重型中型机动车紧急制动机构设计说明书.docx

新疆大学毕业设计论文 摘要介绍了齿轮泵用于流量计量和流体输送时所具有的突出特点。对比了使用不同类型的交、直流电机作为齿轮泵驱动装置的特点和应用范围。阐述了影响齿轮泵流量精确性的决定性因素，并结合示例图对不同配置的齿轮泵计量系统的适用场合加以说明。根据内啮合齿轮泵结构设计和使用情况，指出齿轮轴径向变形是影响齿轮泵性能的主要因素。因此，在强度满足的条件下，模拟齿轮轴的实际受力状态建立试验系统，并与理论计算结果进行比较，验证了适合于内啮合齿轮泵的具有工程实用意义的齿轮轴挠度计算公式。关键词：齿轮泵； 驱动装置； 流量计量；先导式溢流；溢流阀；卸荷；调压；锥阀AbstractThe prominent characteristics of gear pump in application to flow metering and fluid transportation were introduced in this articleThe features and application scope of different alternating and direct- current motors used as the drive device of gear pump were comparedThe factors to determine the precision of flow metering of gear pump were stated，and with the example figures，the appropriate application conditions were described。According to the structural designing and using condition of internal gear pumps，it was pointed out the radial distortionof gear shaft is the main factor that influences the performance of gear pumps When the intensity was satisfied，the factual force state of gear shaft Was simulated and the experimental system Was established The simulated results were compared with the theoretic calculation results，it was validated that the calculational formula of flexibility of gear axis is suitable for the internal gear pumpsKeywords gear pump：drive device；flow-metering；The pilot-acting spillover valve；ovenqow valve；unloading；pressure regulating；cone valve.毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目录第一章 设计任务31.1设计背景31.2设计题目31.3设计要求31.4设计分析3第二章 机构运动方案的设计及分析32.1机构运动分析32.2曲柄摇杆机构运动循环32.3 液压传动的组成部分32.4液压系统图的图形符号及控制方式32.5 运动机构的选择32.6 方案的初步设定3第三章 机构尺度综合33.1液压缸的选择33.2 液压泵的选择33.2.1 确定设计变量及目标函数33.2.2 确定函数的约束条件33.3 溢流阀的选择33.4 换向阀的选择33.5 节流阀的选择33.6曲柄摇杆选用数据分析33.7曲柄各杆件受力分析与计算3参考文献3致谢3第一章 设计任务1.1设计背景车祸、废气和噪声被人们称为汽车的三大公害 而车祸给人类带来的危害最为严重。据红十字会和红新月国际联合会发表的世界灾难报告指出 自汽车问世以来世界公路交通事故共造成3000多万人丧生 每年至少要造成5O万人死亡1000多万人受伤。因此 汽车安全成为一个社会问题 一直受到汽车制造业、消费者以及各国政府的普遍关注。分析世界汽交通事故的基本规律 我们不难发现 导致汽车交通事故的原因很多 既有车辆因素 也人为因素，还有公路、气象等环境因素。就汽车本身而言，追求安全不外乎两种手段 即在汽车上安装主动安全系统与被动安全系统。主动安全系统是指通过事先防范，避免事故发生的安全系统。