连接的方式，从而满足其使用性能和结构尺寸要求；导向机构主要由滚轮与导轨、导向轮也就是轴承和轮座共同实现导向限位的作用。2.2.3 双滑板式侧滑试验台的工作原理1.车轮存在一定外倾角的时对滑板的作用在车轮存在一定外倾角的情况下，以右前轮为例子。如图 2.1 中的 a 图，当右前车轮存在一定的外倾角时，车轮中心轴线的延长线会与右侧地面相交于点O，此时地面和车轮分别充当了一个圆锥体的母线与底面，当车轮在滚动时，其6运动的轨迹与圆锥是的相似。测试时，如图 b 车轮在通过侧滑板时会有向外（O 点所在一侧）运动的趋势，但由于车桥的限制，车轮不会产生横向移动，此时便会对滑板施加一个向内侧和向后的力。又因为滑板在前后方向进行了约束，所以这个摩擦力转化为左右方向上的力并使滑板发生了一定的位移，并假设其为 Sa（外倾角所导致的运动分量）。一般规定滑板向里运动为正，向外运动为负。图 2.1 车轮存在一定外倾时的运动情况2.车轮存在一定前束时对滑板的作用这里只讨论车轮存在一定前束的情况下，即不存在外倾。前面提到，车轮存在一定的外倾角，会提高汽车使用的性能，但也会带来一些不好的影响，车轮前束就是为了消除这些不良影响而设计的。如图 2.2a 所示，存在一定前束的车轮在向前滚动时，有一个向里并拢的趋势，因为车桥的存在，所以车轮不能横向移动，便会对滑板产生一个向外向后的力，又因为滑板在前后方向上进行了约束，所以这个摩擦力转化为左右方向上的力并使滑板在左右方向上发生一定的位移，假设其为 St（前束所致的运动分量）。一般规定滑板向里运动为正，向外为负。7图 2.2 车轮存在一定前束时的运动情况3.车轮同时存在一定前束与外倾时对滑板的作用汽车车轮实际是在前束与外倾的共同约束下工作的，当车轮做向前的滚动时，车轮前束所和外倾所导致的两个运动分量的方向相反大小相同，两者相互抵消车轮即做纯滚动。若 SaSt，则滑板做向内滑动，此时说明前束过小或外倾过大记为 OUT。若 SaSt，则滑板做向外滑动，此时表明前束过大或外倾过小记为 IN。2.3 本章小结本章一开始对侧滑的机理和测试的原理进行了详细的介绍，包括产生侧滑的原因、车轮前束和外倾对车轮侧滑量的影响以及两者之间的配合关系。最后通过对原理的分析与试验台的结构和工作原理相结合，最终确定了总体的设计方案。8第 3 章 侧滑试验台设计3.1 侧滑试验台机械系统设计3.1.1 侧滑板的设计本侧滑试验台是双滑板侧滑试验台，根据行业制造标准 JTT 507-2004汽车侧滑检验台规定按纵向有效测量长度分为 500mm 和 1000mm 两种，其中滑板向内及向外滑动量、滑板有效测量长度、仪表显示值的关系应符合表 3.1 规定：表 3.1 侧滑板尺寸表侧滑板有效测量长度（mm）滑板向内、向外最大滑动量（mm）仪表显示值滑板向内及向外滑动量(mm)汽车侧滑量(m/km)5005.00.51.0100010.01.01.0推荐采用滑板有效测量长度 1000mm因为市面上使用较多的是以 500mm 的有效测量为基准，又考虑到并排的放松板的布置，为避免结构过于庞大，所以将滑板的有效测量长度确定为 500mm。查表 3.1 所得当仪表显示汽车侧滑量为5.0m/km时，滑板的侧滑量为2.5mm。又因其标准规定侧滑量的量程以侧滑试验台对称零点左、右均不小于10.0m/km，故滑板的最大侧滑量为5.0mm。因为侧滑板安装在框架内，所以在设计滑板时要考虑两者之间的配合关系。因侧滑板的测试机理所以在纵向上是不能移动的，但是横向上需要左右滑动。为了防止滑板在使用时与框架之间发生摩擦阻滞而影响测试的精度，再考虑到滑板在运行时的左右滑动所以滑板与框架左右边缘之间的间隔设计为 10mm；与框架前后边缘的距离设计为2mm。