轮胎拆装机的设计课件资料.docx

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轮胎拆装机的设计课件资料

本科毕业设计（论文）

轮胎侧面撞击试验装置机电系统设计

Electromechanicalsystemdesignof

tiressideimpacttestdevice

学院：

机械工程学院

专业班级：

机械设计制造及其自动化

学生姓名：

学号：

指导教师：

毕业设计（论文）中文摘要

轮胎侧面撞击试验装置机电系统设计

摘要：

近几年来，越来越多的消费者开始关注轮胎与汽车驾驶安全性问题。

生产厂家、销售单位和用户对汽车轮胎的安全性要求也越来越关注。

汽车专业人士知道，轮胎侧表面是整个轮胎最脆弱的部分，而且一旦受损将很难修复。

据我们调研，目前行业内尚缺乏定量性的检测设备用于轮胎侧面受冲击的安全性检测，这给众多的汽车安全运行、正确的养护带来了很大问题。

针对目前这个直接关乎到汽车运行的安全性重要问题，本课题提出了轮胎侧面撞击试验装置机电系统设计和研究任务。

本次设计课题所涉及新产品的目的是期望为轮胎生产厂家、四S维修店及相关研究单位提供一种轮胎侧面抵抗外力撞击能力的试验装置，并期望依靠该设备来完成各类轿车轮胎产品抵抗侧面受力能力的分析和比较，为众多的养护厂家、用户提供一套科学的轮胎侧面状况的鉴定设备。

因此，本课题和所设计产品在产品的创新性，关乎众多车辆运行安全性，和开展轮胎侧面冲击损坏研究方面均具有基础性的理论和现实意义。

本次设计的主要内容是对轮胎侧面撞击实验装置的总体的布局、传动机构方案比较、气压控制系统、电气控制系统以及安全保护系统的分析和设计。

设计中充分考虑到现有普通轮胎拆装机的状况，基本保持了原轮胎拆装机的功能并兼顾了原有扒胎机设备的一些性能，增加了工作盘转速可变功能（变频调速）、横臂可沿轴线伸缩并且可绕轴线旋转功能、冲击杆冲击轮胎侧面功能、立柱可后倾功能、气动门保护功能等。

设计内容较全面的覆盖了该新产品设计要求的方案比较、机械结构系统、电气传动系统，气压控制系统。

所完成分析、计算内容和图纸具有一定的实际参考价值。

关键词：

轮胎侧面；外力撞击；测试

毕业设计（论文）外文摘要

Electromechanicalsystemdesignof

tiressideimpacttestdevice

Abstract:

Inrecentyears,moreandmoreconsumerbegintopaycloseattentiontothecardrivingsafetyproblemswiththetiresmanufacturers,salesunitsanduserstoautomobiletirespaymoreandmoreattentiontothesafetyrequirements.Carprofessionalsknow,tiresurfaceistheentiretiresidethemostvulnerableparts,andoncethedamagewillbedifficulttorepair.Accordingtoourresearch,theindustryatpresentislackofquantitativeinspectionequipmenttousedintiresideimpactofsafetytesting.Formanycarssafetyoperationandthecorrectmaintenancebringbigproblem.Accordingtotheimportantissueofthecarrunssecurity,thistopicputforwardthetiresideimpacttestdeviceformechanicalandelectricalsystemdesignandresearchtasks.Thisdesignsubjectinvolvesthepurposeofnewproductsisexpectedthatprovideatiresideimpactresistanceoftheexternalforceabilitytestdevicetotiremanufacturers,4Srepairshopsandrelatedresearchunit,andexpecttofinishallkindsoftheequipmentoncartiresresistanceforceabilityofproductprofileanalysisandcomparison,formanyofthemanufacturers,theusertoprovidemaintenanceasetofscientificsideofthestatusidentificationequipmenttires.sothistopicandthedesignoftheproduct,innovativeproducts,formanyvehiclesrunningsafetyandinsideimpactstudyoftiredamageallhavethebasictheoreticalandpracticalsignificance.

