小型載貨電動三輪車的設(shè)計(jì)

小型載貨電動三輪車的設(shè)計(jì)摘要：本片論文主要是設(shè)計(jì)小型載貨電動三輪車的設(shè)計(jì)以電動助力車用密封鉛酸蓄電池為動力，采用方向把式轉(zhuǎn)向。傳動系統(tǒng)要求簡單，最小離地間隙應(yīng)大于或等于160mm，最高車速小于30km/h，最大載貨重量小于250kg，其他要求參照J(rèn)B/T7236－2001。要求對蓄電池、電動機(jī)及其控制器、輪胎、輪輞等選型，作整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對傳動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，寫出設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。最后，畫出電動三輪車的車架結(jié)構(gòu)圖、總體布置圖、車架零件圖。關(guān)鍵詞：小型載貨電動三輪車；鉛酸蓄電池；方向把；傳動系統(tǒng)TheDesignofSmallElectricCargoTricycleAbstract:Thisthesisismainlytodesignasmallcargoelectrictricycle.Thecaruseselectricbikessealedleadacidbatteriesforpowerandusesthesteeringwheel.Thetransmissionsystemrequirestobesimple.Theminimumgroundclearanceshouldbegreaterthanorequalto160mm.Themaximumspeedshouldbelessthan30km/h,themaximumladenweightslessthan250kg,andotherrequirementsarewithreferencetoJB/T7236-2001.Theselectionofbattery,motoranditscontroller,tires,rims,andfortheoverallstructuraldesignarerequired.Designingcalculationsofthetransmissionsystemandwritingthedesigncalculationinstructionsarealsoinneed.Atlast,theelectrictricycleframestructure,theoveralllayout,theframepartsshouldbedrawn.Keywords:smallcargoelectrictricycle;acidbatteries;steeringofthedirection;transmissionsystem1前言1.1設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)小型電動載貨三輪車，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對對蓄電池、電動機(jī)及其控制器、輪胎、輪輞等選型，作整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對傳動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。1.2設(shè)計(jì)意義目前電動車已經(jīng)成為城鄉(xiāng)主要的交通工具之一，為了順應(yīng)時代的潮流和人民生活的需要，我早已想對電動車做進(jìn)一步的開發(fā)，通過和指導(dǎo)老師討論決定對電動三輪車進(jìn)行進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一款更為實(shí)用經(jīng)濟(jì)的電動三輪車產(chǎn)品。由于能源價格的日益攀升，電動車具有方便節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，國家倡導(dǎo)綠色能源，電動車將在世界各地逐漸普及，這對保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源和提升人們的生活質(zhì)量有重要的作用。針對掌握的資料知道電動摩托車是以蓄電池作為輔助能源，它雖然具有普通三輪摩托車的外表特征，但主要的是，它是在普通三行車的基礎(chǔ)上，安裝了電機(jī)、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把、閘把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)的、機(jī)電一體化的個人交通工具。無論是國內(nèi)銷售而是海外發(fā)展的電動三輪車?，F(xiàn)在還是處于一個摸索中成長的階段。表現(xiàn)主要有以下幾點(diǎn):科技含量不夠高，整體產(chǎn)業(yè)鏈上中下游問題百出，無具體的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求限制。電動車行業(yè)經(jīng)過05和06年“井噴”式增長，到07年整個行業(yè)產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了約6700萬臺，而08年市場需求只有2100萬臺左右，由于產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，行業(yè)開始進(jìn)入洗牌階段，許多中小企業(yè)都陸續(xù)的退出了電動車行業(yè)，年行業(yè)市場競爭會更加激烈。