重型车电涡流缓速器的结构设计(机械CAD图纸).doc
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1、重型车电涡流缓速器的结构设计摘要安全是现代汽车的发展方向。电涡流缓速器作为辅助制动器的一种,主要安装在车身底盘下面的传动轴上,他是把汽车行驶时的动能通过传动轴上的缓速器转化为热量而散发掉,从而实现汽车的减速和制动。电涡流缓速器主要应用于重型车和大型客车(公交车)的缓速制动、频繁以及长时间制动,他可以使车轮制动器的温度大大降低,保证制动蹄片处于良好的技术状态。电涡流缓速器能够承担50%90%的制动工作,将会是汽车必不可少的配备装置之一。本文首先对电涡流缓速器的制动力矩进行推导,给出了具体的计算公式,并计算出所设计的电涡流缓速器的制动力矩和制动功率。其次结合现实生活实际应用和参照相关技术参数,对电
2、涡流缓速器进行了整体装配以及转子、定子、法兰、花键轴、固定架及挡环等主要零部件的设计,包括外型尺寸、结构和材料等。最后对电涡流缓速器的缓速制动效果、热容量和温升进行了校核,通过计算所设计的结构和尺寸能够满足要求,得到一个较合理的结构设计。关键词:电涡流缓速器;制动;结构设计Structural Design on Eddy Current Retarder of Heavy-duty Vehicle AbstractSecurity is the development tendency of the modern automobile. The electricity turbulent f
3、low slow fast achievement assists the brake one kind, mainly installs on the chassis following drive shaft, he is goes the time kinetic energy the automobile to send out through the drive shaft on slow fast transformation for the quantity of heat, thus realizes the automobile deceleration and the br
4、ake. The electricity turbulent flow slow fast mainly applies in the heavy vehicle and the large-scale passenger train (public transportation) the slow fast brake, frequent as well as the long time applies the brake, he may cause the wheel brake the temperature to reduce greatly, guaranteed the brake
5、 shoe is at the good technical condition.The electricity turbulent flow slow fast can undertake 50%90% brake work, could be one of automobile essential equipment installments.This article first carries on the inferential reasoning to the electricity turbulent flow slow fast braking moment, has given
6、 the concrete formula, and calculates the electricity turbulent flow slow fast braking moment and the braking power which designs. Next union real life practical application and the reference related technical parameter, slow fast has carried on the whole assembly as well as the rotor, the stator, t
