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目 錄
摘要·····································································································1
關(guān)鍵詞··································································································1
1 前言································································································1
1.1 課題背景及目的··········································································1
1.2 國內(nèi)外研究狀況···············································································2
1.3 本論文設(shè)計的主要內(nèi)容···································································3
2 電動三輪車結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定······························································3
2.1 電動三輪車根據(jù)用途不同的分類·······················································3
2.1.1 老年休閑型電動三輪車····························································3
2.1.2 客運型電動三輪車····································································3
2.1.3 貨運型電動三輪車·········································································3
2.2 目前國內(nèi)外常見的電動三輪車后橋的結(jié)構(gòu)樣式·····································3
2.2.1 單側(cè)電機、外置車架型·························································3
2.2.2 中置電機帶大軸型······································································4
2.3 電動三輪車設(shè)計方案比較分析····························································4
3 電動車的整體設(shè)計···················································································4
3.1電動三輪車的參數(shù)選擇····································································4
3.2電動三輪車外形的設(shè)計····································································4
4 電動機的選擇·························································································5
4.1電動機的分類··················································································5
4.1.1有刷電機的優(yōu)缺點·······································································5
4.1.2無刷電機的優(yōu)缺點·····································································6
4.2 電動機功率的選擇·············································································7
4.2.1行駛阻力·····················································································7
4.2.2 最大功率·············································································7
4.2.3 最大轉(zhuǎn)速············································································7
5 蓄電池的選擇··················································································7
6 控制器的選擇·····················································································7
6.1 控制器的功能·················································································8
6.2 控制器的分類·············································································8
6.2.1有刷控制器·········································································8
6.2.2 無刷控制器············································································9
7 電動三輪車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計·····································································10
7.1 轉(zhuǎn)向方式的確定·················································································10
7.2 前叉的設(shè)計······················································································10
7.2.1 前叉轉(zhuǎn)向軸的設(shè)計··································································10
7.2.2 叉冠的設(shè)計··············································································10
7.2.3 減震器的選擇············································································11
8 電動三輪車行走系統(tǒng)的設(shè)計·········································································12
8.1車架的設(shè)計·······················································································12
8.2 電動三輪車后橋選用······································································13
8.3 傳動軸的設(shè)計········································································13
9 電動三輪車制動系統(tǒng)的設(shè)計·······································································14
9.1電動三輪車前輪制動系統(tǒng)·······································································14
9.2電動三輪車后輪制動系統(tǒng)·····································································14
9.3電動三輪車駐車系統(tǒng)·········································································14
10 輪胎、輪輞的選擇·············································································15
10.1 輪胎····························································································15
10.2輪輞··························································································15
11結(jié)論·······································································································15
參考文獻····································································································16
致謝···········································································································17
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小型電動載貨三輪車的設(shè)計
摘 要：本文分析了國內(nèi)外電動車的現(xiàn)狀，對未來進行了展望，設(shè)計出一款新型的載貨電動三輪車。文中介紹了電動三輪車的分類、用途以及各種類型的電動三輪車的優(yōu)缺點，并根據(jù)我對電動三輪車的市場調(diào)查的情況進行分析研究。對電動三輪車的整車參數(shù)、外形尺寸、前叉結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等進行了設(shè)計和改進。
關(guān)鍵詞：電動三輪車；電動機：前叉結(jié)構(gòu)；驅(qū)動系統(tǒng)；制動系統(tǒng)
The Design of Small-scale Electric Cargo Tricycle
Abstract：This paper analyzes the domestic and foreign electric current situation, undertook expectation to future, designed a new cargo electric tricycle. This paper introduces the classification of electric tricycle, electric tricycle purposes as well as various types of advantages and disadvantages, and according to the electric tricycle market research situation conducts the analysis research. On the electric tricycle vehicle parameters, dimensions, front fork structure, driving system and braking system for the design and improvement.