09電動車行業(yè)由于門檻低，技術(shù)含量不高，產(chǎn)品仿冒層出不窮，大多數(shù)企業(yè)在新品開發(fā)上放棄了自主研發(fā)而采取市場跟進(jìn)策略，即市場上什么車型暢銷就上什么車型。電動車市場消費(fèi)者的不成熟，對新鮮外觀的追逐喜好的特點(diǎn)使得電動車新品更新?lián)Q代過于頻繁，企業(yè)要想投其所好吸引這些消費(fèi)者，就必須加快新品開發(fā)的速度，可見電動車新品開發(fā)得重要性。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀縱觀全世界，我國的電動車行業(yè)用了最少的政府財(cái)政支持和行業(yè)監(jiān)管，已經(jīng)發(fā)展成為最大的電動車生產(chǎn)基地。原始設(shè)備制造商的工業(yè)增長從1998年的10增長到了2005年的481。根據(jù)非官方網(wǎng)站估計(jì)的數(shù)目，原始設(shè)備的增張從1000到了5000個。電動車制造廠的年生產(chǎn)輛從1000輛每年增加到了300000輛每年。多數(shù)自行車生產(chǎn)廠家的年產(chǎn)量在10000到50000輛，但有6家企業(yè)年產(chǎn)量超過了20萬輛。造成這樣的局面的重要原因是在這個行業(yè)里，部分企業(yè)的技術(shù)不夠成熟，供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)是巨大的，制造電動車相對簡單。8個原始設(shè)備廠供應(yīng)的零件的利潤率只有6。此外，和大公司的管理人員訪談時得知，相當(dāng)多的中小企業(yè)盜竊知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)象嚴(yán)重（IP）。由于進(jìn)入這一行業(yè)的門檻太低和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識太差，有許多無牌的電動自行車制造廠銷售劣質(zhì)電動車，但是成本相當(dāng)?shù)汀Ｒ恍┰荚O(shè)備制造商預(yù)測，在未來幾年，電動自行車生產(chǎn)廠家數(shù)量將大幅下降并且保持相對穩(wěn)定的廠家數(shù)目。該公司說明。目前，制造電動自行車的廠家背景各種各樣。有些成立的電動車廠家是摩托車廠家，電器廠，甚至是玩具車廠家根據(jù)目前的電動車市場的需要的增加而轉(zhuǎn)產(chǎn)的。其中一些公司已經(jīng)成立60多年的大公司，但是直到2000年才開始制造電動自行車。許多公司甚至沒有一點(diǎn)制造業(yè)的經(jīng)驗(yàn)就直接進(jìn)入制造電動自行車的行業(yè)。德、日、法、美這幾個汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家，到目前為止都已研制出實(shí)用的電動汽車，其中包括大客車、轎車、摩托車等。美國幾大主要汽車制造商已廣泛深入的開展了電動車的研究。其中通用汽車公司是電動汽車行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。通用與美國能源部合作，用MH-Ni電池取代鉛蓄電池，使電動車一次充電行使距離達(dá)到160km，他們計(jì)劃在2004年開始生產(chǎn)燃料電池的電動汽車。1.4設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)的小型載貨三輪車,以電動助力車用密封鉛酸蓄電池為動力，采用方向把式轉(zhuǎn)向，傳動系統(tǒng)要求簡單，最小離地間隙應(yīng)大于或等于160mm，最高車速小于30km/h，最大載貨重量小于250kg，其他要求參照J(rèn)B/T7236－2001。要求對蓄電池、電動機(jī)及其控制器、輪胎、輪輞等選型，作整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對傳動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，寫出設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。1.5課題研究方法課題研究方法通過網(wǎng)上資料的搜集和對市場的親身調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在電動三輪車的發(fā)展?fàn)顩r和技術(shù)水平，然后通過對資料的整合和自身大學(xué)四年學(xué)到的知識的運(yùn)用和指導(dǎo)老師的幫助，把各項(xiàng)新的技術(shù)運(yùn)用到設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品中。所用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件主要有AutoCAD2010,PCCAD[1]。動態(tài)設(shè)計(jì)是通過Pro/E里面的動態(tài)仿真所完成?，F(xiàn)在通過網(wǎng)上的相關(guān)資料搜索，經(jīng)過一定的整理，擬定出了一套設(shè)計(jì)的基本框架結(jié)構(gòu)，下面是我參已經(jīng)設(shè)計(jì)出來的小型載貨電動三輪車的模型[2]。