清掃車的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的論文

1、目 錄0 引言10.1 清掃車概述10.2 電動車的基本概況10.3 本課題的研究內(nèi)容21 驅(qū)動方案的設(shè)計41.1 總體方案的提出41.2 驅(qū)動方式選擇42 電瓶的選擇72.1 蓄電池的種類、用途、特點和選擇72.2 影響電池容量和壽命的因素82.3 電瓶的布置93 電動機的選擇113.1 整車對電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本要求113.2 電動機類型113.3 交流電機的選擇134 傳動方式的設(shè)計154.1 齒輪的設(shè)計154.2 齒輪軸的設(shè)計225 清掃車驅(qū)動系統(tǒng)總裝圖266 清掃車總體裝配276.1 清掃車液壓系統(tǒng)總裝圖276.2 清掃車集塵系統(tǒng)總裝圖276.3 清掃車外形配件圖2864清掃車制動系統(tǒng)

2、的設(shè)計286.4 小型清掃車完整裝配圖296.5 清掃車裝配建模圖：297 結(jié)論30致 謝31參考文獻32小型清掃車驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計0 引言0.1 清掃車概述隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會進步，人們對生存質(zhì)量的要求愈來愈高，交通便捷也越來越成為社會發(fā)展 的迫切要求，高等級公路以空前的速度發(fā)展，道路的清掃和保潔也越來越受到有關(guān)部門的重視，多年來形成的人工清掃的格局顯然已不適應我國高等級公路發(fā)展的客觀要求，人工清掃粉塵飛揚，嚴重影響清潔工人的身體健康，也不可避免的造成環(huán)境的二次污染：公路車輛的高速行駛對清潔工人的生命安全造成潛在威脅，馬路清掃車只能清掃主要街道，而人行道和非機動車道只能由保潔工來完成，這樣既浪

3、費物力也浪費人力，這就要求我們必須迅速發(fā)展一個既環(huán)保又節(jié)能的小型道路清掃車，使人們生活在潔凈健康的環(huán)境中，這 也是人類二十一世紀高品質(zhì)生活的必然要求。因此研究適合于人行道和非機動車道的小型電動清掃車對我國清掃車概況和開發(fā)機型有著十分重要的意義！ 目前，在一些大、小城市的街巷里垃圾成堆，如果使用人力來清掃，那將需要大量的人力資源。通常進口車體積龐大、結(jié)構(gòu)復雜、造價高昂。例如，國產(chǎn)中小型清掃車通常每部價格在40萬元左右，一些進口真空機每部價格高達700萬元以上，而且每月還要支付高昂的維修費和保養(yǎng)費。這些進口機只適用于路面較為平坦寬廣的道路，而無法清掃小巷。當今全國各地的小巷中均為人工清掃沒，人工清

4、掃的方式也有著種種不足。例如，安全隱患問題、楊晨污染問題、費時費力等。所以，綜合以上的利弊，我們決定利用電瓶作為驅(qū)動力源，設(shè)計出完整的既對環(huán)境無污染又可以節(jié)省勞動力的小型自動清掃車。電瓶（蓄電池）驅(qū)動的車就是我們常說的“電動車”，顧名思義，以蓄電池能源，電動機為牽引，根據(jù)蓄電池容量可大可小。電動車可用可控硅調(diào)速，比傳統(tǒng)的機械調(diào)速運行更穩(wěn)定且沒有噪音等優(yōu)點。0.2 電動車的基本概況作為清潔、節(jié)能的新型交通工具，電動車具有無與倫比的優(yōu)勢。它在行駛過程中沒有污染，熱輻射低，噪聲小，不消耗汽油;可應用多種能源，結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便。因此，電動車受到世界各國的歡迎，被人們稱為“明日之星”。電動車又是高

5、科技的產(chǎn)物，它集光、電、化學各學科領(lǐng)域的最新技術(shù)于一體，是汽車、電力拖動、功率電子、智能控制、化學電源、計算機、新能源、新材料等工程技術(shù)中最新成果的集成產(chǎn)物。電動車以車載電源為動力，由電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通與安全法規(guī)各項要求的車輛，它包括電動車、電動摩托車和電動自行車等?，F(xiàn)代電動車具有清潔無污染、動力源多樣化、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便等特點，被稱為“21世紀的綠色環(huán)保汽車”。電動車的優(yōu)點是:它本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其他污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排

6、放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關(guān)技術(shù)。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力等，解除了人們對石油資源日見枯竭的擔心。電動車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟效益。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機驅(qū)動汽車，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。此外，由于電動車取消了內(nèi)燃機，開車時聽不到震耳欲聾的發(fā)動機轟鳴聲。因此，人們不用擔心車輛的噪聲污染。正是這些優(yōu)點，使電動車的研究和應用成為汽車工業(yè)的一個“熱點”。0.3 本課題的研究內(nèi)容小型清掃