侧滑试验台需要检测绝大部分汽车的侧滑量，因此对道路上行驶的大部分车型和不同品牌的汽车的轮距和质量进行调查，相关数据如表 3.2 所示，从表中数据可知汽车的轮距在 13001900mm 之间，汽车的轮距主要集中在 15001600 之间，所以取两块滑板之间的距离为 1600mm，之后考虑到轮胎的宽度大多数在155265mm 这个范围内，所以最终设计滑板为长度为 700mm，宽度为 500mm。滑板由厚度为 6mm 的钢板与型号为 GB/T 707-5 的槽钢框架组成，钢板选用9材料为 Q275 普通碳素钢，槽钢框架材料选用为 Q235 普通碳素钢。侧滑板上表面要求做滚花处理，附着系数达到 0.8 及以上，以达到汽车的测试要求。表 3.2 各品牌车型调查数据车型品牌前轴轮距(mm)后轴轮距(mm)整备质量(kg)微型车宝骏 e10013101320840小型车致炫146014601116紧凑型车朗逸154615201295MPV途安156015601925皮卡福特 F-150186918692481跑车Mustang157016371734中型车凯美瑞159516051530中大型车奔驰 E 级159615801800大型车奔驰 S 级163416322115小型 SUV长安 cs35156015601270紧凑型 SUV哈弗 h6156515651580中型 SUV奥迪 Q5L161616101855中大型 SUV普拉多158615862285槽钢框架由 2 根长度为 550mm、2 根长度为 330mm 和 1 根长度为 450mm 的槽钢焊接而成（如图 3.2），由于滑板要和连杆连接，所以要在滑板上也就是槽钢框架上焊接连杆（如图 3.1）图 3.1 短杆10图 3.2 侧滑板因为测试时滑板上的载荷均匀分布在槽钢框架上，所以对滑板的校核就转化为对槽钢框架的校核，槽钢选用型号为 5，假设最长两根槽钢承受全部载荷，即单根槽钢社承受载荷为 G=24.5kN。查的槽钢的标准如表 3.3 所示：表 3.3 热轧槽钢（GB 707-1988）型号尺寸截面面积 s/cm2理论质量 g/kg m-1参考数值hbdtrRWy/cm3Iy/cm3550374.57.07.03.56.9285.4383.558.30查得槽钢 Q235 型号碳素钢的结构许用应力为=140MPa=1400kg/cm2。列出承受弯矩最大计算公式如（3.1）所示：gG81M2L（3.1）根据公式（3.1）计算得：11kN21.767380.054324.55050Mcm又有 L 是槽钢长度为 500mm；G 是计算最大均布荷载。因为公式（3.2）WM（3.2）所以计算得；2cm/kg55.2209.855.321.7673又因有：=140MPa=1400kg/cm2所以该设计满足使用要求。3.1.2 放松板的设计汽车在驶入侧滑试验台之前有一定的侧滑量，由于汽车轮胎与地面的挤压导致产生形变，驶上试验台时形变会瞬间释放会导致测试的侧滑量偏大，严重的影响测试的精确性。所以在侧滑板之前加一个放松板用以消减轮胎积累的势能，从而确保测试的精确性。放松板放在滑板之前，而且由于与滑板同个框架所以与滑板等长为700mm，宽度为 300mm。放松板与侧滑板一样是选择 6mm 的 Q275 普通碳素钢钢板和 GB/T 707-6.3 的槽钢焊接而成。钢板材料选用为 Q275 普通碳素钢，槽钢材料选用为Q235普通碳素钢。槽钢框架由2根长度为550mm、2根长度为130mm和 1 根长度为 450mm 的槽钢焊接而成(如图 3.3)，由于滑板必须要与连杆连接，所以要在滑板上焊接连杆（如图 3.4）。图 3.3 短杆12图 3.4 侧滑板因为放松板上的载荷会均匀的分布在槽钢框架上，所以对放松板的校核计算转为对槽钢的强度校核计算。