圖1小型電動載貨三輪車Fig1smallcargoelectrictricycle2總體方案擬定與計(jì)算2.1電動三輪車的參數(shù)確定外形尺寸：2910×1000×1210額定功率：1500W額定電壓：72V額定轉(zhuǎn)速：380r/min電池容量：600Ah最大行程：120km最高車速：30km/h轉(zhuǎn)彎半徑：2.5m爬坡能力：16車輛自重：200kg（含電池）載后總量：450kg離地間隙：200mm其他要求參照J(rèn)B/T7236－20012.2蓄電池的選擇(1)鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池的價格最低，也最常用，中國是全世界鉛酸蓄電池最大的生產(chǎn)國。其含污染的成分比較少，可回收性好。缺點(diǎn)是比容小。也就是說，在同樣的容量下，電池重量和體積都大。目前的鉛酸蓄電池基本上是由浮充類型的電池發(fā)展而來的。浮充電池不適應(yīng)快速充電和大電流放電，雖然技術(shù)人員的花費(fèi)了大量的心血進(jìn)行了卓有成效的改進(jìn)，可以進(jìn)入實(shí)用了，但是其壽命還是非常不理想的。(2)膠體電池。膠體電池屬于鉛酸蓄電池的一種發(fā)展分類，最簡單的做法，是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電液變?yōu)槟z態(tài)。電液呈膠態(tài)的電池通常稱之為膠體電池。廣義而言，膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別不僅僅在于電液改為膠凝狀。例如非凝固態(tài)的水性膠體，從電化學(xué)分類結(jié)構(gòu)和特性看同屬膠體電池。又如在板柵中結(jié)附高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的應(yīng)用特色。近期已有實(shí)驗(yàn)室在極板配方中添加一種靶向偶聯(lián)劑，大大提高了極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率，據(jù)非公開資料表明可達(dá)到70wh/kg的重量比能量水平，這些都是現(xiàn)階段工業(yè)實(shí)踐及有待工業(yè)化的膠體電池的應(yīng)用范例。(3)鎳氫電池。鎳氫電池的比容比鉛酸蓄電池好很多，單體電池的壽命也比較好，其大電流充放電特性也比鉛酸蓄電池好。問題是鎳氫電池串連電池組的管理問題比較多，一旦發(fā)生過充電以后，就會形成單體電池隔板熔化的問題，導(dǎo)致整組電池迅速失效。所以，國產(chǎn)的鎳氫電池的關(guān)鍵技術(shù)問題還是充電器和電池管理系統(tǒng)的問題，而這個問題還沒有引起各個電池制造商和車廠足夠的重視。所以，鎳氫電池的發(fā)展收到很大的制約。鎳鎘電池鎳鎘電池的大電流特性比鎳氫電池好，其抗過充電特性也比鎳氫電池好，中國又是世界上鎳鎘電池的生產(chǎn)大國。一些人提出鎘污染的問題，中國現(xiàn)在還在大量的向歐洲出口鎳鎘電池及其應(yīng)用產(chǎn)品，歐洲到2006年才開始限制。據(jù)中央電視臺播放的消息，神州五號還是采用鎳鎘電池的。這是其相對比較高的可靠性的優(yōu)點(diǎn)使該品種電池還在應(yīng)用與宇航設(shè)備上。(4)鋰離子電池。鋰離子電池的比容要好于鎳氫電池，對于同樣容量的鉛酸蓄電池來說，鋰離子電池的重量相當(dāng)于一臺筆記本電腦，這樣老弱婦孺就都可以使用了。其壽命也可以比鎳氫電池做得好。目前的手機(jī)電池基本上都是采用這種電池。鋰電池的內(nèi)阻相對比較大，在電動自行車上使用會出現(xiàn)電池即將完全放電的時候感覺車的動力不足。鋰離子電池更主要的問題是在過充電和過放電狀態(tài)電池會發(fā)生爆炸，手機(jī)電池都是使用的單體電池，再經(jīng)過良好的保護(hù)電路來配合使用，基本上杜絕了電池爆炸的問題。而在電動自行車上使用，必須要使用串連電池組，而串連電池組的保護(hù)電路的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單體電池的保護(hù)電路，其材料成本也大大增加。目前一個良好的鋰電池保護(hù)電路的成本接近電池本身的價格。而聚合物鋰電池的爆炸殺傷力低于鋰離子電池，但是，也存在著爆炸和燃燒的可能性。這也是與鋰離子電池一樣需要解決問題的。根據(jù)蓄電池的生產(chǎn)成本和環(huán)保性以及電動三輪車的基本參數(shù)要求額定電壓72V總和考慮，可以確定選擇額定電壓36V，電池容量600Ah的鉛酸蓄電池電瓶，電池?cái)?shù)量為2塊。2.3電動機(jī)及其控制器的選擇2.3.1電動三輪車基本參數(shù)要求(Thebasicparametersoftheelectrictricycle)整車正裝質(zhì)量：400kg滾動阻力系數(shù)：0.014最大總質(zhì)量：450kg輪胎半徑：0.28m迎風(fēng)面積：1m傳動效率：0.90風(fēng)阻系數(shù)：0.33最高車速：30km/h最大爬坡度：28%(16°)固有頻率：≧47Hz2.3.2動力性指標(biāo)(Powerindex)（1）最大車速u（2）在車速=20km/h時爬坡度5%（3度）（3）在車速=15km/h時爬坡度12%（6.8度）（4）原地起步至30km/h的加速時間（5）最大爬坡度（16度）（5）0到25km/h加速時間（6）具備2~3倍過載能力（7）制動時間控制在1.2s范圍內(nèi)（8）最大倒車速度u2.3.3電動機(jī)的比較與選擇(1)直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是控制簡單、技術(shù)成熟。具有交流電機(jī)不可比擬的優(yōu)良控制特性。在早期開發(fā)的電動汽車上多采用直流電動機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動汽車上仍使用直流電動機(jī)來驅(qū)動。