電動三輪車設計【三維SW模型】【含CAD圖紙】

電動三輪車設計【三維SW模型】【含CAD圖紙】,三維SW模型,電動三輪車,設計,三維,sw,模型,cad,圖紙 摘要 隨著科學技術的發(fā)展，電動車已成為城鎮(zhèn)人們日常生活中離開不了的代步和運輸工具。我過電動車總類繁多，有電動自行車，動車三輪車，今年來還出現小型電動汽車。 本文針對我國目前電動三輪車市場上的常見的種類，設計出一款新穎的電動三輪車，本三輪車由前叉組件、轉向組件、車架、后輪減震組件、剎車組件、電池組和電機等組成。利用三維軟件SOLIDWORKS對其進行三維建模并生成二維工程圖。 關鍵詞： 電動三輪車，三維建模，剎車組件 Abstract With the development of science and technology， electric cars have become urban daily life won't leave of means of transport. I always have many types of electric vehicles， electric bicycles， motor tricycle， this year also appeared in small electric vehicle. In this paper， in view of the current market of electric tricycle on the common type， the design of a novel electric tricycle， tricycle from the front fork assembly， steering assembly， frame， rear wheel damping assembly， brake assembly， battery and motor. The 3D modeling on it and generate 2D engineering drawing by using SOLIDWORKS software. Keywords: electric tricycle， 3D modeling， brake assembly 目 錄 摘要 I Abstract II 1 前言 1 1.1課題目的及意義 1 1.2國內外研究狀況 1 1.3課題研究方法及內容 2 2 電動三輪車整車方案的確認 3 2.1 國內電動三輪車安裝驅動形式分類 3 2.1.1 單側電機驅動 3 2.1.2 中置電機帶大軸型 3 2.2 按用途分類 3 2.2.1休閑型電動三輪車 3 2.2.2客運型電動三輪車 3 2.2.3客貨兩用型電動三輪車 3 2.2.4 貨運型電動三輪車 4 2.3 市場分析和目前單輪驅動電動三輪車的產品缺陷 4 2.3.1市場分析 4 2.3.2目前單輪驅動電動三輪車的產品缺陷 4 2.4 設計方案的確定 4 3 電動三輪車整體參數的設計 6 3.1電動三輪車主要尺寸設計 6 3.1.1 長度方向尺寸 6 3.1.2 寬度方向尺寸 6 3.1.3 高度方向尺寸 6 3.2 電動三輪車的質量參數 7 3.3 電動三輪車動力性計算 7 3.3.1驅動力 8 3.3.2 行駛阻力計算 10 3.4 通過性計算 13 3.4 前叉和轉向結構計算 14 3.4.1 前叉轉向軸的設計 15 3.5 制動器的計算 15 3.5.1 制動轉矩的計算 15 3.5.2 制動盤有效摩擦直徑計算 16 3.5.3 制動器散熱的驗算 16 4 三輪車的三維建模 19 4.1 Solidworks軟件簡介 19 4.2 零件建模 21 4.2.1支板三維建模的形成 21 4.2.2 鏈輪的三維建模 21 4.2.3其他零件的三維模型造型 22 4.3零件裝配 27 4.4三維向二維的轉換 29 5 人機工程 32 5.1人機工程概述 32 5.2 人機能力比較 32 5.3 人體結構尺寸數據 33 5.4 人體運動生理 33 5.5 人機校核 35 結 論 36 致 謝 37 參考文獻 38 V 1 前言 1.1課題目的及意義 目前電動車已經成為城鄉(xiāng)主要的交通工具之一，為了順應時代的潮流和人民生活的需要，我早已想對電動車做進一步的開發(fā)，通過和指導老師討論決定對電動三輪車進行進一步的研究和改進，設計出一款更為實用經濟的電動三輪車產品。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，國家倡導綠色能源，電動車將在世界各地逐漸普及，這對保護環(huán)境、節(jié)約資源和提升人們的生活質量有重要的作用。針對掌握的資料知道電動電動三輪車是以蓄電池作為輔助能源，它雖然具有普通三輪電動三輪車的外表特征，但主要的是，它是在普通三行車的基礎上，安裝了電機、控制器、蓄電池、轉把、閘把等操縱部件和顯示儀表系統的、機電一體化的個人交通工具。無論是國內銷售，而是海外發(fā)展的電動三輪車.現在還是處于一個摸索中成長的階段。表現主要有以下幾點:科技含量不夠高，整體產業(yè)鏈上中下游問題百出，無具體的行業(yè)標準要求限制。電動車行業(yè)經過05和06年“井噴”式增長，到07年整個行業(yè)產能已經達到了約6700萬臺，而08年市場需求只有2100萬臺左右，由于產能嚴重過剩，行業(yè)開始進入洗牌階段，許多中小企業(yè)都陸續(xù)的退出了電動車行業(yè)，09年行業(yè)市場競爭會更加激烈。電動車行業(yè)由于門檻低，技術含量不高，產品仿冒層出不窮，大多數企業(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。