基于SolidWorks的改进型驻车力检测试验台的仿真分析本科生毕业设计.docx

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基于SolidWorks的改进型驻车力检测试验台的仿真分析本科生毕业设计

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本科生毕业论文（设计）

中文题目基于SolidWorks的改进型驻车力检测试验

台的仿真分析

英文题目AnalysisandsimulationbasedonSolid-

Worksfortheimprovedparkingcapacity

testbench

学院交通学院

专业汽车运用工程

指导教师杨志发职称副教授

吉林大学学士学位论文（设计）承诺书

本人郑重承诺：

所呈交的学士学位毕业论文（设计），是本人在指导教师的指导下，独立进行实验、设计、调研等工作基础上取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。

对本人实验或设计中做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确的方式注明。

本人完全意识到本承诺书的法律结果由本人承担。

学士学位论文（设计）作者签名：

年月日

摘要

改革开放以来，随着科学技术的飞速进步，我国的汽车工业也得到了蓬勃的发展，汽车的性能正在不断完善。

同时，伴随国民经济的蒸蒸日上，普通民众的生活水平也得到了很大的提高，汽车也从原来的奢侈品逐渐转变为我们生活的日用品。

随着我国汽车保有量迅速增长，汽车走进千家万户，人们正对于汽车的使用性能和安全性能提出更高的要求，而驻车力检测作为汽车性能检测中的重要一项正得到更高的重视。

现阶段检测车辆驻车制动力主要有路试和台试两种方式，若采用路试方式，则需要专门建造所必需的供整车停驻的坡道，占用大片场地，尤其是用于检测汽车列车的驻车制动力时，厂家难以提供检测所需要的坡道。

若采用台试方式，常应用反力式滚筒制动试验台，结构复杂，投资大，不利于检测厂家的优化升级。

而改进型驻车力检测试验台作为一种新的驻车力检测手段具有低成本、低消耗、零污染、易维修升级等优点，正逐步走进我们的检测领域并得到广泛应用。

本文诠释了驻车制动及其相关的概念，论述了驻车制动力检测的重要性及基本原理，并将传统检测手段和改进型驻车力检测试验台检测手段进行优缺点对比，分析了改进型驻车力检测试验台的可行性及实用性，利用材料力学和理论力学的知识对改进型驻车力检测试验台的各零部件进行了基本的强度校核，并通过Solidworks三维机械设计软件对改进型驻车力检测试验台进行了仿真分析，并得出仿真数据及分析结果。

关键词：

汽车安全；驻车力检测；改进型检测试验台；Solidworks建模与仿真

Abstract

Sincethereformandopening,withtherapidprogressofscienceandtechnology,thedevelopmentofChina'sautoindustrymoreperfect.Atthesametime,withthedevelopmentofthenationaleconomy,ordinarypeople'slivingstandardgreatlyimproved,carsimportantoneoftheautomobileperformancetestgets.

Atpresent,detectingvehiclesparkingbrakeforcemainlyincludestwoways,roadtestandbenchtest.Ifchoosingtheroadtest,weneedthenecessaryrampforthevehiclestoping.Itoccupieslargearea.Ifchoosingthebenchtest,weoftenusethecylinderbraketestbench.Itsstructureisverycomplicatedanditspriceisquiteexpensive.It’satroubleformanufacturerstoupgrade.Whiletheimprovedparkingcapacitytestasanewparkingforcedetectionmethod,zeropollution,easymaintenanceandupgradedandotheradvantages,isgraduallycomingintothedetectionareaofusandwidelyused.

Thispaperexplainstheconceptofparkingbrakeandtherelated,discussestheimportanceandthebasicprincipleoftheparkingbrakeforcedetection,andcomparestheadvantagesanddisadvantagesoftraditionaldetectionmethodsandparkingcapacitytestdetectionmeans,anddoesthebasicstrengthcheckforallpartsoftheimprovedparkingcapacitytestbenchwiththeknowledgeofMechanicsofmaterialsandTheoreticalmechanics,anddoesthesimulationanalysisfortheimprovedparkingcapacitytestbenchwithSolidWorksSoftwareandgetthesimulationdataandanalysisresults.