7、車的設(shè)計分為四個部分：制動系統(tǒng)和外形設(shè)計；驅(qū)動與傳動系統(tǒng)的設(shè)計；液壓系統(tǒng)的設(shè)計；集塵系統(tǒng)的設(shè)計。其中，制動系統(tǒng)和外形設(shè)計、液壓系統(tǒng)的設(shè)計、集塵系統(tǒng)的設(shè)計分別由侍愛峰、堯伊順、黃龍生完成，最終裝配成一部小型清掃車。本課題研究的內(nèi)容是清掃車驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)由能源供給系統(tǒng)、電子驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)組成.選擇最佳的驅(qū)動系統(tǒng)是設(shè)計電動汽車的關(guān)鍵，而電動機的性能直接決定著驅(qū)動系統(tǒng)的性能，所以電動機的選擇成為設(shè)計電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主要基礎(chǔ)。在本文中，以交流三相感應電機驅(qū)動后輪的電動清掃車為研究對象，聚焦于其驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)其以低速在平坦的公路上行駛的最基本功能，主要在以下幾個方面進行了理

8、論分析研究及設(shè)計。(1) 驅(qū)動方式：按發(fā)動機和各總成相對位置的不同，現(xiàn)代汽車的布置與驅(qū)動方式是不同的。(2) 電瓶的選擇：清掃車以蓄電池能源，只要有電能的供應，電動車就有了取之不盡的動力源泉，不受石油資源的限制。而電能的獲得可以利用核能、水力、風力、太陽能等多種形式的原始能源。特別對于我國，水利資源和風力發(fā)電等清潔能源的潛在發(fā)電量是相當高的，如果能有效地利用這些能源，不僅有利于環(huán)保，節(jié)約寶貴的石油資源，解決全球面臨的石油資源枯竭危機，而且更符合我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。(3) 電動車用電機的研究：電動機是電動車區(qū)別于傳統(tǒng)汽車的關(guān)鍵部件。驅(qū)動電動機的性能特點直接影響和制約著電動車輛的性能，對電

9、動機性能的研究和把握是研究和把握整車性能的關(guān)鍵因素之一。(4) 傳動系統(tǒng)的設(shè)計：齒輪傳動傳動比穩(wěn)定、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長。根據(jù)所設(shè)計的傳動方案，選擇大小齒輪的類型，材料并計算出大小齒輪的參數(shù)。齒輪軸受彎曲和扭轉(zhuǎn)復合應力作用，但載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合機械性能即可滿足要求。選擇齒輪軸的材料，并對其進行強度校核。(5) 通過對以上各部分的理論分析研究及設(shè)計，并應用Pro/Engineer軟件進行驅(qū)動系統(tǒng)的造型設(shè)計和工程圖的制作。1 驅(qū)動方案的設(shè)計1.1 總體方案的提出清掃車以電瓶作為動力源，電瓶帶動液壓系統(tǒng)3，從而驅(qū)使盤刷4轉(zhuǎn)動，目的是將垃圾掃到車中央，吸口

10、由風機連接，將垃圾吸進集塵箱。排氣口5是用來將多于氣體排出箱體，使風機能更好的工作。為了簡單明了地表示清掃車的總體方案，這里用簡單結(jié)構(gòu)原理圖說明，如圖11的所示。1方向盤；2輪胎；3液壓系統(tǒng)；4盤刷；5排氣口；6吸口；7集塵箱；8排氣箱；圖11 總體分布圖1.2 驅(qū)動方式選擇按發(fā)動機和各組成部分相對位置的不同，現(xiàn)代汽車的布置與驅(qū)動方式通常有5種（如圖1-2 所示）圖1-2 汽車的驅(qū)動方式方案1，前置后驅(qū)（FR）即發(fā)動機前置、后輪驅(qū)動，這是一種傳統(tǒng)的發(fā)動機布置與驅(qū)動方式。國內(nèi)外的大多數(shù)貨車、部分轎車和部分客車都采用這種形式。采用這種驅(qū)動方式的汽車，它的前輪承擔轉(zhuǎn)向，后輪承擔驅(qū)動，發(fā)動機輸出的動力

11、通過離合器、變速器、傳動軸輸送到后驅(qū)動橋上，并在此得到減速增扭后傳送到左、右半軸上，驅(qū)動后輪使汽車運行。優(yōu)點是前后輪各司其職，轉(zhuǎn)向與驅(qū)動分開，負荷分布比較均勻；缺點是由于傳動軸從前面的發(fā)動機一直傳到后橋上，使車內(nèi)地板中間凸起，車內(nèi)座椅不好布置。方案2，前置前驅(qū)（FF）即發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動，這是20世紀70年代末才真正興世紀起和在技術(shù)上逐漸完善的驅(qū)動形式，現(xiàn)在大多數(shù)中小型轎車都是采取這種方式。它將變速器之后的東西都往前挪，變速器與驅(qū)動橋做成一體，固定在發(fā)動機旁將動力直接輸送到前輪上，前輪同時承擔了轉(zhuǎn)向和驅(qū)動兩個重任，省去了長長的傳動軸，縮短了傳遞動力的距離，減少功率傳遞損耗也就相應節(jié)省了燃油。

