电涡流缓速器实验台 电涡流缓速器试验台

毕业论文

车用机电式电涡流缓速器试验台

2014年4月26日

摘 要

电涡流缓速器是利用电磁学原理，将汽车行驶中的动能转化为热能散发掉，从而实现汽车减速和制动作用的装置。普通电涡流缓速器的主要缺点是体积较大，质量较重，安装对原车传动系统影响较大。

本论文详细地介绍了车用机电式电涡流缓速器的结构和工作原理，在此基础上进行了缓速器试验台的设计结合电涡流缓速器的性能特性与要求以及电涡流缓速器台架试验方法，介绍了电涡流缓速器试验台的工作原理及其结构。提出了机电式电涡流缓速器的台架试验项目和试验方法，并进行了实例介绍。

本文从该试验台的设计要求出发，介绍了该试验台的设计依据，对试验台的 各个系统都给以了详细的说明。同时分析了实际车辆的制动过程，建立尽可能多 的影响汽车实际工作情况的因素，得出了合理的惯性模拟系统。并用电机、飞轮 和轴共同模拟汽车惯性的多分流加载法。另外，本文设计了精确的测控系统，通 过对硬轴联接的双电机进行同步转速控制以及采取抗干扰措施，从而对缓速器的 温度、转速、转矩等进行有效的测量。

关键词：电涡流，缓速器，测控系统，抗干扰

I

毕业论文

Abstract

Electromagnetic principle is the use of eddy current retarder, and the kinetic energy into heat energy from the car out, so as to realize vehicle deceleration and braking device. The main drawback of ordinary eddy current retarder is large, quality is heavier, a greater influence on the installation on the original vehicle transmission system.

This paper in detail introduces the automobile electromechanical structure and working principle of eddy current retarder, on the basis of the test bench of the retarder design combined with performance characteristics and requirements of eddy current retarder and bench test method for eddy current retarder, this paper introduces the working principle of the test rig of eddy current retarder and its structure. Put forward the electromechanical of eddy current retarder test items and test methods, and examples.

This article considered from the design request of the test bed, introducing the design gist of the test bed that according to. Each system that composes the test bed is explained at length. At the same time the article analyzed the actual break process of vehicles, establishing any factor possibly that influences vehicle's actual working circumstance, and elicited the reasonable inertial simulation system. And the test bed made use of electromotor, flywheel and axes to imitate the vehicle’s inertia together. Moreover, the article adopts the precise measure and control system, through controlling the series-connection electromotor's synchronous rotate speed and the anti-interference measure to measure temperature, rotate speed, torque of the electromagnetic retarder effectively etc.

Keywords: electromagnetic, retarder, measure and control system, anti-interference

II

目 录

第1章 绪论 ............................................................. 1

1.1引言 ............................................................................................................................. 1 1.2汽车电涡流缓速器综合性能试验台研制的背景 ..................................................... 2

1.2.1电涡流缓速器的发展历程 ............................................................................... 2 1.2.2电涡流缓速器的市场前景 ............................................................................... 2 1.2.3电涡流缓速器工作原理 ................................................................................... 3 1.2.4电涡流缓速器主要优势 ................................................................................... 3 1.3试验台开发的意义 ..................................................................................................... 4 第2章 机电式电涡流缓速器样机研制与试验研究 .............................. 6

2.1试验台的工作原理及其结构 ..................................................................................... 6 2.2 机电式电涡流缓速器的试验台 .............................................................................. 7 2.3 机电式电涡流缓速器的运行工况 ............................................................................ 8 2.4 机电式电涡流缓速器台架试验项目和试验方法 .................................................. 9 第3章 试验台机械结构的设计与校核 ....................................... 11

3.1研究背景 ................................................................................................................... 11 3.2 缓速器负载的分析 .................................................................................................. 11

3.2.1多分流加载法的模拟机理 ............................................................................. 12 3.3电动机方案确定 ....................................................................................................... 14 3.4加速器的设计 ........................................................................................................... 16

3.4.1 传动比的确定 ................................................................................................ 16 3.4.2各轴输入功率 ................................................................................................. 16 3.4.3各轴输入转矩 ................................................................................................. 16 3.4.4 加速器的选择 ................................................................................................ 17 3.5飞轮转动惯量 ........................................................................................................... 17