在汽车上安装的主动安全系统主要有电子控制防抱死制动系统(A B S)、刹车辅助系统(BAS)、驱动防滑系统(ASR)、电控行驶平稳系统(ESP)、先进的照明系统、汽车夜视系统以及360。视野技术等。随着汽车安全技术水平的不断提高，它有望以最彻底的方式减少交通事故中的人员的伤亡。随着科学和轻重工业的迅速发展在各领域的交通提供了方便同样给新疆这个充满了少数民族风韵的辽阔地域带来发展，美丽的草原及雪白的天山带给我们许多的好奇。可是此地区地理环境的复杂多变给建路桥事业带来不少的不便且此现象对中型或重型货车的驾驶员带来了安全方面的问题。交通事故时常发生，使许多人失去了宝贵的生命，很多事故是因为驾驶员疏忽大意，没来得及及时刹车造成的。另外，天气环境的变化、路面工况的变化及驾驶员的误操作与事故的发生也有直接关系作为一名机械系学生为避免此问题带来的不必的交通事故设计这个紧急制动机构。1.2设计题目 重型或中型车在上破路时熄火或出故障容易引起交通事故。数据分析处理的流程如图1所示。汽车低速行驶时从驾驶员接到需要紧急制动信号的时刻开始，制动过程分为以下几个时间阶段，即驾驶员反应时间 、制动协调时间 、制动力增长时间和持续制动时间 T。一般为06l.0秒的滞时间一般为0209s。制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，一般指踩着踏板开始到完全停车，汽车驶过的距离。制动距离与汽车载荷、制动前的驾驶员有足够的反应时间来手动刹车或避开危险，一般不会发生交通事故，因此自动刹车系统启动后首先判断汽车绝对速度是否大于20kmh。测量距离实际上是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此换算成目标的精确距离。由于汽车间的相对速度与光速相比之下小很多可忽略不计。若忽视汽车问的相对速度，则两车的距离可由(2)式表示： （1）式中s为制动距离(m)Uo为制动前的车速(kmh)， 为峰值附着系数(制动力系数的最大值)。在干的沥青或混凝土路面上 一般为0.8-0.9. （2） 假设的速度在高速公路上行驶，为使5取最小值，把，譬如把02s代人公式(1)得S=32M，如果汽车以更快的速度行驶路面附着条件差，制动器迟滞时间长一些那么制动距离将大于32m。并且在驾驶员反应时间内(以06s计算)汽车经过的距离。这就是说在驾驶员发现危险到汽车停下来汽车经过的距离要大于45m因此要选用探测距离远的传感器。目前，汽车测距的常用方法有四种：超声波测距、红外线测距、激光测距和毫米波雷达测距。超声波、红外线测距因其探测距离相对较短(一般最大10m)环境适应性差，主要应用于汽车倒车防撞系统 激光测距由于其测量性能易受环境因素干扰，在雨、雪、雾等天气情况下，测量性能会有所下降，环境适应性差，不宜采用。毫米波雷达探测距离远、运行可靠、测量性能受天气等外界因素的影响较小。穿透能力比较强。 (3)其中尺为两车的相对距离，c为光速， 为从发射信号到接收信号的时间间隔。时间间隔的计算可由控制处理器内部的定时器完成。定时器在发射信号时开始计时，接收到信号时停止计时然后读取定时器的数据寄存器的时间间隔数值代人公式(2)计算车距。由公式(3)计算报警距离和由公式(1)计算安全距离。由车速传感器测量得到， 和 设定为常值。根据路面情况选择开关来为系统选择3种路面情况(如干的沥青或混凝土、湿的沥青和湿的混凝土路面)的附着系数，系统工作时，由驾驶员根据当时当地的实际路况进行选择后，代人公式(1)、(3)式来计算车距。1.3设计要求（1） 基本参数（如表1-1）表1-1车重（吨）2648215从网查得路面角度045035010（2）制动系统的高度，叶片的宽度随车型号而变（3）一切所需数据或参数使用范围和条件选为正常情况。如（正常路面斜度一般取045） （4）生产阻力很小。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活，可靠。（5）液压缸根据设计要求可选用 。1.4设计分析 这个机构应该在一定范围一定路面斜度条件下应用且构造该机构的杆件，机构，构件应满足强度且机构简单控制方便可靠。随着设计要求的提高，在设计中需要考虑的因素越来越多包括凸轮与柱间的接触应力气门加速度与落座反跳，凸轮与从动件之问的飞脱，各零件之间的接触应力，气门弹簧受力，配气机构的振动、润滑特性、充气性能、平稳性及配气相位等，都必须顾及。由于可以选取的结构布置，特别是凸轮型线的种类越来越多，为了选取一个最优的设计方案，需要付出很大的工作量。本设计主要应用液压传动系统来完成其传动和控制的，近年来我国的液压传动方面的技术已经非常的成熟了。十几年来，液压传动和控制技术进步很快，与微电子和计算机技术的结合更加的密切，应用领域不断地扩大。近十年来，液压传动在防漏、治污、降噪、减震、节能和材质研究等各个方面都有长足的进步，它和电子技术的结合也由拼装、混合到整合，步步深入。