12、此驅(qū)動方式具有較多的優(yōu)點：操縱機構(gòu)簡單、發(fā)動機散熱條件好；沒有縱向傳動軸，轎車地板不必為它凸起一條通道，有利車廂內(nèi)的布置；車架不必為后橋騰出空間位置，可以降低車身高度，有助于行車的穩(wěn)定性；發(fā)動機橫置縮短了發(fā)動機艙的長度，有利于汽車的小型化，而在汽車總長不變的情況下能增大客艙的長度和空間；前輪成為驅(qū)動輪，變成了“拉”著汽車前進，有利于方向控制。其缺點是：上坡時汽車質(zhì)量后移，使前驅(qū)動輪的附著質(zhì)量減小，驅(qū)動輪易打滑；下坡制動時則由于汽車質(zhì)量前移，前輪負荷過重，高速時易發(fā)生翻車現(xiàn)象。方案3，后置后驅(qū)（RR）即發(fā)動機后置、后輪驅(qū)動，在大型客車上多數(shù)采用這種布置形式，少量微型和輕型轎車也采用這種型式。方案

13、4，中置后驅(qū)（MR）即發(fā)動機放在乘客航與車后軸之間并利用后輪驅(qū)動。這種驅(qū)動方式只用在一些高性能跑車上，在普通的轎車上較難看到。中置后驅(qū)的最大特點就是將車輛中慣性最大和沉重的發(fā)動機置于汽車的中部，使汽車能獲得最佳的運動特性，因為車的車身重量分布能達到最理想的平衡。可以這樣說，此車兼具的優(yōu)點，方向靈敏準確，制動時不會出現(xiàn)頭重尾輕的現(xiàn)象。有一個先天不足，即直線穩(wěn)定性較差，為解決這一問題，所有的車后輪均比前輪大。方案5，4輪驅(qū)動（4WD）4輪驅(qū)動又稱全輪驅(qū)動，顧名思義，這是指汽車前后的輪子都有動力驅(qū)動，可以按照行駛路面狀態(tài)的不同而將發(fā)動機輸出扭矩分別分布在前后所有的輪子上，提高汽車的行駛能力12。考慮

14、到清掃車主要在城市路面行駛，其行駛速度比較低，一般是 30 kmh左右，作業(yè)速度更小。所以在設(shè)計時，要求使得整車結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，維護簡單，操作簡便，考慮底盤的空間利用率，所以采用發(fā)動機中置，后輪驅(qū)動(如圖1-3所示)，這種布置的特點使是駕駛室的布置不受發(fā)動機的限制，噪聲小、對載荷分配比較有利。圖1-3 后輪驅(qū)動2 電瓶的選擇汽車“電瓶”是汽車上儲存電能的裝置，學名稱“蓄電池”。其作用包括:一是當汽車發(fā)動機起動時，向起動機提供電能，并由起動機將電能變?yōu)闄C械轉(zhuǎn)矩，帶動發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)動與此同時，蓄電池還向儀表、發(fā)電機的磁場線圈以及汽油機的點火系統(tǒng)等供電;二是在汽車運行過程中，當用電設(shè)備的用電量

15、超過發(fā)電機的供電能力時，蓄電池協(xié)同發(fā)電機向用電設(shè)備供電當發(fā)電機出現(xiàn)故障時，則由蓄電池單獨向用電設(shè)備供電，因此，蓄電池是汽車的第二電源;三是當用電設(shè)備負荷較小時，蓄電池接受發(fā)電機的充電，將電能儲存起來;四是起到濾波器的作用。通過吸收用電負載突變時的過電壓，防止損壞汽車上的電子設(shè)備。2.1 蓄電池的種類、用途、特點和選擇 蓄電池的種類一般可分為鉛酸電池、鉛酸免維護電池及鎳鎘電池等，它們各自的特點如下:鉛酸電池:也稱為汽車用電池(需加水維護)，充放電時會產(chǎn)生氫氣，安置地點必須設(shè)置在通風處以免造成危險;電解液呈酸性，會腐蝕金屬;價格低廉。鉛酸免維護電池:密封式充電不會產(chǎn)生任何有害氣體，擺設(shè)容易，不需考

16、慮安置地點通風問題，免保養(yǎng)，免維護;放電率高，特性穩(wěn)定，價格較高。鎳鎘電池:用于特殊場合及特殊設(shè)備上，水為介質(zhì)，充放電不會產(chǎn)生.有害氣體;失水率低，但需要固定時間加水及保養(yǎng);放電特性最佳;可放置于任何惡劣環(huán)境。蓄電池按用途可分為汽車啟動用、工業(yè)用、鐵路及其他用途。怎樣正確選購蓄電池型號:蓄電池的型號必須適當。型號選小了，造成小馬拉大車，大電流放電會縮短電池的壽命;型號選大了，則不經(jīng)濟。對于常用的額定輸出電壓為12V的品種有：6, 8,10,12,15,33,38,50,65,75,90,100,120,140,180,200AH。選功能價格比：高價不一定有高質(zhì)，但高質(zhì)必定會有相對高的價格，貨比