但由于存在電刷和機(jī)械換向器，不但限制了電機(jī)過載能力與速度的進(jìn)一步提高，而且如果長時間運(yùn)行，勢必要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器。另外，由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上，使得散熱困難，限制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。鑒于直流電動機(jī)存在以上缺陷，在新研制的電動汽車上已基本不采用直流電動機(jī)。(2)交流三相感應(yīng)電動機(jī)。交流三相感應(yīng)電動機(jī)是應(yīng)用得最廣泛的電動機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊壓而定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡單運(yùn)行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動機(jī)的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速達(dá)到12000～15000r/min?？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對環(huán)境的適應(yīng)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(jī)相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價格便宜，維修方便。(3)永磁無刷直流電動機(jī)。永磁無刷直流電動機(jī)是一種高性能的電動機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動機(jī)的外特性而沒有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，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(jī)沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運(yùn)行可靠，維修簡便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)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(dá)幾十萬轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無刷直流電動機(jī)機(jī)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(yīng)用前景。永磁無刷直流電動機(jī)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(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導(dǎo)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(jī)的性能，嚴(yán)重時還會損壞電動機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過載。永磁無刷直流電動機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)造價很高。(4)開關(guān)磁阻電動機(jī)。開關(guān)磁阻電動機(jī)是一種新型電動機(jī)，該系統(tǒng)具有很多明顯的特點(diǎn)：它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動機(jī)都要簡單，在電動機(jī)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(hù)修理容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min。效率可達(dá)85%～93%，比交流感應(yīng)電動機(jī)要高。損耗主要在定子，電機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子元永磁體，調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性，而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率。更加適合電動汽車動力性能要求。開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制系統(tǒng)比其他電動機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測器是開關(guān)磁阻電動機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制操作有重要影響。由于開關(guān)磁阻電動機(jī)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(jī)最主要的缺點(diǎn)。