7、he flange, the spline shaft, the bracket fixing and the retainer to the electricity turbulent flow and so on the main spare part design, including outlook size, structure and material and so on.Finally to the electricity turbulent flow slow fast slow fast brake effect, the calorific capacity and the
8、 temperature rise has carried on the examination, designs the structure and the size through the computation can satisfy the request, obtains a reasonable structural design.Key words: Electricity turbulent flow slow fast; Brake; Structural design目录摘要 Abstract第一章 概述 111 电涡流缓速器概述 112 电涡流缓速器现状及发展 1第二章
9、电涡流缓速器的结构和工作原理 321 电涡流缓速器的结构 32.1.1 电涡流缓速器的机械装置部分 32.1.2 电涡流缓速器的电控装置部分 422 电涡流缓速器的工作原理 5第三章 电涡流缓速器的制动力矩的计算 731 制动功率的计算 732 涡流分布深度和磁路分析 933 气隙磁场中的磁感应强度分析 1134 制动力矩的计算 13第四章 电涡流缓速器各主要部件的结构设计 1441 电涡流缓速器的主要参数的确定 144.1.1 结构参数 144.1.2 励磁线圈参数 164.1.3 转子材料 174.1.4 转速参数 174.1.5 计算结果 1742 缓速器热容量和温升的校核 1743 电
10、涡流缓速器的结构方案 185 结论 20附录 21参考文献 23致谢 241概述1.1电涡流缓速器概述电涡流缓速器是在十九世纪利欧博科发现的电磁感应理论的基础上发展起来的。最早出现的缓速器只应用在火车上,发现其具有良好的辅助制动效果后,才被逐渐应用于汽车上。1903年,斯特克勒首先申请了一种电磁制动装置的专利。1936年,鲁尔赛瑞真首次将电磁制动技术应用在汽车上,从此揭开了电涡流缓速器在汽车上的应用实例。 电涡流缓速器是利用电磁感应理论和楞次定律,是安装在传动轴上的转子产生电涡流,给传动轴的转动施加一个制动力矩而实现车辆的平稳减速,提高车辆行驶的安全性、舒适性的装置。按其工作原理的不同可以分为
11、发动机排气缓速器,液力缓速器和电涡流缓速器等几种类型。在这三种各类型的缓速器中,电涡流缓速器以其非接触零磨损易于控制等诸多方面的优越性能受到广泛的应用。现在,很多行业已经把缓速器作为某些车型的必备配置。1.2 电涡流缓速器现状及发展状况 现在,缓速器在欧、美、日等国家的大中型客车和载重货车上已随处可见。并且,电涡流缓速器已成为奔驰、沃尔沃、斯堪尼亚等世界知名汽车的标准配备,广泛用于公交客车、豪华客车、载货车等车辆上,作为汽车制动系统的必要辅助装置。国际上,电涡流缓速器的知名生产厂家有:法国的泰乐玛、西班牙的弗瑞纳斯和克莱姆、德国的克罗夫特以及日本的东京部品工业和五十铃/住友等,其中法国的泰乐玛
12、是世界上电涡流缓速器最大的制造商,其产品广泛应用在世界各大知名汽车公司生产的重型汽车以及大中型客车上。 泰乐玛缓速器在国内,由于我国整个汽车工业的起步较发达国家晚了很多,导致电涡流缓速器的研究、制造、生产和应用还处于起步阶段。但随着我国汽车工业的逐步发展,人们对汽车的安全性、舒适性和环保的要求不断提高,而且现在汽车的驱动功率、速度以及载荷的不断增加,使得车轮制动器的负荷进一步加大,这几个因素综合起来促使我国的电涡流缓速器的发展也越来越快,市场对电涡流缓速器的需求也急剧增加。国内外有很多电涡流生产厂家开始在国内头、投资建厂,如法国的泰乐玛2005年初在上海投资建厂。 近几年来,我国有许多企业正在
13、开发研制电涡流缓速器技术,他们吸收国外先进技术,并根据中国车辆特点加以改进,在我国多种客车上已成功地安装和使用,解决了国内需求中低端产品的问题,同时也替代了一些进口产品,具有独立知识产权。目前国内的电涡流缓速器的生产和研制厂商有:深圳冠业电子有限公司,上海奥奈尔汽车配件有限公司、深圳的特尔佳科技有限公司等此外,一些科研所也在进行相关产品开发和关键技术研究,入长安大学、江苏大学等,并且取得了一些科研成果,为我国电涡流缓速器的发展做出了很大的贡献。2 电涡流缓速器的结构设计和工作原理缓速器是一种辅助刹车系统,可以不需使用主制动器就能减缓车辆行驶速度,增强车辆安全性,其作用原理与传统制动方式不同。现