Thedesignofthemaincontentoftireissideimpactexperimentdeviceoveralllayout,transmissionschemecomparison,pressurecontrolsystem,electricalcontrolsystemandsafetyprotectionsystemanalysisanddesign.Designisfullyconsideringtotheexistingoftireinstalled,keeptheoriginalbasictireinstalledfunction,Increasesthespeedvariablefunctionsworkdish（Variablefrequencyspeedregulation）,wishbonecanadjustableandrotate,impactstemimpacttiresidefunction,columncantiltbackfunction,pneumaticdoorprotectionfunctionandsoon.Designcontentmorecomprehensivecoverageofthenewproductdesignrequirementsoftheschemecomparison,pressurecontrolsystem,electricalcontrolsystemandsafetyprotectionsystem.Thecompleteanalysis,calculationcontentanddrawingshavepracticalreferencevalue.

Keywords:

Tireside;Outsideforcebump;test

1绪论…………………………………………………………………………………1

1.1选择本课题的目的和意义…………………………………………………………1

1.2设计方案的拟定……………………………………………………………………2

1.3本设计研究的内容………………………………………………………………2

2机身的设计……………………………………………………………………………3

3.轮胎侧面撞击试验装置设计程序………………………………………………………3

3.1传动装置总体设计……………………………………………………………………3

3.1.1电机的选择…………………………………………………………………………3

3.1.2选择传动机构类型…………………………………………………………………3

3.2冲击气缸的结构及设计计算…………………………………………………5

3.2.1冲击气缸结构………………………………………………………………………5

3.2.2冲击气缸的设计计算………………………………………………………………6

3.3轮胎侧面撞击试验装置保护壳的设计………………………………………………7

3.3.1.保险门的结构特点…………………………………………………………………7

3.3.2运动分析……………………………………………………………………………8

3.3.3两绞点中心距的确定………………………………………………………………8

3.3.4.驱动机构的结构及其工作原理……………………………………………………9

3.4.控制系统的设计……………………………………………………………………10

3.4.1电气控制系统的设计……………………………………………………………10

3.4.2电路系统的组成……………………………………………………………………10

3.4.3电气连锁电气保护装置…………………………………………………………13

3.4.4气动控制系统设计………………………………………………………………13

3.5调速系统的设计……………………………………………………………………18

3.5.1变频调速的基本方式与选择…………………………………………………19

3.5.2变频器参数的计算……………………………………………………………19

3.5.3变频器外围设备的选择………………………………………………………20

3.5.4变频器的安装方式……………………………………………………………20

3.5.5变频器的调试和运行步骤……………………………………………………21

3.6轮胎侧面撞击试验装置横臂的伸缩与旋转的设计……………………………22

4.气源三联件的调试与调整………………………………………………………22

5.管道系统…………………………………………………………………………23

6.维护和安全操作规程……………………………………………………………23

6.1维护和保养………………………………………………………………………24

6.2安全操作规程……………………………………………………………………25

结论…………………………………………………………………………………26

致谢…………………………………………………………………………………27

参考文献……………………………………………………………………………29

附录…………………………………………………………………………………30

附表清单：

表1电动机参数表…………………………………………………………………4

表2常用冲击气缸性能和结构参数表……………………………………………6

表3工作台气缸夹紧与松开控制方式表…………………………………………14

表4常见故障及排除方法表……………………………………………………24

1绪论

1.1选择本课题的目的和意义

近几年来，越来越多的消费者开始关注轮胎与汽车驾驶安全性的问题，用户对轮胎的要求越来越苛刻。

众所周知，轮胎侧表面是整个轮胎最脆弱的部分，一旦受损将很难修复，而本课题的研究意义就在于能够直观清晰地向消费者展示轮胎侧面抵抗外力撞击的能力。

对我国的轮胎企业来说，美国、欧洲都是最主要的市场。

较之现行的《FMVSS119轮胎测试标准》，美国新实行的《FMVSS139轮胎测试标准》主要在以下两个方面做出了具体规定：

一是安全参数比现行的标准更加严格。

对汽车轮胎在低气压状态下进行的高速试验，试验速度由原来的每小时121千米、129千米、137千米分别增加到140千米、150千米、160千米。

耐久性试验里程则达到4080千米，较原来增加了1.5倍。

二是在轮胎脱圈、老化、透气性及道路危险性试验等方面的要求也较以前严格。

该标准针对所有额定总质量低于或等于4.5吨的车辆轮胎。

美国《FMVSS119轮胎测试标准》主要侧重于产品性能方面提高了要求，欧盟REACH法案则更侧重于环保要求，相对来说对于中国轮胎企业影响更大的是美国《FMVSS119轮胎测试标准》。