17、三家，性能價格比最大的是首選。選服務：廠家有沒有完善的售后服務實力，有沒有全國服務熱線以及完善的服務網(wǎng)絡(luò)，才能無后顧之憂5。2.2 影響電池容量和壽命的因素影響電池容量和使用壽命的因素有:電池的使用環(huán)境、環(huán)境溫度、充放電電流、充電電壓、放電深度、設(shè)計參數(shù)和制造工藝。設(shè)計參數(shù)和制造工藝為生產(chǎn)方因素，本文不討論。電池壽命分為循環(huán)壽命、存貯壽命、使用壽命。循環(huán)壽命是指電池循環(huán)放電次數(shù)多少;存貯壽命是指不給蓄電池進行任何充電和放電激活的情況下，能存貯的最長時間;使用壽命指電池在正常的維護情況下，電池能使用的最長時間。(1) 電池的使用環(huán)境：儲存壽命隨溫度的增加而下降。當溫度超過25時，溫度每增高10

18、,儲存壽命被縮短一半。所以對暫時不用的電池應存儲在低溫、干燥的環(huán)境。工作的電池應盡可能安裝在清潔、陰涼、通風、干燥的地方，這樣可以減少有害灰塵的腐蝕;還要避免受到陽光、加熱器(如冬天用的取暖器)或其他輻射熱源的影響。(2) 環(huán)境溫度：因為溫度的降低，電解液的粘度增大，使離子運動受到較大阻力，擴散能力下降，所以蓄電池容量隨溫度的增加而增加;同樣的放電量，由于容量增加，放電深度淺，放電循環(huán)次數(shù)增多，蓄電池循環(huán)壽命也隨溫度的增加而增加，在10350，每增加1，增加5-6個循環(huán);在3545，每增加1，增加25個循環(huán);而50以上，則因負極硫化，容量損失，壽命反而會下降。但儲存壽命隨溫度的增加而下降。(3

19、) 充放電電流：由于電池的可用量隨放電電流的增大而降低，所以談電池容量必須指明電池的放電率;常規(guī)的有20H率、10H率、5H率。電池充放電電流一般以C來表示，C的實際值與電池容量有關(guān)。舉例來講，如果是100AH的電池，則C=100A。如對額定容量為24AH的蓄電池，其放電電流大小與蓄電池實際可供使用的效率關(guān)系如下:放電電流過大或過小都會影響電池的使用壽命，放電電流過大，會使正極氧化鉛脫落，放電電流過大，由于放電終止電壓的上升，易過放電;放電電流一般要求在0.05 - 3C, UPS在正常使用中都能滿足此要求，但也要防止意外情況的發(fā)生，如電池短路。(4) 充電電壓：過充電時有大量氣體析出，活性物

20、質(zhì)受氣體的沖擊而脫落，使電池壽命降低;由于UPS電池屬于備用工作方式，市電正常情況下處于充電狀態(tài)，只有停電時才會放電。如果充電電壓過高就會使電池過充電，反之會使電池充電不足。(5) 放電深度：放電深度對UPS電池使用壽命的影響也非常大，電池放電深度越深，其循環(huán)使用次數(shù)就越少，因此在使用時應避免深度放電。雖然UPS都有電池低電位保護功能，一般單節(jié)電池放電至10.5V左右時，UPS就會自動關(guān)機。尤其要避免小電流下的深度放電，用大電流放電時，即使放電到電壓相當?shù)?，但由于時間短，生成的硫酸鉛較少，而小電流放電下，生成的硫酸鉛明顯增加，對于負極，由鉛轉(zhuǎn)化為硫酸鉛體積膨脹，產(chǎn)生應力，會造成極板彎曲和活性物

21、質(zhì)脫落，影響電池壽命;如果UPS處于輕負載放電，即UPS在無市電輸入的情況下，接入的負載容量遠小于它的最大輸出負載容量，會造成電池的深度放電。(6) 電池初充電：新的蓄電池在投入使用前，必須進行初充電，這和正常的充電不同，是需要較長時間的特別充電。因為電池負極活性物質(zhì)為海綿狀鉛時，在電池的貯藏過程中，有部分受到氧化，必須還原為鉛才能成為活性物質(zhì)。對于普通鉛蓄電池，初充電必須在灌酸后靜置1至6小時，等到液溫下降至35以下時，再灌酸至規(guī)定液面，方可進行充電，初充電以l0H率充電，時間為40-60小時。蓄電池在使用初期，隨使用時間增加，放電容量增加，逐漸達到最大值，以后隨充放電次的增加，放電容量減少