Key words：electric tricycle ; motor : front fork structure; drive system ; braking system
1 前言
1.1 課題背景及目的
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(shè)計出一款更為實用經(jīng)濟的電動三輪車產(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，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(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、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.現(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: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)標準要求限制。中國電動三輪車行業(yè)起步于2001年左右，競爭相對并不激烈，然而與前幾年相比，近幾年由于行業(yè)發(fā)展增速，企業(yè)數(shù)量也隨之急速增長。目前，全國共有電動三輪車品牌廠家200余家，規(guī)模相對較大的企業(yè)有：金彭、宇峰、百事利、平安人家、步步先、淮海、福田、速利達、豐收、帥克、合旺牛、大安、富爾沃、普田、常力等。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?lián)Q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(nèi)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(jīng)發(fā)展成為最大的電動車生產(chǎn)基地。目前年產(chǎn)量接近十萬輛或超過十萬輛的企業(yè)有三家左右，分別是宇鋒、金彭與百事利，年產(chǎn)量在五萬輛左右的企業(yè)約有十多家，包括平安人家、步步先、淮海、福田、速利達、豐收、帥克、合旺牛、大安、富爾沃、普天、常力等，另外，全國各區(qū)域分布著眾多中小型電動三輪車企業(yè)，如美時達、萬吉、綠能達、金源、阿拉奇、蒙格馬、達爾福等。由于行業(yè)仍處于生長期階段，現(xiàn)有電動三輪車企業(yè)發(fā)展勢頭良好，而更多的企業(yè)躋身到這一行業(yè)中來，其中包括摩托車企業(yè)、電動車企業(yè)以及自行車企業(yè)等。另一方面市場的不成熟也導致了行業(yè)內(nèi)目前仍未出現(xiàn)實力明顯領(lǐng)先的企業(yè)與品牌，電動三輪車行業(yè)品牌格局并未形成，而目前的基本格局也只是一個暫時的，并不穩(wěn)定的格局，在行業(yè)迅速發(fā)展的近一兩年內(nèi)，這一格局將有可能被多次改變。目前來說，三大板塊內(nèi)的所有企業(yè)，包括其他區(qū)域的電動三輪車企業(yè)都處于擴大規(guī)模中。2005年至今，電動三輪車產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)井噴狀態(tài)，其發(fā)展形勢猶如五年前的電動自行車行業(yè)。市場的迅速增長給企業(yè)帶來巨大機會，同時也成為品牌突圍的最佳時機，預(yù)計在三年之內(nèi)，將會陸續(xù)有更多的企業(yè)進入到這一行業(yè)，電動三輪車行業(yè)的企業(yè)數(shù)量將成倍增長，而行業(yè)品牌格局在產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴張以及行業(yè)洗牌的雙重作用下將逐漸清晰，并形成相對穩(wěn)定的狀態(tài)。
1.3 本論文設(shè)計的主要內(nèi)容
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)展狀況和技術(shù)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與指導老師的幫助，把各項新的技術(shù)運用到設(shè)計的新產(chǎn)品中。內(nèi)容主要包括電動三輪車的整車總體配置設(shè)計、電動三輪車前叉的設(shè)計、電動三輪車驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和電動三輪車制動系統(tǒng)的設(shè)計、以及對蓄電池和電動機的選型。
2 電動三輪車結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定