但近年來的研究表明，采用合理的設(shè)計(jì)、制造和控制技術(shù)，開關(guān)磁阻電動機(jī)的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由于開關(guān)磁阻電動機(jī)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。開關(guān)磁阻電動機(jī)的圖請參見圖3(5)電動三輪采用的備種驅(qū)動電動機(jī)性能比較。電動三輪車在不同的歷史時期采用了不同的電動是采用了控制性能最好和成本較低的直流電動機(jī)。隨著電機(jī)技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)、電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電動機(jī)。永磁元刷直流電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)顯示出比直流電動機(jī)更加優(yōu)越的性能，在電動三輪上，這些電動機(jī)逐步取代了直流電動機(jī)。目前交動機(jī)、永磁電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)以及它們的控制裝置，成本還比較高，形成批量生產(chǎn)以后，這些電動機(jī)和單元控制裝置的價格會迅速降低，將能夠滿足經(jīng)濟(jì)效益的要求，并使電動三輪整車價格降低。各種電動及的性能綜合比較請參見見表1[3]。圖2開關(guān)磁阻電機(jī)Fig2Theswitchedreluctancemotor表1不同電動機(jī)的性能綜合比較Tab1Theperformanceofdifferentmotors項(xiàng)目直流感應(yīng)永磁無刷開關(guān)磁阻電動機(jī)電動機(jī)直流電動機(jī)電動機(jī)功率密度低中高較高峰值效率/%85~8990~9595~97<90負(fù)荷效率/%80~8790~9285~9778~86最大轉(zhuǎn)速范圍/4000~12000~4000~>15000(r/min)80001500010000可靠性一般好優(yōu)秀好結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性差好一般優(yōu)秀電機(jī)的外形尺寸大中小小電動機(jī)的質(zhì)量重中輕輕電動機(jī)成本/108~10~8~(美元/kW)101510控制操作性能最好好好好控制器成本低高高一般從表1比較可以看出，開關(guān)磁阻電機(jī)的綜合性能比較好，開關(guān)磁阻電機(jī)最大的一個優(yōu)最大的一個優(yōu)勢就是在惡劣的環(huán)境下任然具有良好的穩(wěn)定性，且外形尺寸很小，相當(dāng)適合于小型載貨電動三輪車。另外一個優(yōu)點(diǎn)就是開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，維修很方便，便于及時檢測出損壞的部位，從而進(jìn)行修復(fù)和更換[4]。根據(jù)雖高車速計(jì)算電機(jī)功率時，不考慮加速阻力和坡道阻力，電機(jī)功率應(yīng)滿足：QUOTE112式中：——電機(jī)輸出功率，kw；——傳動系效率，取0.9；——最大車重，取450kg;——滾動摩擦系數(shù)，取0.014；——風(fēng)阻系數(shù)，取0.33；——迎風(fēng)面積，取1㎡；——最高車速，取30km/h。根據(jù)1、2式，可以計(jì)算出滿足最高車速時，電機(jī)輸出額定功率為1.5kw。表2開關(guān)磁阻電動機(jī)參數(shù)Tab2Theswitchedreluctancemotorparameters峰值功率額定功率額定功率額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速(kw)(kw)(N.m)(N.m)(r/min)(r/min)31.520155003802.3.4控制器的選擇(1)、一體式控制部分與顯示部分合為一體，裝在一個精致的專用塑料盒子里。盒子安裝在車把的正中，盒子的面板上開有數(shù)量不等的小孔，孔徑4~5mm，外敷透明防水膜?？變?nèi)相應(yīng)位置設(shè)有發(fā)光二極管以指示車速、電源和電池剩余電量[5]。(2)、分離式所謂分離，是指控制器主體和顯示部分分離。后者安裝在車把上，控制器主體則隱藏在車體包廂或電動箱內(nèi)，不露在外面。這種方式使控制器與電源、電機(jī)間連線距離縮短，車體外觀顯得簡潔。最典型的分離式控制器主要由分離式波長控制器和分離式結(jié)構(gòu)控制器等。分離式控制器體積小巧，便于根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行的安裝組合，簡單方便靈活，采用特種加工制作，適于大規(guī)模的生產(chǎn)[6]。分離式控制器在三電動輪車中起著非常重要的作用，它主要安裝在車架的踏板后方，與開關(guān)、電動機(jī)以及電池等元件相連，用來控制電動三輪車的運(yùn)動。在安裝分離式控制器時，必須嚴(yán)格按照指定的接線端連接且必須安裝在干燥的箱體內(nèi)從而分離式控制器的電路板與水或油接觸而發(fā)生銹蝕[7]。在控制器出現(xiàn)故障時，應(yīng)該及時聯(lián)系相關(guān)人員進(jìn)行修理或更換，以免因操作失靈而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生[8]。此外，控制其還具有很好的保護(hù)功能，保護(hù)功能是對控制器中換相功率管、電源免過放電，以及電動機(jī)在運(yùn)行中，因某種故障或誤操作而導(dǎo)致的可能引起的損傷等故障出現(xiàn)時，電路根據(jù)反饋信號采取的保護(hù)措施。