槽钢选用的型号为 5，假设其中最长两根槽钢承受全部的载荷，所以单根槽钢承受载荷为 G=24.5kN。查得槽钢标准如表 3.4 所示：表 3.4 热轧轻型槽钢（GB 707-2008）型号尺寸截面面积 s/cm2理论质量 g/kg m-1参考数值hbdtrRWy/cm3Iy/cm3550394.57.07.03.56.9285.4383.558.30查得Q235型碳素钢的普通槽钢的结构许用应力为=140MPa=1400kg/cm2。承受弯矩最大计算公式如（3.1）所示：gG81M2L（3.1）根据公式（3.1）计算得：25kN12186.516886340.024.56363Mcm其中 L 是槽钢长度 500mm；G 是计算最大均布荷载。因有公式（3.2）13WM（3.2）所以计算得；2cm/g276.33825k9.84.52512186.5168又因有：=140MPa=1400kg/cm2所以该设计满足使用要求。3.1.3 框架设计整体框架由一个型号的槽钢焊接而成，由横向两个长度为 2320mm、纵向两个长度为 964mm 和内里由两个长度为 806mm 的槽钢焊接而成。其中内里两个806mm 的槽钢加工出 5 个小方槽用于连杆装置的运动。试验台设计的允许通过的最大重量为 10t，所以选取型材槽钢焊接而成。根据国标 GB 707 2008 热轧轻型槽钢规格，槽钢选用型号为 22 号；材料为 Q235普通碳素钢；框架长度 2478mm，宽为 964mm，高为 220mm。查得槽钢标准如表 3.5 所示：表 3.5 热轧槽钢（GB 707-2008）型号尺寸截面面积 s/cm2理论质量 g/kg m-1参考数值hbdtrRWx/cm3Ix/cm322220799.011.511.55.836.24628.4532342570查得 Q235 碳素钢得普通槽钢的结构许用应力为=140MPa=1400kg/cm2承受弯矩最大计算公式如公式（3.1）所示：gG81M2L（3.1）其中 L 是槽钢长度 2320mm；G 是计算最大均布荷载。因材料截面弯矩与弯曲截面系数满足了公式（3.2）：WM（3.2）所以有：14cmkggW/97.482845.0-23223281400342-L8G2即是在 2.32 米跨度上，理论可以承载：48.97232=11.361 吨所以该设计满足使用的要求。3.1.4 连杆机构的设计等摇臂连杆是双滑板侧滑试验台中一种十分常用的连杆机构，它的左右两侧都可以自由滑动，它将两侧测量到的侧滑量数值取均值反映到传感器上。它由摇臂轴、摇臂、连杆、轴承、连杆轴及固定件组成，其中摇臂由摇臂轴固定在试验台上，可自由转动。连杆通过杆上的轴和轴承与摇臂相连接，另一端与滑板的短杆相连接(如图 3.5)。图 3.5 等摇臂等摇臂采用宽度为 50mm、厚度为 10mm 的钢板制成。在钢板中间加工出一个圆孔用于安装转轴，两端加工出两个椭圆形的孔用于轴承的运动。连杆采用的是宽度为 40mm、厚度为 10mm 的钢板，一端加工出一个孔用于转轴的安装，另一端加工出两个孔用于和滑板短杆的连接。钢板材料为 Q275 碳素普通钢。等摇臂导向轴承 2 个：初选轴承型号 6003 GB/T 292-2007；具体参数如表 3.6 所示：15表 3.6 深沟球轴承（GB/T 292-2007）轴承代号基本尺寸/mm基本额定dDB动载荷 Cr静载荷 C0rkN60031535106.003.25选用依据：因为安装在连杆上与等摇臂相配合，其主要作用是导向和联动，所以其主要承受径向力。根据这个受力特点选用球轴承，这类轴承结构简单且价格较低。