侧滑量检验台设计.docx

1、侧滑量检验台设计摘 要 随着我国交通运输业的迅猛发展，建设项目的增多，双前轴转向汽车的使用越来越普遍。而车轮侧滑引起轮胎异常磨损是双前转向汽车普遍存在的问题，因此通过检测车轮侧滑量的大小可以间接评价轮胎磨损。双前轴转向汽车车轮侧滑检测包括轮间和轴间侧滑检测。为了达到准确、快速、自动化检测的目的，本文探讨了一种新的检测方法。这种检测方法可直接检测出轮间和轴间侧滑量，其机械系统建立在原有双板联动式侧滑台的基础上，通过增加等摇臂轴平移机构，加装两支位移传感器。通过对轮间-轴间侧滑检测系统进行了详细的研究和设计，目的是实现对轮间侧滑量和轴间侧滑量的一体化检测。本设计主要是轮间轴间侧滑台机械组成部分，包

2、括框架、滑板装置、等摇臂杠杆机构、等摇臂轴平移机构、锁定装置等。关键词：双前轴转向； 车轮定位； 车轮侧滑; 轮间侧滑； 轴间侧滑 ABSTRACTWith rapidly developing of traffic and transport as well as rising of constructing item in our country, the number of double-front-axle steering automobile is also increasing.But the unusual tyre abrasion by wheel sideslip is

3、the most prominent prolem about double-front-axle steering automobile,so by detection of wheel sideslip can estimate the tyre abrasion. Detection of double-front-axle steering automobiles wheel sideslip includes detection of sideslip between wheels and detection of sideslip between axles. The paper

4、discusses a new detection method which achieves aim of accurate and fast detection.The detection method which bases on double-board- linkage sideslip tester by adding a equal-rocker-axle shift machine and two lining sensors can detect sideslip between wheels and sideslip between axles directly. By r

5、esearching and designing detection system of wheel sideslip in detail, aim of which is to realize integrative detection for sideslip between wheels and sideslip between axles. Designation of mechanism involves frame, release device,slip-board device, equal-rocker-leverage machine, equal-rocker-axle

6、shift machine,comeback device, oriented device, locked device and so on.Keywords: double-front-axle steering ; wheel location ; wheel sideslip ; sideslip between wheels ; sideslip between axles1 绪 论汽车是现代科学技术的产物，它的出现大大地方便了人们的日常生活。随着科学技术的不断发展，汽车的结构不断完善，性能也不断提高。特别是随着电子技术在汽车上的广泛应用，汽车的动力性、经济性、安全性和舒适性大大改善

7、，其使用性能日益满足了人们的需要。汽车在满足人们需要的同时，却因其结构和装备可复杂化，给维修和检测行业提出了更高的要求。为了能够快速、准确、方便地诊断汽车运行故障和检测汽车的使用性能，必须大力发展汽车的检测技术和检测设备1。1.1 汽车性能检测的意义及发展状况汽车在行驶过程中，其技术状况和使用性能将随着里程数的增加而逐渐变坏，出现动力性下降、经济性变差、安全可靠性降低，严重影响汽车经济效益和运输效率的发挥，甚至威胁到生命安全。这就要求预先对故障加以查明和消除。在汽车使用过程中，对其运行状态做出判断，并采取相应的对策，可以大大提高汽车的使用可靠性，充分发挥汽车的效能，减少维修费用，获得更大的经济

8、效益。所以，发展汽车检测与诊断技术具有重要的意义1。近些年发展起来的汽车检测技术就是以研究汽车技术状况变化规律为基础，合理制定检测规范、检测参数和检测标准，充分利用现代化检测手段，在汽车不解体的条件下迅速准确地反映汽车各机构、系统、零部件的技术状况和使用性能，查找故障或隐患所在，采取相应的预防保修措施，以确保车辆在良好的技术状况下运行，从而延长汽车的使用寿命，提高运输能力，降低生产成本，节约能源，减少对环境的污染，保证车辆安全行驶2。可见，用现代化的手段对车辆性能进行定期和不定期的检测，这对提高汽车维修质量、保证车辆技术状况和安全性能，提高运输效率、降低运行消耗、减少环境污染等方面有着显著的经

