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1、本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文CAD圖紙 QQ 401339828 重型車電渦流緩速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 安全是現(xiàn)代汽車的發(fā)展方向。電渦流緩速器作為輔助制動(dòng)器的一種，主要安裝在車身底盤下面的傳動(dòng)軸上，他是把汽車行駛時(shí)的動(dòng)能通過(guò)傳動(dòng)軸上的緩速器轉(zhuǎn)化為熱量而散發(fā)掉，從而實(shí)現(xiàn)汽車的減速和制動(dòng)。電渦流緩速器主要應(yīng)用于重型車和大型客車（公交車）的緩速制動(dòng)、頻繁以及長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)，他可以使車輪制動(dòng)器的溫度大大降低，保證制動(dòng)蹄片處于良好的技術(shù)狀態(tài)。電渦流緩速器能夠承擔(dān)50%~90%的制動(dòng)工作，將會(huì)是汽車必不可少的配備裝置之一。 本文首先對(duì)電渦流緩速器的制動(dòng)力矩進(jìn)行推導(dǎo)，給出了具體的計(jì)算公式，并計(jì)算出所設(shè)計(jì)的電渦

2、流緩速器的制動(dòng)力矩和制動(dòng)功率。其次結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活實(shí)際應(yīng)用和參照相關(guān)技術(shù)參數(shù)，對(duì)電渦流緩速器進(jìn)行了整體裝配以及轉(zhuǎn)子、定子、法蘭、花鍵軸、固定架及擋環(huán)等主要零部件的設(shè)計(jì)，包括外型尺寸、結(jié)構(gòu)和材料等。最后對(duì)電渦流緩速器的緩速制動(dòng)效果、熱容量和溫升進(jìn)行了校核，通過(guò)計(jì)算所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和尺寸能夠滿足要求，得到一個(gè)較合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：電渦流緩速器；制動(dòng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Structural Design on Eddy Current Retarder of Heavy-duty Vehicle Abstract Security is the d

3、evelopment tendency of the modern automobile. The electricity turbulent flow slow fast achievement assists the brake one kind, mainly installs on the chassis following drive shaft, he is goes the time kinetic energy the automobile to send out through the drive shaft on slow fast transformation for t

4、he quantity of heat, thus realizes the automobile deceleration and the brake. The electricity turbulent flow slow fast mainly applies in the heavy vehicle and the large-scale passenger train (public transportation) the slow fast brake, frequent as well as the long time applies the brake, he may caus

5、e the wheel brake the temperature to reduce greatly, guaranteed the brake shoe is at the good technical condition.The electricity turbulent flow slow fast can undertake 50%~90% brake work, could be one of automobile essential equipment installments. This article first carries on the inferential rea

6、soning to the electricity turbulent flow slow fast braking moment, has given the concrete formula, and calculates the electricity turbulent flow slow fast braking moment and the braking power which designs. Next union real life practical application and the reference related technical parameter, slo

7、w fast has carried on the whole assembly as well as the rotor, the stator, the flange, the spline shaft, the bracket fixing and the retainer to the electricity turbulent flow and so on the main spare part design, including outlook size, structure and material and so on.Finally to the electricity tur

8、bulent flow slow fast slow fast brake effect, the calorific capacity and the temperature rise has carried on the examination, designs the structure and the size through the computation can satisfy the request, obtains a reasonable structural design. . Key words: Electricity turbulent flow slow fas

9、t; Brake; Structural design 目錄 摘要 Abstract 第一章 概述 1 1．1 電渦流緩速器概述 1 1．2 電渦流緩速器現(xiàn)狀及發(fā)展 1 第二章 電渦流緩速器的結(jié)構(gòu)和工作原理 3 2．1 電渦流緩

10、速器的結(jié)構(gòu) 3 2.1.1 電渦流緩速器的機(jī)械裝置部分 3 2.1.2 電渦流緩速器的電控裝置部分 4 2．2 電渦流緩速器的工作原理 5 第三章 電渦流緩速器的制動(dòng)力矩的計(jì)算 7 3．1 制動(dòng)功率的計(jì)算 7 3．2 渦流分布深度和磁路分析

11、 9 3．3 氣隙磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度分析 11 3．4 制動(dòng)力矩的計(jì)算 13 第四章 電渦流緩速器各主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 4．1 電渦流緩速器的主要參數(shù)的確定 14 4.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù) 14 4.1.2 勵(lì)磁線圈參數(shù)