電動車市場消費者的不成熟，對新鮮外觀的追逐喜好的特點使得電動車新品更新換代過于頻繁，企業(yè)要想投其所好吸引這些消費者，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。 1.2國內外研究狀況 縱觀全世界，我國的電動車行業(yè)用了最少的政府財政支持和行業(yè)監(jiān)管，已經發(fā)展成為最大的電動車生產基地。原始設備制造商的工業(yè)增長從1998年的10增長到了2005年的481。根據非官方網站估計的數目，原始設備的增張從1000到了5000個。電動車制造廠的年生產輛從1000輛每年增加到了300000輛每年。多數自行車生產廠家的年產量在10000到50000輛，但有6家企業(yè)年產量超過了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)的技術不夠成熟，供應商的網絡是巨大的，制造電動車相對簡單。8個原始設備廠供應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，相當多的中小企業(yè)盜竊知識產權的現象嚴重（IP）。由于進入這一行業(yè)的門檻太低和知識產權保護意識太差，有許多無牌的電動自行車制造廠銷售劣質電動車，但是成本相當低。一些原始設備制造商預測，在未來幾年，電動自行車生產廠家數量將大幅下降并且保持相對穩(wěn)定的廠家數目 。 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電動三輪車廠家，電器廠，甚至是玩具車廠家根據目前的電動車市場的需要的增加而轉產的。其中一些公司已經成立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制造業(yè)的經驗就直接進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)達國家，到目前為止都已研制出實用的電動汽車，其中包括大客車、轎車、電動三輪車等。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)的領導者。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到160km，他們計劃在2004年開始生產燃料電池的電動汽車。 1.3課題研究方法及內容 通過網上資料的搜集和對市場的親身調查發(fā)現現在電動三輪車的發(fā)展狀況和技術水平，然后通過對資料的整合和自身大學四年學到的知識的運用和指導老師的幫助，把各項新的技術運用到設計的新產品中。本文主要研究的內容如下： 1、 參照目前國內市場上常見的電動三輪車總類、分析其結構形式，確認本次電動三輪車的設計方案。 2、 方案確認后，對電動車關鍵部件進行設計計算。 3、 利用SOLIDWORKS完成電動三輪車的整體三維建模并導出二維圖。 2 電動三輪車整車方案的確認 2.1 國內電動三輪車安裝驅動形式分類 2.1.1 單側電機驅動 目前市場上的單側輪電機，外置車架（車架在車輪外邊），這種結構的車沒有大軸，穩(wěn)定性不好，后兩輪不同步，載重量輕，車架易變形。這種電動三輪車的優(yōu)點是制造工藝簡單車身輕便，耗電量相對較小 ，沒有差速器，驅動系統相對簡單，成本低。缺點就是使用范圍比較狹小，不適合在路況不太好的鄉(xiāng)下使用。一般情況下此種車型車速較低，車子容易掌控，可作為老年人、殘疾人代步用車。 2.1.2 中置電機帶大軸型 要選擇中置電機帶大軸的車，（大軸又稱后橋、后梁，是連接三輪車后兩輪之間的車軸，三輪車的重要部件）這種車穩(wěn)定性好，中置電機通過差速器同時驅動后兩輪，啟動平穩(wěn)。而且這類車不用外置車架，整車外觀也好看。 這種類型的車成本比較高、車身比較重、承載能力強，適合城市貨運和路況比較差的城鄉(xiāng)使用。隨著使用范圍的擴大，還出現了電動三輪出租車，電動三輪環(huán)衛(wèi)車等。 2.2 按用途分類 2.2.1休閑型電動三輪車 休閑型電動三輪車以自用為主，通常作為老年人休閑娛樂、接送兒孫上學或者買菜走親戚所用。老年人可以用來作為結伴去釣魚、逛公園、健身等的代步工具。車身比較輕，車速比較低，比較省電，還有助理腳踏，可以作為低電或者沒電時應急所用，也可以作為老年人鍛煉身體的工具。 2.2.2客運型電動三輪車 客運型電動三輪車以城鎮(zhèn)客運為主，他的主要特點就是承載能力強，可以坐五到六人，電池容量比較大，車身比較重比較長，一般采用中置電動機或者是采用差速電機的方式作為后橋的驅動方式。電池容量大、電機功率較大、電壓較高、行程比較遠。同時也有助理腳踏，在低電、沒電或者上坡、起步時使用。這種客運型點動三輪車多用在城鄉(xiāng)客運或者出租所用，車速比較高、車身比較大、軸距較長，穩(wěn)定性比較好。 2.2.3客貨兩用型電動三輪車 客貨兩用型電動三輪車集合了客運和貨運的長處，用途更多、應用范圍更廣泛。一般也是采用的中置電動機或者差速電機作為后橋驅動系統，不僅可以載人，還可以載貨，不管是城市還是農村都可以用。它的電動機功率、電池容量、電池組電壓更為高，這樣車速更高、動力更強、行程更遠、。同時車身使用的鋼材更厚、標號更高，同時那整車成本更高。 2.2.4 貨運型電動三輪車 貨運型電動三輪車與客運型電動三輪車驅動形式相差不大，也是以中置電動機或者差速電動機為主要的驅動方式，只是電動機的功率更大，電池電壓更高、電動機功率更高，電池容量更大而已。主要作為城市的輕貨的運輸工具，與其他機動車相比居于價格低，操控簡單，方便實用的特點。