9、济效益和社会效益，对促进道路运输业的发展起到了积极的推动作用。汽车检测技术是学习工业发达国家开始发展起来的。早在4050 年代就已有了以故障诊断性能调试为主要目的的单项检测技术。60 年代后检测技术获得较大发展，逐渐将单项检测技术联线建站，成为既能进行维修检验，又能进行安全与环保监测的检测技术。随着电子计算机技术的发展，70 年代初期出现了检测控制、数据处理和报告检测结果高度自动化的综合性能检测技术，其检测效率极高。目前，工业发达国家的现代化汽车检测技术已达到广泛应用的阶段，在交通安全、环境保护、节约能源、降低运输成本和提高运力等方面，带来了明显的社会效益和经济效益。我国的汽车检测技术起步较晚

10、，发展缓慢。60 年代开始研究汽车的诊断、检测技术，70 年代末列为国家项目开展了较为全面的研究，重点是检测设备，并着手筹建检测站。80 年代得到迅速发展，以引进国外的汽车检测技术和设备为主导，同时自己也生产了许多检测设备。据不完全统计，到1998 年上半年，全国已建立了800 多个汽车检测站，1000 余条检测线，检测站在大中城市已普遍使用。在这一领域我国与国外的差距正在缩小。目前我国生产的汽车检测与维修设备技术水平与国外发达国家相比，主要差距是：1. 产品可靠性差国外同类产品的使用寿命较长，一般35 年不更换易损件。而国内产品性能不够稳定，故障率多，外观质量差。2. 自动化水平低。3. 国

11、内大多数维修设备为机械式或半机械式，而国外大都采用微机控制、数字显示或彩色屏幕显示，精度高，检测效果好。4. 品种不全，更新幔，技术含量低，附加价值率低。5. 有些检测设备还属空白。如全电脑四轮定位仪，自动电脑解码器，电脑控制车身大梁矫正度量系统等检测设备，国外已形成了系列化，标准化产品，而国内则刚刚着手研究开发2。1.2 车轮侧滑检测的重要意义传统意义上的车轮侧滑是指由于车轮前束角与外倾角配合不当，在汽车行驶过程中，车轮与地面之间产生一种相互作用力，这种作用力垂直于汽车行驶方向，使轮胎处于边滚边滑的状态4。本文所涉及的车轮侧滑的概念还包括另一种原因引起的车轮侧滑，即由于双前轴转向系统的前、后

12、转向轴引导汽车转向方向不一致而引起的车轮侧滑。为了本文的叙述方便，把由于车轮前束角与外倾角配合不当而引起的车轮侧滑称为“轮间侧滑”，相应的侧滑大小称为“轮间侧滑量”；把由于双前轴转向系统前、后转向轴引导汽车转向方向不一致而引起的车轮侧滑称为“轴间侧滑”，相应的侧滑大小称为“轴间侧滑量”。车轮侧滑使汽车的操纵稳定性变差，增加油耗和加速轮胎的磨损。汽车车轮侧滑对汽车使用性能的影响主要有以下几个方面：1. 汽车车轮侧滑量过大会使汽车的行驶阻力增加,对汽车的动力性、燃料经济性及制动性能均有不利影响。由某一车型的试验可知,前轮侧滑量为5.2m/km 与前轮侧滑量为0.2m/km 相比,其滚动阻力增加了约

13、30%,加速性能降低了约7.5%,等速行驶燃料消耗量增加了5%左右。2. 汽车车轮侧滑量增大,对汽车的直线行驶性干扰很大。3. 汽车车轮侧滑量增大使轮胎磨损加剧,同时还会引起偏磨损,导致轮胎使用寿命下降4。1.3 车轮侧滑性能检测的规定 对由于车轮前束角与外倾角配合不当而引起的车轮侧量滑即轮间侧滑量，机动车运行安全技术条件中有详细的规定。国家标准GB7258-1997机动车运行安全技术条件中明确规定：机动车(摩托车、轻便摩托车和三轮农用车除外)转向轮的横向侧滑量，用侧滑仪(包括双板和单板侧滑仪)检测时侧滑量值应不大于5m/km。其检验方法是：1. 将车辆对正侧滑试验台(对于单板式侧滑仪，将车辆