Keywords：

automobilesafety，parkingbrakingforcedetection，improvedtestbench，

SolidWorks，modelingandsimulation

目录

第1章论文研究的背景及意义1

1.1我国机动车驻车力检测现状1

1.2论文的主要研究内容及意义3

第2章驻车力检测台的检测原理及结构2

2.1驻车制动2

2.2驻车力的检测原理3

2.3驻车力检测台的检测原理及检测方法4

2.3.1驻车力检测台的检测原理4

2.3.2驻车力检测台的检测方法5

2.4改进型驻车力检测试验台的结构5

2.5改进型驻车力检测试验台的受力分析及基本强度校核12

2.5.1驻车反力牵引车装配体的受力分析及基本强度校核12

2.5.2传感器升降托盘装配体的受力分析及基本强度校核15

2.6本章小结16

第3章Solidworks三维机械设计软件的模型建立及仿真原理17

3.1Solidworks三维机械设计软件简介17

3.2Solidworks三维机械设计软件模型建立的方法20

3.3Solidworks三维机械设计软件仿真的方法26

第4章基于Solidworks的改进型驻车力检测试验台的建模及仿真分析31

4.1基于Solidworks的改进型驻车力检测试验台的模型建立31

4.1.1驻车反力牵引车装配体的建模31

4.1.2传感器升降托盘装配体的建模32

4.2基于Solidworks的改进型驻车力检测试验台的仿真分析33

4.2.1驻车反力牵引车装配体的仿真分析33

4.2.2传感器升降托盘装配体的仿真分析39

第5章全文总结42

参考文献43

致谢44

英文资料原文及中文翻译稿45

第1章论文研究的背景及意义

1.1我国机动车驻车力检测现状

常使用路试制动性能检验方法和台试制动性能检验方法两种方法来完成驻车制动性能的检测。

路试制动性能检验是指受检车辆在空载状态下，驻车制动装置可以使机动车在坡度为20%（对总质量为整备质量的1.2倍以下的机动车为15%）、轮胎与路面间的附着系数大于等于0.7的坡道上正、反两个方向保持固定不动，时间应大于等于5min，如图1-1。

当受检车辆为汽车列车时，应使牵引车和挂车的驻车制动装置均起作用。

在规定的测试状态下，机动车使用驻车制动装置能停在坡度值更大且附着系数符合要求的试验坡道上时，应视为达到了驻车制动性能检验规定的要求[1]。

图1-1路试制动性能检验示意图

台试制动性能检验是指，当采用制动检验台检验汽车驻车制动装置的制动力时，机动车空载，乘坐一名驾驶人，使驻车制动装置发挥作用，该车在测试状态下整车重量的15%应小于等于驻车制动力的总和，（对于总质量为整备质量1.2倍以下的机动车，该车在测试状态下整车重量的15%应小于等于驻车制动力的总和）台试制动性能检测台如图1-2[2]。

图1-2滚筒式制动性能检测台示意图

然而，这两种目前最主要的驻车力检测方法都存在着弊端。

若采用路试方式检测，则需要专门建造所必需的供整车停驻的坡道，占用大片场地，尤其是用于汽车列车的驻车制动力时，所需的坡道更是令检测厂家难以提供；若采用台试方式，常应用反力式滚筒制动试验台，结构复杂，投资大，不利于检测厂家的优化升级。

不同于上述两种方法的另一种检测手段是使用改进型驻车力检测试验台进行检测驻车力，其检测过程如图1-3所示。

使用改进型驻车力检测试验台进行驻车力检测作为一种新的驻车力检测方法，具有低成本、低消耗、零污染、易维修升级等优点，它的结构简单，因此也更利于工作人员操作，可以很好地避免传统检测方法在场地和技术等方面受限制的弊端。