对于在一般工况下运转的轴承，疲劳点蚀是其非常常见的实效形式，对于转速较低的轴承，其主要目的是减少塑性变形，主要作静强度计算，本设计中的滑板下的轴承转速 nhL=10000h以上两个校核都满足要求。3.1.5 滑动机构设计为了让滑板在测试时能顺畅的左右平移滑动，减少摩擦给测试精度造成的影响，所以需要设计一个滑动机构。滑动机构由轴承，滑轨和固定零件组成。如图3.6 所示。16图 3.6 滑动机构轴承座通过螺栓安装在底板上，滑轨焊接在滑板的下表面的槽钢上，安装上轴承后，加入轴，然后两端用卡簧卡住，滑板就能自由滑动了。滑轨和滚轮应定期进行维护和保养。以减少滑板滑动时造成的摩擦，提高测试时的精度，延长试验台的使用寿命。根据 GB/T 292-2007 标准，滚轮选用的型号为 7010AC 角接触球轴承，具体的结构参数如表 3.7 所示：表 3.7 角接触球轴承（GB/T 292-2007）轴承代号基本尺寸/mm基本额定dDB动载荷 Cr静载荷 C0rkN7010AC50801625.221.01.轴承的校核由于轴承的转速不是很高，所以其主要失效形式为塑性变形，需要对轴承的静强度进行校核（1）计算轴承所受的轴向外载荷AF因为轴承和导轨为试验台的主要限位机构，所以在检测时车轮滚过滑板，车轮施加给滑板的摩擦力 f，作用在了轴承上，使轴承承受轴向力，根据公式（3.5）17mgf（3.5）所以有：39200N9.850008.0f因为每个滑板下有 4 个一样的轴承承载，所以单个轴承所承受的轴向外载荷为：Nf98004FA（2）计算轴承所承受的径向载荷rF同上，每个轴承所承受的径向载荷有：Nmg1225049.850004Fr（3）计算轴承所承受的内部轴向力sF8330N1225068.0F68.0Frs（4）计算轴承所承受的轴向载荷aF因为在轴向上两个轴承反装，所以有：Ns8330FFa前Ns1813098008330FFFAa后（5）计算轴承所承受的当量静载荷0P因为后侧轴承所承受的轴向力较大，所以对后侧的轴承进行校核。由表查得5.0X0；38.0Y0，根据公式（3.6）：arFYF000XP（3.6）所以有：13.01kN181300.38122505.0P0根据表 3.3 可知 C0r=21.0kN；约束的强度条件如公式（3.7）所示：000SPCr（3.7）式中 S0为轴承受的静强度安全系数，对于在工作的载荷中基本不怎么转动18或转动幅度较小的轴承，S01；所以000S1.6113.0121.0PCr；因此该轴承满足使用的要求。（6）计算轴承使用寿命测试时滑板左右滑动，汽车通过的最高时速为 5km/h，即 1.39m/s；vst（3.8）根据公式（3.8）通过滑板所用时间s36.0t；根据公式（3.8）轴承的线速度sm/028.036.001.0tsv；tv（3.9）根据公式（3.9）轴承的角速度srad/7.004.0028.0；2n（3.10）根据公式（3.10）轴承的转速min/6.6nr；用工作小时数的多少表示轴承使用寿命满足公式（3.4）66010LPCfnrth（3.4）n 是工作的转速；Cr是基本额定动载荷，查得 25.2kN；tf 是温度系数，取 1；P 是当量动载荷；pf 是载荷系数，通常取 1.1；查表得 X=0.41；Y=0.87；Nmg612549.825004FrNs906549004165FFFAa后根据公式（3.3）计算得：kN44.1190650.876125 0.411.1pfP根据公式（3.4）计算得：19h6.269686.114372520016.66010L36h所以理论上该轴承使用寿命可以达到 25000 小时以上。2.