14、的一侧对正侧滑板)，并使转向盘处于正中位置；2. 使车辆沿台板上的指示线以3km/h5km/h 车速平稳前进，在行驶过程中，不得转动转向盘；3. 转向轮通过台板时，测取横向侧滑量。最新的国家标准GB7258-2004机动车运行安全技术条件中明确规定：汽车（三轮汽车除外）的车轮定位应符合该车有关技术条件，车轮定位值应在产品使用说明书中标明。对前轴采用非独立悬架的汽车，其转向轮的横向侧滑量，用侧滑台检验时侧滑量值应在5 m/km 之间。检验方法是：1. 转向轮横向侧滑量的检验应在侧滑检验台上进行。2. 将汽车对正侧滑检验台，并使方向盘处于正中位置。3. 使汽车沿台板上的指示线以3 km/h5 km

15、/h 车速平稳前行，在行进过程中，不允许转动方向盘。4. 转向轮通过台板时，测取横向侧滑量5。因为双前轴转向汽车在我国工程建设中大量应用的时间并不是很长，所以国家标准对轴间侧滑量限值还没有做出相关规定。1.4 本设计的重要意义随着我国交通运输业的迅猛发展，建设项目的增多，长距离大吨位车辆的保有量也大幅度增加。对于超重型汽车，设计时必须考虑其轴荷限制，使其在结构上可行，又符合道路交通法规的要求，简便易行的方法即增加轴数，把前轴由单轴改为双前轴。因此，双前轴转向汽车的产量与销售量开始大幅度增加。由于这种汽车转向轴数增加，给转向机构的安装、调整以及维修工作带来巨大的困难，同时使用中出现的问题也相应的

16、增多。汽车在长时间的使用之后，由于转向系统中各配合件之间的磨损、弯曲变形和螺丝的松动，使得前、后转向轴引导汽车转向方向不一致，车轮在地面上滚动时就会受到地面所给的垂直于汽车行驶方向的横向力作用，轮胎的异常磨损加剧，新车出厂时也可能由于安装不当而引起上述问题。然而，目前为止，还没有相应的能检测其安装、调整以及维修工作是否正确的设备，严重地影响了汽车制造和维修工作，这一问题已成为了亟待解决的重要问题。 对于双前轴转向机构的设计和研究，国内外在理论分析和实践上做了很多工作。然而，对双前轴转向汽车轴间侧滑检测理论的研究很少，就更不用说实际的检测手段了。目前国内外对于双前轴转向汽车轴间侧滑的检测还停留在

17、简单的人工测量的方法，即检测人员用肉眼观察转向系统中各零件是否磨损严重和螺丝是否松动，用米尺来测量各零件间的配合尺寸，再通过路试的方法来判断是否合格。这种方法效率低，投入的人员多，检测结果误差大。因此，为实现快速、准确的检测出汽车的功能故障，确保行车安全，研制开发价格低廉、能同时检测双前轴转向汽车轮间、轴间侧滑量的检测系统，已是一项迫在眉睫的任务。本设计开发的轮间-轴间侧滑检测系统能够快速、有效而准确地检测轮间侧滑量和双前轴转向汽车的轴间侧滑量，取代了传统笨拙的检测轴间侧滑的方法。实现了轴间侧滑的智能化检测和检验台的多功能化，降低检测设备的成本，提高了检测的效率。使用检验台检调车辆，可保证车辆

18、具有最佳的操纵稳定性，保证行车安全，减少由于车轮定位状态不佳所发生的交通事故。并能极大地减少轮胎异常磨损减少车辆用户的经济损失，其间接经济效益十分可观，对社会的经济发展非常有利。1.5 本设计的内容本设计内容: 首先研究汽车车轮轴间侧滑量检测的方法，开发双前轴转向汽车轮间-轴间侧滑量一体化检测系统；然后对双前轴转向汽车轮间-轴间侧滑量台各机械组成部分设计。2 车轮侧滑检测原理与方法2.1 轮间侧滑检测方法 检测轮间侧滑量使用侧滑检验台，目前国内在用的大多数侧滑检验台均是滑板式，并且都只能检测轮间侧滑量。检测时使汽车前轮在滑板上通过，在通过检测滑板左右方向位移量的方法来检验侧滑量。滑板式侧滑检验