12、 16 4.1.3 轉(zhuǎn)子材料 17 4.1.4 轉(zhuǎn)速參數(shù) 17 4.1.5 計(jì)算結(jié)果 17 4．2 緩速器熱容量和溫升的校核 17 4．3 電渦流緩速器的結(jié)構(gòu)方案 18 5 結(jié)論

13、 20 附錄 21 參考文獻(xiàn) 23 致謝 24 1概述 1.1電渦流緩速器概述 電渦流緩速器是在十九世紀(jì)利歐博科發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。最早出現(xiàn)的緩速器只應(yīng)用在火車上，發(fā)現(xiàn)其具有良好的輔助制動(dòng)效果后，才被逐漸應(yīng)用于汽車上。1903年，斯特克勒

14、首先申請(qǐng)了一種電磁制動(dòng)裝置的專利。1936年，魯爾賽瑞真首次將電磁制動(dòng)技術(shù)應(yīng)用在汽車上，從此揭開了電渦流緩速器在汽車上的應(yīng)用實(shí)例。 電渦流緩速器是利用電磁感應(yīng)理論和楞次定律，是安裝在傳動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電渦流，給傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)施加一個(gè)制動(dòng)力矩而實(shí)現(xiàn)車輛的平穩(wěn)減速，提高車輛行駛的安全性、舒適性的裝置。按其工作原理的不同可以分為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣緩速器，液力緩速器和電渦流緩速器等幾種類型。在這三種各類型的緩速器中，電渦流緩速器以其非接觸零磨損易于控制等諸多方面的優(yōu)越性能受到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在，很多行業(yè)已經(jīng)把緩速器作為某些車型的必備配置。 1.2 電渦流緩速器現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r 現(xiàn)在，緩速器在歐、

15、美、日等國(guó)家的大中型客車和載重貨車上已隨處可見。并且，電渦流緩速器已成為奔馳、沃爾沃、斯堪尼亞等世界知名汽車的標(biāo)準(zhǔn)配備，廣泛用于公交客車、豪華客車、載貨車等車輛上，作為汽車制動(dòng)系統(tǒng)的必要輔助裝置。國(guó)際上，電渦流緩速器的知名生產(chǎn)廠家有：法國(guó)的泰樂瑪、西班牙的弗瑞納斯和克萊姆、德國(guó)的克羅夫特以及日本的東京部品工業(yè)和五十鈴/住友等，其中法國(guó)的泰樂瑪是世界上電渦流緩速器最大的制造商，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在世界各大知名汽車公司生產(chǎn)的重型汽車以及大中型客車上。 泰樂瑪緩速器 在國(guó)內(nèi)，由于我國(guó)整個(gè)汽車工業(yè)的起步較發(fā)達(dá)國(guó)家晚了很多，導(dǎo)致電渦流緩速器的研究、制造

16、、生產(chǎn)和應(yīng)用還處于起步階段。但隨著我國(guó)汽車工業(yè)的逐步發(fā)展，人們對(duì)汽車的安全性、舒適性和環(huán)保的要求不斷提高，而且現(xiàn)在汽車的驅(qū)動(dòng)功率、速度以及載荷的不斷增加，使得車輪制動(dòng)器的負(fù)荷進(jìn)一步加大，這幾個(gè)因素綜合起來(lái)促使我國(guó)的電渦流緩速器的發(fā)展也越來(lái)越快，市場(chǎng)對(duì)電渦流緩速器的需求也急劇增加。國(guó)內(nèi)外有很多電渦流生產(chǎn)廠家開始在國(guó)內(nèi)頭、投資建廠，如法國(guó)的泰樂瑪2005年初在上海投資建廠。 近幾年來(lái)，我國(guó)有許多企業(yè)正在開發(fā)研制電渦流緩速器技術(shù)，他們吸收國(guó)外先 進(jìn)技術(shù)，并根據(jù)中國(guó)車輛特點(diǎn)加以改進(jìn)，在我國(guó)多種客車上已成功地安裝和使用，解決了國(guó)內(nèi)需求中低端產(chǎn)品的問題，同時(shí)也替代了一些進(jìn)口產(chǎn)品，具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

17、目前國(guó)內(nèi)的電渦流緩速器的生產(chǎn)和研制廠商有:深圳冠業(yè)電子有限公司，上海奧奈爾汽車配件有限公司、深圳的特爾佳科技有限公司等……此外，一些科研所也在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)研究，入長(zhǎng)安大學(xué)、江蘇大學(xué)等，并且取得了一些科研成果，為我國(guó)電渦流緩速器的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。 2 電渦流緩速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理 緩速器是一種輔助剎車系統(tǒng)，可以不需使用主制動(dòng)器就能減緩車輛行駛速度，增強(qiáng)車輛安全性，其作用原理與傳統(tǒng)制動(dòng)方式不同?，F(xiàn)代緩速器主要有液力緩速器和電渦流緩速器，這兩種緩速器雖然結(jié)構(gòu)形式、安裝方式、工作原理不同，但兩者的作用結(jié)果是相似的，都是為了輔助制動(dòng)而減緩車速，提高車輛的制動(dòng)性能。