貨運型電動三輪車的鋼材標號最高，鋼板厚度更厚，成本也相應的會更高。 2.3 市場分析和目前單輪驅動電動三輪車的產品缺陷 2.3.1市場分析 2000 年 ，全國60歲以上未在業(yè)人口中 ，家庭成員的供養(yǎng)是老年人收入的主要來源 ，占 65.40 %；其次是退休金 ，占 29.27 %；依靠基本生活費補貼的很少 ，占 2.38 %。未在業(yè)女性老年人口中 ，由家庭成員供養(yǎng)的占 80.07 %，有退休金的占 12.5 %，依靠基本生活費補貼的占 2. 71 %。未在業(yè)男性老年人口中 ，由家庭成員供養(yǎng)占 62. 97 %，有退休金的占24.17 %，依靠基本生活費補貼的占 4. 14 %。預計到 2025 年和 2050 年 ，老年人潛在的市場購買力在不斷的增加。 自1992年以來 ，中國有了自主生產的電動車產品 ，通過 10 多年的發(fā)展 ,現已初步形成一大批具有實力和規(guī)模的電動車生產廠家。激烈的市場競爭必然要求對市場進行細分。單獨為老年人開發(fā)代步電動自行車 ，以車輛的穩(wěn)定性吸引更多的老年人選擇電動車作為個體交通工具，正是當前電動代步產品設計開發(fā)的當務之急。 2.3.2目前單輪驅動電動三輪車的產品缺陷 目前市場上的單側輪電機，只能適用于相對路況較好的地區(qū)，而中國很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)目前還沒有實現道路硬化，目前市場上的單側輪電動車在非鋪裝路面上就會很顛，毫無舒適性可言。并不是十分實用與代步車。 2.4 設計方案的確定 綜合所有電動三輪車的特點和用途，再經過我對本地區(qū)市場的需求，我決定設計一款新型的老年人代步電動三輪車。因為目前的老年人代步車電動三輪車并不舒適。本文經過改進后的的電動三輪車方案圖如圖2-1所示： 圖2-1 改進后的電動車方案 1、 前輪 2、碟剎 3、前叉結構 4、車廂 5、后輪減震系統 6、驅動后輪 7、后廂板 8、擋泥板 本車和傳動的單邊驅動電動三輪車相比，有兩個改變： 1、 后兩輪同時增加了減震裝置，添加完減震裝置后，在道路不佳的情況下也能保證較好的舒適性，通過還能增加其通過性。 2、 電機不在是傳動電動車的整體式直流無刷電機，二是采用直流電機和鏈條鏈輪的驅動形式。這樣的優(yōu)點在電機損壞的時候，不再像傳統的整體式直流無刷電機一樣，需要更換整個后輪，只需更換電機就可以，降低了維護成本。 3 電動三輪車整體參數的設計 3.1電動三輪車主要尺寸設計 電動三輪車總體設計，不是簡單的形體控制和零部件的區(qū)域劃分。合理的結構尺寸參數是合理的結構和良好性能的基本保證。因此，確定電動三輪車總體尺寸參數是實施總體設計的第一步，也是極為重要的一步。 電動三輪車沿縱向有總長、軸距，前伸距、前懸、后懸、坐墊的有效面積長、坐墊遷延到方向把工作中心距離；沿寬度方向有總寬、方向把工作中心寬、前后轉向燈光源中心寬、乘員擱腳外緣寬；最小離地沿高度方向有總高、后視鏡中心離地高、最小離地間隙、乘員坐墊上表面離地高等。主要角度有前伸角、傾斜角、接近角、離地角、通過角等。 3.1.1 長度方向尺寸 軸距L1：軸距直接影響電動三輪車的長度、質量、使用性能和受力情況。軸距小其總長度就小，整車質量下降，最小回轉半徑和縱向通過半徑就相應減小，整車剛性好，有利于軸荷分配；軸距長有利于總體布置時零部件的安排。在能滿足各方面條件的情況下，軸距以盡量短好。 前懸長L4、后懸長L5：一般前懸長L4等于前輪半徑；后懸長L5為后輪中心到后擋泥板末端的距離。通常L5=（1.4～1.6）L4 ，總長： （3-1） 坐墊的有效面積長L6：對于各種用途的電動三輪車的坐墊有效面積長度L6有很大的變化。一般來說只能乘坐一人的輕便型電動三輪車L6=350~520mm；乘坐兩人的通用型電動三輪車L6=550～750mm。 3.1.2 寬度方向尺寸 總寬B：電動三輪車最大寬度B通常是指電動三輪車的最大橫向尺寸。對于部分輕型電動三輪車來說B=520~700mm，通用型電動三輪車來說B=650~750 mm。由于本車屬于后排兩人坐，所以電動三輪車最大寬度我們取525mm. 3.1.3 高度方向尺寸 電動三輪車最大高度H：在沒有前擋風導流罩時，電動三輪車最大高度 是指從方向把中心車輛頂端與地面間的距離，通常為900mm。在有前擋風導流罩時，高度H是指從擋風罩的頂部到地面間的距離，一般其高度H控制在1240mm以下。 最小離地間隙H1：最小離地間隙H1是指電動三輪車直立時，在車架、電動機及附件、傳動系等部件中，其中任一零件與地面在高度方向的最小距離。一般。 3.2 電動三輪車的質量參數 1）電動三輪車的整車整備質量M1：空車質量為空車干質量加上油料及附件（工具包、載貨架等）的質量。 2）電動三輪車的最大總質量：按該車型規(guī)定的運行功能所確定的總質量。必須考慮到特定的運行情況、材料強度與剛度、輪胎的承載能力等諸因素的影響。 電動三輪車最大總質量: M=M1+65n+a*n (3-2) 式中：M1——電動三輪車整車整備質量； n ——包括駕駛員在內的載客數；（乘員和駕駛員每人質量按65kg）; a ——為行李系數； 在此次設計過程中，由于本車型整車整備質量M1在150kg到200kg之間則取為150kg，載客數為n=3，行李系數a=5 M=150+3*65+3*5=360kg 3.3 電動三輪車動力性計算 電動三輪車的性能指標主要包括有動力性、經濟性、通過性、制動性、安全性、可靠性等，其中電動三輪車的動力性是各項指標中最基本的最重要的性能指標。評定電動三輪車的動力性指標，主要有最高車速（Km/h）、加速性能和最大爬坡度。 