2.1 電動三輪車根據(jù)用途不同的分類
2.1.1 老年休閑型電動三輪車
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(jié)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，還有助力腳踏，可以作為低電或者沒電時應(yīng)急所用，也可以作為老年人鍛煉身體的工具。
2.1.2 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(qū)動方式。電池容量大、電機功率較大、電壓較高、行程比較遠。同時也有助力腳踏，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。
2.1.3 貨運型電動三輪車
貨運型電動三輪車集合了客運和貨運的長處，用途更多、應(yīng)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(qū)動系統(tǒng)，不僅可以載人，還可以載貨，不管是城市還是農(nóng)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。[1]
2.2 目前國內(nèi)外常見的電動三輪車后橋的結(jié)構(gòu)樣式
2.2.1 單側(cè)電機、外置車架型
單側(cè)輪電機，外置車架（車架在車輪外邊），這種結(jié)構(gòu)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(qū)動系統(tǒng)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。
2.2.2 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，中置電機同時驅(qū)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(xiàn)了電動三輪出租車，電動三輪環(huán)衛(wèi)車等。
2.3 電動三輪車設(shè)計方案比較分析
綜合所有電動三輪車的特點和用途，再經(jīng)過我對本地區(qū)市場的需求，我決定設(shè)計一款新型的貨運電動三輪車。因為現(xiàn)在的貨運型電動三輪車整體來說使用的是多塊電車組和中置電動機。這樣就加重了車身的自重，還需要有鏈條的傳動。這樣的電動三輪車的缺點有兩點：一、電動三輪車的電池組的自重消耗了電池的電量，使得電動三輪車的行程縮短；二、用鏈條傳動在功率的傳遞過程中也消耗了一部分電能。通過我認真的分析、導師的指點和通過搜集市場的資料和調(diào)研。對于電池組方面，還是采用傳統(tǒng)的密封鉛酸蓄電池，相對新型的電池組而言，價格更低，性價比更高。而由于鏈條傳動過程中有功率消耗的問題，采用差速電機直接與后橋連接來消除鏈傳動的功率消耗。因此這樣與傳統(tǒng)的電動車相比更車身自重更輕、行程更遠，使用維護更為方便，噪音更低。
3 電動車的整體設(shè)計
3.1 電動三輪車的參數(shù)選擇
整車外形尺寸：3060mm×1300mm×1500mm
最高車速： 30km/h
最小離地間隙： 160mm
前輪最大轉(zhuǎn)角（左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)） 45°
轉(zhuǎn)彎半徑： 3m
最大爬坡能力： 30°
載質(zhì)量： 250kg
車輛自重： 200kg
3.2 電動三輪車外形的設(shè)計
經(jīng)過認真的調(diào)研和對目前市場的考察，經(jīng)導師指點。我設(shè)計了一款新型電動三輪車。其外觀如圖1所示。
圖1 電動三輪車
Fig.1 Electric tricycle
車身效仿了原來比較流行的三輪摩托車的外觀，整體比較協(xié)調(diào)，符合多數(shù)人的審美關(guān)，市場前景很好。具體參數(shù)如下：整車長:3060mm、整車寬:1300mm、整車高:1500mm 、前后軸距:2055mm 、后輪軸寬:1100mm。車廂為三開門型新型設(shè)計方法，方便裝卸貨物，操作簡單。[2]
4 電動機的選擇
4.1 電動機的分類
電動機是電動車的關(guān)鍵部件之一。電機和輪轂結(jié)合安裝在電動車上，從而達到運行的目的。電機的性能基本上決定了電動車的性能和檔次。目前電動車均采用稀土永磁直流電機。所謂永磁電機，是指電機線圈采用永磁體激磁，不采用線圈激磁的方式，這樣就省去了激勵線圈工作消耗的電能，提高了電機的轉(zhuǎn)換效率，延長了續(xù)行里程。電機大致可以分為直流有刷電機和直流無刷電機兩大類。有刷電機分為有刷有齒高速電機、有刷無齒低速電機；無刷電機分為無刷有齒高速電機、無刷無齒低速電機；有刷電機和無刷電機最直觀的區(qū)別是有刷電機有2根引線，無刷電機有8根引線。有刷電機采用碳刷和換向器工作，無刷電機采用傳感器加三個霍爾元件進行換向。它們各自的優(yōu)缺點如下：