例如：制動斷電、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、過載保護(hù)、欠速保護(hù)和限速保護(hù)。為了滿足電動三輪車的額定電壓為72V的要求，所以可以選用分離式控制器及其性能指標(biāo)工作電壓72V，額定功率為1500W。2.4電動三輪車的電路接線原理以及分析圖3電動三輪車的接線Fig3Wiringdiagramforelectrictricycle電動三輪車的電器控制原理如圖5[9]所示。其主要控制三輪車的起動、停止、反轉(zhuǎn)、剎車以及調(diào)速等五項(xiàng)功能。具體控制過程如下：(1)、正常起動：鑰匙開關(guān)閉合→總開關(guān)閉合→直流接觸器線圈通電→直流接觸器通電→電動機(jī)正轉(zhuǎn)(2)、停止：總開關(guān)斷開→直流接觸線圈失電→直流接觸器斷開→電機(jī)停轉(zhuǎn)(3)、反轉(zhuǎn)：倒順開關(guān)閉合→調(diào)換兩相電機(jī)的接線→電機(jī)反轉(zhuǎn)(4)、剎車：剎車限位開關(guān)斷開→直流接觸器線圈斷開→直流接觸器斷開→電機(jī)停轉(zhuǎn)(5)、調(diào)速：通過直流調(diào)速器控制電機(jī)電流的大小此接線方式有許多優(yōu)點(diǎn)。該接線方式運(yùn)行簡單，可靠，可以實(shí)現(xiàn)正常起動、停止、反轉(zhuǎn)、剎車、調(diào)速等5項(xiàng)功能；對駕駛員的操作要求很低，且安全性高；線路連接簡單，能夠快速查出損壞的地方，便于及時修理。2.5輪胎、輪輞的選型將兩個鏈輪的半徑取成一樣，即輪胎和電動機(jī)是等角速度轉(zhuǎn)動。根據(jù)速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系[10]v=πdn60×10003QUOTE1將速度v=(30/3.6)=8.33m/s,轉(zhuǎn)速n=380r/min代入公式3計(jì)算得出輪胎的最大直徑d=419mm。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2983-2008選用3.00-10型輪胎，最大直徑為429mm。輪輞選用摩托車輪輞[11]，可根據(jù)3.00-10型摩托車輪胎規(guī)格上面的側(cè)量輪輞寬度代號2.15選擇即可。3傳動軸和鏈條的設(shè)計(jì)、選擇以及強(qiáng)度計(jì)算3.1傳動軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算3.1.1軸的強(qiáng)度校核計(jì)算根據(jù)實(shí)心軸的最小軸徑dmin的計(jì)算公式[12dmin≥3根據(jù)已選好的電機(jī)。將峰值功率P=3kw,額定轉(zhuǎn)速n=380r/min,選材為Q235鋼A0=135代入上述公式4得最小軸徑dmin=26.88mm,取dmin=3.1.2軸的彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖（圖4）。確定支點(diǎn)位置，根據(jù)軸的計(jì)算簡圖做出軸的載荷分析圖。選用直尺圓柱齒輪其中=350mm，=350mm,lAC=700mm，=2T/d=400N,==400N。從軸載荷分析圖4中可以看出截面C是軸的危險截面。經(jīng)計(jì)算FNH1=200N，F(xiàn)NV1=1500N，F(xiàn)NH2進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強(qiáng)度。參考機(jī)械設(shè)計(jì)教材公式式（15—5）及上表中的數(shù)值，并取α=0.6，計(jì)算軸的所受應(yīng)力σca的公式[13σca=M2+由上述公式5經(jīng)計(jì)算，σca≈15Mpa之前已選定軸的材料為Q235鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表（15—1）查得圖4后輪車軸的載荷分析Fig4Theloadanalysisoftherearwheel3.2鏈條和鏈輪的選擇的選擇根據(jù)最大載荷F1的計(jì)算公式F1=2Td選擇鏈輪的直徑d1=100mm，有根據(jù)電機(jī)的傳遞的最大轉(zhuǎn)矩T=20N.m帶入公式6選用摩托車鏈條。根據(jù)GB/T14212-2003/ISO10190:1992選擇的鏈條型號為05MAd的套筒鏈[14]，最大載荷F1=1300N鏈輪的模數(shù)和齒數(shù)則可根據(jù)選定鏈條的型號而定。4電動三輪車前叉設(shè)計(jì)前叉部件，前叉部件在電動三輪車就夠中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導(dǎo)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了電動三輪車的導(dǎo)向作用。此外，還可以起到制控電動三輪車行駛的作用，前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質(zhì)，故前叉部件必須具有足夠的強(qiáng)度等性質(zhì)。導(dǎo)向系統(tǒng)由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡，那么前叉又是連接車體和前輪的載體，起到非常重要的作用。通常的前叉由前叉立管、下檔、鋼珠、下碗、車架子、上碗、鋼珠、上當(dāng)組成[15]。