電動三輪車的動力性主要包括下述三項： 1）最高車速：無風條件下，電動三輪車在水平良好的路面上所能達到的最大車速即為電動三輪車的最高車速。 2）加速性能：加速性能指標又分為起步加速性能和超越加速性能兩種。我國采用0-200m起步距離的加速時間來表示電動三輪車的起步加速性能。表示方法有距離-時間、時間-速度、加速度-時間三種。 3）爬坡性能：電動三輪車在額定負荷和良好路面條件下以最低檔所能達到的最大爬坡度。 上述三個指標是有機聯系的，其中最高車速和爬坡性能反映了電動三輪車極限能力，而加速性能則是電動三輪車動力性能的綜合反映。 3.3.1驅動力 1）驅動力 電動三輪車電動機產生的轉矩，經傳動系傳至驅動輪上。此時作用于驅動輪上的轉矩產生對地面的圓周力，地面對驅動輪的反作用力即是驅動電動三輪車的外力為電動三輪車的驅動力。， 其計算公式為： (3-3) =10.58*0.92/0.3*** = 32.4** 式中：——電動機轉矩； =10.58——變速器的傳動比； ，——初級，末級傳動比； =0.92——傳動系的機械效率； =0.3m——車輪半徑。 電動機轉速與電動三輪車行駛速度之間的關系為： （3-4） 式中：——為電動三輪車行駛速度（km/h）； n——為電動機轉速（/min）； ——為車輪半徑（m）。 2）車輪半徑 車輪處于無載狀態(tài)的半徑，稱為自由半徑，用r表示。 車輪處于靜載荷下，車輪中心到車輪與地面接觸面的距離為靜力半徑，用表示，其估算公式： （m） （3-5） 式中：d——輪輞直徑，m R——輪胎斷而寬度，m ——輪胎徑向變形系數，一般取0.15~0.17 車輪滾動時，可以用實驗測得其滾動半徑，用表示，其值為： （m） （3-6） 式中：——車輪滾動半徑，m； N——車輪轉動的圈數； S——車輪轉動n圈時所滾過的距離，m。 三者的關系為： r>>有時也可以表示為：≈。 3）傳動效率 電動機發(fā)出的功率傳至驅動輪過程中，有一定的損失，通常用傳動效率來表示，其值為： （3-7） 式中：——變速傳動系統總傳動效率； ——電動機輸出功率，KW； ——變速傳動系中損失功率，KW； 可由專門的實驗臺測出，表3-1示出了幾種常用傳動件的傳動效率 由于是滾子鏈所以我們取=0.92 表3-1 傳動效率 3.3.2 行駛阻力計算 電動三輪車在水平道路上等速時，必須克服來自地面的滾動摩擦阻力和來自空氣的空氣阻力。當電動三輪車在坡道上上坡行駛時，還必須克服重力沿坡道的分力，稱為坡度阻力。電動三輪車加速行駛時還需要克服加速阻力。因此，電動三輪車行駛的總阻力計算公式為： （3-8） 式中：——滾動摩擦阻力； ——空氣阻力； ——坡度阻力； ——加速阻力； 上述阻力中，滾動阻力和空氣阻力是在任何行駛條件下都存在的。 1） 滾動阻力計算： 電動三輪車的車輪滾動時，受到的來自于路面與輪胎接觸面之間的各種行駛阻力稱為電動三輪車的滾動阻力。 （1）從動輪的滾動阻力 從動輪在硬路面上滾動時，受力如圖3-1所示。輪胎與路面的接觸處，其軸心前的胎面受擠壓，軸心后的胎面則逐步放松復原，形成了前后地面法向力分布不均勻。則反作用力的合力向前倔移一距離。由此產生滾動阻力矩。隨彈性滯后的增加而增大。合力與車輪的法向載荷G2大小相等，方向相反。當從動輪等速運動時，由平衡條件可得： （3-9） 式中：——從動輪滾動阻力，N； ——從動輪滾動阻力系數； ——從動輪法向載荷，N。 （2）驅動輪的滾動阻力： 驅動輪在硬路面上做勻速滾動時受力情況如圖3-2所示，驅動輪滾動時，輪胎與地面接觸處也形成一法向反力和一滾動阻力矩，但驅動輪由于受驅動力矩的作用，克服阻力矩后，引起路面給輪胎作用一切向反力，由平衡計算的： （3-10） 式中：——驅動輪滾動阻力，N； ——驅動輪法向載荷，N； ——驅動輪滾動阻力系數。 圖3-1 從動輪受力 圖3-2 驅動輪受力 （3）整車滾動阻力： 整車的滾動阻力是各車輪的滾動阻力之和，其值為： （3-11） 在分析電動三輪車的行駛阻力時，常將、近似看成相等或取平均值，則有： （N） （3-12） 式中：——整車滾動阻力，N； ——電動三輪車整車重力（含駕駛員），N； ——整車滾動阻力系數，，其中、可在輪胎試驗機上分別測得，通常在道路上或轉鼓試驗臺上測得。 （4）滾動阻力系數的影響因素：如表3-2 滾動阻力系數常按下式選用： 式中：——滾動阻力系數按表3-2選取。 表3-2 各種路面滾動阻力系數 2）空氣阻力計算 電動三輪車在行駛時，由于正前面的空氣被壓縮，形成壓力阻力，兩側表面與空氣摩擦，形成摩擦阻力，以及尾部后面的空氣由于空氣稀薄引起渦流，產生吸附電動三輪車的負壓力。這些力統稱為空氣阻力。 空氣阻力與車速的平方成正比，當車速超過100km/h時，電動機功率有80%用于克服空氣阻力 根據牛頓定律，空氣阻力計算公式為： （N）= 0.0141* （3-13） 式中： =0.3——空氣阻力系數； =1 ——迎風面積，即電動三輪車行駛方向的投影面積（）； ——電動三輪車的行駛速度（km/h）。 空氣阻力系數的確定： 空氣阻力系數與空氣阻力成正比，它隨電動三輪車形狀、大小、乘騎姿勢、身著服裝的不同而變化?？諝庾枇ο禂凳峭ㄟ^風洞試驗，揭示上述各因素的綜合影響的一個比例常數。人們把空氣阻力 與迎風面積之乘積稱為空氣阻力因素 ，空氣阻力因數除能夠用來直觀地評定車型之間空氣阻力大小的差異。 3）坡度阻力計算： 當電動三輪車沿坡道向上行駛的時候，電動三輪車的重力就沿坡道產生一個分力，其方向與行駛方向想反，阻礙電動三輪車的行駛。該力稱為坡道阻力，如圖2-12所示，電動三輪車在上坡時“人-車”重力沿坡道向下的分力為上坡阻力，坡度阻力計算公式： =3600* （3-14） 式中：——上坡阻力，N； =3600（N）——“人-車”重力，N； ——坡道角，（°）。 