22、。除上面要注意的幾點之外，電池在使用一定時間后應進行定期檢查，如觀察其外觀是否異常、有沒有比較難聞的氣體的味道等，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應立即停止使用，并送往生產(chǎn)商指定的維修站進行修理，切莫擅自拆開或交給非專業(yè)人員維修，以免發(fā)生意外;如果長期不停電，UPS電池會一直處于充電狀態(tài)，這樣會使電池的活性變差，因此即使不停電，UPS也需要定期進行放電試驗以便電池保持活性。放電試驗一般可三個月進行一次，做法是UPS帶載最好在50%以上，然后斷開市電，使UPS處于電池放電狀態(tài)，放電持續(xù)時間視電池容量而言，放電后恢復市電供電，繼續(xù)對電池充電6。2.3 電瓶的布置要求使得整車結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，維護簡單，操作簡便，

23、考慮底盤的空間利用率，所以采用電瓶中置，這種布置的特點使是駕駛室的布置不受發(fā)動機的限制，噪聲小、對載荷分配比較有利。若設(shè)總的阻力約為120N,設(shè)最高車速為,其功率為 (2.1)式中 F阻力； V最高車速。這樣可以考慮采用2kw的電機,其有效功率約為1.4-1.6KW,其時速應該能達到.此時車的工作電流為 (2.2)式中P電機功率； U電瓶電壓。選120AH的電瓶,則可續(xù)行接近100公里.這是車用最高速行駛時的情況,如果降低車速續(xù)行距離有望達到或超過120公里.綜上所述，本文選擇48V120AH的USP電池，如圖2-1所示：圖2-1 電瓶3 電動機的選擇3.1 整車對電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本要求汽車是

24、交通工具，要求電機具有高效率、高適應性。由于成本及空間的限制，電機的出力也受到了制約，所以電機的高密度小型輕量化和低成本對整車來說至關(guān)重要。(1) 高密度小型輕量化。采用強制水冷結(jié)構(gòu)、高電磁負荷、高性能磁鋼、高轉(zhuǎn)速以及超短端部長度繞組技術(shù)等措施，使電機小型輕量化，從而實現(xiàn)高密度。與一般工業(yè)用電動機相比，大小和重量都需要減少到一半以下;汽車驅(qū)動電動機輸出1kW只需0.6kg重量，這是一般電機不可想象的。(2) 高效率。由于是以電池為電源，一次充電的行車距離應盡可能長;汽車驅(qū)動電動機的最高效率可達到97%，其他汽車輔助電機也希望有高的效率。因此，隨著稀土永磁材料價格的下降，將替代汽車輔助電機用的鐵

25、氧體磁鋼;目前，汽車輔助電機絕大部分是永磁直流電動機。(3) 可靠性、耐久性、適應性。由于車輛的振動及發(fā)動機室的高溫環(huán)境，使得車用電機處于惡劣環(huán)境條件下運行，振動大、沖擊大、灰塵多、濕度變化大。因此，車用電機必須適應環(huán)境條件的要求，使電機可靠、穩(wěn)定、安全地運行。(4) 低速時的高轉(zhuǎn)矩。有電動機起動車輛，行車中起動發(fā)動機要求高轉(zhuǎn)矩。此外，車用電機的低噪聲與低成本技術(shù)也至關(guān)重要。3.2 電動機類型(1) 直流有刷電機 早期電動汽車由蓄電池供電故最早采用的是直流有刷電機。其主要優(yōu)點是控制簡單、技術(shù)成熟，具有優(yōu)良的控制特性。在早期開發(fā)的電動汽車上多采用直流電動機 ，即使到現(xiàn)在仍有一些電動汽車使用直流電

26、動機來驅(qū)動。雖然直流有刷電機控制系統(tǒng)簡單，成本低，但由于電機本身存在電刷和機械換向器，不但限制了電機過載能力與速度的進一步提高，而且如果長時間運行，勢必要經(jīng)常維護和更換電刷和換向器由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上，使得散熱困難，限制了電機轉(zhuǎn)矩質(zhì)量 比的進一步提高。而且這種電機效率低，維護麻煩，尤其是電刷產(chǎn)生的火花，會給汽車的其他電器帶來高頻電磁干擾。此外，機械換向器的換向能力限制了直流有刷電機的容量、電壓和轉(zhuǎn)速。鑒于直流電動機存在以上缺陷，在新研制的電動 汽車上已基本不采用直流有刷電機。 (2) 感應電機 交流三相感應電動機是應用最為廣泛的電動機。其轉(zhuǎn)子和定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡單