时至今日，在尽可能小的控制空间内传出尽可能大的功率并加以精确控制这一点上，液压传动技术已经稳居各种传动方式之首，无可替代。这种情况使液压传动的元件类型、油路结构、系统设计和制作工艺等都发生了深刻的变化，也改变了人们对进行、分析和综合的方式方法。本设计主要应用了液压传动中的最基本的机构：液压缸、换向阀、溢流阀、节流阀、回油管、压力管、开停阀、开停手柄、活塞、换向手柄、液压泵、过滤器等组合而成。（1） 液压传动是以液体作为工作介质来传递动力的。（2） 液压传动用液体的压力能来床底动力，它是利用液体动能的液力传动式不同的。（3） 液压传动中的工作介质时在受控制、受调节的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。第二章 机构运动方案的设计及分析2.1机构运动分析2.2曲柄摇杆机构运动循环图2.1 工作时状态图2.2 收缩时状态汽车在上坡路段为停止而用上述机构时在整体机构中受力最大构件为曲柄和连杆，而且为使该机构的放下和收缩方便起见中间位置故设一个转动副，转动副制动叶片下放时产生死点。该机构较为简易，但是便于实现及时刹车，方便设计，只需要用液压系统传动和控制该机构即可，这方面的技术已经非常的完善了，我们只要参照一些比较简单而且的方便的液压传动系统就可以实现这一过程了。本次所用的液压传动系统它主要是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管组成的。图2.3 液压系统原理图它的工作原理如下：液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中稀有。油液经过过滤器进入液压泵中输出进入液压管后吧，在如上图所示的状态中，通过开停阀、节流阀、换向阀、进入液压缸的左腔，推动活塞和机构向右移动。这时，液压缸右腔的油经过换向阀和回油管回到油箱。机构的移动速度是有节流阀来调节的。当溢流阀开大时，进入液压缸的油液增多，机构的移动速度增大；当溢流阀关小时，机构的移动速度减小。为了克服移动机构时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液的压力产生的。要克服阻力越大，缸中的油液压力越高：反之，压力就越低。输入液压缸的油液是由节流阀来调节的，液压泵输出地多余的油液须经过溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管的油液压力对溢流阀钢球的作用力等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在图式系统中液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的，它和缸中的由液压力不一样大。2.3 液压传动的组成部分液压传动装置主要由以下四个部分组成：1）能源装置 把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式是液压泵，它给液压系统提供压力油。液压泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的，而它额输出流量的大小是由密封的工作腔的容积大小决定的。液压泵按其在单位时间内所输出的油液体积可否调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类；本设计主要使用的是齿轮式有液压泵。2) 执行装置 把油液的液压能转化为机械能的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作旋转的液压马达。它是主机的工作部件克服负载及阻力而产生的运动。液压马达是产生连续旋转运动的执行部件。从原理上说，向容积式泵中输入压力油，使它的轴转动，就成为液压马达。大部分容积式泵都可作液压马达使用，但在结构细节上有一些的不同。3）控制调节装置 对液压系统中的液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压传动系统。4）辅助装置 上述三个部分以外的其他装置，例如油箱、过滤器、油管等。它们对保证系统正常工作也起重要作用。 机械工业各部门使用液压传动的出发点是不尽相同的：有的是利用它在传递动力上的长处，如工程机械、压力机械和航空工业采用液压传动的原因是取其结构简单、体积小、质量小、输出功率大；有的是利用它在操纵控制上的优点，如机床上采用液压传动是取其能在工作过程中实现无级变速、易于实现频繁的换向、易于实现自动化；等等。此外，不同精度要求的主机也会选用不同控制形式的液压传动装置。