14、代缓速器主要有液力缓速器和电涡流缓速器,这两种缓速器虽然结构形式、安装方式、工作原理不同,但两者的作用结果是相似的,都是为了辅助制动而减缓车速,提高车辆的制动性能。2.1电涡流缓速器的结构 电涡流缓速器的结构是由机械装置和电控装置两部分组成。2.1.1 电涡流缓速器的机械装置部分 电涡流缓速器的机械装置部分是由定子、转子及固定架等部件组成。如图2-1所示,电涡流缓速器定子上一般有八个高导磁材料制成的铁芯2,呈圆周均匀地分布在定子6上。八个励磁线圈3套于铁芯上,共同构成磁极。圆周上相邻两个磁极串联成一对磁极,这样磁极N、S相间,共形成N、S相间的磁极。 转子通常由前转子盘、后转子盘1和花键轴4构
15、成。前后转子盘为圆盘状,用导磁性能良好的铁磁材料制成,实际生产重常选用低碳钢或合金等材料,一般厚度为20mm左右。不过,为了及时将涡流产生的热量散发掉,转子盘上通常都铸有散热叶片和通风气道,而且为了更好产生空气流动,转子盘不是板状,其中心会凹陷下去,可参照第三章转子盘图。转子通过法兰连接在传动轴突缘上可随传动轴自由转动。前后转子盘和定子磁极间保持有极小的均匀气隙7,以使转子盘不会刮伤到定子。从减小磁阻角度讲,气隙越小越好,但气隙的确定还必须考虑加工的公差和转子、定子受热后的热膨胀的影响,其值一般在0.761.70mm范围内变动。 电涡流缓速器的定子一般是通过固定架安装与车架上,两者呈刚性连接,
16、即相对车架而言,定子是固定不动的。 1-转子盘 2-铁心 3-励磁线圈 4-花键轴 5-轴承 6-定子 7-气隙 8-接线柱 图2-1 电涡流缓速器的结构示意图2.1.2 电涡流缓速器的电控装置部分 电涡流缓速器的电控装置部分一般是由控制器、驱动器、励磁线圈、车速信号传感器、制动压力信号传感器等组成。电流控制示意图如图2-2所示。 电涡流缓速器控制器是装于驾驶室仪表盘上的,其上有缓速器用于当前励磁电流工作状态的显示,还有按钮可进行手动励磁或自动励磁的切换操作。 驱动器是缓速器的中央控制器,也是励磁线圈的功率驱动模块,它根据控制器的操作信号,车速信号以及制动气压等工况输入信号,自动调节和控制各对
17、磁极的励磁电流大小,并进行自动切换。 励磁线圈是电涡流缓速器的执行部分,它直接控制所产生磁场的强弱,能根据当时车速的高低,在传动轴上自动产生于车速成正比里的,合适的阻力矩,迫使车辆迅速制动减速。 车速传感器信号实际上产生零速开关信号,通过驱动器的控制,使得当车辆被制动静止时,自动切断缓速器的励磁电流,避免驾驶员在停车后仍踩在制动踏板,造成仍向缓速器励磁线圈供电,浪费及损坏线圈。 制动压力传感器属于线性传感器,它产生的电信号反映了制动压力的线性变化大小,并向驱动器传输,以控制缓速器的励磁电流的量值大小,宏观上实现了缓速器的减速制动力矩随制动压力制作比例变化。 2.2 电涡流缓速器的工作原理 电涡
18、流缓速器是一个减速装置,将车辆的动能转化为热能消耗掉,来实现车辆的减速和制动。制动力矩产生过程:当驾驶员接通缓速器的控制手柄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2-3所示。这时在旋转地转子盘上,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,从而在转子盘内部产生无数涡旋状的感应电流,即涡电流,如图2-5所示。一旦涡电流产生后,磁场就会对这些涡流产生的力的作用,即组织转子盘转动的力,阻力的方向可由弗莱明左手法则判断。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2-4所示。 图2-6 是某电
19、涡流缓速器在不同档位上的制动力矩与转速的特征曲线。电涡流缓速器常常采用通过控制励磁电流的大小控制输出的制动的制动力矩大小。从特征曲线上可以看出力矩随转速的增加而迅速增大,达到一定转速时有极大值,而后由于涡流去磁效应的影响,随着转速的增加制动力矩略有下降。3电涡流缓速器的制动力矩的计算制动力矩是衡量电涡流缓速器的主要标准,但精确计算制动力矩是一件非常困难的事情。他的机构装置虽然不是很复杂,但制动力矩的大小受到很多因素的影响。目前国内虽然有人提出计算制动力矩的方法,但经过不少简化。而从国外的文献来看,有关电涡流缓速器制动力矩的计算都采取了简化和实验相结合的方法。3.1 制动力矩的计算 从能量转换角
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