滚轮轴强度校核剪切应力的大小应该满足公式（3.11）：AFS（3.11）kNkg5.1241219.8N/kg1010F3S因为剪切面积为：222m003925.0025.03.142r2A根据公式（3.9）计算得：MPa121.3m/kN31210.00392512.52该轴是 45 钢制成，屈服极限为 355MPa，安全系数通常由设计决定，一般取1.51.3，本设计取 1.4；弯曲应力和剪切应力应该满足公式（3.12）：3（3.12）所以有：MPa2531.4S；MPa1463253 ；3.121MPa 因此该轴剪切强度完全满足使用的要求。用来固定轴承座的螺栓选用的螺纹规格 d=M10、公称长度 l=25、性能等级为 4.8 级、不经过表面处理、全螺纹的 C 级六角头螺栓，型号为 GB/T 5781M1025；弹性挡圈也就是卡簧选用的孔径 d0=50、材料为 65Mn、热处理硬度4451HRC、经过表面氧化处理 A 型轴用弹性挡圈，型号为 GB/T 894.1 50。3.1.6 导向机构设计为了侧滑板在横向上能自由移动并且在车辆行进方向上没有明显窜动，需要设计一个较为精密的导向机构。导向机构由导向轮、连杆、导向轮座、导向轮轴、卡簧和底板组成，导向轮座由螺栓与底板固定在一起，导向轮轴把导向轮固定在连杆上，底板焊接在槽钢框架上。工作时滑板与连杆一起移动，连杆上的导向轮20因为受到导向轮座约束所以只能在横向上移动，不能在纵向上运动。根据国标 GB/T 276-2013 规定，选用的导向轮型号为 6005 的深沟球轴承，具体结构参数如表 3.8 所示：表 3.8 深沟球轴承（GB/T 276-2013）轴承代号基本尺寸/mm基本额定dDB动载荷 Cr静载荷 C0rkN600525471210.05.85导向轮座料是由球墨铸铁铸造，再经过机械加工而成（如图 3.7）；连杆材料选用 Q275 的普通碳素钢。图 3.7 导向轮座用来固定轴承座的螺栓选用的螺纹规格 d=M10、公称长度 l=25、性能等级为 4.8 级、不经过表面处理、全螺纹的 C 级六角头螺栓，型号为 GB/T 5781M1025；弹性挡圈也就是卡簧选用的孔径 d0=50、材料为 65Mn、热处理硬度4451HRC、经过表面氧化处理 A 型轴用弹性挡圈，型号为 GB/T 894.1 50。3.1.7 回位机构的设计当汽车行驶到滑板上时，滑板因为受到侧向力的作用会向左右移动。当测试完成时滑板需要回到原来的位置。回位机构由杠杆、转动销轴、固定端挡块、回位弹簧、弹簧固定端块和调节机构组成。如图所示，连杆被销轴固定在左侧滑板连杆上，可以旋转，并且有调节机构和固定端挡块的约束，一端由回位弹簧连接到弹簧的固定端块上，弹簧固定端块通过螺栓固定在框架槽钢上，固定端挡块和回位机构都固定到底板上。回位杠杆采用的是宽度为 30mm、厚度为 15mm 的钢板，在其中心加工圆孔用来安装销轴，具体见零件图，材料选用 Q275 号普通碳素钢；转动销轴用 4521钢制成；用来固定轴承座的螺栓选用的螺纹规格 d=M10、公称长度 l=25、性能等级为 4.8 级、不经过表面处理、全螺纹的 C 级六角头螺栓，型号为 GB/T 5781M1025；弹性挡圈也就是卡簧选用的孔径 d0=50、材料为 65Mn、热处理硬度4451HRC、经过表面氧化处理 A 型轴用弹性挡圈，型号为 GB/T 894.1 16；回位弹簧选用的 LI 型弹簧，具体参数：直径为 1.6mm、弹簧中径 18mm、自由长度为 74.8mm。材质选用碳素弹簧钢丝 C 级，表面经过电镀锌处理后的 A 型右旋弹簧。3.1.8 调节机构设计当侧滑试验台在长期使用后机构渐渐老化磨损，侧滑板可能不能回位到初始位置，导致测量结果失准。所以设计调节机构将侧滑板回位到初始位置。