19、台按其结构形式可分为单滑板式和双板联动、双板分动三种。还有一种国外进口的检测前轮外倾角和前束配合情况的试验台是滚筒式的。检测时，前轮放在滚筒上，由模拟路面的滚筒来驱动。同时有三个小滚子紧贴轮胎，小滚子可以在互相垂直的两个方向上自由摆动，由小滚子的支座来测量侧向力。这种试验台可以边检测边调整，但结构复杂、造价高。国内也研制成一种QCT-1 型从动滚筒检测式前轮侧滑调整台，检测时，也是将两前轮放在四个滚筒上，由电机带动的后滚筒驱动车轮转动，模拟汽车行驶状态。两前滚筒是从动的，而且在横向可以自由滑动，因为支撑两前滚筒的轴承座固定在两块可以左右自由滑动的滑板上，由此可以检测出前轮侧滑量。这里只重点介绍

20、一下双板联动式侧滑试验台。双板联动式侧滑试验台的结构如图2-1 所示，由机械部分、侧滑量检测装置、侧滑量定量指示装置等几部分组成。 图2-1 双板联动式侧滑台1.侧滑台仪表 2.传感器 3.回位机构 4.限位装置 5.右滑板 6.所定装置7.等摇臂杠杆机构 8.滚轮 9.导轨 10.左滑板 11.导向装置 12.框架机械部分包括：左右滑板、双摇臂杠杆机构、回位装置、导向和限位装置等。双滑板联动式侧滑试验台左右两块滑板的移动量是相等的，同时向外或同时向内。在其中一块滑板上装有位移传感器，将位移量变成电信号送给侧滑量显示装置。侧滑检测装置由左右两块滑板、杠杆联动机构和位移传感器等组成。该装置把车轮

21、的侧滑量检测出来，并传递给侧滑量指示装置。侧滑板表面做成凸凹不平的花纹形状，以增大附着力，减少车轮与滑板之间可能产生的滑移。滑板下面有滚轮，滚轮在滑道中可以左右自由滑动。滚轮和滑道应定期进行润滑和保养，以减少滑板运动的阻力，提高检测精度。当车轮驶离滑板后，滑板在回位弹簧的作用下恢复到原来的位置。以前生产的侧滑试验台的指示装置有指针式的。目前，国产的侧滑试验台全部用数码管显示或液晶显示，并有峰值保留功能。数字式侧滑仪用数字显示侧滑量值，用“+”、“-”号表示侧滑方向7。2.2 轴间侧滑检测方法 现有的侧滑检验台中，双板分动式侧滑检验台大概能够满足轴间侧滑检测的需要。下面分别论述双板分动式侧滑检验

22、台和本设计所研究的轮间-轴间侧滑检测系统检测车轮的轴间侧滑量。2.2.1 双板分动式侧滑检验台检测轴间侧滑量双板分动式侧滑检验台的工作原理很简单，它有两个独立的可以横向滑动的浮动滑板。检测汽车的轮间侧滑量时，汽车慢速通过侧滑台，两个转向轮就会带动滑板移动，滑板的位移量就是轮间侧滑量8。现在要使用双板分动式侧滑检验台测量双前轴转向汽车的轮间和轴间侧滑量。因为汽车在通过侧滑台台板的时候，轮间侧滑和轴间侧滑最终都反应在车轮的侧滑上，所以侧滑检验台两个台板的位移量是轮间侧滑和轴 图2-2 双板分动式侧滑台检测轴间侧滑量示意图间侧滑共同作用的结果。那么，关键问题就是把两个侧滑量分离出来。假设滑板向外滑动