18、 2.1電渦流緩速器的結(jié)構(gòu) 電渦流緩速器的結(jié)構(gòu)是由機(jī)械裝置和電控裝置兩部分組成。 2.1.1 電渦流緩速器的機(jī)械裝置部分 電渦流緩速器的機(jī)械裝置部分是由定子、轉(zhuǎn)子及固定架等部件組成。如圖2-1所示，電渦流緩速器定子上一般有八個(gè)高導(dǎo)磁材料制成的鐵芯2，呈圓周均勻地分布在定子6上。八個(gè)勵(lì)磁線圈3套于鐵芯上，共同構(gòu)成磁極。圓周上相鄰兩個(gè)磁極串聯(lián)成一對(duì)磁極，這樣磁極N、S相間，共形成N、S相間的磁極。 轉(zhuǎn)子通常由前轉(zhuǎn)子盤、后轉(zhuǎn)子盤1和花鍵軸4構(gòu)成。前后轉(zhuǎn)子盤為圓盤狀，用導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料制成，實(shí)際生產(chǎn)重常選用低碳鋼或合金等材料，一般厚度為20mm左右。不過(guò)，為了及時(shí)將渦流產(chǎn)生的

19、熱量散發(fā)掉，轉(zhuǎn)子盤上通常都鑄有散熱葉片和通風(fēng)氣道，而且為了更好產(chǎn)生空氣流動(dòng)，轉(zhuǎn)子盤不是板狀，其中心會(huì)凹陷下去，可參照第三章轉(zhuǎn)子盤圖。轉(zhuǎn)子通過(guò)法蘭連接在傳動(dòng)軸突緣上可隨傳動(dòng)軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。前后轉(zhuǎn)子盤和定子磁極間保持有極小的均勻氣隙7，以使轉(zhuǎn)子盤不會(huì)刮傷到定子。從減小磁阻角度講，氣隙越小越好，但氣隙的確定還必須考慮加工的公差和轉(zhuǎn)子、定子受熱后的熱膨脹的影響，其值一般在0.76~1.70mm范圍內(nèi)變動(dòng)。 電渦流緩速器的定子一般是通過(guò)固定架安裝與車架上，兩者呈剛性連接，即相對(duì)車架而言，定子是固定不動(dòng)的。 1-轉(zhuǎn)子盤 2-鐵心 3-勵(lì)磁線圈 4-花鍵軸 5

20、-軸承 6-定子 7-氣隙 8-接線柱 圖2-1 電渦流緩速器的結(jié)構(gòu)示意圖 2.1.2 電渦流緩速器的電控裝置部分 電渦流緩速器的電控裝置部分一般是由控制器、驅(qū)動(dòng)器、勵(lì)磁線圈、車速信號(hào)傳感器、制動(dòng)壓力信號(hào)傳感器等組成。電流控制示意圖如圖2-2所示。 電渦流緩速器控制器是裝于駕駛室儀表盤上的，其上有緩速器用于當(dāng)前勵(lì)磁電流工作狀態(tài)的顯示，還有按鈕可進(jìn)行手動(dòng)勵(lì)磁或自動(dòng)勵(lì)磁的切換操作。 驅(qū)動(dòng)器是緩速器的中央控制器，也是勵(lì)磁線圈的功率驅(qū)動(dòng)模塊，它根據(jù)控制器的操作信號(hào)，車速信號(hào)以及制動(dòng)氣壓等工況輸入信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制各對(duì)磁極的勵(lì)磁電流大小