一方面因为欧盟的新标准更侧重于原材料的要求，另一方面则是美国的市场地位所决定的。

由此看来，为了接轨国际市场，我们更加需要一套严谨的轮胎测试系统来详细的测试轮胎各方面的安全参数。

很多方面我们都有了专业的测试方法或仪器，比如轮胎压力测试仪、轮胎帘线测试仪等。

但是在侧面撞击试验这一方面，我们还没有形成一套专业的测试方法，更加缺少测试仪器，所以我们必须尽快在这一方面有所突破。

本次设计的主要内容是对轮胎侧面撞击实验装置进行总体的外形、传动机构、气压控制系统、机电控制系统以及安全保护装置进行全局性、实用性的设计。

本次设计的设备是在轮胎拆装机的基础上经过大量改装而来，总体外形保持了原轮胎拆装机的形状，在此基础上增加了工作盘转速可变功能（变频调速）、横臂可沿轴线伸缩并且可绕轴线旋转功能、冲击杆与冲击气缸连接实现冲击杆冲击轮胎功能、立柱可后倾功能、气动门保护功能等，并简化了原轮胎拆装机扒胎铲拆装轮胎的功能。

通过本次设计诞生的设备将是完全具备实际使用价值的。

此设备能够直观清晰的向消费者展示轮胎侧面抗撞击的能力，消费者将很容易了解到轮胎质量的好坏。

1.2、设计方案的拟定

本课题设计的是改装轮胎拆装机后得到的轮胎侧面撞击试验装置，要求工作盘在30-80km/h范围内旋转，撞击头应该能在15°―90°范围内撞击轮胎，同时考虑到安全问题，工作盘夹紧机构必须有较大的夹紧力并且装置必须有完善的安全保护装置。

1.3、本设计研究的内容

本装置主要由主机和控制系统组成，管路及电气装置联系起来组成的一个整体。

主机部分由机身、气压装置、电机等组成。

控制部分由动力机构、限程装置、管路及电气操作部分组成。

各部分结构如下：

（1）机身的设计

机身由底座、转盘、、立柱、冲击杆、踏脚控制器、手动控制器等组成。

底座为主架，转盘卡爪装在底座正上方，立柱在正后方，横臂用以连接立柱和冲击杆，脚踏安装在底座前方，方便操作。

（2）夹紧机构的设计

车轮在拆装前应被夹紧在转盘上，转盘上安装由夹紧用的卡爪，考虑到本设计所需的转盘转速较大且需要在30-80km/h内变化，所以卡爪所需的夹紧力较大。

（3）动力机构的设计

动力机构主要由电机、变频器、轮盘、汽缸等组成。

轮盘的旋转由电机控制，电机转向由主令控制器控制，用手旋转控制器保持电机正转，轮盘顺时针转动；松开松开手柄，则手柄回位，电机停转。

向相反的方向旋转手柄，则电机反转，轮盘逆时针转动。

同时轮盘转速要可调，需设计变频调速系统来进行控制。

（4）撞击角度控制装置的设计

要求撞击头能实现在15°-90°范围内撞击轮胎，设计立柱为后倾式并且横臂能在其轴线方向上旋转和伸缩。

（5）安全保护装置的设计

给装置设计外壳并且安装上可以手动控制开与关的门。

2.机身的设计

本次设计的装置是在原扒胎机的基础上改装而来的，总体外形保持了原轮胎拆装机的形状，在此基础上增加了工作盘转速可变功能（变频调速）、横臂可沿轴线伸缩并且可绕轴线旋转功能、冲击杆与冲击气缸连接实现冲击轮胎功能、立柱可后倾功能、气动门保护功能等。

