专利名称：一种可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆制动检测设备，尤其涉及一种可调节转动惯量的车辆制动检 验台飞轮。
背景技术：
电子技术的飞速发展使其在汽车领域的应用越来越多，在汽车上出现了各种新技 术。随着社会的发展，高速公路总里程年年增加，各级公路路面条件也越来越好，与此同时， 汽车的车速也在不断的提高，由此带来的车祸灾难也屡见不鲜，其中由于车辆制动性能不 好而造成的车祸所占的比重是相当大的。当今的车主在买车时更注重的是车辆的安全性 能，当然制动性能是最关键的，优良的制动性能也是各车型的一大卖点，因此国内外各汽车 厂家纷纷投入大量物力精力研发制动新技术。在今天，已经有很多制动方面的新技术成功 应用到汽车上，比如说车辆制动防抱死系统(ABS)，车辆电子制动力分配系统(EBD)等新技 术。但是在应用这些新技术后，对汽车的制动性能会产生什么样的影响，或者产生的效果是 否明显，都需要相应的检测设备来验证。目前常见的检测设备就是反力式制动检验台，而可 用于检测的ABS性能检验台在国内相对较少，EBD性能检验台甚至是空缺，因为这些检验台 要想比较准确的测得车辆的制动性能，就必须能够较好模拟车辆的制动工况。车辆的制动 性能与车辆本身的整车整备质量是分不开的，因此检验台要想测得准确的数据，首先必须 能够较好的模拟汽车的整车整备质量。
目前应用在车辆制动检验台上的模拟车辆质量的方法就是靠飞轮产生的转动惯 量来实现。现有技术中飞轮的结构如图6所示，整体结构可以概括为轮缘、轮辐和轮毂三部 分；采用在轮辐上开孔的形式形成飞轮辐板，其工作时转动惯量为定值，无法改变，因此适 用场合是特定、单一的。
车型不同，对应的汽车质量也不同，而目前的检验台常采取的方法就是准备不同 质量的飞轮组合，根据车辆的质量，通过加减飞轮盘的数量来与汽车的质量相对应。针对不 同车型，这种方法需要准备各种质量飞轮组合，数目繁多，而且需要人为加减飞轮盘数量， 操作繁琐，难以实现转动惯量与待检测车辆整车质量的准确对应，使检测误差增大。此外， 因为飞轮组合的各个盘质量是固定的，所以在一定范围内，飞轮组合所能模拟的汽车质量 是分段的、离散的，不能准确匹配汽车质量，由此就加大了检测数据的误差，降低了检测准 确性。发明内容
针对目前制动性能检验台存在的不足，本发明提供了一种具有自动调节转动惯量 功能的车辆制动检验台飞轮装置，以准确、方便地模拟车辆的整车整备质量。
为了实现上述技术任务，本发明采用以下的技术方案
一种可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮，包括轮缘和轮毂，所述的轮缘和轮 毂通过辐筒连接，在辐筒中设置有辐轴，辐轴伸入轮毂的一端安装有一个辐轴行星轮，在辐轴上安装有辐块，辐轴通过辐轴轴承装配在辐筒中；在轮毂的一侧设有减速器，减速器中设 置有步进电机和齿轮传动副，步进电机通过蜗轮蜗杆与齿轮传动副中的主动齿轮啮合，所 述的减速器中还设置有减速器输出轴，齿轮传动副中的从动齿轮装配在减速器输出轴上， 在减速器输出轴的另一端安装有一个太阳轮，太阳轮与所述的辐轴行星轮啮合。
所述的辐轴采用螺杆，该螺杆的螺旋槽加工成非封闭的管状螺旋槽，该在螺旋槽 中设置有可沿螺旋槽滚动的钢球，且钢球的直径大于螺旋槽的深度；辐轴通过辐轴轴承装 配在辐筒中。
所述的辐块采用螺母，该螺母的螺旋槽与螺杆的螺旋槽相配合，使螺母装配在螺 杆上时，螺母的螺旋槽最深点与钢球接触；辐块采用密度较大的金属材料制成。
所述的减速器输出轴的一端通过轮毂轴承装配在轮毂内，减速器输出轴的另一端 装配在减速器内部的轴承座孔中。
所述的辐轴轴承和轮毂轴承均采用圆锥滚子轴承。