21、，并進(jìn)行自動(dòng)切換。 勵(lì)磁線圈是電渦流緩速器的執(zhí)行部分，它直接控制所產(chǎn)生磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，能根據(jù)當(dāng)時(shí)車速的高低，在傳動(dòng)軸上自動(dòng)產(chǎn)生于車速成正比里的，合適的阻力矩，迫使車輛迅速制動(dòng)減速。 車速傳感器信號(hào)實(shí)際上產(chǎn)生零速開關(guān)信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的控制，使得當(dāng)車輛被制動(dòng)靜止時(shí)，自動(dòng)切斷緩速器的勵(lì)磁電流，避免駕駛員在停車后仍踩在制動(dòng)踏板，造成仍向緩速器勵(lì)磁線圈供電，浪費(fèi)及損壞線圈。 制動(dòng)壓力傳感器屬于線性傳感器，它產(chǎn)生的電信號(hào)反映了制動(dòng)壓力的線性變化大小，并向驅(qū)動(dòng)器傳輸，以控制緩速器的勵(lì)磁電流的量值大小，宏觀上實(shí)現(xiàn)了緩速器的減速制動(dòng)力矩隨制動(dòng)壓力制作比例變化。 2.2 電渦流緩速器

22、的工作原理 電渦流緩速器是一個(gè)減速裝置，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛的減速和制動(dòng)。制動(dòng)力矩產(chǎn)生過(guò)程：當(dāng)駕駛員接通緩速器的控制手柄開關(guān)進(jìn)行減速或制動(dòng)時(shí)，電渦流緩速器的勵(lì)磁線圈自動(dòng)通以直流電流而勵(lì)磁，產(chǎn)生的磁場(chǎng)在定子磁極、氣隙和前后轉(zhuǎn)子盤之間構(gòu)成回路，如圖2-3所示。這時(shí)在旋轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)子盤上，其內(nèi)部無(wú)數(shù)個(gè)閉合導(dǎo)線所包圍的面積內(nèi)的磁通量就發(fā)生變化，從而在轉(zhuǎn)子盤內(nèi)部產(chǎn)生無(wú)數(shù)渦旋狀的感應(yīng)電流，即渦電流，如圖2-5所示。一旦渦電流產(chǎn)生后，磁場(chǎng)就會(huì)對(duì)這些渦流產(chǎn)生的力的作用，即組織轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動(dòng)的力，阻力的方向可由弗萊明左手法則判斷。阻力的合力沿轉(zhuǎn)子盤周向形成與其旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)力矩，如圖2-4所

23、示。 圖2-6 是某電渦流緩速器在不同檔位上的制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速的特征曲線。電渦流緩速器常常采用通過(guò)控制勵(lì)磁電流的大小控制輸出的制動(dòng)的制動(dòng)力矩大小。從特征曲線上可以看出力矩隨轉(zhuǎn)速的增加而迅速增大，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)有極大值，而后由于渦流去磁效應(yīng)的影響，隨著轉(zhuǎn)速的增加制動(dòng)力矩略有下降。 3電渦流緩速器的制動(dòng)力矩的計(jì)算 制動(dòng)力矩是衡量電渦流緩速器的主要標(biāo)準(zhǔn)，但精確計(jì)算制動(dòng)力矩是一件非常困難的事情。他的機(jī)構(gòu)裝置雖然不是很復(fù)雜，但制動(dòng)力矩的大小受到很多因素的影響。目前國(guó)內(nèi)雖然有人提出計(jì)算制動(dòng)力矩的方法，但經(jīng)過(guò)不少簡(jiǎn)化。而從國(guó)外的文獻(xiàn)來(lái)看，有關(guān)電渦流緩速器制動(dòng)力矩的計(jì)算都采取了

24、簡(jiǎn)化和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法。 3.1 制動(dòng)力矩的計(jì)算 從能量轉(zhuǎn)換角度講，電渦流緩速器的工作過(guò)程是在電磁鐵勵(lì)磁的作用下，通過(guò)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流進(jìn)而引起渦流損耗，將制動(dòng)或減速時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，再散發(fā)到空氣中。因此，分析轉(zhuǎn)子的渦流損耗，可以得到緩速器制動(dòng)時(shí)的功率。 在分析電渦流緩速器制動(dòng)功率過(guò)程中，作如下簡(jiǎn)化和假定：①電磁繞組產(chǎn)生的磁通只分布在直徑為d的磁扼圓形面積內(nèi)，不考慮其漏磁情況；②前后轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化為兩塊環(huán)狀的金屬盤③各導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率為常數(shù)，且不考慮磁路的磁飽和以及磁滯損耗的影響。 如圖3-1所示，在轉(zhuǎn)子上與磁極相對(duì)應(yīng)的圓形區(qū)域Ⅰ,其磁通量為Φ=BSp,式中Sp,為磁極的磁

