机械5

摘要……………………………………………………………………………………1 Abstract………………………………………………………………………………2 第一章绪论…………………………………………………………………………3 1.1选题的意义1.2电动车的历史 1.3电动车的现状以及技术水平 1.4电动车目前所面临的主要问题 1.5电动车的未来发展方向 第二章本次设计题目的要求及设计参数选择与分析 2.1设计目的和要求以及总体构想 2.2设计参数的选择与分析 第三章电动汽车各总成的布置和参数的确定 3.1电动车电机的选择 3.2电动车电池的选择 3.3电动车前后悬架的选择 3.4电动车车桥车架以及车轮的选择 3.5电动车的转向系和制动系 3.6电动车传动系的布置形式和驱动桥的选择 第四章参数的校核 第五章小结 致谢 参考文献 附录 高密度、高效率、宽调速的车辆牵引电机及其控制系统既是电动汽车的心脏又是电动汽车研制的关键技术之一，已被列为863电动汽车重大专项的共性关键技术课题。20世纪80年代前，几乎所有的车辆牵引电机均为直流电机，这是因为直流牵引电机具有起步加速牵引力大，控制系统较简单等优点。直流电机的缺点是有机械换向器，当在高速大负载下运行时，换向器表面会产生火花，所以电机的运转不能太高。由于直流电机的换向器需保养，又不适合高速运转，除小型车外，目前一般已不采用。 近十年来，主要发展交流异步电机和无刷永磁电机系统。与原有的直流牵引电机系统相比，具有明显优势，其突出优点是体积小，质量轻（其比质量为0.5-1.0kg/Kw）、效率高、基本免维护、调速范围广。其研究开发现状和发展趋势如下。 （ 1）.异步电机驱动系统 异步电机其特点是结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，低转矩脉动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高。 异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品（尤其在美国），但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。 最大缺点是驱动电路复杂，成本高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。 （2）.无刷永磁同步电机驱动系统 无刷永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，由于具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围，发展前景十分广阔，在电动车辆牵引电机中是强有力的竞争者，已在国内外多种电动车辆中获得应用。 内置式永磁同步电机也称为混合式永磁磁阻电机。该电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在有助于提高电机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行。内置式永磁同步电机驱动系统的设计理论正在不断完善和继续深入，该机结构灵活，设计自由度大，有望得到高性能，适合用作电动汽车高效、高密度、宽调速牵引驱动。这些引起了各大汽车公司同行们的关注，特别是获得了日本汽车公司同行的青睐。当前，美国汽车公司同行在新车型设计中主要采用内置式永磁同步电机。 表面凸出式永磁同步电机也称为永磁转矩电机，相对内置式永磁同步电机而言，其弱磁调速范围小，功率密度低。该结构电机动态响应快，并可望得到低转矩脉动，适合用作汽车的电子伺服驱动，如汽车电子动力方向盘的伺服电机。 无位置传感器永磁同步电机驱动系统也是当前永磁同步电机驱动系统研究的一个热点，将成为永磁同步电机驱动系统的发展趋势之一，具有潜在的竞争优势。 永磁同步电机驱动系统低速时常采用矢量控制，高速时用弱磁控制。 要选择合适的电机，首先要知道电动车所需要的功率。电机的功率计算所需的公式如下，汽车的总重量是估算的，后面会进行验证。 .....................................................................