3.5.1 飞轮结构功能 ................................................................................................ 17 3.5.2 机电缓速器试验台飞轮转动惯量 ................................................................ 19 3.5.3 飞轮结构的建立 ............................................................................................ 21

毕业论文

3.6飞轮尺寸的确定 ....................................................................................................... 21 3.7飞轮转动惯量的实现方法 ....................................................................................... 23 3.8飞轮的安全检测 ....................................................................................................... 23 第4章 试验台主轴结构设计与其他部分选择 ................................. 24

4.1 底座平台的设计 ...................................................................................................... 24 4.2 联轴器 ...................................................................................................................... 25 4.3轴承及其密封件的的选取 ....................................................................................... 25

4.3.1 轴承的选取 .................................................................................................... 25 4.3.2 轴承密封件的设计 ........................................................................................ 25 4.4轴的选择和校核 ....................................................................................................... 26

4.4.1 主轴设计 ........................................................................................................ 26 4.4.2 主轴的强度校核 ............................................................................................ 30 4.4.3 飞轮支撑轴承的校核 .................................................................................... 33

第5章 结论及展望 ...................................................... 34

5.1 结论 .......................................................................................................................... 34 5.2 展望 .......................................................................................................................... 35 主要参考文献 ............................................................ 36

毕业论文

第1章 绪论

1.1引言

由于道路条件的改善和车辆性能的提高，现代汽车的平均行驶速度较以前有了显著提高，这就意味着在同样的制动条件下、同样的时间内，现在汽车的制动器要产生更多的热量，要承受更多的热负荷。然而，现在的车辆制动器虽经多方改进，其制动性能有所提高，但尚不能满足用户要求。面临的现实是：现在汽车的安全性能没有提升，反而大大降低了。要使车轮制动器保持正常的制动性能和使用寿命，关键要控制制动器的温度，使之不至于上升到危害摩擦片的程度。多年来人们对于车辆制动性能的改进，大多是围绕车轮制动器来进行的，如加宽制动鼓和摩擦片的尺寸，改变摩擦材料配方,由鼓式制动改为盘式制动等，但这些都不能从根本上解决问题。因为能量是守恒的，制动器作为一种将动能转化为热能的特定装置，其产生热量的多少与制动负荷是密切相关的。现有的车轮制动器，由于受空间尺寸的限制，其散热能力有限，频繁或长时间制动易造成制动鼓(盘)和摩擦片(即制动衬片)过热，导致制动力矩急剧下降（热衰退），甚至制动失效而引发交通事故[1-3]。

要解决这一矛盾，比较切实可行的办法就是加装辅助制动装置，将车轮制动器的负荷进行分流，使车轮制动器的温度控制在安全范围内。目前技术比较成熟，适合装车的辅助制动装置有：发动机制动和排气制动、电涡流缓速器、液力缓速器和永磁式缓速器等。然而它们均不同程度存在着缺点。（1）发动机制动和排气制动：发动机制动和排气制动的制动扭矩比较小，在坡度较大的道路上，无法满足汽车以正常车速连续下坡时的制动要求。制动力矩随档位的变化而变化，在低档时制动力矩大，但汽车行驶速度比较低，而高档时车速提高，但制动力矩减少。制动过程噪声比较大[4]。制动力的大小不可调整。（2）液力缓速器：液力缓速器有体积和重量较大的缺点。当车速下降时其制动力矩下降很快，低速制动能力差。控制要求高，空转损失大。制动响应较慢，响应时间大约为电涡流缓速器的20倍。（3）永磁式缓速器目前装车的永磁式缓速器还不能根据车辆实际情况的需要提供大小不同的制动力矩；而且现有的永磁式缓速器制动力矩较小。因采用永磁稀土材料，目前价格较贵。（4）电涡流缓速器同样有着体积和重量较大的缺