所述的齿轮传动副中的主动齿轮、从动齿轮均采用圆柱斜齿轮；所述的辐轴行星 轮和太阳轮均采用锥形齿轮。
本发明提高了检测汽车ABS、EBD性能台试手段的准确度，可以模拟出制动性能检 测车辆的真实质量、惯性和动能，使检验台的模拟装置能够更好的体现真实制动情况；该装 置由于辐块采用密度较大的金属制造，因此可以实现飞轮转动惯量在很大范围内实现近乎 连续的变化，因此可以准确地与待检测车辆的整车质量一一对应，大大提高了检测精度。本 装置不仅适用于各种制动性能检测台，也可以通过简单而恰当的调整控制单元使其应用于 各种需要改变转动惯量的场合，适用范围广。


图1为本发明的整体机械结构主视图2为本发明的整体机械结构左视图3为本发明中辐轴和辐块结构的示意图4为本发明中辐轴和辐块结构的剖视图5为本发明减速器中的蜗轮蜗杆结构示意图6为现有技术中飞轮的结构示意图中标号的含义1一轮缘,2—福筒,3—轮毂,4一福轴,5—福块,6—福轴行星轮， 7一福轴轴承，8—减速器，9一轮穀轴承，10一减速器输出轴，11一太阳轮，12一钢球，81—从 动齿轮，82—步进电机，83一蜗杆,84—蜗轮，85—主动齿轮，86—中间轴；
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
为了能够更清楚说明本方案的技术特点，下面结合附图和具体实施方式
对本方案 进行阐述。
遵从上述技术方案，如图1和图2所示，一种可调节转动惯量的车辆制动检验台飞 轮，包括轮缘I和轮毂3，所述的轮缘I和轮毂3通过辐筒2连接，在辐筒2中设置有辐轴 4，辐轴4伸入轮毂3的一端安装有一个辐轴行星轮6，在辐轴4上安装有辐块5，辐轴4通过辐轴轴承7装配在辐筒2中；在轮毂3的一侧设有减速器8，减速器8中设置有步进电机 82和齿轮传动副，步进电机82通过蜗轮蜗杆与齿轮传动副中的主动齿轮85啮合，所述的减 速器8中还设置有减速器输出轴10，齿轮传动副中的从动齿轮81装配在减速器输出轴10 上，在减速器输出轴10的另一端安装有一个太阳轮11，太阳轮11与所述的辐轴行星轮6啮八口 ο
在本发明中，飞轮没有采用辐板结构形式，而是采用了辐筒2的结构形式，使其自 身的质量更多的集中到了边缘，大大提高了装置的转动惯量。
所述辐轴4是一根螺杆，而辐块5是一个螺母，辐轴4 (即螺杆)的转动可使辐块5 (即螺母)径向运动。为了减少辐轴4和辐块5之间的摩擦阻力，两者之间的螺纹以沿螺旋 槽滚动的许多钢球12代之，使滑动摩擦变为滚动摩擦。辐轴4和辐块5上都加工出非封闭 的管状螺旋槽，即该螺旋槽的横截面为大于半圆的优弧，如图3和图4所示，槽内充满了钢 球12，钢球12可沿着螺旋槽滚动；螺杆上螺旋槽的深度小于钢球12的直径且大于钢球12 的半径，螺旋槽的宽度略大于钢球12的直径，这样可以使钢球12在螺杆上的螺旋槽中滑动 而不会掉出来；螺母上螺旋槽的开设应与螺杆的螺旋槽相配合，即螺母装配在螺杆上时，螺 母的螺旋槽最深点与钢球12接触，通过钢球12在螺旋槽内的滚动，使螺母能沿着螺杆的轴 向移动。
所述的辐轴4两端通过辐轴轴承7装配在辐筒2内，因为飞轮旋转会产生向外的 离心力，辐轴行星轮6啮合时产生的径向力以及辐块5和辐轴4自身在旋转过程中的某个 阶段有向内的重力，所以辐轴轴承7采用圆锥滚子轴承，可以承受不同辐轴4方向的力；同 时轮毂轴承9以及减速器8内各旋转轴两段的轴承均使用圆锥滚子轴承，以承受旋转方向 的轴向力；减速器8内的轴承均支撑在减速器8壳体的座孔内。
所述的辐块5由密度较大的金属材料制成，每个辐块5均具有很重的均等的质量， 辐块5可以在步进电机82的带动下以很小的摩擦力沿辐轴4轴向方向运动至辐轴4上的 各个位置。由于辐轴4和辐块5之间采用了循环球式的结构，使二者之间的摩擦由滑动摩 擦变为滚动摩擦，明显的减小了运动阻力，运动阻力的减小，同样保证了步进电机82只需 选用较小功率的电机即能够实现辐块5的往复自由移动。