23、的位移记为“+”， 向内滑动的位移记为“”。轮间侧滑引起的左右台板位移分别记为A1，A2 ，根据外倾角和前束角引起车轮侧滑的特点可知：A1 A2 0；轴间侧滑引起的左右台板位移分别记为 B1,B2 ，通过前面对轴间侧滑检测原理的分析可知： B1 B2 0 。左右滑板的最终的位移分别记为 S1 和 S2 ，如图2-2 所示。则有如下方程组成立： S1= A1 + B1 (2-1) S2= A2 + B2 (2-2)S1 和 S2 可以通过位移传感器直接测得，作为已知量。方程组只有两个方程，却有四个未知量，所以还要找出两个方程。B1 和B2 事实上是同一个量，只是同一个转向轴的轴间侧滑量分别通过左

24、右车轮反应为两个滑板的位移量，因此 B1 = B2 。再看看A1 和A2 是一个什么样的关系，在用双板联动式侧滑检验台检测轮间侧滑量时，等摇臂杠杆机构保证了关系式 A1= A2 ，而双板分动式侧滑检验台无法满足这个要求，这也是设计的轮间-轴间侧滑检测系统采用等摇臂杠杆机构的原因。为了能够使用双板分动式侧滑检验台检测轴间侧滑量，只能做这样的假设，即：A1 = A2 。至此，方程组有四个方程，能够求得四个未知量。将 A1 = A2 ，B1 = B2 带入 S1 A1 + B1 可得： S1 A2B2把 S2 A2 B2 和 S1A2B2 两边相加： S2 S1 2 A2 A2 (S1 + S2)/

25、2把 S2 A2 B2 和 S1A2B2 两边相减： S2 S1 2 B2 B2 (S2 S1)/2通过以上推导最终求得轮间侧滑量和轴间侧滑量的大小。但双板分动式侧滑检验台检测车辆侧滑时有很大的缺点：车辆刚驶上板面时由于受侧向力大的一侧板的移动量大于受侧向力小的一侧板，车头将随受侧向力大的一侧板的受力方向摆动，行车状态不稳定，更重要的是测量结果重复性差、失真较大。2.2.2 轮间-轴间侧滑检测系统检测轴间侧滑 因为双板分动式侧滑检验台在检测车轮的轮间侧滑量和轴间侧滑量时，要做出一定的假设，因此测量出来的数据离散性很大，重复性不好。因此，就有必要开发本论文所讨论的轮间-轴间侧滑检测系统，以保证行

26、车状态稳定，检测数据准确、重复性好。本检验台在原有双板联动式侧滑检验台的基础上，增加等摇臂轴平移机构和测量系统，在测量轮间侧滑量的同时，测量轴间侧滑量。等摇臂杠杆机构能够保证左右滑板同时向内或向外移动相同的位移，即保证了关系式 A1 = A2 ,所以是必不可少的机构。为了能够检测轴间侧滑量，还必须要满足左右台板同时向一侧移动的要求，为此增加了一个等摇臂轴平移机构。实质上就是把原本固定的等摇臂杠杆机构的中心轴安装在可以横向自由移动的浮动板上。当同时存在轮间侧滑和轴间侧滑的汽车驶上台板时，两个台板会因为轮间侧滑的存在而通过等摇臂杠杆机构同时向内侧或外侧移动，又会因为轴间侧滑的存在而通过等摇臂轴平移

27、机构而向同一侧移动。所以每一个台板的运动都是两种运动的合成，即轮间侧滑和轴间侧滑引起的运动的合成运动。如果按照使用双板分动式侧滑检验台检测车轮侧滑的方式布置传感器，就可以通过公式推导求出轮间侧滑量和轴间侧滑量，而且无需再做任何假设，所以一定会比使用双板分动式侧滑检验台检测出来的数据准确。 图2-3 传感器布置方式但是，在设计过程中，本检测系统选择了更加可靠的安装方式，不但保证了能够同时检测轮间侧滑量和轴间侧滑量，而且不需要公式的推导，便可以通过位移传感器直接测量出轮间侧滑量和轴间侧滑量的大小。如图2-3 所示：把测量轮间侧滑量的位移传感器安装在等摇臂轴滑板平移机构的差动板上，测量头和左台板或右