25、扼面積，也就是氣隙的作用面積；勵(lì)磁電磁鐵和轉(zhuǎn)子間氣隙磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)是電磁鐵勵(lì)磁和渦流去磁的共同作用結(jié)果。這個(gè)圓形區(qū)域在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，其磁通量是不斷變化的，從圖示位置（Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ）看來(lái)，其變化的過(guò)程是：Φ—0—Φ—0—Φ可以認(rèn)為是按Φ= BSpcoswt變化的。 將上述圓形區(qū)域Ⅰ視為若干個(gè)半徑大小不同的寬度為dr，厚度為△h的金屬圓環(huán)（如圖3-2所示）構(gòu)成的，通過(guò)此環(huán)的磁通為： Φ=Spcost （3-1） 式中： Φ—磁通量，Wb; B—?dú)庀洞艌?chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，T

26、; w—磁場(chǎng)變化的角速度，rad/s 磁場(chǎng)變化角速度： = （3-2） 式中: Np-磁極對(duì)數(shù)，本文Np=4; n=轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，r/min。 因磁通變化而產(chǎn)生的磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： = （3-3） 圓環(huán)的電阻： dR= （3-4） 式中： —轉(zhuǎn)子的電阻率，； —渦流在轉(zhuǎn)子

27、上的肌膚深度，m。 圓環(huán)上的電流i為： i= （3-5） 其瞬時(shí)功率： （3-6） 在整個(gè)直徑d的圓盤上的瞬時(shí)功率: （3-7） 其中： （3-8） 有效功率為： （3-9） 在實(shí)際中，這些圓形區(qū)域之間有一定間隔，如圖3-1所示。整個(gè)圓形區(qū)域可以理解為弧形區(qū)域ABCD的有效面積。在前后兩個(gè)轉(zhuǎn)子上有這樣的圓形區(qū)域個(gè)數(shù)為

28、： （3-10） 則電渦流緩速器總的渦流損耗功率為： P= （3-11） 式中:P—制動(dòng)功率，W。 3.2渦流分布深度和磁路分析 通過(guò)電磁學(xué)中研究分析可知：渦流的電流密度在Z軸的分布并不均勻，而是按指數(shù)規(guī)律衰減。即由于渦流的肌膚效應(yīng)，渦流主要分布在轉(zhuǎn)子靠近磁極測(cè)的表層中。在工程計(jì)算中常采用等效透入深度來(lái)計(jì)算。其物理意義:在轉(zhuǎn)子上等效透入深度處，渦流電流的振幅值，比在轉(zhuǎn)子靠近定子磁極的表面處電流密度振幅值減少e=2.618。 即由,可能

29、： （3-12） 式中： 轉(zhuǎn)子的電導(dǎo)率，，s/m； =轉(zhuǎn)子的磁導(dǎo)率，H/m。 （3-13） 式中： 轉(zhuǎn)子的相對(duì)磁導(dǎo)率，H/m。 真空磁導(dǎo)率，4H/m。 當(dāng)磁場(chǎng)中存在有磁導(dǎo)率很高的材料時(shí)，將顯著地影響并改變磁場(chǎng)的分布。求解這類磁場(chǎng)是很復(fù)雜的，但在工程應(yīng)用上，?？勺鼋浦涤?jì)算，班磁場(chǎng)簡(jiǎn)化為磁路來(lái)處理。電渦流緩速器的磁極是交錯(cuò)分布的，為了便于分析計(jì)算，可以講

30、相鄰的兩磁極的磁路等效為3-2（a）。忽略磁路的漏磁影響，由磁路3-3（a）可簡(jiǎn)化得到3-3（b）。因?yàn)榇怕分?，磁?和2的磁電動(dòng)勢(shì)大小相同、磁極相反而構(gòu)成的一串聯(lián)磁路。為了方便計(jì)算，可以將磁路進(jìn)一步簡(jiǎn)化為只考慮一個(gè)磁極情況，即3-3（c）所示的情況。這樣簡(jiǎn)化過(guò)程中的磁通量的大小和方向均沒有發(fā)生變化。根據(jù)圖3-3（c）所示一磁極所通過(guò)的總磁阻為： （3-14） 式中: -一個(gè)氣隙的磁阻，; -磁通所通過(guò)的轉(zhuǎn)子部分磁阻，; -一個(gè)磁扼的磁阻，;

31、 - 一個(gè)鐵心的磁阻，; 因?yàn)榭諝獾南鄬?duì)磁導(dǎo)率為，轉(zhuǎn)子、磁扼和鐵心都是用相對(duì)導(dǎo)磁率很高的鐵磁材料制成，它們的磁阻相對(duì)于氣隙所產(chǎn)生的磁阻來(lái)說(shuō)很小，可以忽略不計(jì)。故磁路中的總磁阻為： （3-15） 式中： 氣隙間隙，m; 氣息的面積， 3.3氣隙磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度 由于轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的渦電流很大，這些渦電流同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且總是對(duì)磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)有削弱作用，即去磁效應(yīng)。要準(zhǔn)確計(jì)算渦電流效應(yīng)非常困難，故