所述的减速器8采用两级传动，第一级采用蜗轮蜗杆减速，第二级采用圆柱斜齿 轮传动。采用蜗轮蜗杆的第一级传动能够实现很大的传动比，因此减速器8整体的传动比 很大，能够把步进电机82产生的较小的扭矩放大足够的倍数，以驱动四个辐块5沿飞轮径 向移动。减速器8的第一级蜗轮蜗杆83传动的正效率很高，而逆效率很低，即具有不可逆 性，辐块5的运动只能由步进电机82的旋转带动，而由辐块5离心力和锥齿轮啮合产生的 轴向力及力矩等均不能拖动步进电机82旋转，具有自动锁止的功能，不需要专门的锁止机 构。虽然减速器8只采用两级减速，但是由于第一级采用蜗轮蜗杆传动减速，相比其他普通 齿轮减速而言，其优点在于，蜗轮蜗杆传动可以在较小尺寸的情况下实现很大的传动比，而 且具有轮齿抗弯强度高、传动平稳、噪声小等优点。由于减速器8具有很大的传动比，其减 速增扭作用突出，因此动力源可以选用功率较小的步进电机82。
本发明采用步进电机82作为动力源，其优势在于步进电机82可以精确的控制步 进行程，也就能够精确的控制辐块5的位置，从而省去了增加额外的位移传感器去获取辐 块5的位置信号，因此也降低了检测台的成本。
本发明的工作过程如下
本发明的可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮在使用时，通过驱动电路将步进电机82与检测台控制系统中的计算机连接；此外计算机内插有数据采集卡，只需要将检测台上的四路轮荷传感器信号采集即可。
步进电机82接受计算机的控制，步进电机82的输出轴连接的是减速器8输入轴， 即减速器8第一级传动的蜗杆83，蜗杆83驱动蜗轮84旋转，蜗轮84和第二级齿轮传动副的主动齿轮85均装配在中间轴86上，转速相同。减速器8输入轴动力经蜗轮84、中间轴 86、第二级传动的主动齿轮85传递给从动齿轮81，从动齿轮81装配在减速器输出轴10上， 减速器输出轴10的一端安装有太阳轮11，辐轴4行星齿轮和太阳轮11相啮合，其作用在于改变动力传递的方向，其输入和输出的力矩方向是垂直的；辐轴行星轮6和太阳轮11均采用锥形齿轮，其二者之间的动力传递即靠圆锥直齿之间的啮合实现。辐轴4两端通过辐轴轴承7装配在辐筒2内，因此不能沿辐轴4方向移动，只能转动。旋转的辐轴4带动钢球 12在螺旋槽内流动。流动的钢球12把动力传给辐块5，由于辐轴4不能沿辐轴4方向即飞轮的径向移动，因此辐轴4旋转就转化成了辐块5沿辐轴4方向的移动，可以使辐块5停留在辐轴4的任何位置。
减速器8的传动比是已知的，这样就可以在步进电机82转动一定圈数时换算得到辐轴4的转动圈数，而辐轴4上的螺旋槽的螺距也是已知的，因此就可以得知辐块5的运动位移。计算机发送的信号能够准确的控制步进电机82的旋转圈数即步进行程，通过一定的传动比传至辐轴4，把电机的步进行程折算成辐块5的运动行程，S卩，步进电机82的转动圈数与辐块5的运动位移成线性函数关系。辐块5在辐轴4不同位置时的各转动惯量可以通过测试仪器获得，把辐块5在各个位置时的对应的转动惯量存入计算机，待检测车辆的整车质量和飞轮的转动惯量具有一定的函数关系，同时也存入计算机，这样就能够把步进电机82的转动圈数和检测车辆 的整车质量一一对应起来。