4.1.1 有刷電機的優(yōu)缺點
（1）有刷電機、控制器啟動塊，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維修簡單，配件易購。
（2）有刷電機一般使用一段時間就需要更換碳刷（2只或4只），但更換一組碳刷的成本僅為幾元錢，比較經(jīng)濟。
（3）有刷電機比無刷電機相比噪聲較大，但在室外騎行時基本聽不到。
（4）有刷電機比無刷電機費電。
（5）有刷電機動力性能和爬坡能力相對弱一些。
4.1.2 無刷電機的優(yōu)缺點
（1）無刷電機工作時因為輸出轉(zhuǎn)矩大，效率高，噪聲小，運行平穩(wěn)，成為當前電動車上應(yīng)用的主流電機。
（2）無刷電機使用壽命長，爬坡能力強、有勁，有“永不磨損”的優(yōu)點，正常不需要維修。
（3）電機與控制器的綜合效率高。
（4）無刷電機更需要防水，因為無刷電機中有霍爾元件和大量的硅鋼片，如果電機進水，會造成霍爾元件損壞和硅鋼片生銹，造成電機損壞。
（5）無刷電機控制器電路復(fù)雜，售價也高，配件不易購買。
表1 有刷電機和無刷電機的綜合比較
Table.1 The comprehensive comparison of brush motors and brushless motors
項目
無刷電機
高速有刷電機
低速有刷電機
效率
高
低
中
功率密度
中
高
低
換向火花
無
大
小
壽命
長
短
中
震動
中
中
小
噪聲
小
大
中
電磁干擾
無
大
中
啟動加速
良
優(yōu)
差
過載能力
中
大
小
溫升（繞組）
中
高
低
磁體
低
高
高
可靠性
高
低
中
結(jié)構(gòu)
復(fù)雜
復(fù)雜
簡單
工藝
復(fù)雜
復(fù)雜
簡單
材料消耗
中
中
多
成本
中
較貴
低
運行
低
較貴
低
環(huán)境適用性
強
有選擇
有選擇
通過以上有刷電機與無刷電機的比較，本電動車采用有刷電動機。
4.2 電動機功率的選擇
4.2.1 行駛阻力
（1）滾動阻力
Fr =Pfrcosα （1）
式中：P—— 作用在于滾動輪中心的鉛垂方向的載荷
fr—— 輪胎阻力系數(shù)
α—— 路面的傾斜角
查滾動阻力系數(shù)?。篺r=0.030
Fr = Pfrcosα=450×10×0.030×cos30°=120N=0.12KN
（2）爬坡阻力
Fg =Mgsinα （2）
式中：M——三輪車總承重
α——路面的傾斜角
Fg =Mg sinα=450×10×sin30°=2250N=2.25KN
4.2.2 最大功率
Pm =（Fr+Fg）·Vm =(0.12+2.25)KN×30km/h =1.975KW （3）
4.2.3 最大轉(zhuǎn)速
n=60Vm/(2πr) =(30km/h×60)/(2π×0.307)=258r/min （4）
因此，綜上所述本電動車選用功率為2kw,型號為180SY01A的有刷電機。
5 蓄電池的選擇
蓄電池是將電能轉(zhuǎn)換為化學能，又將化學能轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置。蓄電池是電動車的動力源，它的性能直接影響電動車的行駛里程。目前電動車上使用的蓄電池有密封鉛酸蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池。電動車對蓄電池的要求是容量大、壽命長、重量輕、價格低廉。密封鉛酸蓄電池的優(yōu)點是價格低，內(nèi)電阻小，電壓穩(wěn)定，具有良好的防震性能和密封性能；鋰離子蓄電池和鎳氫蓄電池雖然重量輕，壽命長，但價格高。鉛酸蓄電池的主要特點是采用稀硫酸液做電解液，用二氧化鉛和絨狀鉛分別作為蓄電池的正極和負極。鉛酸蓄電池發(fā)展到今天已經(jīng)有130年的歷史，由于它性能可靠，生產(chǎn)工藝成熟，性價比較高，容量大，可修復(fù)，因此本電動載貨三輪車就采用型號為6-DZM-20的鉛酸蓄電池。
6 控制器的選擇
控制器主要功能是控制電動車電機運轉(zhuǎn)速度的快慢，具有欠壓、限壓、限流、保護功能。其性能和質(zhì)量決定電動車的整車性能。電機的形式不同，選擇的控制器也不同。電機為無刷電機，則匹配的控制器也為無刷控制器；電機為有刷電機，則匹配的控制器也為有刷控制器。
現(xiàn)在，電動車用控制器不管有刷、無刷，普遍采用PWM（Pulsc Width Modulation,脈寬調(diào)制）調(diào)速方式。采用PWM調(diào)速方式，控制器能量利用率較高?？刂破鲀?nèi)部除必須要有PWM發(fā)生器電路外，還要有電源電路、功能器件、功率器件驅(qū)動電路、控制器件驅(qū)動電路、控制部件（轉(zhuǎn)把、閘把、電機霍爾元件）、信號采集單元與處理電路、過流與欠壓等保護電路。