（1） ：机械效率（一般取0.92） ：汽车总重（N） ：良好路面上的汽车的行驶阻力系数（取0.015） ：汽车车速（Km/h） ：空气阻力系数（这里取0.5） ：汽车迎风面积 对于我所设计的电动汽车总重量，我估算总质量为1300kg，即12740N 最高车速为设计要求的25km/h 迎风面积A=车宽车高 其中车宽暂定为1248mm 车高暂定为1830mm 则A=1248 1830=2283840 =2.28 带入上述数据由（1）计算得： =1.70KW 从这可以知道电机的功率至少为1.70KW，但是所选择的电机功率肯定要大一些。我所选用的是无刷永磁同步电机，是深圳大地和有限电气公司的电机。 我所选择的电机的一些参数如下： 型号：ZY-CD-2.5 额定功率2.5kW 峰值功率4.5kW 额定电压48V 额定电流60A 最大转矩150Nm 额定转速1100r/mi
n 最高转速2000r/mi
n 绝缘等级F 防护等级IP54 冷却方式自然风冷 重量50kg 外观尺寸216 340 3.2电动车电池的选择 纯电动汽车的储能动力用的蓄电池（又称二次电池），主要是铅酸电池，已有150年历史。可算是人类历史上一个伟大的发明。电池的近代进步相当惊人，在电池的家族里，拥有镉镍电池、氢镍电池、钠硫电池、锂电池、锌空电池、硅盐电池、飞轮电池等几十种系列，这些产品的出现改善了它的应用广度与性能。 但是尽管这么多的性能先进电池出现，要使纯电池的电动汽车商业化，却存在着许多差距，它面临着能量储备，使用寿命，比功率和成本低廉等关键技术问题。但有趣的是，经过一个多世纪之后，到1990年，最适用的电动汽车，仍然不少应用很原始的铅酸电池，这说明电池还要去挖掘它的潜能。 考虑到成本与我所设计的电动车的实际性能，我决定使用铅酸电磁作为该电动车的动力源。电池的电压由电动机决定，容量由电动车的续行驶里程决定。因为电动机已经暂时定了下来，于是电池的电压也定了下来。那么下面就要根据电动车的续行驶里程来决定电池的容量。 根据设计要求和已知条件，我所要设计的电动车的续行驶里程为90km，最高车速为25km/h。电机功率为2.5KW。 (1)车桥 车桥(也称车轴)通过悬架和车架(或承载式车身)相连，两端安装汽车车轮。其功能是传递车架(或承载式车身)与车轮之间各方向作用力。 车桥可以是整体式的，有如一个巨大的杠铃，两端通过悬架系统支撑着车身，因此整体式车桥通常与非独立悬架配合；车桥也可以是断开式的，象两把雨伞插在车身两侧，再各自通过悬架系统支撑车身，所以断开式车桥与独立悬架配用。 根据驱动方式的不同，车桥也分成转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种。其中转向桥和支持桥都属于从动桥。大多数汽车采用前置后驱动(FR)，因此前桥作为转向桥，后桥作为驱动桥；而前置前驱动(FF)汽车则前桥成为转向驱动桥，后桥充当支持桥。 转向桥的结构基本相同，由两个转向节和一根横梁组成。如果把横梁比做身体，转向节就是他左右摇晃的脑袋，脖子就是我们常说的主销，车轮就装在转向节上，仿佛脑袋上带了个草帽。不过，行驶的时候草帽转，脑袋却不转，中间用轴承分隔开，脑袋只管左右晃动。脖子主销是车轮转动的轴心，这个轴的轴线并非垂直于地面，车轮本身也不是垂直的，我们将在车轮定位一节具体论述。 转向驱动桥与转向桥的区别就是一切都是空心的，横梁变成了桥壳，转向节变成了转向节壳体，因为里面多了根驱动轴。这根驱动轴因被位于桥壳中间的差速器一分为二，而变成了两根半轴。两个草帽也不是简单地套在脑袋上，还要与里面的两根半轴直接相连。半轴在“脖子”的位置也多了一个关节万向节，因此半轴也变成了两部分，内半轴和外半轴。 我所设计的电动车，前轴是采用麦弗逊式独立悬架，所以选用的前桥是断开式的，而后轴采用的是钢板弹簧的非独立悬架，故选用的后桥是整体式的。前桥为转向桥，后桥为驱动桥。 (2)车轮 我所设计的电动观光车选用的是子午线轮胎。因为现在用的最为广泛的就是子午线轮胎，综合起来，其性价比也是最高的。 子午线轮胎的优点是： 地面积大，附着性能好，胎面滑移小，对地面单位压力也小，因而滚动阻力小，使用寿命长。