汽车轮胎磨损试验台设计

2018-11-20田维豪霍绪尧

装备制造技术 2018年9期

田维豪，霍绪尧，刘帅，于雪

（1.辽宁工业大学机械工程与自动化学院，辽宁锦州121001；2.辽宁工业大学新能源学院，辽宁锦州 121001）

由于近年来汽车行业发展迅速，汽车轮胎行业也得到飞速发展。为满足汽车行业发展的需求，汽车轮胎行业在提高产量的同时，对轮胎性能的要求也越来越高，汽车轮胎性能的好坏对行驶安全性、舒适性、燃料经济性以及环境噪音都有着重要的影响。世界各国纷纷开始针对轮胎性能指标开展修订工作。以美国为例，2007年制定了139号联邦机动车辆安全标准，即FMVSS NO.139，同时也修订了109号以及119号两个联邦机动车辆安全标准，对世界范围内的轮胎安全标准有重大影响。我国也针对性地修订相关轿车轮胎安全要求及性能测试的试验方法标准，可见轮胎安全问题得到了世界范围内的广泛关注[1-4]。

我国轿车轮胎性能检测标准主要包括强度性能检测、无内胎轮胎脱圈检测、高速性能检测、耐久性能检测以及低气压性能检测[5-6]。本文依据汽车轮胎耐久性能检测标准，设计了一种轮胎磨损试验台，模拟轮胎-地面长时间磨损的工作状态，对轮胎耐久性进行检测[7]。

1 汽车轮胎磨损试验台结构设计

本次设计的汽车轮胎磨损试验台主要由动力传动装置和压力加载装置两部分构成，动力传动装置主要包括电动机和电涡流制动器以及负责传动的三球销万向联轴器组成，如图1所示。

图1 动力传动系统组成

动力从电机输出经过减速箱输送给万向联轴器带动车轮旋转。电涡流制动器施加的阻力矩直接输出到阻力轮上并反向拖动车轮给车轮施加阻力。其中，由电动机产生动力，经V带连接到减速箱，在减速箱的作用下将转速调整到合适的大小并提升扭矩进行输出。动力从减速箱经过万向联轴器输入轮辋带动轮胎旋转，轮胎与阻力轮之间互相挤压摩擦以模拟车辆运行的工况，同时，阻力轮阻力由电涡流制动器提供[9]。

压力加载装置由两根液压缸及配套的控制系统组成，如图2所示，液压缸顶端通过铰链连接到焊接在台架上的吊耳上，而底端通过铰链连接在轮辋两端的横臂上[8-10]。横臂尽头是竖直放置的滑动导轨，保证车轮在驱动力的作用下不会偏离试验台，也为液压缸的下压提供轨道，如图3所示。

图2 压力加载装置组成

图3 液压缸两端连接图解

2 汽车轮胎磨损试验台功能原理

汽车轮胎磨损试验台的主要功能是对轮胎在不同工况下的磨损情况进行试验统计结果。试验台由电动机产生动力，由双液压缸提供可调下压加载力，用来模拟汽车自重，随着下压力的加载和车轮的不断磨损，轮胎质心的高度也是实时变化的，所以需要将输出的动力连接到一套万向联轴器上保证试验可以持续进行。本实验装置采用了真实汽车上的三球销万向联轴器，使得输出的速度波动更加趋近于汽车实际运行状态，模拟结果更真实。三球销万向联轴器由两个球笼和两只三球销、一根花键轴组成，相对于传统十字轴万向联轴器最大的优点是动力传输平稳，十字轴万向联轴器在传输动力时输出转速会有较明显的周期性波动，这种周期性波动将会加剧轮胎的磨损使得试验结果失真[11]。动力从减速箱经过万向联轴器输入轮辋带动轮胎旋转，轮胎与阻力轮之间互相挤压摩擦以模拟车辆运行的工况。阻力轮后端连接到电涡流制动器，可以根据需求调整制动器输出制动力矩的大小，以完成模仿汽车行驶阻力的功能。

3 汽车轮胎磨损试验台传动路线图

汽车轮胎磨损试验台由电动机提供动力输入，将动力由V带传递到减速箱，V带可以实现对电机的过载保护功能，减速箱输出端连接到一对万向联轴器，由万向联轴器将动力传递到轮胎。轮胎与阻力轮摩擦，将动力传递给阻力轮，阻力轮与电涡流制动器相连，由电涡流制动器产生阻力矩平衡掉轮胎传给阻力轮的驱动力矩完成整个试验动作流程。得益于开放式的设计以及V带的使用，该试验台也可搭载一般的内燃机提供动力，可以更真实的模拟电动汽车以及普通汽车的运行状态。整个传动系统如图4所示。

图4 系统传动路线图

4 样机试制及应用

经过多次的实验与技术攻关，终于完善了本设计方案的样机，如图5所示。经过多次测试，通过该样机对相同规格轮胎在车身自重载荷下的磨损实验（如图6所示）以及同规格轮胎在轿车上同等条件下跑核测试（如图7所示），轮胎磨损实验效果与轮胎实车磨损状况基本吻合，汽车轮胎磨损试验台基本能够反应汽车轮胎的真实磨损情况，对生产实际有较大的指导意义。