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电动车刹车回能系统的设计参数 弹簧设计[8][9][10] 已知: 原整车质量为150kg, 假设改装后整车质量为350kg; 最高设计车速Va=20km/h=5.56m/s 以上各项参数均有一定余量 要求: 设计一弹簧,使其可以存储车辆在5～10m（调查发现行驶于城市道路上的电动车辆，其制动距离一般为这个范围）之内制动减速时的动能. 弹簧及材料选择选择 因该弹簧用于储能,所以选择接触型平面涡卷弹簧,这类弹簧各圈互相接触,圈数较多,可储存较大能量,又称发条弹簧或者动力弹簧. 硅锰弹簧钢:硅固溶于铁素体和奥氏体中，可提高他们的硬度和强度,因此硅能显著提高钢的弹性极限,屈强比以及疲劳强度.将硅锰同时加入钢中,能同时发挥两者优点,显著提高钢的淬透性,屈强比(85%左右)和弹性极限.硅锰弹簧钢具有上述优点,因此被广泛应用.[8] 查得，σ=180kgf/mm2 E=21000kgf/mm2 参数计算 弹簧材料的强度与钢带厚度有关，厚度a越小，强度越高，因此，在材料选定的条件下，可根据图3—1曲线1选择在强度范围内的钢带厚度；图中曲线2为单位宽度最大扭矩与钢带厚度a的关系曲线，设计时，可先弹簧安装空间的限制，选定钢带宽度b，再利用曲线2，按工作力矩的要求确定钢带厚度a。 由图查得，a～0.7mm,取一定余量，取a=1mm。 根据变形能计算公式，平面涡卷弹簧变形能公式为： [8]表1-1 其中：k—利用系数，查表得平面涡卷弹簧利用系 数为1/6； V—弹簧材料体积； 图钢带厚度a与许用应力 b—弹簧材料宽度。 [σ]b和Tmax/b的关系［8］ 该弹簧所需存储的能量≥车辆动能（忽略摩擦耗能等） 则：U≥E 取b=150mm 求得，l=14312mm，取14500mm。 一般情况下，弹簧长度l与厚度a的关系为l/a=3000～7000之间，最大不超过15000，1/a=1450015000，符合要求。 平面涡卷弹簧的芯轴直径d1=(15～25)a,直径太小，则因弹簧内圈卷绕曲率半径小而弯曲应力大，并且内端有较大的应力集中而造成损坏；直径过大则变形圈数过少而使有效工作力矩减少。 图接触形平面涡卷弹簧 取d1=25a=25mm；该值符合轴危险截面直径核算(参见轴的核算)。 当弹簧卷紧在芯轴上时，弹簧材料有效长度l和a的乘积，可近似为 [8]16—20 变形得 求得 d2=138.1mm,取138mm。 当弹簧钢带al的乘积为卷筒截面中空面积的1/2时，具有最大的变形圈数，而这时弹簧材料的长度为 [8]16—25 变形得 得D2=193.9mm,取195mm； 弹簧全部松卷并紧贴在卷筒内壁上时， [8]16—22 变形得 求得，D1=139.8mm,取140mm. 所以，该发条弹簧各项参数为： 长度l=14500 mm D2=195mm D1=140mm 厚度a=1mm d2=138mm d1=25mm 宽度b=10mm 核算 ①变形圈数 弹簧变形圈数为 [8]16—24 求得，58圈 车辆在制动过程中减速行驶，现今很难估算减速度，按制动初始速度计算，若要求在5～10m实现制动，以10m来计算，则其转过的圈数为。 实际车辆在制动过程中转过的圈数 N=v/2πr，312r/min r—后轮半径（d=340mm） N=9.36圈58圈 满足条件 ②能量 制动时车辆动能 求得E=5410J 能量回收量，由式3-3 求得 U0=5481J E=5410J U0E 满足要求 ③转矩 涡卷弹簧所能承受转矩≥输入转矩。 输入转矩按照车轴输出转矩计算，忽略传动损耗： 转矩 式中，P-功率，KW ；0.65KW n-转速，r/min =312r/min 所以T=1