6.1 控制器的功能
（1）剎車斷電功能：剎車時，控制器能夠自動切斷電機的電源。
（2）調(diào)速功能：可以對電動車實現(xiàn)無級調(diào)速和定速行駛。
（3）限流保護：大電流自動保護，當電流超過一定值時，能自動限制電流的輸出。
（4）電池欠壓保護：當電池電壓降至欠壓保護值31.5V以下時，電機斷電不工作。
（5）助力功能：智能型1:1助力、1:2助力控制器，可根據(jù)腳踏情況提供電流、電壓，使人感到輕松省力。
6.2 控制器的分類
控制器分兩大類：有刷控制器和無刷控制器。
6.2.1 有刷控制器
有刷控制器的工作原理框圖如圖2所示。
內(nèi)部穩(wěn)壓電源提供控制器內(nèi)部電子元器件的工作電壓。
圖2 有刷控制器的工作原理框圖
Fig.2 Brush controller block diagram
PWM芯片根據(jù)轉(zhuǎn)把的輸入電壓，輸出相應(yīng)脈沖寬度的方波給MOS管驅(qū)動電路（MOS為金屬氧化物半導體）
MOS管驅(qū)動電路將PWN信號整形提供給MOS管。
MOS管是大電流開關(guān)器件，其導通時間與關(guān)閉時間受PWM信號的控制。
欠壓保護電路在電池電壓降到控制器設(shè)定值一下時，停止PWM芯片信號的輸出，以保護電池不至于在低電壓情況下放電。
限流保護電路是對控制器輸出的最大電流進行限制，以保護電池、控制器、電機等不會出現(xiàn)超出允許范圍的大電流。
6.2.2 無刷控制器
無刷控制器和無刷電機配合使用，省電、有勁，可使電動車續(xù)行里程更長。無刷控制器的工作原理圖如圖3所示。
圖3 無刷控制器的工作原理框圖
Fig.3 Schematic block diagram of the brushless controller
內(nèi)部穩(wěn)壓電源提供控制器內(nèi)部電子元器件的工作電壓。
主處理芯片PWM根據(jù)無刷電機的霍爾信號對上三路和下三路的MOS管驅(qū)動電路給出有選擇的打開和關(guān)閉信號，以完成對電機的換相。同時，根據(jù)把輸入電壓的大小，將相應(yīng)脈沖寬度的載波信號與下三MOS管信號混合，已達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。
MOS管驅(qū)動電路將PWM信號整形放大，提供給MOS管。另外，對于上三路的三個MOS管來說，它們的驅(qū)動電壓要求高于電池供電電壓，因此，MOS管驅(qū)動電路還具有升
壓功能，將上三路的MOS管導通信號變成高于電池電壓的超高方波信號。
MOS管是大電流開關(guān)器件，其導通時間與關(guān)閉時間受導通信號與PWM信號合成的混合信號控制。
欠壓保護電路在電池電壓降低到控制器設(shè)定值一下時，停止PWM芯片信號輸出，以保護電池不至于在低電壓的情況下放電。
限流保護電路是對控制器輸出的最大電流進行限制，以保護電池、控制器、電機等不會出現(xiàn)超出允許范圍的大電流。
通過以上有刷控制器與無刷控制器的比較，并且控制器要與電動機的型號匹配，因此本電動三輪車采用型號為ZK36V6A的有刷控制器。
7 電動三輪車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計
7.1 轉(zhuǎn)向方式的確定
三輪運輸車上廣泛采用的轉(zhuǎn)向機構(gòu)有轉(zhuǎn)向把式和轉(zhuǎn)向盤式兩種。考慮到電動三輪車在駕駛過程中的方便和本身的結(jié)構(gòu)，于是此電動三輪車采用方向把式轉(zhuǎn)向。
7.2 前叉的設(shè)計
前叉部件：前叉部件在電動三輪車結(jié)構(gòu)中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，頭管與車架部件配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導向系統(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(zhì)，故前叉部件必須具有足夠的強度等性質(zhì)。導向系統(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。通常的前叉由頭管、叉冠（叉肩）、內(nèi)管（行程管）、塵封、外管組成。[3]
前叉總體設(shè)計如圖4所示。
7.2.1 前叉轉(zhuǎn)向軸的設(shè)計
軸的材料選擇和最小直徑估計：
根據(jù)工作條件，初選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。按鈕轉(zhuǎn)強度法進行最小直徑估算，即：
d0 =A0 （5）
電動三輪車額定功率：2000w?、最高車速：30 km/h 、電動三輪車總承重：450kg??