图1-3改进型驻车力检测试验台示意图

然而，由于它的机械结构多使用焊接和螺栓联接，所以在检测多种车型时必须保证检测试验台装配体各部件有足够的强度和刚度，同时也要保证各处联接足够安全稳定，否则可能会对试验台造成损坏，甚至对试验操作人员造成伤害。

本文主要对改进型驻车力检测试验台进行建模，并对其检测强度进行仿真分析，为使用改进型驻车力检测试验台进行检测提供了理论基础，以便改进型驻车力检测试验台在实际检测过程中发挥更好的作用。

1.2论文的主要研究内容及意义

本文的主要研究内容如下：

1）诠释了驻车制动及其相关的概念，论述了驻车制动力检测的重要性及基本原理，并将传统检测手段和改进型驻车力检测试验台检测手段进行优缺点对比，分析了改进型驻车力检测试验台的可行性及实用性；

2）利用材料力学及理论力学的知识，对改进型驻车力检测试验台各零部件做出基本的强度校核；

3）利用Solidworks三维机械设计软件对驻车制动力检测试验台进行三维建模，对其在应力、位移和应变方面做出仿真，并对仿真结果进行分析，得出结论。

通过本文的研究，我们希望对改进型驻车力检测试验台的各方面参数有一个更加深入的了解，并对其各部件强度是否处于安全状态有一个全面的掌握，为它的使用提供理论基础，以便于改进型驻车力检测试验台更好地投入使用和升级发展。

第2章驻车力检测台的检测原理及结构

2.1驻车制动

驻车制动，即手刹或者自动档中的停车档，它的作用是锁住传动轴或者后轮，在停车时给汽车一个阻力，以防止其在坡路停车时出现溜车的现象，这个阻力就叫做驻车力，它是由安装在汽车上的驻车制动装置所提供的。

由于驻车制动装置在汽车上安装于不同的位置，其分中央驻车制动装置和车轮驻车制动装置两类。

前者是在传动轴上安装驻车制动器，称为中央制动器；后者的制动器和行车制动装置共用一套，具有简单紧凑的结构，目前已普遍应用在轿车上。

这种制动器将一个盘式制动器（作行车制动器）和一个鼓式制动器（作驻车制动器）进行组合。

盘式制动器的制动盘由双作用制动盘的外缘盘充当，鼓式制动器的制动鼓由中间的鼓部充当。

驻车制动装置的工作原理是在进行驻车制动时，驾驶室中的手动驻车制动操纵杆将由驾驶员拉到制动位置，一系列杠杆和拉绳传动的作用之后，驻车制动杠杆的下端被向前拉，使之绕平头销转动，制动推杆被中间支点推动而左移，前制动蹄就会被推向制动鼓。

当前制动蹄和制动鼓压靠到一起之后，推杆停止移动，此时制动杠杆绕中间支点继续转动。

于是制动杠杆的上端向右移动，使后制动蹄与制动鼓压靠在一起，驻车制动力被施加。

当制动被解除时，驻车制动操纵杆由驾驶员推回非制动的位置，拉绳回位弹簧使制动杠杆回位，同时两制动蹄被制动蹄回位弹簧拉拢[3]。

驻车力检测是汽车安全性能检测中的重要一项，随着我国汽车保有量的逐年上升，因机动车驻车力不足而发生溜车造成的事故也逐渐增多，事故造成的后果也十分严重，甚至出现人员伤亡[17]。

如图2-1、2-2就是事故现场的图片资料。

可见，驻车力的检测对于汽车的安全性能十分重要，必须引起我们更多的重视。

图2-1事故现场图片资料

（1）

图2-2事故现场图片资料

（2）

2.2驻车力的检测原理

在《中华人民共和国国家标准-机动车运行安全技术条件GB7258—2012》中对于车辆的驻车制动力的要求有如下所述：

在空载状态下，驻车制动装置应能保证机动车在坡度为20%（对总质量为整备质量的1.2倍以下的机动车为15%）、轮胎与路面间的附着系数大于等于0.7的坡道上正、反两个方向保持固定不动，时间应大于等于5min[4]。