27、，運行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應電動機的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速可高1200015000rmin。可采用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對環(huán)境的適應性好，并能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動。與同樣功率的直流電動機相比較，質(zhì)量減輕 一半左右，價格便宜，維修方便。交流三相感應電動機的效率較低，轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，在高速運轉(zhuǎn)時需要保證對交流三相感應電動機的冷卻，否則會損壞電動機。交流三相感應電動機的功率因數(shù)較低，使得變頻變壓裝置的輸入功率因數(shù)也較低，因此需要采用大容量的變頻變壓裝置。交流三相感應電動機控制系統(tǒng)的造價遠遠高于交流三相感應電動機本身， 此外，交流三相感應電動機的調(diào)速性能也較差。 (3) 稀土永磁電機 稀

28、土永磁同步電機采用稀土永磁材料，具有效率高、功率密度大等特點，在中、小功率的系統(tǒng)中有優(yōu)勢。但是稀土永磁同步電機的成本高，而且目前使用最多的釹鐵稀土永磁體的工作溫度比較低，電機運行時的溫升不能太高。稀土永磁同步電機分為正弦波稀土永磁同步電機(通常稱為稀土永磁同步電機)和方波型稀土永磁同步電機(通常稱為稀土永磁無刷直流電機)。正弦波稀土永磁同步電機 的特點是，永磁體在氣隙中產(chǎn)生的磁場空間上按照正弦分布，定子三相繞組為正 弦分布繞組，電機的反電動勢及電機定子電流均為正弦波；而稀土永磁無刷直流 電機為梯形波。永磁無刷直流電動機是一種高性的電動機。它的最大特點就是具有直流電動機的外特性而沒有換向器和電刷

29、組成的機械接觸結(jié)構(gòu)。另外，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵磁損耗；發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無刷直流電動機沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運行可靠，維修簡便。此外它的轉(zhuǎn)速不受機械換向的限制如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承可 以在每分鐘高達幾十萬轉(zhuǎn)運行永磁無刷直流電動機與其它電動機系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動汽車中有著很好的應用前景。永磁無刷直流電動機受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動機的功率范圍較小。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動機的性能，嚴重還會損壞電動機，在使用中必須嚴格控

30、制，使其不發(fā)生過載。永無刷直流電動機在恒功率模式下操縱復雜，需要一套復雜的控系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流動機的驅(qū)動系統(tǒng)造價很高。(4) 開關(guān)磁阻電機 開關(guān)磁阻電動機是一種新型電動機，該系統(tǒng)具有很多明顯的特點：它的結(jié)構(gòu) 比其它任何一種電動機都要簡單，在電動機的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只是在定子上有簡單的集中繞組，繞組的端部較短，沒有相間跨接線，維護修理 容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達15000rmin。效率可達85 93，比交流感應電動機要高。損耗主要在定子，電機易于冷卻；轉(zhuǎn)子無永磁體，可允許較高溫升。調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩速度特性，而且在很 廣的范圍內(nèi)保持高效率，

31、因而，更加適合電動汽車動力性能要求。但是，開關(guān)磁阻電機的控制系統(tǒng)比其他電動機的控制系統(tǒng)復雜一些，位置檢測器是開關(guān)磁 阻電動機的關(guān)鍵器件，其性能對開關(guān)磁阻電機的控制操作有重要影響。由于開關(guān)磁阻電機為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動，噪聲是開關(guān)磁阻電動機最主要的缺點。但近年來的研究表明，采用合理的設(shè)計、制造和控制技術(shù)，開關(guān)磁阻電機的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由于開關(guān)磁阻電機輸出轉(zhuǎn)矩波動較大，功率變換器的直流電流波動也較大，所以在直流母線上需要裝置一個很大的濾波電容器。近年來，在電動汽車上得到了一定的應用。目前，電動車用電機基本上形成主流，但并不單一，而是呈多樣化趨勢發(fā)展 ，異步電機和永磁

32、無刷直流電機用得比較普遍7。3.3 交流電機的選擇小型清掃車電機采用Y系列三相異步電動機。Y系列三相異步電動機是按照國際電工委員會(IEC)標準設(shè)計的，具有國際互換性特點。其中Y系列（IP44）電動機為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，具有防止灰塵、鐵銷或其他雜物侵入電機內(nèi)部的特點，B級絕緣，工作環(huán)境溫度不超過40，相對濕度不超過95，額定電壓380V，頻率50HZ。適用于無特殊要求的機械上4。根據(jù)工廠實際生產(chǎn)中反饋的信息，電機功率2.2KW已經(jīng)可以滿足小型清掃車的需要。電機如圖3-1所示，電機的型號選擇為Y90L12，技術(shù)數(shù)據(jù)如表31所示：表3-1 Y90L12技術(shù)數(shù)據(jù)1-軸承端蓋

33、；2-軸；3-電機；4-電機軸 圖3-1 電機4 傳動方式的設(shè)計4.1 齒輪的設(shè)計齒輪傳動的主要特點有；1)效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪傳功的效率可達99。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高1，也有很大的經(jīng)濟意義。2)結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。3)工作可靠、壽命長 設(shè)計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命長達一、二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及在礦井內(nèi)工作的機器尤為重要。4)傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應用，也就是由于具有這一特點。以下是