32、工程上常采用兩種近似的計(jì)算方法，一是通過(guò)工程電磁場(chǎng)有限元分析軟件來(lái)計(jì)算；二是計(jì)算中將渦流折算到勵(lì)磁繞組上作簡(jiǎn)化計(jì)算。 由于渦流存在，磁路中的磁動(dòng)勢(shì)不再是，而是比小的一個(gè)值。 （3-16） 式中: -一個(gè)刺激勵(lì)磁繞組的磁動(dòng)勢(shì)，A； -渦流產(chǎn)生的等效磁動(dòng)勢(shì)，A。 其中： =NI （3-17） 式中： N-一個(gè)勵(lì)磁線圈繞組的匝數(shù)； I-線圈繞組中的電流，A

33、。 其中： （3-18） 式中： -折算系數(shù)，通常取=1.5； -所計(jì)算區(qū)域渦流的有效值。 根據(jù)式(3-15),可求的直徑為d的圓形區(qū)域內(nèi)的瞬時(shí)渦流： （3-19） 圓形區(qū)域內(nèi)的渦流有效值： （3-20） 根據(jù)圖3-3（c），并由式（3-15）可求得磁路中的磁通量為：

34、 （3-21） 將式（3-15）、（3-16）、（3-18）和（3-19）、（3-20）、可求得勵(lì)磁繞組與渦流共同作用的氣隙磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為： B= （3-22） 3.4制動(dòng)力矩的計(jì)算 根據(jù)P=T，有式（3-11）可得： T= （3-23） = 式中: T-制動(dòng)力矩，N/m; -轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度，，rad/s。 由和式（3-2），可退到制動(dòng)力矩最大時(shí)的磁場(chǎng)變化角速度為：

35、 （3-24） 則最大制動(dòng)力矩為： = （3-25） 4電渦流緩速器各主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 電渦流緩速器的主要參數(shù)的確定 電渦流緩速器的主要參數(shù)指的是影響其制動(dòng)力矩大小的相關(guān)參數(shù)，主要包括電渦流緩速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、電渦流緩速器勵(lì)磁線圈參數(shù)、轉(zhuǎn)子材料參數(shù)、以及轉(zhuǎn)子參數(shù)等。下面分別介紹這些參數(shù)的確定方法，然后給出本文的設(shè)計(jì)參數(shù)，最后第三章

36、給出的公式計(jì)算其制動(dòng)力矩大小。 4.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù) 電渦流緩速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有：氣隙、磁扼面積、磁極對(duì)數(shù)、勵(lì)磁線圈中心點(diǎn)半徑、轉(zhuǎn)子工作盤厚度h。 (1) 氣隙 轉(zhuǎn)子與定子之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，必須要有一定的氣隙，它是電渦流緩速器的一個(gè)非常重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于空氣的磁導(dǎo)率約為1，所以即使很小的氣隙所產(chǎn)生的磁阻也很大。從減少磁阻角度講氣隙越小越好，這樣在勵(lì)磁繞組上所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，勵(lì)磁功率均可小些，而且勵(lì)磁繞組的耗銅量也可較少。除此之外，氣隙減少還可以得臨界轉(zhuǎn)速減小，從而使電渦流緩速器的最大制動(dòng)力矩相對(duì)減速方向移動(dòng)，而且最大制動(dòng)力矩隨之增大。但氣隙的確定還必須考慮機(jī)加工、裝配工差和高速

37、下機(jī)械可靠性，以及轉(zhuǎn)子、定子受熱后的熱膨脹影響，從這些角度講氣隙大寫為好。故需要考慮各因素綜合而定，不同結(jié)構(gòu)形式電渦流緩速器氣隙一般為0.76~1.70mm之間。一般是緩速器體積越大，氣隙也越大。 （2）磁扼面積 在已知轉(zhuǎn)速、氣隙、轉(zhuǎn)子的磁感應(yīng)強(qiáng)度后，由式（3-11）可求得磁扼的面積為： （4-1） (3)勵(lì)磁線圈中心點(diǎn)半徑及轉(zhuǎn)子內(nèi)外半徑 有文獻(xiàn)的結(jié)論，實(shí)際中電渦流緩速器磁扼一般可近似成一個(gè)面積為扇形塊（如圖4-1中陰影部分），通常轉(zhuǎn)子的內(nèi)外半徑與磁扼的扇形是相當(dāng)?shù)?