总体机身图如下：

图1：

轮胎侧面撞击试验装置总体装配图

3.轮胎侧面撞击试验装置设计程序

3.1.传动装置总体设计

3.1.1选择传动机构类型

根据设计要求，本装置工作台转速要可变。

要实现无极调速有3种方式可以实现，即液压调速系统、气压调速系统和电机+变频器调速系统。

考虑到本设计对气压系统应用的较多，调速系统若选用液压调速将增大成本投入与占地面积，而选用气压调速又难以保证工作的稳定性，最终选用电动机+变频器的调速方式。

3.1.2电机的选择

1.电机的类型及结构型式选择

由于本拆装机需要经常起动、制动和反转，并要求有较小的转动惯量和较强的过载能力。

选择Y系列异步电机。

２.电机容量的选择

１）工作所需功率PW

工作主轴所需功率：

式

（1）

主机所需功率Pd：

式

（2）

式中η为电机至工作主轴的总效率

η=η1η2η3·····ηn

根据《机械设计基础》P7表2-4取值如下

联轴器η2=0.99

本设计需要的工作台转速在30~80km/h，即198~530r/min.

负载转矩T=mR2w/2,取轮胎质量10kg，工作台质量20kg，经过计算，得出

T=158.5N·M

PW=8.8KW

则可以算出Pd=9.2KW

3.确定电机型号

由《机械设计手册》第４０篇《电力传动》（P４０-１32）确定电机型号为Y160M-4型，其额定转速为1460r/min,额定功率为11KW。

表1：

Y160M-4型电动机参数技术数据表

型号

Y160M-4

额定功率（KW）

11

满载转速（r/min）

1460

同步转速（r/min）

1500

级数

4

额定电流（A）

22.6

额定转矩（N·m）

2.2

3.2冲击气缸的结构及设计计算

冲击气缸是结构简单、成本低、耗气功率较小的新型气动执行元件。

它以高速运动着的活塞和活塞杆所存贮的能量,产生巨大的冲击力来作功。

图2：

冲击气缸总体装备图

3.2.1冲击气缸结构

1.蓄能缸的高度

蓄能缸腔室的大小直接影响冲击能量的大小、耗气量和工作频率。

一般蓄能缸的内径选用与活塞直径相同的尺寸。

如果增大蓄能缸的高度,也即增加蓄能腔容量,必须同时加大控制回路中的换向阀和管路通径,则冲击能量将会增加,但同时耗气量也相应增加,工作频率降低。

若过分增大蓄能缸的高度,回路中换向阀和管路通径不变,则冲击能量反而会显著减小。

2排气孔和信号孔

排气孔的作用是在冲击过程开始之前,使活塞上端的环形腔室中的压力为大气压。

当活塞开始冲击时,排气孔关闭,腔室中的压缩空气不向外泄漏。

因此需在排气孔处接一个低压排气阀,如右图所示。

该阀在低压时P→0导通排气，高压时关闭P→0通路。

调节弹簧的预压缩量可改变关闭时的压力。

图3：

快速排气阀

3喷口的大小和形状

若喷口面积太大,则降低了活塞上的压力动能,减小了冲击能量。

但喷口太小,一旦喷口打开后,气流从蓄能腔向无杆腔流动的阻力增大,也会影响冲击能量。

一般取喷口面积为活塞面积的1/9,即喷口直径d=D/39（D为活塞直径）。

为减小气流的阻力,

喷口形状最好做成流线型的。

若受加工条件限制,也可加工成60°角。

4密封

在冲击气缸中密封装置的结构型式直接影响冲击能量大小。

若密封阻力太大,则冲击能量大大降低。

因此必须认真考虑密封的结构型式,要求活塞在快速运动中所受的摩擦阻力尽量地小。

在保证密封的条件下,密封圈的预压缩量尽量选得小些,如采用O型密封圈,预压缩量取为5-7%,活塞、活塞杆及气缸壁运动配合面的光洁度为▽8~▽9。

另外,供气回路中要安装油雾器,用油雾润滑,以减少