因此：
d0 =A0=126 =24.9mm
于是取頭管直徑為:30mm,內(nèi)管的直徑為:30 mm,減震套筒的外徑為:50mm,外管的直徑為40mm。
7.2.2 叉冠的設(shè)計
根據(jù)前輪軸的長度可以確定前叉立管中心距為176mm,采用螺母夾緊增加摩擦力的方式來進行固定。夾緊孔選擇直徑為30mm，頭管中心線到轉(zhuǎn)軸中心線的垂直距離為42mm,叉冠厚度為40mm。
圖4 前叉
Fig.4 Fork
7.2.3 減震器的選擇
據(jù)我了解，前叉目前有很多種設(shè)計方式，常見的有液壓式、彈簧式、氣壓式等。氣壓式減震是通過氣囊來完成其性能的氣囊真正的作用有兩點：
（1）緩解內(nèi)桿移動時產(chǎn)生的液壓腔容積變化！
（2）防空程作用，使液壓阻尼能更好的工作！
由于使用氣囊式減震成本太高，一時還難以讓消費者接受。我決定還是使用彈簧式減震比較使用，用在電動三輪車上完全可以滿足它的使用要求。故在這里還是選用彈簧式前叉，前叉立管的最小長度選擇為820mm, 最大長度為880mm。車軸孔直徑選擇為19 mm,兩立管內(nèi)沿的距離為152mm。
這款減震器既經(jīng)濟使用，又完全能滿足車輛的使用要求，并卻在市場上也容易買到，便于零部件的購買與維修。不是出現(xiàn)大的問題，一般情況下自己就可以處理和進行維護。
8 電動三輪車行走系統(tǒng)的設(shè)計
8.1 車架的設(shè)計
車架按其總體結(jié)構(gòu)型式，可分為框架式、脊梁式和綜合式三種，而框架式又可分為邊梁式和周邊式。現(xiàn)在，大部分車架采用邊梁式車架。邊梁式車架一般由縱梁和橫梁聯(lián)接組成?？v梁是車架的主要承載元件，其長度大致接近整車長度，一般為軸距的1.4—1.7倍。縱梁的形狀應(yīng)力求簡單，斷面沿長度不變或少變化，這樣可以簡化工藝。如果要求縱梁各處斷面的應(yīng)力接近，則可以通過改變縱梁的高度使其中部斷面大，兩端斷面小。橫梁的主要作用是連接左右縱梁而構(gòu)成一個框架，從而保證車架有足夠的抗扭鋼度。此外，橫梁還有支撐汽車各主要總成的作用。[4]
本文分析的載貨電動三輪車車架采用邊梁式焊接框架結(jié)構(gòu)，如圖5所示，本車架有其特別之處，由前后兩部分組成，中間部位空間用來放置蓄電池。車架各梁采用空腹矩形截面結(jié)構(gòu)型鋼，由五根縱梁、七根橫梁和一些加強桿組成，縱梁的功用主要是載重、傳力。橫梁和加強桿的主要作用是增強車架整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時還具有承載、傳力和增強車架強度、剛度的作用。其主要尺寸規(guī)格為：后兩根縱梁40mm X 100mm；前三根縱梁40mm X 60mm；橫梁40mm X 60mm；前后部分連接處為五根40mm X 40mm杠桿;其余加強桿為40mm X 30mm。車架各部件之間焊接連接，結(jié)構(gòu)總長2200mm，車前身長度800mm,車廂部分長度為1400mm,寬度650mm。
圖5 車架
Fig.5 Frame
8.2 電動三輪車后橋選用
電動三輪車后橋采用丁字型后橋，丁字型電動后橋具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、傳動效率高、故障率低、適應(yīng)能力強等優(yōu)點，專門用于實用三輪、小四輪電動車。它的應(yīng)用重量應(yīng)用使車輛重量減輕，機構(gòu)布置合理、車輛控制操作簡單、成本大幅下除、故障率明顯減少，是低價位鉛酸電池電動車的最佳配套產(chǎn)品。因此，本電動三輪車采用100型丁字一體后橋。??