如圖5所示。圖5前叉結(jié)構(gòu)Fig5Thestructureoffrontfork經(jīng)計(jì)算，前叉軸徑為直徑，大小為45mm，上下立管軸徑為30mm，經(jīng)過懸臂梁類型的受力分析，符合強(qiáng)度要求。其它幾何尺寸請參見電動三輪車總體布置圖上的相關(guān)尺寸。5車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明電動三輪車的車架是支撐整個機(jī)車的根本構(gòu)件，三輪車的車架主要由是有踏板、支撐架以及方向管構(gòu)成[16]。車架的雙層梁結(jié)構(gòu)[17]，該結(jié)構(gòu)輕巧、牢固、美觀、可靠。雙層梁主要是通過方鋼或方鋼管焊接而成[18]。而且關(guān)鍵部位還采用了加強(qiáng)板和加強(qiáng)筋。從而大大增強(qiáng)了車架的強(qiáng)度[19]。雙層梁結(jié)構(gòu)還有一個優(yōu)點(diǎn)，就是抗振能力強(qiáng)，不容易發(fā)生共振，從而運(yùn)行比較平穩(wěn)。根據(jù)相關(guān)的承載能力計(jì)算，可以確定出雙層梁的矩形，采用具有較高強(qiáng)度的Q235矩形鋼板壓制而成，具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以參見大梁的零件圖上的相關(guān)尺寸。電動三輪車的上梁是非常重要的結(jié)構(gòu)部件。它上面與車廂相連，下面與電機(jī)相連，所以上梁的直線度要求很高[20]，在機(jī)械制造過程中，要反復(fù)的機(jī)加工[21]，最終達(dá)到較高直線度[22]。同時，在制作材料的選擇方面也有較高的要求，材料必須要具有良好的強(qiáng)度和剛度，能夠承受較大的切向載荷，且不容易發(fā)生變形。一般都是選擇強(qiáng)度和剛度指標(biāo)都較高的Q235方鋼或鋼管制成[23]。如圖6所示，具體的尺寸和結(jié)構(gòu)在CAD圖中說明。請參照電動三輪車機(jī)架圖。圖6三輪車車架Fig6TheFramestructureofthetricycle6設(shè)計(jì)總結(jié)隨著現(xiàn)在的世界能源短缺，電動三輪車在三輪車行業(yè)里的地位逐步占有不可忽視位置，而電動三輪車的車架設(shè)計(jì)便是三輪車的另一個改革方向。由于傳統(tǒng)三輪車的發(fā)展已達(dá)一個相當(dāng)成熟的階段，這里只能參考部分傳統(tǒng)性能參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇電動三輪車的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算得出電動三輪車的的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。電動三輪車比普通三輪車更加環(huán)保，更加節(jié)能，電動三輪車可以充分的實(shí)現(xiàn)零污染和零排放，充分體現(xiàn)了電力驅(qū)動的優(yōu)越性。電力驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動比較在動力方面還是存在很大的不足，電力驅(qū)動不能像機(jī)械驅(qū)動那樣提供強(qiáng)大的驅(qū)動力，但是在驅(qū)動穩(wěn)定性方面電力驅(qū)動遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于機(jī)械驅(qū)動。本設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是采用鏈傳動，使車內(nèi)構(gòu)造不至于太復(fù)雜，而且靈活性強(qiáng)，鏈條傳動相對于齒輪傳動節(jié)約了相當(dāng)大的成本，更加適合于傳動精度要求不高的農(nóng)業(yè)方面。鏈條傳動相對于皮帶傳動而言，能夠傳遞更大的力矩，從而使三輪車的承載能力大大增強(qiáng)。且鏈條容易更換和修理。所以選擇鏈條傳動是很好的方法。然而本設(shè)計(jì)在很多方面也存在缺點(diǎn)，由于本人水平限制，論文僅由電機(jī)理論參數(shù)，設(shè)計(jì)選擇出電機(jī)的最基本參數(shù)，在其中，我選擇的開關(guān)磁阻電機(jī)也是比較新的技術(shù)，對其數(shù)據(jù)仿真對比相對比較困難，也同時難以形成比較真實(shí)的仿真。最后，電動汽車是一個集機(jī)械設(shè)計(jì)、電控技術(shù)、電池技術(shù)為一體的復(fù)雜的、多樣的系統(tǒng)工程。本文還有很多需要改進(jìn)的地方和有待進(jìn)一步研究的難點(diǎn)。相信電動汽車必定在新技術(shù)的開發(fā)下有個美好的前景。通過這次電動三輪車的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深刻的認(rèn)識到了自己的不足，同時也能為自己以后的研究方向提供一個更良好的實(shí)習(xí)過程。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我又一次重溫了一些重要的基礎(chǔ)課程，例如機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械原理、機(jī)械制圖、電工電子學(xué)、電機(jī)與電力拖動。參考文獻(xiàn)[1]張淑娟，全臘珍.畫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