调节机构主体采用调节螺母的方式，由调节螺母、固定螺栓和调节端块组成。调节螺母与杠杆的一端相接触，拧动调节螺母就可以调动回位杠杆的初始位置，进而改变滑板的位置，最终达到检测系统的调零。调节端块和固定端块由球墨铸铁铸造再经机械加工而成；调节螺母的材料选为 45 钢，再经过机械加工；用来调节的螺钉选用螺纹规格为 d=M10，公称长度l=30mm、性能等级 14H、表面经过氧化处理的开槽平端紧定螺钉，型号为 GB/T71 M1030-14H；用来固定开槽平端紧定螺钉的是螺纹规格 d=M3，公称长度为l=8mm、性能等级 4.8 级。表面不经处理的开槽圆柱头螺钉，型号为 GB/T 65M38；用来固定的螺栓是螺纹规格 d=M10、公称长度为 l=25、性能等级 4.8 级、表面不经处理、全螺纹 C 级六角头螺栓，型号为 GB/T 5781 M1025；3.1.9 锁止装置设计1-左连杆 2-锁止销 3-锁止杆图 3.10 锁止机构锁止装置的作用是在试验台不工作时，通过锁止连杆将左右滑板固定，减少整个检测装置不必要的磨损，可以延长侧滑试验台的使用寿命。因此锁止装置有22锁止滑板和放开滑板两个工作状态。当检测时，取下锁止螺母，侧滑板可以左右移动，当停止检测时，拧紧锁止螺母即可将两滑板连接在一起，达到锁止固定的目的。3.1.10 底板设计因试验台结构需求，需要设计 A、B 两种规格的底板焊接在框架内，其中 A底板的主要作用是对回位机构、导向机构、测量机构和联动机构等的连接与定位；B 底板的主要作用是对滑动机构的连接与定位，还有一部分的承载。两种底板都是 Q275 的普通碳素钢板，通过机械加工制成，其中 A 底板一块，B 底板 4 块。3.1.11 技术要求（1）滑板装配完成后，其前后方向上的窜动量不能大于 0.1mm；（2）框架上平面平行度公差为 3.0mm；（3）框架内四边形对角线两者之差小于 3.0mm；（5）导轨硬度：HRC40-50；（6）滑板限位机构硬度：HRC40-50；（7）两滑板计基面高度差不能大于 2mm；（8）焊接部位要求用 CO2 气体保护焊，并且要求焊接部位表面平整均匀；（9）左右滑板的同步性误差不大于 0.1mm；（10）滑板基面对于框架上平面高度不大于 2mm。3.2 传感器的选择测量机构由位移传感器和固定架组成。固定架把位移传感器固定在了底板上，传感器上的移动铁芯与左侧滑板相接触，可测得左侧滑板的位移量，即车辆的侧滑量。传感器把侧滑量通过正比例关系转换成电压信号，然后经过滤波转换成数字信号之后传输给计算机，计算机经过分析处理后，在显示装置上显示出侧滑量的具体数值。选择传感器时应满足其对于测量的性能指标和功能要求。根据标准 JT/T507-2004汽车侧滑检验台规定，电气系统处在环境温度 040、相对湿度再 85%时，需能正常工作。零点漂移在 30min 内，不超过 0.2m/km。表 3.9 传感器尺寸参数型号尺寸/mmGA10D1D2L2L152712514023常用的位移传感器有电感式和电位计式两种，电感式位移传感器又分为涡流式和差动变压式。差动变压式位移传感器使用较为广泛且具有多种优点，包括灵敏度高、适应性高、使用寿命长等。使用时需要把壳体固定在参照物上，其测量杆顶在被测点上，就可以测量物体。输出信号 5V 或 05V 或 420mA 的信号，输入电压 9V15V。可以与数显表相配合使用。该传感器抗干扰能力较强，可以在多种十分恶劣的环境下工作，适宜遥测，所以本设计选用的是差动变压式位移传感器。选用传感器的型号是 GA10。规格表 3.9；技术参数表 3.10 所示。.