表2液压传动在各类机械行业中的应用实例行业名称应用场所举例工程机械挖掘机，装载机，沥青混凝土摊铺机起重机械汽车吊，港口龙门吊，叉车矿山机械凿岩机，开掘机，开采机，破碎机建筑机械压桩机，液压千斤顶，平地机农业机械联合收割机，拖拉机，农具悬挂系统冶金机械高炉开铁口机，轧钢机，压力机轻工机械打包机，注射机，造纸机，橡胶硫化机2.4液压系统图的图形符号及控制方式图3所示的液压系统图是一种半结构式的工作原理图，直观性强，容易理解，但绘制起来比较的麻烦，系统中的元件数量多时更是如此。下图4所示为同意液压系统用液压图形符号绘制成的工作原理图。使用这些图形符号使液压传动系统图简单明了，便于绘制。图2.4 液压系统原理图符号表示所谓液压传动的“控制方式”由两种不同的含义：一种是指对传动部分的操纵调节方式；另一种是指控制部分本身的结构组成形式。液压传动的操纵调节方式可以概略地归成手动式、半自动式和全自动式三种。凡需要由人拨动手柄或按下按钮才能使系统实现其动作或状态的，便是手动式。凡是由人启动之后系统的全部动作或状态都能在机械的、电气的、电子的或其它机构操纵下顺序的实现出来，并在全部工作完成后自动停车的，便是半自动式。如果连启动这一步都不需人来操纵或参与，它便是全自动式的。液压系统中控制部分的结构组成形式有开环式和闭环式两种，它们的概念和定义与“控制理论”中的描述完全相同。在这里节流阀上的那个控制液压缸进油量的通口是事先调整好的，无法再工作过程中进行更改。再同等的体积下，液压装置比气动装置产生更大的动力。再同等的功率下，液压装置的体积和质量小，即其功率密度大，结构紧凑。液压马达的体积和质量只有同等功率电动机的12%左右。液压装置工作比较平稳。由于质量和惯性小、反映快，液压装置易于实现快速气动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达500次每分钟，实现往复直线运动时可达1000次每分钟。2.5 运动机构的选择图2.5机构尺寸如图3所示的结构是上述的紧急制动机构在平路面时的平面图，在图中以大概表出中型货车大梁和地面，车轮等的大概尺寸 。 为了方便校核该机构的强度条件及其计算方便其间该车的重量故看作m重力加速度为g。图2.6机构的制动叶片叶片的尺寸按车轮的大小来确定，高度由90对面的圆弧来确定.该叶片应做成空心的，这样有利于该机构的放下和收起。2.6 方案的初步设定方案一图2.7 方案一图在这机构中：1. 为产生压力而安装的液压缸，把油液的油液压力转化为机械能。它可以是做直线运动的液压缸，也可以是作旋转运动的液压马达。2固定方块的液压缸3. 滑块该方案在此机构中的特点是；由两种液压缸的作用下该机构控制方便，可靠，该机构工作时各部分的运动稳定。该液压装置工作比较平稳。由于质量和惯性小、反映快，液压装置易于实现快速气动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达500次每分钟，实现往复直线运动时可达1000次每分钟。缺点；该机构工作时所受到冲击极大，因此该机构所用的液压缸的强度等力学性能不够满足要求。液压传动在工作工程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失），长距离传动时更是如此。再有就是该机构发放和收缩时非常的不方便。液压传动对油温的变化比较敏感，它的运动速度和系统工作稳定性很容易受到温度的影响，因此，它不宜在很高或很低的温度条件下进行工作。方案二 图2.8 方案图二 该机构的结构：1液压缸2支撑杆3叶片该方案中的优缺点：在这机构中该机构工作时所受到冲击极大，因此该机构所用的液压缸的强度等力学性能不够满足要求，相关计算数据在下文中进行叙述。在有该机构发放和收缩不便。该液压机构能自动防止过载，易于吸收冲击力。液压系统内，全部运动机构都在液压油内工作，能够自行润滑，可以经久耐用。该液压元件易于实现通用化和标准化。再同等的体积下，液压装置比气动装置产生更大的动力。再同等的功率下，液压装置的体积和质量小，即其功率密度大，结构紧凑。液压马达的体积和质量只有同等功率电动机的12%左右。缺点：该机构不够稳定， 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而对油液的污染比较敏感。方案三 图2.9 方案图三 该机构的结构：1液压缸2曲柄摇杆机构3叶片该方案的设计合理实际要求；因为包含赢服此制动机构工作时受到冲击的曲柄摇杆机构。 有关冲击条件与原理在后续章节详细分析。 该制动系统中的曲柄摇杆机构不仅应付所受冲击而机构简单，制造方便，各构造杆件强度校核方便，控制可靠， 容易实现，因此选改方案且进行详细计算。该液压传动结构出现故障时不易找的其中的原因。液压传动过程中常有较高的能量损失，长距离传动时更是如此。 