运动阻力。

实际上,影响冲击气缸冲击能量的因素还有很多。

在根据所需的冲击功选定冲击气缸的缸径后,冲击能量的大小还可以通过改变气源压力、,工作行程及控制管路的长短适当加以调整。

一般冲击气缸的冲击功是指气压为5kgf/cm2，（一般工业气源）时的额定冲击能量。

若所使用的气源压力改变,则冲击气缸的冲击能量也相应地变化。

若气源压力增高,输出的冲击能量增加；气压降低,输出的冲击能量也相应减小。

工作行程是指冲击气缸的锤头在打击工件前,活塞杆所走过的位移。

要求调整工作行程,使活塞杆的位移在冲击气缸释放最大能量范围里作功。

改变从换向阀（主控阀）到气缸的控制管路l1与l2长度之比可调整冲击气缸有杆腔排气和蓄能腔充气的时间,从而使冲击气缸获得最大的动能,一般情况下l1/l2约为1/3。

3.2.2冲击气缸的设计计算

轿车的重量约合1.3-1.8t,本设计所预定的行驶速度为30-80Km/h，撞击功

T=m×v2/2

经过计算，撞击功在45-445T·mm范围内，这个范围是在汽车轮胎垂直撞击到物体上并且速度减为0的前提下计算出的结果，显然实际情况下达不到这么大的撞击功。

经过综合考虑并保证冲击工作可靠，选择缸径为200mm的冲击气缸。

表2：

常用冲击气缸的结构和性能参数表

3.3轮胎侧面撞击试验装置保护壳的设计

由于本装置工作台转速较快，考虑到可能会发生安全事故，需要给装置增加一个带有保险门的保护壳。

它不仅要为轮胎安装与卸下创造条件,而且要与整个装置的造型相适应。

3.3.1.保险门的结构特点

保险门是借鉴外摆式乘客门的设计而来。

门扇由上、下两根支撑臂支撑,通过转轴带动使门扇平行移动,如图所示。

门关闭时,门扇外侧与机身侧壁保持一致,无凹陷与缝隙。

门打开时,门扇平行移出车外,使门置于车门框的外后或外前侧,可以方梗地安装与卸下轮胎。

这种门密封性好,门的设计与装置的设计能很好的一致起来,使整个装置的造型更加美观，同时门是外摆式的，这样可以节省内部空间是整个装置结构更加紧致。

图4外摆式客车门示意图

1.门支柱；2.支撑臂；3.转轴；4.下支撑臂

5.驱动机构；6.下导向杆；7.门扇

它由驱动机构、支撑臂、导向杆、门扇和锁止机构组成。

驱动机构是外摆式乘客门的动力供给部分,它可由压缩空气作为动力源,一也可用可逆电机作为动力源,通过一套机械传动机构完成旋转和锁闭的驱动功能。

支撑臂的作用是支撑门扇并连接驱动机构,与导向杆一起构成按一定轨迹运动的一套连杆机构。

锁止机构的作用是当门关闭时,将门锁止定位,以防止在装置工作过程中门的摆振或自行开启。

3.3.2运动分析

下图为外摆式乘客门的运动分析简图。

图中AB为车门关闭位置,A′B′为车门开启位置。

图5：

外摆式乘客门运动分析简图

从连杆机构的设计及运动性能的要求来看,车门的运动轨迹最好为平动,即从AB位置平移到A′B′的位置。

根据四杆机构的运动规律,车门在移动过程中,它们的轨迹均为圆弧。

因此,A,B两点的固定铰点C,D必定在AB弧和A′B′弧的垂直平分线上且AB∥A′B′，AC=BD。

则由ABCD组成的四杆机构可以保证车门的平动启闭。

由图可知,当车门开启时,连杆AC绕铰点C以角速度ω向右摆动。

由于车门是平动,所以车门上的任一点轨迹都是等半径的圆。

保证车门能平移开启的极限条件是当车门从关闭AB位置移动到A″B″位置时,车门在y座标上的位移为车门厚度t,而在x座标上的位移为Δ。

由图可知,在设计车门时,门与门框的间隙至少应大于Δ。

由于乘客门的厚度T与车身的结构和乘客门本身的刚性有关,一般来说,t的变化范围不大,基本上可以看成定值。

一因此,