分析车辆停驻在坡道上时的受力，如图2-3所示。

图2-3坡道上停驻车辆受力分析图

根据国家标准，坡道为tan（α）=20%。

若达到平衡，即车辆的驻车制动力满足国家标准要求，则驻车制动力F=Gsin（α）。

所以，若车辆的驻车制动力符合标准，则有驻车制动力F与车重G的比值：

FG≥sin（α）=0.196，在实际检测中，取FG≥20%即可。

2.3驻车力检测台的检测原理及检测方法

2.3.1驻车力检测台的检测原理

改进型驻车力检测试验台不需要坡道，在水平地面上就可以进行驻车制动力的检测。

改进型驻车力检测试验台的驻车检测仪框架装配体下端用地脚螺栓固定于地面，给驻车检测仪框架装配体施加一个向后的作用力。

测力传感器与卸扣拉杆装配体一端通过手扳葫芦装配体连接到手扳葫芦挂钩支撑架装配体中的挂钩支撑拉力板上的孔内，另一端通过牵引钢丝绳连接到被检车辆的车钩上，在车辆驻车情况下，操作手扳葫芦对其施加拉力，直至车辆产生纵向上的位移，在此过程中，通过测力传感器所得到的力值为车辆的驻车制动力并且在车辆产生位移前达到最大，即得到了最大驻车制动力Fmax，通过计算最大驻车制动力与车重的比例关系即可知待检测车辆驻车制动力合格与否（FmaxG≥20%即为合格）。

改进型驻车力检测试验台检测受检车辆驻车制动力的工作状态图如图2-4所示。

图中1为改进型驻车力检测试验台，2为受检车辆。

改进型驻车力检测试验台1通过牵引钢丝绳连接到受检车辆2的车钩上。

当拉紧手动牵引葫芦时，受检车辆2受到如图中绿色箭头所示的驻车制动力，检测系统1左端受到向左的反力，如图中红色箭头所示。

图2-4改进型检测试验台工作状态示意图

2.3.2驻车力检测台的检测方法

改进型驻车力检测试验台有两种检测方法。

第一种方法是测试汽车的最大驻车制动力，然后同标准规定的汽车驻车制动力进行比较。

第二种方法是根据标准规定的汽车驻车制动力设定阀值，当被测汽车的驻车制动力达到阀值时报警。

其检测过程如下：

牵引钢丝绳右端挂在汽车上，调整被测车辆使其停在适合的位置，调整手扳葫芦托盘和传感器升降托盘小车中的托盘的高度，使连在称重传感器两端的牵引钢丝绳和手扳葫芦环链在同一直线上。

图显示推拉力计通过USB连接线连接到电脑设备上。

打开电脑上的图显示拉力计的自带软件，打开图显示拉力计的开关，启动汽车的驻车制动力装置。

第一种测试方法：

操作人员通过摇动牵引葫芦扳手使链条收紧，直到汽车被拉动为止，就可以从图显示拉力计上读出最大的驻车制动力，然后与标准比较，如果超过标准值，就认为该车的驻车制动力符合要求。

如果需要检测报告，可以在电脑上打印出驻车制动力变化曲线。

第二种测试方法：

在测试前根据标准设置好标准的驻车制动力作为阈值，当达到这个阈值后图显示推拉力计就会报警，操作人员就可以停止摇动葫芦扳手，此时也能认为该车的驻车制动力符合要求，如果在汽车被拉动之前都没有听到报警声则说明该车的驻车制动力不符合要求。