第三章 机构尺度综合3.1液压缸的选择 根据设计要求所选的液压缸，尺寸和有关信息如图所示图3.1液压缸及尺寸液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量装换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛的应用。液压缸按其结构形式，可以分为活塞式、柱塞缸两类。活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量，输出为推力和速度。本文主要应用的是活塞缸，并且是单杆活塞缸。它的进、出油口德布置视其安装方式而定，可以缸筒固定，也可以活塞杆固定，机构的移动范围都是活塞（或缸筒）的有效行程的两倍。由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的推力F和速度V亦不等，其值为：(4)在液压缸的活塞往复运动速度有一定的要求的情况下，活塞杆直径d通常情况下根据液压缸的速度比的 要求以及缸内直径D来确定。由下式，得(5) (6)由此可知，速比越大，活塞直径d越大。单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为“差动连接”，这时液压缸称作差动缸。差动连接时活塞（或缸筒）只能向一个方向运动，要使它反向运动时，油路的接法必须和非差动式连接相同。差动连接时输出的推力和速度为则有考虑容积效率3.2 液压泵的选择3.2.1 确定设计变量及目标函数本设计所研究1齿轮泵的相关参数如下：齿轮材料，20CrMnTi；工作压力，13MPa；输出流量，40Lmin；转速，500rmin；机械效率，91 ；容积效率，91 ；设计寿命，一年(300天)；初始优化参数， m=4，z=15，b=60mm ，d=30mm ， l=605mm 。齿轮泵是输出一定压力与流量的液压能源装置。外啮合齿轮泵具有结构简单紧凑、工艺性好、成本低、自吸性能好、转速范围大、对油液污染不敏感等优点，因而受到液压系统设计人员和使用者的青睐。排量和流量的计算是齿轮泵设计、制造和使用中经常遇到的问题，而现有的各种手册、教材和其他资料中，其计算公式也有所差异，特别是变位齿轮泵的排量计算，参考资料也比较少，给设计者带来困惑。齿轮泵排量的定义是泵每转一周，由其几何尺寸计算而得到的排除液体的体积叫泵的排量。在不同的资料上有不同的解释，主要有2种说法：1)对于由一对齿数相等的齿轮组成的外啮合齿轮泵，它的排量是两个(齿数相同的)齿轮所有齿槽有效容积的总和。目前流行的齿轮泵排量计算公式都是这个基于这个原理。(2)对于由一对齿数相等的齿轮组成的外啮合齿轮泵，其主轴旋转一周所排出的液体体积等于两齿轮所有轮齿体积之和。图3.2 齿轮泵本设计是以齿轮泵的体积最小为目标，由于齿轮与轴的尺寸是决定齿轮泵体积的依据，因此可按它们的体积最小的原则来建立目标函数。影响齿轮泵体积的因素主要是模数 ，齿数 ，中心距a，分度圆直径D，齿宽b，轴直径d，壳体内轴的长度z，设计变量应是独立的参数，所以选取，b，z，d，d，l作为设计变量，取设计变量为x=b，z，d，d，l 。因为需要优化的齿轮泵的主、从动轮的参数大小相同，即传动比。根据齿轮泵几何尺寸及齿轮泵结构尺寸的计算公式，并认为壳体内的轴长等于齿宽，现只考虑一个齿轮及轴的体积，简化后的体积表达式为：依据上式化简后的目标函数：图3.3 齿轮泵CAD图3.2.2 确定函数的约束条件(1)根切约束用轻微根切设计，齿根强度削弱不大，变位系数应满足取值008，代入(221)式并化简可得 (2)齿宽约束齿宽过大会增大轴承负荷和增高齿面轴向接触精度，所以一般限制齿宽 (3)圆齿厚约束 齿轮泵采用正变位齿轮，齿顶趋于变尖，一般要求齿顶圆齿厚满足取值628mm，代入(6)式并化简可得 (4)传动要求 动力传动的齿轮的模数应不大于2mm，得 (5)齿轮啮合径向间隙约束 齿轮啮合径向间隙 过小，易产生啮合干涉，过大将降低容积效率，所以有取值3=008mm，代入(9)式并化简可得 (6)排量约束 理论排量q 应大于给定的公称排量g由；，取值，入上)式并化简可得(7)速度约束为防止气蚀，减小振动和噪声，齿顶圆速度应小于允许的极限值要求取值 =0ms， n=500 rmin ，如下式并化简可得：(8)轮齿强度约束 齿轮的接触应力和弯曲应力应不大于许用值，得接触应力和弯曲应力的计算公式分别上式中是的许用应力取=1282.8Mpa；为的许用值，取=3857MPa；K 为载荷系数，取k=2.225；=为齿数比系数，取；ZE为材料系数，取ZE=898； 为齿宽系数，取； 为齿形系数，取； 为齿根应力集中系数，取Ys=15；T为传动扭矩，取T=150Nmm。 将上述数值代入到公式中：(9)轴的强度约束轴在危险截面处的弯曲应力不大于许用值，得：将，代入上式中得：(10)关于壳体内轴长度的约束3.3 溢流阀的选择（一）功能和要求溢流阀是通过阀口德溢流，使被控制的系统和回