34、齒輪的設(shè)計計算：已知條件：輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，齒數(shù)比，傳動用途、載荷性質(zhì)、原動機種類及工作制度。1 選定齒輪類型、精度等級及齒數(shù)1）按圖4-1所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。2）清掃車為一般工作機器，故選用7級精度（GB10095-88）。3）材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，兩者材料硬度差為40HBS。選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)，取。1-電機；2-大齒輪；3-小齒輪 圖4-1 清掃車傳動簡圖2 按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式（10-9a）進行試算，即 4.1）式中載荷系數(shù)； 小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩； 齒寬系

35、數(shù)； 材料的彈性影響系數(shù)；齒數(shù)比；接觸疲勞許用應力。1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1) 試選載荷系數(shù)(2) 計算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩(3) 由表10-7選取齒寬系數(shù)(4) 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)(5) 由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限；(6) 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)；(7) 計算接觸疲勞許用應力取失效概率1%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得2）計算(1) 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值，由式（4.1）可見(2) 計算圓周速度(3) 計算齒寬b(4) 計算齒寬與齒高之比模數(shù) 齒高 (5) 計算數(shù)荷系數(shù)根據(jù)，7級精度，由

36、圖108查得動載系數(shù)；直齒輪，假設(shè)100 Nmm。由表103查得；由表102查得使用系數(shù)；由表104查得7級精度、小齒輪相對支承懸臂布置時， 將數(shù)據(jù)代入后得由；查圖1013得；故載荷系數(shù)(6) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式(1010a)得 (7) 計算模數(shù)3 按齒根彎曲強度設(shè)計由式(105)得彎曲強度的設(shè)計公式為 （4.2）式中 K計算載荷系數(shù)； 小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩； 齒寬系數(shù)； 小齒輪齒數(shù)； 齒形系數(shù)；應力校正系數(shù)；彎曲疲勞許用應力。1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1)由圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限，小齒輪的彎曲疲勞強度極限；(2)由圖1018查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；(3

37、)計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式(1012)得（4）計算載荷系數(shù)K(5)查取齒形系數(shù)由表105查得；。(6)查取應力校正系數(shù)由表105 查得 ；。(7)計算大、小齒輪的并加以比較 2）設(shè)計計算，由式（4.2）可見， 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)10.872并就近圓整為標準值，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪數(shù)大齒輪齒數(shù) ，取這樣設(shè)計出的齒輪傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)

38、構(gòu)緊湊，避免浪費。 大齒輪如圖4-2所示。 4.幾何尺寸計算1）計算分度圓直徑2）計算中心距3）計算齒輪寬度取，。4.5.驗算，合適圖4-2 大齒輪圖4-3 齒輪嚙合圖4.2 齒輪軸的設(shè)計齒輪軸受彎曲和扭轉(zhuǎn)復合應力作用，但載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合機械性能即可滿足要求。但鑒于主軸的重要性，主軸材料選用合金鋼40Cr，40Cr油淬臨界直徑為30mm40mm，與普通鋼材具有更好的力學性能和熱處理性能，價格也普通鋼材相差無幾，廣泛應用于制造一般尺寸的重要零件。 40Cr需經(jīng)淬火加高溫回火熱處理。40Cr淬透性較高，一般都用油淬，回火溫度一般在500650，回火后快冷(水冷或油

39、冷)，有利于韌性的提高。熱處理后的組織是回火索氏體。主軸連接齒輪部分的表面需要有較好的耐磨性，可在調(diào)質(zhì)后進行感應加熱表面淬火或進行專門的化學熱處理，如氮化等。主軸如圖4-4所示圖4-4 齒輪軸由于該主軸既承受扭矩又承受彎矩，所以主軸的強度校核按彎扭合成強度計算，軸的載荷分析圖如圖4-5所示。圖45 軸的載荷分析圖圖45中是一個虛擬力，是清掃車行駛后產(chǎn)生的力，假設(shè)工件材料是45鋼，密度，長度900mm，直徑180mm，則重力G為：取(1) 求出齒輪的轉(zhuǎn)矩T已知電機功率P2.2kW，大齒輪轉(zhuǎn)速，所以，(2) 求作用在大齒輪上的力已知大齒輪輪直徑d286mm，所以，圓周力徑向力。(3) 求軸承的支反

40、力 由圖4-5軸的載荷分析圖可知，推出：(4) 求彎矩(5) 求總彎矩(6) 按彎扭合成應力校核軸的強度由圖4-5和以上的計算可知該軸的危險截面是軸的螺紋的截面，根據(jù)式15-52和表15-42可得： （4.3）式中抗彎截面系數(shù)；D安裝齒輪部分軸的直徑；軸的空心內(nèi)徑。折合系數(shù)取0.6，所以軸的計算應力為： 前面已選定軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由表15-12查得=70。因此，故安全。5 清掃車驅(qū)動系統(tǒng)總裝圖在本文中，以交流三相感應電機驅(qū)動后輪的電動清掃車為研究對象，聚焦于其驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)其以低速在平坦的公路上行駛的最基本功能。最終取得的驅(qū)動系統(tǒng)總裝圖如下所示：1-輪胎 ；2-電機支撐板