如果需要检测报告，可以在电脑上打印出驻车制动力变化曲线。

2.4改进型驻车力检测试验台的结构

改进型驻车力检测试验台由驻车反力牵引车装配体、手动牵引葫芦装配体和传感器升降托盘装配体共同组成。

其中，驻车反力牵引车装配体由固定底座、固定地脚螺栓、肋板、框架挂钩槽钢、方钢立柱、拉力板、自锁螺钉、拉力孔、手动牵引葫芦托盘、托盘固定螺栓孔组成。

如图2-5。

12345678910

1固定底座、2固定地脚螺栓孔、3肋板、4框架挂钩槽钢、5方钢立柱、6拉力板

7自锁螺钉、8拉力孔、9手动牵引葫芦托盘、10托盘固定螺栓孔

图2-5驻车反力牵引车装配体示意图

高牵引高度为500mm。

常见轿车自重约为1500kg，加上驾驶员及载重约为1800kg，留取10％以上的安全范围，以牵引车总重为2000kg计算，由上述检测标准可知，FG≥20％即为合格，即F≥0.2G≈4000N。

在驻车反力牵引车装配体中，立柱结构由一组公称边长为60mm、高度为500mm的方钢组成，其技术参数见表2.1。

表2.1型钢表

立柱焊接在固定底座上，其中固定底座的尺寸为250mm×140mm×5mm，以M20的地脚螺栓固定于地面，并以一组肋板加强其强度，地脚螺栓的技术参数见表2.2。

表2.2地脚螺栓尺寸参数表

框架挂钩槽钢与托盘支撑槽钢焊接在一起，其中，框架挂钩槽钢使用10号槽钢，托盘支撑槽钢使用5号槽钢，长为370mm，手动牵引葫芦托盘由6个M8的螺钉与支撑槽钢固定在一起，托盘尺寸为400mm×300mm×30mm，托盘与支撑槽钢的接触长度为250mm。

框架挂钩槽钢以及托盘支撑槽钢技术参数见表2.3。

表2.3槽钢表

当驻车反力牵引车装配体工作时，托盘部分由重力有向下的趋势，整个托盘部分由框架挂钩槽钢和一组M12的自锁螺钉自锁，可以保证手动牵引葫芦托盘固定于任意牵引高度。

手动牵引葫芦挂钩挂在拉力板的拉力孔中，此部分所承受拉力较大，并且基本不承受压力，所以使用塑性材料中的45号钢作为拉力板的材长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J）。

手动牵引葫芦与测力传感器装配体的结构如图3-5所示。

手动牵引葫芦与传感器装配体由手动牵引葫芦1和测力传感器与卸扣钢丝绳装配体2和水平仪3组成。

如图2-6所示。

1手动牵引葫芦、2测力传感器、3水平仪

图2-6手动牵引葫芦与测力传感器装配体示意图

手动牵引葫芦左侧的挂钩挂在手动牵引葫芦支撑托盘拉力板的拉力孔中，手动牵引葫芦右侧的挂钩挂在测力传感器左侧的环孔中。

测力传感器通过卸扣与牵引钢丝绳联接，钢丝绳挂在被测车辆前端正中间位置的牵引钩上，并通过水平仪保证其水平。

当摇动牵引葫芦扳手时，缩短牵引葫芦固定钩与动钩之间的距离，对汽车施加拉力，通过测力传感器将所测得的力传到图显示拉力计上显示。

传感器升降托盘装配体的结构如图2-7示。

传感器升降托盘装配体主要由1传感器升降托盘、2支撑方钢、3自锁槽钢、4立柱方钢、5传感器安装槽、6固定底座、7万向脚轮安装孔组成。

其中，托盘尺寸为400mm×300mm×30mm，立柱使用公称边长为60mm的方钢，高度为500mm，自锁槽钢使用6.3号槽钢，支撑方钢使用公称边长为60mm的方钢，焊接在自锁槽钢上，支撑槽钢与传感器托盘以焊接的方式连接，传感器升降托盘的底座由3个公称边长60mm的方钢组成，底座尺寸为300mm×200mm×60mm，在底座的四角处分别安装4个万向脚轮，以便传感器升降托盘装配体工作时可以任意调整方向。