38、 有幾何關(guān)系有： （4-2） 式中： -轉(zhuǎn)子的內(nèi)半徑，m; -轉(zhuǎn)子的外半徑，m; -扇形磁扼的圓心角，本文取=。 由圖4-1所示的幾何關(guān)系可得： （4-3） 式中： -勵(lì)磁線圈中心點(diǎn)半徑，m。 內(nèi)、外半徑分別是：

39、 （4-4） （4-5） (4)轉(zhuǎn)子盤厚度 轉(zhuǎn)子厚度可根據(jù)轉(zhuǎn)子實(shí)心體部分的熱容量來(lái)求。根據(jù)參考文獻(xiàn)結(jié)論有： （4-6） 式中：h-轉(zhuǎn)子工作盤的厚度，m; -汽車最高車速，km/h; -轉(zhuǎn)子的許用溫升，計(jì)算時(shí)可取C，即=400+273=637K -轉(zhuǎn)子的比熱容，J/（kg/K） -轉(zhuǎn)子的密度，kg/ 4.1.2 勵(lì)磁線圈參數(shù) 勵(lì)磁線圈的參數(shù)主要是線

40、圈的匝數(shù)N和勵(lì)磁電流I。 由B=可知，當(dāng)B初步選定后，的值由電磁線圈的鐵心材料的磁化曲線來(lái)選取。 此時(shí)NI=為確定值。 對(duì)于圓柱鐵心，以及其鐵心線圈： NI= （4-7） 式中：-電磁線圈倒顯得電阻率，； d-電磁線圈導(dǎo)線的直徑，m; 由于電渦流緩速器使用的電源是車載蓄電池，其輸出的電壓值應(yīng)控制在24v左右，故由上式可求出導(dǎo)線直徑。對(duì)于導(dǎo)線的匝數(shù)和電流值，要根據(jù)導(dǎo)線直徑所允許的電流以及整個(gè)鐵心線圈的長(zhǎng)度來(lái)決定。 4.1.3 轉(zhuǎn)子材料 轉(zhuǎn)子材料主要是指轉(zhuǎn)子材料的參數(shù)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子材料的參數(shù)對(duì)整個(gè)緩速器性能的影響較

41、大，這些參數(shù)包括轉(zhuǎn)子材料的密度、相對(duì)磁導(dǎo)率等。 4.1.4轉(zhuǎn)速參數(shù) 轉(zhuǎn)速參數(shù)主要包括轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，轉(zhuǎn)子的角速度以及磁場(chǎng)變化角速度。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與車速的關(guān)系由下式確定： （4-8） 式中：V-汽車車速，km/h; -主減速器傳動(dòng)比，本文取5.833； r-車輪半徑，本文取0.5m。 磁場(chǎng)變化角速度可根據(jù)式（3-2）確定。 4.1.5 計(jì)算結(jié)果 下面參考目前市場(chǎng)上電渦流緩速器的研究情況，結(jié)合以上幾節(jié)介紹的電渦流緩速器部分參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，確定制動(dòng)力距目標(biāo)植為1500

42、N/m的電渦流緩速器相關(guān)參數(shù)如下： 結(jié)構(gòu)參數(shù)：； 勵(lì)磁線圈參數(shù)：N=320匝，I=27A； 轉(zhuǎn)子材料參數(shù)：選用20 將相關(guān)參數(shù)代入到式（3-25）計(jì)算得到電渦流緩速器的最大制動(dòng)力矩此時(shí)制動(dòng)功率為73.4KW，此時(shí)緩速器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為469.7rad/s, 也被稱為臨界轉(zhuǎn)速。 4.2緩速器熱容量和溫升的校核 要校核緩速器的熱容量和溫升是否滿足下列條件： （ （4-9） 式中： -轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量 -與轉(zhuǎn)子相連的受熱金屬件（既花鍵軸）的總質(zhì)量； -轉(zhuǎn)子的比熱容； -與轉(zhuǎn)子相連的

43、受熱金屬件（既花鍵軸）的比熱容； -轉(zhuǎn)子的溫升，此處取=200 L-滿載汽車制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)化的熱能。 L= （4-10） 式中： m-滿載汽車的總質(zhì)量，可取m=12t； -汽車制動(dòng)時(shí)的初速度，可取 -汽車制動(dòng)時(shí)的末速度，可取= 經(jīng)查找并計(jì)算，可算： ; 既： （=（23=4441.5KJ 所以，所設(shè)計(jì)的緩速器能夠滿足使用要求。 4.3電渦流緩速器的結(jié)構(gòu)方案 本節(jié)的要求內(nèi)容是：根據(jù)設(shè)計(jì)好的參數(shù)，參照已有的電