表 3.10 传感器性能参数量程10（020）mm环境温度-1060/-3580/-50120线性度0.05/0.1/0.2/0.5FS测杆形式弹簧复位/限位滑杆/自由滑杆分辨率0.01FS滑杆连接头球测头/M3*10mm供电电压 918V+9+24V防护等级IP67输出信号05V/05V/010 mA420 mA/15VDC负载阻抗20K温度系数0.010.03%FS/灵敏度漂移零点 0.01%；满度 0.025%输出波纹10mA 峰峰值动态频率0200Hz（3bd）1mV 峰峰值噪声1mVrms、10mVpp3.3 本章小结本章开始对大部分汽车的轮距、轴距、重量数据进行收集，从而确定了整个试验台的长度和承受重量。接下来在这个基础上进行了对试验台各个部分的设计，例如：滑板、放松板、连杆、框架、滚轮座等，对各个零件进行了详细的介绍，并且绘制了零件图。24第 4 章 侧滑试验台的三维建模与装配4.1 软件简介CATIA 是法国达索公司旗下的产品开发旗舰解决方案。作为 PLM 协同解决方案的重要组成部分之一，它可以通过建模的方式帮助制造厂商们设计他们将要生产的产品。而且还支持整个工业设计流程包括从项目前的初始阶段、具体分析、设计、模拟、组装到维护。模块化的 CATIA 系列产品主要目标在于满足客户在产品开发活动中的各种需要，包括外型和风格设计、设备与系统工程、机械设计、机械加工、管理数字样机、分析和模拟。CATIA 系列已经在七个领域里成为非常常用的 3D 模拟和设计解决方案：航空航天、汽车、厂房设计、船舶制造、电力与电子、通用机械制造和消费品。CATIA 在整个产品周期中都有十分方便的修改能力，尤其是在后期对曲面造型和实体建模的修改上。这是因为 CATIA 有一个智能化的树结构，用户可以通过这个树结构对产品进行修改，非常的方便。甚至在设计快要结束的时候，这个时候即使需要做出重大修改或者对原有的产品进行更新换代。对 CATIA 来说这都是非常简单的。但是对于一个产品来说仅有设计是完全不够的，肯定还得制造出来。CATIA 擅长对棱柱和工具零件作 2D 和 3D 之间的关联，NC 和分析；混合建模方案在 CATIA 规程的驱动下既保证高速生产也保证了组装产品的精密性，如医疗器械、机床、工厂设备及胶印机钟表等均可以做到一次就能成功。CATIA 的各个模块在一个统一的数据平台上开发出来，因此 CATIA 的每个模块之间都存在着相关性，在对三维模型的修改当中，能在有限元分析以及二维，数控加工和模具的程序中完全体现出来。CATIA 提供的这种多模型链接的混合建模方式及工作环境，使得并行工程设计模式变得不再陌生，总体设计部门只需要将基础的结构尺寸发放给相关的下属部门，各个部门的工作人员开始工作后不仅可以协同工作，还因为模型与模型之间的这种互相联结性，使得上游在设计中的修改可以影响到下游的刷新，与此同时下游也可以参考上游设计的结果，实现了并行工程设计模式。254.2 用 CATIA 软件进行三维建模CAITA 是一个基于草图特征下的三维建模软件，CATIA 通过对物体的精确建模及装配来生成最后的产品。CAITA 中装配的模型是由各种特征组合生成的，零件在设计过程中对特征进行积累。下面对比较重要的零部件做详细的建模过程讲解。绘图时使用如图 4.1 所示工具。图 4.1 建模工具4.2.1 滑板的绘制第一步:打开 catia开始机械设计零件设计，输入文件名为“huaban”第二步 钢板的绘制：点击草图选择一个平面开始绘制绘制一个长方形尺寸根据设计：长为 700mm，宽为 500mm 如图 4.2退出草图，选择凸台命令也就是拉伸长度为 6mm钢板绘制完成如图 4.3 所示。26图 4.2 长方形的绘制图 4.3 钢板第三步框架的绘制：选择平面命令基准为钢板的侧面，因为槽钢横向上与钢板边缘相距 75mm，所以选择偏移 75mm，点击