车辆驶上检测台停稳后，检测台开始工作，在检测台滚筒转动之前，即车辆在静态情况下，检测台上的轮荷传感器会获取车辆前后轴的载荷，并把该信息传递给计算机。计算机快速处理和计算轮荷信号，求得步进电机82要转动的圈数，然后发出指令，控制步进电机82转动相应的圈数，并记录下此时辐块5的位置，而不需要专门的位移传感器获取辐块 5的位置；步进电机82产生动力经减速器8传给辐块5，当步进电机82停转后，计算机再控制检测台滚动旋转，测取相应的性能参数。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮，包括轮缘(I)和轮毂(3)，其特征在于，所述的轮缘(I)和轮毂(3)通过辐筒(2)连接，在辐筒(2)中设置有辐轴(4)，辐轴(4)伸入轮毂(3 )的一端安装有一个辐轴行星轮(6 )，在辐轴(4 )上安装有辐块(5 )，辐轴(4 )通过辐轴轴承(7)装配在辐筒(2)中；在轮毂(3)的一侧设有减速器(8)，减速器(8)中设置有步进电机(82)和齿轮传动副，步进电机(82)通过蜗轮蜗杆与齿轮传动副中的主动齿轮(85) 啮合，所述的减速器(8)中还设置有减速器输出轴(10)，减速器(8)的第二级齿轮传动副中的从动齿轮(81)装配在减速器输出轴(10 )上，在减速器输出轴(10 )的另一端安装有一个太阳轮(11)，太阳轮(11)与所述的辐轴行星轮(6)啮合。
2.如权利要求1所述的可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮，其特征在于，所述的辐轴(4)采用螺杆，该螺杆的螺旋槽加工成非封闭的管状螺旋槽，在螺旋槽中设置有可沿螺旋槽滚动的钢球(12)，且钢球(12)的直径大于螺旋槽的深度；辐轴(4)通过辐轴轴承(7)装配在辐筒(2)中。
3.如权利要求1所述的可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮，其特征在于，所述的辐块(5)采用螺母，该螺母的螺旋槽与所述的螺杆的螺旋槽相配合，使螺母装配在螺杆上时，螺母的螺旋槽最深点与钢球(12)接触；辐块(5)采用密度较大的金属材料制成。
4.如权利要求1所述的可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮，其特征在于，所述的减速器输出轴(10)的一端通过轮毂轴承(9)装配在轮毂(3)内，减速器输出轴(10)的另一端装配在减速器(8)内部的轴承座孔中。
5.如权利要求1所述的可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮，其特征在于，所述的辐轴轴承(7 )和轮毂轴承(9)均采用圆锥滚子轴承。
6.如权利要求1所述的可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮，其特征在于，所述的齿轮传动副中的主动齿轮(85)和从动齿轮均采用圆柱斜齿轮；所述的辐轴行星轮(6)和太阳轮(11)均采用锥形齿轮。
全文摘要
本发明公开了一种可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮，包括轮缘和轮毂，所述的轮缘和轮毂通过辐筒连接，在辐筒中设置有辐轴，辐轴伸入轮毂的一端安装有辐轴行星轮，在辐轴上安装有辐块，辐轴通过辐轴轴承装配在辐筒中；在轮毂的一侧设有减速器，减速器中设置有步进电机和齿轮传动副，步进电机通过蜗轮蜗杆与齿轮传动副中的主动齿轮啮合，所述的减速器中还设置有减速器输出轴，第二级齿轮传动副中的从动齿轮装配在减速器输出轴上，在减速器输出轴的另一端安装有一个太阳轮，太阳轮与辐轴行星轮啮合。本发明提高了检测汽车性能台的检测精度，能模拟出制动性能检测车辆的真实质量、惯性、动能，使检验台的模拟装置能更好的体现真实制动情况。
文档编号G01M17/007GK103033370SQ20121055577
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者武历颖, 徐同强 申请人:长安大学