4）加速阻力計算： 加速阻力亦稱慣性阻力：電動三輪車行駛中，當速度發(fā)生變化時，就會產生平動質量慣性力和旋轉質量慣性力。加速時，慣性力的作用方向與行駛方向相反，反之，減速時慣性力的作用方向與行駛方向一致。加速阻力計算公式為： （3-15） 式中：——旋轉質量換算系數。它的物理意義是將旋轉質量的慣性力等效地疊加到平動質量上，平動質量慣性力應擴大的倍數。旋轉質量換算系數主要與飛輪的轉動質量，車輪的轉動慣量和速比有關，的計算公式是： 其中是某檔位時的傳動比，是車輪半徑。 3.4 通過性計算 電動三輪車的通過性主要包括以下指標的計算和校核： 1）最小離地間隙： 是指電動三輪車底部最低點與地面之間的距離，其值越大電動三輪車被頂起的可能性越小，越過障礙物的能力越強，通過性也就越好。但離地間隙不是越大越好，過大會使整車的質心提高，行駛穩(wěn)定性降低。 本次設計的轎車化三輪電動三輪車主要是適用于城市地區(qū)，路面狀況較好，保證車有較好的穩(wěn)定性后的通過性設計計算，電動三輪車的最小離地間隙為120mm。 2）離去角： 離去角是指電動三輪車靜載時，通過車輛后端的最低點與后輪相切并垂直縱向平面與水平面之間的夾角，在此角度內沒有任何剛性零件，離去角越大通過性越好。 3）最小轉彎半徑： 最小轉彎半徑是指操縱把轉到極限位置時，前輪的中心平面在車輛支撐面上的軌跡的半徑，它代表電動三輪車的轉彎圓半徑。 轉彎直徑在很大程度上表征電動三輪車能夠通過狹窄彎曲路面或饒開不可通過的障礙物的能力。轉彎直徑越小電動三輪車的機動性越好。最小轉彎半徑計算公式為： （3-16） 式中：L——軸距； ——前輪轉角最大值。 4）前懸長及后懸長： 前懸長是指通過前輪軸線的鉛垂平面與抵靠在車輛最前端的縱向鉛垂面之間的距離。一般地，電動三輪車的前輪半徑值就是其前懸值。 后懸長是指通過后輪軸線的橫向鉛垂平面與抵靠在車輛最尾端的橫向鉛垂面之間的距離。電動三輪車的后懸不宜過長，否則離去角過小，影響通過性。 3.4 前叉和轉向結構計算 前叉部件：前叉部件在電動三輪車結構中處于前方部位，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，組成自行車的導向系統。 轉動車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了電動三輪車的導向作用。此外，還可以起到控制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，故前叉部件必須具有足夠的強度等性質。導向系統：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、上檔組成。如圖3-3所示 圖3-3 前叉總成 3.4.1 前叉轉向軸的設計 軸的材料選擇和最小直徑估計： 根據工作條件，初選軸的材料為45鋼，調質處理。按鈕轉強度法進行最小直徑估算，即： ? （3-17） 電動三輪車額定功率：900w?、最高車速：30 km/h 、電動三輪車總承重：180kg?? 經計算前叉軸徑為直徑為:50mm， 減震套筒為外徑:40mm，內徑為:33mm的圓管狀。 3.5 制動器的計算 制動一般前輪制動由手捏閘把來控制，后輪制動由腳踩制動踏板來完成。電動三輪車的制動裝置有機械鼓式制動器和液壓盤式制動器兩種。鼓式制動器結構與汽車、拖拉機相似，制動蹄塊由鋁合金壓鑄成型，上面粘有摩擦制動片，通過制動臂轉動制動凸輪并推開制動蹄塊起到制動的目的。制動器由油箱、柱塞閥油泵（均在車把上）、液壓油管、制動鉗、制動盤等組成。制動錯開與前叉導向近固定在一起，是制動裝置的固定部分。制動盤與車輪固定在一起，隨車輪旋轉。制動時，握緊閘把，柱塞閥移動，推動液壓油沿液壓油管進入制動鉗的兩個油缸。在壓力油的作用下，油缸推動摩擦片從兩邊緊夾住制動盤，產生很大的摩擦阻力，迫使車輪停止轉動。放松閘把時，液壓油路中的壓力迅速回降，油缸帶動摩擦片恢復原位，解除制動。本設計采用盤式制動器。 3.5.1 制動轉矩的計算 制動轉距應滿足以下要求： （3-18） 式中——制動器制動轉矩; —— 電機轉矩； 其他各符號同以前的式子。 按表查得1.5，把各數值代入到式子中得： 由此可知制動器制動轉矩應大于45。 3.5.2 制動盤有效摩擦直徑計算 根據配套主機的負載所需制動轉矩，校核制動盤的有效摩擦直徑： （3-19） 式中——制動盤有效摩擦直徑（mm）； ——制動塊的數目，一對時取2； A——一個制動襯塊（片）的設計面積（mm）； [p]——制動襯塊（片）的許用比壓力； ——動摩擦系數，根據摩擦材料選擇； K——制動安全系數。 根據工作狀況選用摩擦材料為油浸石棉帶，脂潤滑，潤滑效果好，按表選取=0.1，[p]=0.6，K取1.5，由于制動塊的數目有1對，所以Z取2，制動片的設計面積按下式計算： （3-20） 式中——摩擦盤外徑（mm）； ——摩擦盤內徑（mm）。 按選用的標準制動盤尺寸把數值代入式子得 =0.003。 把所有數值代入式子，得： =18.75mm 3.5.3 制動器散熱的驗算 當制動器摩擦面溫度過高時，摩擦系數降低，摩擦襯墊加速磨損，不能保持穩(wěn)定和需要的制動力矩。制動器的發(fā)熱驗算在于檢驗制動器在最高許用溫度下散發(fā)的熱量是否大于制動器產生的熱量，即 式中——制動器每小時散發(fā)的熱量（J）； ——制動器每小時產生的熱量（J）。 1、制動器每小時的散熱量 式中——制動輪（盤）制動表面的輻射系數，可取光亮的鋼表面輻射系數，； ——制動輪（盤）制動表面以外的表面輻射系數，可取粗糙氧化的鋼表面輻射系數，； ——制動輪（盤）制動表面積減去制動襯片的面積； ——制動輪制動表面積以外的表面積； ——制動襯片的許用溫度（）； ——周圍環(huán)境溫度，一般取，高溫車間??