丁字型電動三輪車后橋采用的是差速電機的驅(qū)動形式，這樣的后橋不用鏈傳動，直接通過齒輪傳動傳到后輪上。較少了功率在傳動過程中的能量損失，也簡化了后橋的工藝流程和加工難度。既方便又實用美觀，一定是未來電動三輪車的典范。
電動三輪車后橋半軸的選用：
根據(jù)工作條件，初選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。按鈕轉(zhuǎn)強度法進行最小直徑估算，即：
d0 =A0
電動三輪車額定功率：2000w??、車輛自重：200kg（含電池）電動三輪車額定功率：2000w?、最高車速：30 km/h 、電動三輪車總承重：450kg，于是得
d0 =A0 =126=24.9mm
初算軸時，最小直徑段開有鍵槽，還要考慮鍵槽對強度的影響。當該段截面上有一個鍵槽時，直徑增大5%-7%,兩個鍵槽時，直徑增大10%-15%。
因此
d1=d0(1+15%)=24.9×（1+15%）=28.6mm
為了能和軸承相配合，那么可以確定后橋半軸的最小直徑為30mm。
因為半軸是主要承受扭矩的軸，因此下面只對半軸進行扭轉(zhuǎn)強度的校核：
τT=(9550000p/n)/0.2d3=(9550000×2/258)/0.2×303 （6）
=13.7MPa <[τT]=25MPa
因此，半軸強度滿足設(shè)計要求。
8.3 傳動軸的設(shè)計
根據(jù)工作條件，初選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。按鈕轉(zhuǎn)強度法進行最小直徑估算，即：
d0 =A0
電動三輪車額定功率：2000w??、車輛自重：200kg（含電池）電動三輪車額定功率：2000w?、最高車速：30 km/h 、電動三輪車總承重：450kg，于是得
d0 =A0 =126=24.9mm
初算軸時，最小直徑段開有鍵槽，還要考慮鍵槽對強度的影響。當該段截面上有一個鍵槽時，直徑增大5%-7%。
因此
d1=d0(1+7%)=24.9×（1+7%）=26.6mm
為了能和聯(lián)軸器相配合，那么可以確定傳動軸的最小直徑為28mm。
因為傳動軸是主要承受扭矩的軸，因此下面只對半軸進行扭轉(zhuǎn)強度的校核：
τT=(9550000p/n)/0.2d3=(9550000×2/258)/0.2×283
=16.8MPa <[τT]=25MPa
因此，半軸強度滿足設(shè)計要求。
9 電動三輪車制動系統(tǒng)的設(shè)計
電動三輪車的制動系統(tǒng)一般是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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)。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(chǎn)生很大的摩擦阻力，迫使車輪停止轉(zhuǎn)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(fù)原位，解除制動。
9.1 電動三輪車前輪制動系統(tǒng)
電動三輪車前輪制動系統(tǒng)采用手捏閘形式:
制動原理：通過電動三輪車前叉手柄——手柄拉線——剎車拉片——剎車轉(zhuǎn)軸 ——輪觳——剎車皮——剎車鍋達到剎車的作用。
9.2 電動三輪車后輪制動系統(tǒng)
電動三輪車后輪制動系統(tǒng)采用腳踩制動踏板式：
原理：通過制動踏板——連桿——中間轉(zhuǎn)軸——連桿——拉片——制動轉(zhuǎn)軸——制動摩擦片壓緊輪觳完成制動過程。
9.3 電動三輪車駐車系統(tǒng)
電動三輪車駐車系統(tǒng)采用制動手柄式：
原理：駐車手柄中間有一帶彈簧的導桿與車身上的齒狀鎖止開關(guān)配合，通過駐車手柄——連桿——中間轉(zhuǎn)軸連接制動系統(tǒng)起到駐車的作用。