41、；3-軸 ；4-輪轂；5-電機；6齒輪槽；7-制動盤圖5-1 驅(qū)動系統(tǒng)總裝圖6 清掃車總體裝配6.1 清掃車液壓系統(tǒng)總裝圖 清掃車液壓系統(tǒng)帶動盤刷升降以及旋轉(zhuǎn)，使垃圾堆積到中央，實現(xiàn)了集塵功能。該系統(tǒng)是由組成員堯伊舜設(shè)計完成，如圖61所示：1-盤刷；2-液壓泵；3-液壓缸；4-液壓馬達；5油箱圖6-1 液壓系統(tǒng)裝配圖6.2 清掃車集塵系統(tǒng)總裝圖集塵系統(tǒng)是清掃車區(qū)別其他車最大的區(qū)別所在，它配合液壓系統(tǒng)一起完成了垃圾的收集，該系統(tǒng)由本組成員黃龍生完成，如圖62所示：1-吸口；2-管道；3-電動機；4-集塵箱；5-風機圖6-2 集塵系統(tǒng)總裝圖6.3 清掃車外形配件圖車身構(gòu)造選用梁式車身，車身材料選用

42、鋁合金，利用pro/e設(shè)計出車身前、后箱體外形。車身的設(shè)計是由本組成員侍愛峰同學完成，如圖63，64所示： 1-車體;2-方向盤槽;3-電池表;4-速度表 1-剎車板;2-底板;3-后箱體;4-靠背;5-座位圖63 前箱體 圖64 后箱體64清掃車制動系統(tǒng)的設(shè)計清掃車制動系統(tǒng)是選用機械式人力制動，該設(shè)計由組成員侍愛峰完成，如圖65所示：圖65 制動系統(tǒng)裝配6.4 小型清掃車完整裝配圖驅(qū)動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、集塵系統(tǒng)等組成了一輛完整的清掃車內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖66所示：圖66 內(nèi)部裝配圖6.5 清掃車裝配建模圖：清掃車內(nèi)部結(jié)構(gòu)裝配圖組合車身，完成了了一輛完整的小型清掃車的設(shè)計。如圖67所示：圖67 總體裝

43、配圖7 結(jié)論本文利用電瓶作為驅(qū)動力源，電動機為牽引，以齒輪傳動，通過事先設(shè)定的城市電瓶轎車的阻力，以及城市電瓶轎車性能的相關(guān)指標和轎車本身的基本參數(shù)，得出了電瓶、驅(qū)動電機、齒輪及軸的參數(shù)并進行相應的類型選擇。在此基礎(chǔ)上，應用Pro/Engineer軟件進行造型設(shè)計和工程圖,制作設(shè)計了一套驅(qū)動系統(tǒng)并設(shè)計出完整的既對環(huán)境無污染又可以節(jié)省勞動力的小型電動清掃車。主要分為以下幾部分：（1）設(shè)計出一套發(fā)動機中置，后輪驅(qū)動的驅(qū)動系統(tǒng)，使得整車結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，維護簡單，操作簡便，噪聲小。（2）本課題所設(shè)計的清掃車以蓄電池能源。選120AH的電瓶,則可持續(xù)行接近100公里.這是車用最高速行駛時的情況,如

44、果降低車速續(xù)行距離有望達到或超過120公里. 因此本文最終選擇48V120AH的USP電池。（3）電動機是電動車區(qū)別于傳統(tǒng)汽車的關(guān)鍵部件。驅(qū)動電動機的性能特點直接影響和制約著電動車輛的性能，對電動機性能的研究和把握是研究和把握整車性能的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)工廠實際生產(chǎn)中反饋的信息，電機功率2.2KW已經(jīng)可以滿足小型清掃車的需要，電機的型號選擇為Y90L12。（4）傳動系統(tǒng)的設(shè)計：齒輪傳動傳動比穩(wěn)定、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長。根據(jù)所設(shè)計的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS,設(shè)計出的齒輪傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。齒輪軸受彎曲和扭轉(zhuǎn)復合應力作用，但載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合機械性能即可滿足要求。但鑒于主軸的重要性，主軸材料選用合金鋼40Cr，與普通鋼材具有更好的力學性能和熱處理性能，價格也普通鋼材相差無幾，廣泛應用于制造一般尺寸的重要零件。（5）通過對以上各部分的理論分析研究及設(shè)計，并應用Pro/Engineer軟件進行造型設(shè)計和工程圖,制作設(shè)計了一套驅(qū)動系統(tǒng)。在本組同學的共同努力下，設(shè)計出了一輛既對環(huán)境無污染又可以節(jié)省勞動力的小型電動清掃車。致 謝本論文