； ——自然對流散熱系數，； ——扣除制動襯片遮蓋后的制動輪（盤）外露面積； ——機構的接電持續(xù)率； 、、、——制動輪（盤）各部分表面積的強迫散熱系數，與各部分表面積的圓周速度有關，； 、、、——相對應的制動輪（盤）表面積； ——各部分散熱面積的圓周速度（m/s）。 1． 制動器每小時的發(fā)熱量 （3-21） 式中——換算到制動輪軸的機構轉動慣量（包括所有回轉和直線運動部分）； ——制動輪軸在制動開始時的角速度； P——平均起升重量（N）； S——制動距離（m）； ——機構傳動效率； ——機構每小時下降制動次數； ——熱功當量。 把已知各量和從表中查得的各量代入式中，最后得： =170.435 =156.768 > 驗證發(fā)熱量合格。 4 三輪車的三維建模 4.1 Solidworks軟件簡介 首先我要對Solidworks進行介紹一下，它是一種先進的，智能化的參變量式CAD設計軟件，在業(yè)界被稱為“3D機械設計方案的領先者”，易學易用，界面友好，功能強大，在機械制圖和結構設計領域，掌握和使用Solidworks已經成為最基本的技能之一。 與傳統的2D機械制圖相比，參變量式CAD設計軟件具有許多優(yōu)越性，是當代機械制圖設計軟件的主流和發(fā)展方向。傳統的CAD設計通常是按照一定的比例關系，從正視，側視，俯視等角度，根據投影，透視效果逐步繪出所需要的各個單元，然后標注相應尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標注尺寸發(fā)生變化，幾何圖形的尺寸不會同步變更；如果改變了幾何圖行，其標注尺寸也不會發(fā)生變化，還要重新繪制，標注，因此繪圖工作相當繁重。 參變量式CAD設計軟件，是參數式和變量式的統稱。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進入完全定義狀態(tài)，這就是參數式模式。由于軟件自動加入了關聯屬性，如果修改了標注尺寸，幾何圖形的尺寸就會同步更新。也可以暫時不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模態(tài)。 美國Solid Works公司是一家專門從事開發(fā)三維機械設計軟件的高科技公司，公司宗旨是使每位設計工程師都能在自己的微機上使用功能強大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系統，公司主導產品是世界領先水平的Solid Works軟件。 90年代初，國際微機市場發(fā)生了根本性的變化，微機性能大幅提高，而價格一路下滑，微機卓越的性能足以運行三維CAD軟件。為了開發(fā)世界空白的基于微機平臺的三維CAD系統，1993年PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks軟件，引起世界相關領域的一片贊嘆。在SolidWorks軟件的促動下，1998年開始，國內、外也陸續(xù)推出了相關軟件；原來運行在UNIX操作系統的工作站CAD軟件，也從1999年開始，將其程序移植到Windows操作系統中。 由于SolidWorks出色的技術和市場表現，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以原來一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司。 功能描述 （1）、Top?Down(自頂向下)的設計 （2）、Down?Top?(自下向上)的設計 （3）、配置管理 （4）．易用性及對傳統數據格式的支持 （5）．零部件鏡像 （6）.裝配特征 （7）．工程圖 （8）．eDrawing Solidworks模形由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒有生成零件之前的圖紙稱為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時，如果修改了草圖的標注尺寸，其3D模形和工程圖會同步更新；相反，如果修改了工程圖的標注尺寸，其3D模形和草圖也會同步更新。軟件使用起來非常方便，大大減少了設計人員的工作量，提高了工作效率。 通常，從打開一個零件文件或建立一個新零件文件開始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導入曲面或幾何實體開始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設計方法，也就是自下而上的設計方法。 草圖繪制從零件文件開始，對于一個新的產品設計，要首先建立零件文件。 由于零件、裝配體及工程圖的相關性，所以當其中一個視圖改變時，其他兩個視圖也會自動改變。 SolidWorks2012允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統選項”和”文件屬性”選項卡. SolidWorks2012可以自動保存工作.自動恢復功能可以自動保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統死機時不會丟失數據.如果設定此選項,則選擇”工具”_”選項”菜單命令.