胎冠较厚且有坚硬的带束层，不易刺穿；行驶时变形小，可降低油耗38因为帘布层数少，胎侧薄，所以径向弹性大，缓冲性能好，负荷能力较大。 它的缺点是：因胎侧较薄，胎冠较厚，在其与胎侧的过渡区易产生裂口。侧面变形大，导致汽车的侧向’稳定性差，制造技术要求高，成本也高。 我所设计的校园电动车，所选择的汽车轮胎是： 万通195/65R 1588H 195：轮胎宽（mm） 65 ：扁平率（胎高/胎宽） R ：子午线结构 15 ：轮胎直径 88 ：载重指数 H ：速度代号（最高安全极速是210Km/h） (3)车架 就像人的身体由骨架来支持一样，汽车也必须有一幅骨架，这就是车架。车架的作用是承受载荷，包括汽车自身零部件的重量和行驶时所受的冲击、扭曲、惯性力等。现有的车架种类有大梁式、承载式、钢管式及特殊材料一体成型式等。 在港台汽车刊物中常称作“阵式车架”，是最早出现的车架类型（从全世界第一部汽车开始一直沿用至今）。大梁车架的原理很简单：将粗壮的钢梁焊接或铆合起来成为一个钢架，然后在这个钢架上安装引擎、悬架、车身等部件，这个钢架就是名副其实的“车架”。大梁式车架的优点是钢梁提供很强的承载能力和抗扭刚度，而且结构简单，开发容易，生产工艺的要求也较低。致命的缺点是钢制大梁质量沉重，车架重量占去全车总重的相当部分；此外，粗壮的大梁纵贯全车，影响整车的布局和空间利用率，大梁的厚度使安装在其上的座厢和货厢的地台升高，使整车重心偏高。也称作整体式或单体式车架。针对大梁式车架质量重、体积大、重心高的问题，承载式车架的意念是用金属制成坚固的车身，再将发动机、悬架等机械零件直接安装在车身上。这个车身承受所有的载荷，充当车架，所以准确称呼应为“无车架结构的承载式车身”（采用大梁车架的汽车车身则称为“非承载式车身”）。 承载式车架由钢（较先进的是铝）经冲压、焊接而成，对设计和生产工艺的要求都很高，这也是中国目前的车身设计开发难以突破的大难点。成型的车架是个带有座舱、发动机舱和底板的骨架，我们所能看到的光滑的汽车车身则是嵌在骨架上的覆盖件。 承载式车架是目前轿车的主流，因为这种结构将车架和车身二合为一，重量轻，可利用空间大，重心低，而且冲压成型的制造方式十分适合现代化的大批量生产。但是除了开发制造难度高外，刚度（尤其是抗扭刚度）不足也是承载式车身的一大缺陷。 近年还出现了采用承载式车身的大型客车（称为“无大梁车身”或“无阵车身”），由于取消了大梁，旅游大巴可以在车底腾出巨大且左右贯通的行李空间，用于市区的公共汽车则可以将地台降至与人行道等高以便于上下车（要配合特殊的低置车桥）。低地台是客车的一个重要发展方向前面曾说过承载式车架的设计开发和生产工艺都复杂，只适宜大批量生产。但是对于少量生产的轿车又如何呢？虽然可以采用共用平台策略，但所谓的“共用平台”能共用的只是悬架、传动系统等底盘部件，承载式的车架由于必须与车身形状吻合，对于不同的车身造型是不能共用车架的。于是钢管式（又称“框条式”）车架便应运而生。顾名思义，钢管式车架就是用很多钢管焊接成一个框架，再将零部件装在这个框架上。它的生产工艺简单，很适合小规模的工作坊作业，50-70年代英国有很多小规模的车厂生产各式各样的汽车，都是用自行开发制造的钢管车架，是钢管车架的全盛时期。我所设计的电动车车架也是钢管式车架，它结构简单，便于自由设计，生产工艺简单，有利于降低汽车的制造成本。 过去的两个多月里我都一直在做这个设计。我非常想要做好它，因为做完这次的设计就意味着大学的结束了。我很希望有个很满意的结局。 在做设计的过程中，越来越发现自己对于汽车知识的匮乏。还好在大学的学习当中曾完成过多次课程设计。对于设计的大概流程还是比较清晰的。过去的一段时间里，整个人都埋在汽车资料里。但是对于汽车的了解一样在很表面的程度。这次我的设计题目是电动观光汽车，可能由于是近几年才比较普及的关系，相关的资料非常的少。我就在各个图书馆和网络论坛上找资料，最后能够做出这份设计，感觉自己成长了不少。在做设计的时候，也更加巩固了我的汽车知识，不仅仅是知道是怎么样，还知道了为什么要这样。另外在这之中学到的设计能力和解决问题的能力，对我以后的学习和工作将会有巨大的影响和帮助。 希望在接下来的学习和工作当中，我都能保持刻苦钻研的精神，永远把自己当作初学者来对待。在不久的将来，希望以一个中国的成功汽车人的身份来帮助祖国发展民族汽车工业。