44、渦流緩速器模型，在CAD軟件中完成電渦流的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并運(yùn)用solidworks進(jìn)行實(shí)體模擬。 （1） 定子結(jié)構(gòu)： 定子的主要作用有兩個(gè)，一是起連接作用，通過(guò)固定支架使緩速器固定在定盤上；二是用來(lái)安裝電渦流緩速器的其他零件，如線圈和鐵心等。此外，電渦流緩速器的電源連線也是由定子的接線盒接入。 鐵心共八個(gè)，呈圓周分布均勻的安裝在定子上。勵(lì)磁線圈套在鐵心上；共同構(gòu)成磁極，圓周上相對(duì)兩個(gè)磁極線圈，串聯(lián)成一組磁極，并且相鄰兩個(gè)磁極均為NS相間形成四組磁極。 （2） 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 電渦流緩速器的轉(zhuǎn)子有兩個(gè)功能，一是要能在盤的表面感應(yīng)產(chǎn)生電渦流，從而能夠?qū)崿F(xiàn)緩速制動(dòng)；二是要能夠把電渦流緩速

45、器工作時(shí)產(chǎn)生的熱量盡快散發(fā)出去，所以要在轉(zhuǎn)子上設(shè)計(jì)散熱裝置。根據(jù)轉(zhuǎn)子的兩個(gè)功能，把轉(zhuǎn)子分為工作盤和散熱片兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)以及支撐盤、連接盤和肋三個(gè)輔助結(jié)構(gòu)。 轉(zhuǎn)子工作盤有兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，轉(zhuǎn)子工作盤面內(nèi)、外半徑以及轉(zhuǎn)子工作盤的厚度。散熱片的主要設(shè)計(jì)參數(shù)有散熱片的個(gè)數(shù)、散熱葉片的厚度。 電渦流緩速器工作后，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，風(fēng)從軸向進(jìn)入散熱片，然后從徑向甩出。在這個(gè)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子工作盤表面產(chǎn)生的大量熱量被強(qiáng)制冷風(fēng)帶走，達(dá)到散熱的效果。 （3）法蘭和花鍵軸結(jié)構(gòu) 電渦流緩速器的連接方式采用法蘭和花見嚙合傳動(dòng)，根據(jù)確定好的外花鍵參數(shù)，設(shè)計(jì)法蘭和花鍵軸。法蘭內(nèi)孔和花鍵軸的嚙合用一對(duì)漸開線內(nèi)

46、外花鍵，其詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)見表 5結(jié)論 本文對(duì)電渦流緩速器的研究得出以下結(jié)論： （1） 在前人的基礎(chǔ)上提出電渦流緩速器制動(dòng)力距的計(jì)算方法，并計(jì)算出了所設(shè)計(jì)的電渦流緩速器制動(dòng)力距為1484Nm，制動(dòng)功率為74.3KW，與目標(biāo)植1500Nm相近。 （2） 根據(jù)電渦流緩速器的工作原理、制動(dòng)力矩的計(jì)算以及各參數(shù)的選擇，設(shè)計(jì)了一個(gè)較合理的電渦流緩速器的外型尺寸，包括轉(zhuǎn)子、定子、法蘭、花鍵軸、固定架以及擋環(huán)。并經(jīng)過(guò)計(jì)算，能達(dá)到緩速器的制動(dòng)要求，以及緩速器熱容量和溫升的許用要求。 （3） 運(yùn)用CAD繪制了電渦流緩速器的裝配圖和安裝圖，以及轉(zhuǎn)子、定子、法蘭、花鍵軸、固定架以及擋環(huán)的

47、零件圖。 （4） 電渦流緩速器工作時(shí)的散熱是一個(gè)很關(guān)鍵的問題，包括材料的選用、外型尺寸的設(shè)計(jì)。本文僅校核了熱容量和溫升以及緩速制動(dòng)效果，此外自己設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和肋的結(jié)構(gòu)，總體感覺還不是十分理想，并且在參數(shù)選擇和數(shù)據(jù)采集上存在誤差，實(shí)際產(chǎn)生時(shí)還需精確采集參數(shù)和準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到最好的散熱效果。 參考文獻(xiàn) [1]Anwar,sohel.A parametric model of an eddy current electric machine for automotive braking applications.IEEE

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