在”系統選項”選項卡上,單擊”備份”選項,選擇”每(n)次更改后,自動恢復信息”復選框,然后設定信息自動保存前應發(fā)生的變更次數. SolidWorks2012具有很強的文件交換功能,可以輸入,輸出數十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進行文件交換。 SolidWorks2012在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網格線和捕捉網格線功能?？蓪⒕W格線與模型邊線對齊，還可捕捉到角度。網格線和捕捉功能在SolidWorks2012中不太使用，因為SolidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關系已提供了所需的精度。 4.2 零件建模 4.2.1支板三維建模的形成 在SolidWorks中，支板的形成比較容易實現，可以通過拉伸、旋轉和倒角完成，支板的三維模型如圖4-1所示。 圖4-1 支板三維圖 4.2.2 鏈輪的三維建模 由于驅動的三維模型相對比較復雜，運用了拉伸，切除，鏡像等特征，形成鏈輪三維模型。如圖4-2所示 圖4-2 鏈輪三維圖 4.2.3其他零件的三維模型造型 另外，SolidWorks里toolbox里包含了各種傳動件，螺栓，螺母，螺釘，軸承等數據，可直接調用輸入自己參數即可。 螺栓的建模，從toolbox中選擇螺栓，如圖4-3所示 圖4-3 添加螺栓標準件 連接骨架的三維模型比較復雜，運用了拉伸，圓角，旋轉切除，掃描等特征，形成連接骨架的三維模型。如圖4-4所示 圖4-4 連接骨架 其它主要零部件的三維建模分別如下圖所示： 圖4-5 碟剎盤 圖4-6 擋泥板 圖4-7 把手 圖4-8 輪胎 由于零件繁多，這個就不一一列出，詳見三維源文件 4.3零件裝配 裝配通過一個中心線重合，面重合或給定距離來配合圓弧曲面的零件。由于柔性吊具的組件較多，我們采用分裝再到總裝的形式，得到輪胎分裝、前叉分裝和總裝配圖如下圖4-9到4-11所示 圖4-9 輪分裝 圖4-10 前叉分裝 圖4-11 總裝配 4.4三維向二維的轉換 SolidWorks作為一套功能強大的計算機輔助繪圖和設計軟件，可以建立零件的三維實體圖，三維裝配體圖及二維工程圖，且大多數生產一線的工程技術人員對二維繪圖軟件，如autocad，caxa電子圖版，等更加熟悉，而且二維軟件在繪制，尤其是標注裝配體，零件圖時，具有獨特的優(yōu)勢。所以，充分利用SolidWorks和二維圖之間的轉換，把SolidWorks自動生成的工程視圖與二維軟件的標注結合起來，達到“以二維之長補三維之短”的目的。一下是三維建模生成二維工程圖的詳細過程。 在SolidWorks中生成二維工程圖。在SolidWorks中的新建模板中，新建一個工程圖模板，打開工程圖工具條，在工程圖工具條中點擊“新建”按鈕，并在作圖區(qū)域中單擊右鍵，“從文件中選擇”，確認要生成工程圖的三維模型，并選擇要形成工程圖的視圖方向；在繪制區(qū)域內單擊左鍵，以確定圖形位置，單擊“確定，完成工程圖的繪制，并將其保存為“dwg/dxf”格式的文件。如圖4-12所示 圖4-12新建工程 選用標準圖紙，或自定義圖紙大小，如圖4-13所示 圖4-13選擇圖紙 打開需要生成工程圖的零件，并將其拖入此工程圖。左鍵確定位置，繼續(xù)移動鼠標，會顯示鼠標移動方向的視圖。從而確定所需工程圖，如圖4-14所示。 圖4-14 工程圖創(chuàng)建 此外，還可通過上方的工具來分析剖視圖。也可標注此裝配體的零件及其名稱。因此圖還將在CAD中修改，故在此未標注零件序號及名稱。 5 人機工程 5.1人機工程概述 人機工程也稱人體工程，它研究的是人與機器相互關系的規(guī)律，解決工程設計如何與人的要求相適應的問題，使人、機系統的工作效率達到最高，出此也稱“工效學”、“宜人學”、“工程心理學”等，其內容包括： ①分析人機系統中，人與機的聯系方式，解決人和機器的功能分配問題； ②研究人體結構，確立適合人使用的機器型式與結構布置； ③研究人的運動生理，調節(jié)機理及運動輸出特點，建立人機協調的操縱方式； ④研究人接受環(huán)境與部件信息的過程，找出最佳的信息輸入方式和部件結構。 電動三輪車的人機工程充分考慮電動三輪車是在人的操縱下，載人高速行走這一工作特點，研究駕乘時的人體結構尺寸、人體運動生理、感覺生理，提出人—車系統達到最佳狀況的工作參數，以創(chuàng)造出一個駕乘者能高效、方便探縱，舒適乘坐的工作環(huán)境。同時，電動三輪車上與人直接相關的零部件，如方向把、座墊等構成了電動三輪車的相當部分外形、人機工程的研究也將為電動三輪車的造型設計提供參數。 5.2 人機能力比較 認識人、機在對信息的感受、處理、決策以及實際操作等方面的差異，以便在人機系統中合理地設置機件．無分發(fā)揮人與機器各自的特長(表5-1)。 表5-1 人機工作能力比較表 5.3 人體結構尺寸數據 我國在1988．12．10公布了國家標準GB1000“中國成年人人體尺寸”。該標準根據人類工效學要求，提供了從事工業(yè)生產的法定中國成年人(男18~60歲，女18~55歲)的人體尺寸基礎數據。它適用于工業(yè)產品、建筑設計、軍事工業(yè)以及工業(yè)的技術改造設備更新及勞動安全保護，我國不同地區(qū)人的人體尺寸數據如表5-2： 表5-2 我國不同地區(qū)成年人人體平均尺寸 5.4 人體運動生理 1）手活動范圍及運動生理 （1）坐姿上身、手活動范圍 A：自髖關節(jié)起，上身向兩側的活動范圍； B：上身不動，手臂伸直，手指向兩側所能達到的活動范圍； C：上身向兩側活動時，手臂自肩關節(jié)起，向兩側所能達到的活動范圍； D：自髖關節(jié)起，上身向前的活動范圍； E：上身不動，手臂伸直，手指向前上方所能達到的活動范圍； F：上身向前活動時，手臂自肩關節(jié)起，向前所能達到的活動范圍。 （2）手臂平面作業(yè)范圍 人坐在工作臺前，手臂在水平工作臺面運動所形成的運動軌跡稱為手臂平面作業(yè)范圍。手臀伸直在水平臺面上運動所形成的圓弧范圍，稱為最大作業(yè)范圍。大小手臂自然彎曲成手臂長的3/5左右。手臂在臺面上運動所形成的軌跡稱為舒適作業(yè)范圍。手臂在舒適作業(yè)范圍工作，效率較高且不易疲勞。 （3）手運動特征 手的運動速度變化很大，一般在3~80cm/s內。手的運動速度與運動習慣有密切聯系，人習慣運動方向也就是運動速度快的方向。一般而言： 右手比左手運動快，住下比住上運動快，旋轉比直線運動快， 前后比左右運動快，在垂直平面比在水平面運動快，順時針比逆時針運動快。 2）坐姿手腳復合運動范圍 在手腳同時操作的復合運動中，手腳的活動是相互配合、互補互利的。坐姿操作，軀干不動，手腳復合運動(作業(yè))范圍。 3）人體坐姿生理 人坐在座椅或座墊上，身體的大部分重力靠其臀部和脊柱支撐。在長時間的坐乘顛簸中，極易出現腰部、四肢和臀部的疲勞與酸痛。 （1）腰曲變形 常見的腰曲變形是挺直坐姿和大彎腰。這樣的姿勢使人的脊骨和韌帶處于一種拉直和伸張狀態(tài)，易產生腰部疲勞和損傷，舒適的坐姿應使脊柱和韌帶處于放松的自然狀態(tài)。 （2）坐姿肢體角度 合理的坐姿肢體角度將可使四肢及軀干的肌肉處于自然松弛狀態(tài)，通注四肢的血管不受壓迫，血液循環(huán)流動順暢而感舒適，上身后傾時的舒適關節(jié)角度。 （3）體壓分布 坐姿，人體重力在座墊和靠背上的壓力分布稱為坐姿體壓分布。舒適坐姿的人體重力主要靠臀部和肩部文承。合理的臀部體壓分布是人體重力均衡地分布在較寬的支承面上，其體壓分布線猶如等高線性質，坐骨部分壓力最大，從坐骨向外壓力平順減少，到與座面邊緣的大膽處壓力最小。 有靠背的肩背部壓力分布是肩胛骨和腰脊骨的壓力最大，若對此兩處進行承力支撐，這在靠背設計個稱為兩點支撐，一點在人的第5—6塊胸椎骨之間稱為肩靠，另一點在第4—5塊腰椎骨之間稱為腰靠。 4）人視覺生理 人接受外部信息是通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感覺，在這些感覺中，視覺的應用最為頻繁和重要，大約有80%的外部信息是通過視覺得到的。 不同顏色下的視野稱為色覺視野。不同顏色對眼睛的刺激不同、其視野也就不同。 視角直接影響視力,視力也可以用觀看者的認讀準確性或無差錯認讀時間來評價。無差錯認讀時間將隨著視角的增大而增加。在視野中心左右的0到24度視角范圍內無差錯認讀時間變化不大，這一視角區(qū)被稱為認讀(視力)最優(yōu)區(qū)。而視角為24到60度的區(qū)域，無羌錯認讀時間急劇增加，這一視角區(qū)被看作認該(視力)邊緣區(qū)。 5.5 人機校核 在二維圖上的人機尺寸校核可采用人體樣板，樣板常用比例有1：1、1：5、l：10，以適應不同比例的草圖、尺寸圖、總布置圖。全新車型的開發(fā)人機尺寸校核十分重要。 研究人體工程學的目的是充分考慮電動三輪車是在人的操縱下，載人高速行走的這一工作特點，創(chuàng)造設計出一個良好的工作與服務的條件和環(huán)境，保證駕乘者能在最佳條件和環(huán)境內高效、可靠、方便的駕駛，舒適的乘坐。同時，電動三輪車上與人直接相關的操縱、乘坐等零部件，如方向把、儀表、座墊等，也構成了電動三輪車相當部分的外形形體。運用人機工程學也是電動三輪車造型設計的重要內容之一。 結 論 本論文主要是講的電動三輪車的總體設計。主要的任務是確定電動三輪車的整車形式、排量、布置形式等，對電動三輪車各零部件總成進行選型，并確定、計算和驗證整車的主要尺寸參數和質量參數?？傮w造型設計是和組員一起完成的，我主要負責的是總布置設計，包括車架、傳動系、制動系、行駛系、電動機的選型設計以及電動三輪車的總體尺寸設計和總體性能計算。最后和組員一起討論了人機校核的問題。 通過此次畢業(yè)設計加深了我對電動三輪車的構造的了解，使我對設計的具體步驟和方法有了一個形象和直觀的了解。了解了在實際設計計算時會遇到的各種問題，并學習掌握了解決各類問題的方法。 畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。 回顧這次畢業(yè)設計，從選題到定稿，從理論到實踐，在這段畢業(yè)設計期間里，可以說得是苦多于甜。通過本次畢業(yè)設計，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。 對我來說，收獲最大的是方法和能力——那些分析和解決問題的方法與能力。在整個設計過程中，我發(fā)現我們這些學生最最缺少的是經驗，沒有感性的認識，空有理論知識，有些東西很可能與實際脫節(jié)。此次設計需要我們將學過的相關知識都系統地聯系起來，從中暴露出自身的不足，以待改進。通過這次畢業(yè)設計，我懂得了理論與實際相結合是很重要的——只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重。在設計的過程中也發(fā)現了自己的不足之處：對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如電機選用的確定、曲軸連桿機構怎么計算、皮帶輪部分的具體應該怎么設計等等。通過這次畢業(yè)設計之后，又把以前所學過的知識重新溫故。 這次畢業(yè)設計使我受益匪淺，為我今后的學習和工作打下了一個堅實而良好的基礎。在此衷心感謝各位老師的幫助和指導。 致