28、台板接触。因为传感器相对于滑板平移机构是静止的，所以相当于屏蔽了轴间侧滑对位移传感器的影响，此时测量出来的台板位移量就是汽车的轮间侧滑量；把测量轴间侧滑量的位移传感器也安装在等摇臂轴滑板平移机构的差动板上，但测量头和固定的台架边框槽钢相接触，因为运动是相对的，所以此时传感器测量出来的就是滑板的位移大小，也就是轴间侧滑量的大小。本系统所测数据作了如下规定：对于轮间侧滑量，滑板向外滑动，侧滑量记为正，滑板向内滑动，侧滑量记为负；对于轴间侧滑量，滑板或差动板向左滑动，侧滑量记为正，滑板向右滑动，侧滑量记为负。3 轮间-轴间侧滑检测系统机械部份设计机械结构的主要作用是承受车轮的作用力，保持滑板能平稳、

29、轻松自如的横向移动，并且在车辆通过后能够退回到初始位置。同时承受车轮给予的垂直载荷和侧向推力。 图3-1 1.滑板 2.放松板 3.等摇臂轴平移机构4.等摇臂杠杆机构 5.位移传感器 6.锁定装置 7.回位装置 图3-2 框架图3-1 是机械结构的整体布置图，右图是左图两滑板中间部分的放大图。本系统的机械结构是在原有双板联动式侧滑量检测台的基础上，增加了等摇臂轴平移机构。使用两只位移传感器，在测量轮间侧滑量的同时，测量轴间侧滑量。机械结构部分制造的关键难点是等摇臂杠杆机构的精度、等摇臂轴平移机构的精度、滑动机构的耐磨性及使用寿命。 框架由两个长槽钢和四个短槽钢组成，总长2930mm，总宽148

30、9mm。如图3-2.3.1 放松板和滑板 图3-3 放松板 图3-4 滑板放松板的作用是保证车轮通过滑板时能得以准确测量。车轮在驶入侧滑台前，由于车轮侧滑量的作用，车轮与地面间接触产生的横向应力迫使车轮产生变形，在驶上侧滑板的瞬间将迅速释放并引起滑板大于实际值的位移。如图3-3。放松板的设计主要就是从强度方面进行考虑。放松板的强度决定了其承载能力，也就是能够承受所检测车辆的最大轴重，一般应能够承受轴重10t 的车辆可以安全通过而不变形。为此，放松板的骨架采用了热轧轻型槽钢，型号是14Q。滑板布置在放松板之后，左右两块滑板通过等摇臂杠杆机构连接在一起。滑板的作用就是支撑车轮并保证可以横向自由移动

31、。滑板的设计不但要考虑承载能力，还要有足够大的表面附着系数。承载能力的设计和放松板一样，骨架也是采用的14Q 热轧轻型槽钢。表面采用花纹钢板以增加附着力，保证车轮通过时车轮与板面间不产生滑动。滑板的纵向和横向长度都是1000mm。如图3-4。3.2 等摇臂杠杆机构等摇臂杠杆机构是双板联动式侧滑台普遍采用的机构，机构的特点是能保证左右滑板只能同时向内或向外移动相同的位移，应用这种机构测量出来的轮间侧滑量值，是同一轴上左右轮侧滑量的平均值。等摇臂杠杆机构由等摇臂轴、两个全等的摇臂、旋转杆和固定杆组成。旋转杆通过轴承和双摇臂轴连在一起，可以在水平面内自由旋转。固定杆一端用螺栓固定在滑板上，另一端和摇

32、臂铰接相连，摇臂和旋转杆铰接如图3-5。 图3-5 1.等摇臂轴 2.旋转杆 3. 等摇臂杆 4. 固定杆检测台的等摇臂杠杆机构精度要求都是很高的，在加工过程中是很难控制的。例如GB11798.1-2001滑板式汽车侧滑试验台检定技术条件中对双滑板侧滑试验台左、右滑板位移同步性有严格的要求，等摇臂杠杆机构的工艺精度就是左、右滑板同步性的保证。理论设计上，两个摇臂的长度应该是相等的，这样才能保证两滑板在轮间侧滑作用后能够相向或反向运动相同的位移，即满足同步性的要求；还有等摇臂轴是否等分旋转杆对左右滑板的同步性也有着很大的影响。3.3 等摇臂轴平移机构等摇臂轴平移机构是本机械结构重点设计的部分，正是因为增加了这样的一个机构，才使得原本只能对轮间侧滑量进行检测的双板联