1

毕业论文

点。

1.2汽车电涡流缓速器综合性能试验台研制的背景

1.2.1电涡流缓速器的发展历程

19世纪中叶，法国物理学家利昂发现了电磁感应现象并对此进行的一系列探 索，为电涡流缓速器的问世奠定了基础。1903年STECKEL发明了世界上第一台电 涡流缓速器的试验模型并申请了专利，但还不具有实用价值。1936年法国人 SARAZIN将第一台电涡流缓速器应用在车辆上，揭开了电涡流缓速器实际应用的序 幕。1938年，法国的SAEG公司将缓速器的性能进行了提髙。后来，TELMA公司的 缓速器设计上采用了开放式外壳、中心盘增加散热片的方式，使缓速器的散热能 力和缓速性能有了很大提高。采用此项技术的TELMA 360、450、510系列相继问 世，并在20世纪50-60年代获得一定程度的应用。之后，TELMA公司开发了条型 散热器C系列产品。这种缓速器从根本上改变了传统结构，将转子盘做成两个并 移到定子的外侧，这种新型结构使缓速器的整体性能有了质的飞跃，并由此打开 了缓速器广阔的市场。

1.2.2电涡流缓速器的市场前景

国内目前已有部分大、中型豪华客车上装用双转子盘式电涡流缓速器，目前我国生产此类电涡流缓速器产品的厂商有深圳市特尔佳运输科技有限公司、扬州洪泉实业有限公司、浙江瑞立集团等。而转筒式电涡流缓速器目前主要由日本的泽藤电机株式会社生产。出于对潜在市场的保护，国外公司很少公开发表自己产品的关键技术。

从国内发表的文章看，基本都是对传统的双转子盘式电涡流缓速器结构、原理、维护和使用效果、以及设计方法方面的研究。从学位论文看，长安大学2000年余强的交通运输工程专业博士学位论文《汽车下坡持续制动性能研究》，该论文从电涡流缓速器与发动机制动、排气制动联合作用的持续制动方式进行了探讨和研究[11]；江苏大学2004年何建清的车辆工程专业硕士学位论文《车用电涡流缓速器的设计方法及其性能分析》，该论文对电涡流缓速器的设计方法进行了深入研究[12]。江苏大学2005年衣丰艳的车辆工程专业博士学位论文《车用电涡流缓速器设计理论与评价方法研究》运用Ansys软件建立了电涡流缓速器的1/8模型，并对电磁场三维分布进行了深入研究[13]。文献检索

2

毕业论文

尚未见到国内有文章或学位论文对转筒式电涡流缓速器进行过研究。

因此，国内要开发出具有自主知识产权，而且性能优良、可靠性高的转筒式电涡流缓速器产品,需要对转筒式电涡流缓速器的关键技术进行深入的研究。目前国内的少数缓速器生产厂商正在从事转筒式电涡流缓速器的研发工作，扬州洪泉实业有限公司和江苏大学江苏省汽车重点实验室正在开发该产品。

1.2.3电涡流缓速器工作原理

电涡流缓速器的工作原理是基于电涡流能量的转换。当给定子线圈（一般为4 组共16只线圈）通电时，定子线圈会产生磁场，而当转子在定子所产生的磁场 中旋转时，在转子的金属面内侧产生了无穷无尽的电涡流，根据物理电磁学原理: 带电导体在磁场中运动时会受到电磁力的作用，这些电磁力的合力，则形成了与 转子旋转方向相反的扭力。

基于这样的工作原理，把转子安装在车辆的传动系统中，让转子随着车辆的传动系统一起旋转，则只要给定子线圈通电,转子就会受到反向电磁力的作用，从而 起到了减速的作用。它的功用在于使高速行驶的车辆得到一稳定的减速度，如车辆 在下长坡时，车辆前方有障碍物时(高速公路收费站口、道路维修点等)。

为了满足车辆在不同情况下对制动力大小不同的需求，在电涡流式缓速器的操作系统中，设计了4个档位(控制通电的定子线圈数量），分别输出25%、50%、 75°/。、100%的总制动功率。在操作控制中，既设计了手控操作，又设计了脚控全 自动操作，以便使车辆在大部分需要减速的情况下都使用缓速器，这样就大大地 提高了车辆的制动效率。

1.2.4电涡流缓速器主要优势

因为电涡流缓速器是无机械摩擦，采用逐步增加制动力矩的方式，使得高 速行驶的车辆制动更平稳，安全性更好。

由于其独立于原制动系统，可降低轮毂、轮胎的温度，下降幅度可达30%? 40%，轮毂、轮胎寿命可延长3倍以上。

使用缓速器可增加制动力，制动的反应时间更短，紧急制动的距离缩短。 良好的控制性能，可以选择手控、脚控、手脚并控等操纵方式，符合中国 客车驾

3

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/p9q3.html