1234567

1传感器升降托盘、2支撑方钢、3自锁槽钢、4立柱方钢、5传感器安装槽

6固定底座、7万向脚轮安装孔

图2-7传感器升降托盘装配体示意图

传感器升降托盘装配体的支撑方钢穿过传感器升降托盘装配体的自锁槽钢之间起到支撑和导向的作用，使得传感器升降托盘装配体的托盘装配部分可以在立柱之间上下移动。

当需要升高托盘时，一只手托住托盘一边，另一只手向上提拉托盘的另一边，可以使托盘停在所需要的位置。

当松开手后，托盘及传感器升降托盘装配体的托盘部分可以自锁在当前的高度上，即使不加其他固定装置，也能保证托盘不会掉下来。

因此托盘的高度只要不超出立柱方钢的顶端就可以任意调整。

当需要下降托盘时，一只手轻轻托住托盘，由于托盘和支撑方钢的自身重力，托盘和支撑方钢就可以下降。

托盘是用来放置手扳葫芦动滑轮及测力传感器的，可以通过调整托盘的高低位置使手扳葫芦、测力传感器与汽车牵引钩处于同一水平面位置，并参看水平仪，从而保证测力传感器承受水平拉力。

改进型驻车动力检验台的传感器标定装置如图2-8所示。

改进型驻车力检验台的传感器标定装置由测力传感器1、传感器标定上销轴2、传感器标定下销轴3、计量院传感器线4、标准负荷测量仪5、图显示推拉力计6、传感器电缆线7、液压千斤顶8、传感器下端标定架9、计量院传感器10和传感器上端活动架11组成。

1测力传感器、2测力传感器标定上销轴、3测力传感器标定下销轴、4计量院传感器线

5标准负荷测量仪、6图显示推拉力计、7传感器电缆线、8液压千斤顶

9传感器下端标定架、10计量院传感器、11传感器上端活动架

图2-8传感器标定装置示意图

传感器下端标定架9安装在地面上，液压千斤顶8放在传感器下端标定架9的标定架底板中间，上端支撑着计量院传感器10。

计量院传感器10固定安装在传感器上端活动架11的底端。

测力传感器1上端圆形通孔套装在传感器标定上销轴2上，并通过传感器标定销轴2将测力传感器联接到活动架11上，测力传感器1下端通过传感器标定下销轴3联接到传感器下端标定架9的立柱槽钢上端圆形通孔中。

标准负荷测量仪5通过传感器线4连接到计量院传感器10的接线柱上，标准负荷测量仪5的型号为2000B0，计量院传感器10的型号为CL11。

图显示推拉力计6通过传感器电缆线7连接到测力传感器1的接线柱上。

驻车制动力传感器标定装配体中没有设计导向装置，这是因为当压液压千斤顶8对计量院传感器10施加垂直向上的力时，力最终传到称重传感器1上端圆形通孔，使称重传感器1被拉伸，即使液压千斤顶8所作用的力不是沿垂直方向，也能够自行调整到垂直方向。

向下压液压千斤顶8的压杆，液压千斤顶8对计量院传感器10施加垂直向上的力，通过标准负荷测量仪5可以读出所施加的力的大小，液压千斤顶8所施加向上的力通过传感器上端顶到活动架11的下平面，在千斤顶的推动下，活动架11上升，导致传感器标定上销轴2和下销轴3的距离增加，传感器标定下销轴3固定在传感器下端标定架9上（固定端），致使测力传感器1受到垂直向上的作用力，所以测力传感器1所受大的力的大小与计量院传感器10所受的力的大小相等，因而可以通过标准负荷测量仪5上的读数来标定图显示推拉力计6上的读数，使二者数值相等。

对同一量，进行多次计量，取其平均值，不确定度既是指其偏离平均值的正负差值。

其差值越大，则计量的不确定度就越大。

在数理统计学上，