10 輪胎、輪輞的選擇
10.1 輪胎
輪胎是汽車上最重要的組成部件之一，它的作用主要有：支持車輛的全部重量，承受汽車的負荷；傳送牽引和制動的扭力，保證車輪與路面的附著力；減輕和吸收汽車在行駛時的震動和沖擊力，防止汽車零部件受到劇烈震動和早期損壞，適應(yīng)車輛的高速性能并降低行駛時的噪音，保證行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性、舒適性和節(jié)能經(jīng)濟性。本電動車設(shè)計的最高時速為30km/h，最大載貨重量小于250kg，因此采用輕便型摩托車輪胎，規(guī)格為2 1/2-15。
10.2 輪輞
輪輞的常見形式主要有兩種：探槽輪輞和平底輪輞；此外，還有對開式輪輞、半深槽輪輞、深槽寬輪輞、平底寬輪輞以及全斜底輪輞等。
（1）深槽輪輞：這種輪輞是整體的，其斷面中部為一深凹槽，主要用于轎車及輕型越野汽車。它有帶肩的凸緣，用以安放外胎的胎圈，其肩部通常略向中間傾斜，其傾斜角一般是5度±l度。傾斜部分的最大直徑即稱為輪胎胎圈與輪輞的著合直徑。斷面的中部制成深凹槽，以便于外胎的拆裝。深槽輪輞的結(jié)構(gòu)簡單，剛度大，質(zhì)量較小，對于小尺寸彈性較大的輪胎最適宜。但是尺寸較大又較硬的輪胎，則很難裝進這樣的整體輪輞內(nèi)。
（2）平底輪輞：這種輪輞的結(jié)構(gòu)形式很多，在安裝輪胎時，先將輪胎套在輪輞上，而后套上擋圈，并將它向內(nèi)推，直至越過輪輞上的環(huán)形槽，再將開口的彈性鎖圈嵌入環(huán)形槽中。
（3） 對開式輪輞：這種輪輞由內(nèi)外兩部分組成，其內(nèi)外輪輞的寬度可以相等，也可以不等，兩者用螺栓聯(lián)成一體。拆裝輪胎時，拆卸螺母即可。
由于輪輞是輪胎的裝配和固定基礎(chǔ)，當輪胎裝入不同輪輞時，其變形位置與大小也發(fā)生變化。因此，每一種規(guī)格的輪胎，最好配用規(guī)定的標準輪輞，必要時也可配用規(guī)格與標準輪胎相近的輪輞(容許輪輞)。如果輪輞選用不當，會造成輪胎早期損壞。所以本三輪車采用1.85E×15深槽輪輞。
11 結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計是本科教學工作的最后一個環(huán)節(jié)，同時也是很重要的一個環(huán)節(jié)，是對學生整個大學生活中所學知識的綜合檢驗。
通過本次設(shè)計，對大學四年所學到的知識有了進一步的了解，充分的運用了本專業(yè)所學的科目，將這些知識進行了綜合運用，同時把這四年的學習中所學到的、看到的，盡可能的運用到本次設(shè)計中。在對機械和機械傳動零件的分析、設(shè)計、選用、正確使用以及維護等方面有了更加深刻的理解。真正做到了理論與實踐相結(jié)合?？偨Y(jié)了過去四年中學習到的機械設(shè)計制造的基本知識，進一步了解常用機構(gòu)、常用傳動方式、聯(lián)接零部件、軸系零部件的應(yīng)用。通過對本課程的學習，使我對機械設(shè)計方面的基本內(nèi)容有一個總體了解，對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的認識上升到了一個新的高度。
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致 謝
本次設(shè)計是在楊文敏老師的悉心指導和熱情關(guān)懷下完成的，從開題到定稿，歷時數(shù)月。設(shè)計過程中遇到許多問題，在楊老師的細心幫助下一一解決。在本設(shè)計完成之際，首先要向我的指導老師楊文敏副教授致以最誠摯的感謝。在設(shè)計過程中，楊老師給了我許許多多的幫助和關(guān)懷。楊老師學識淵博、治學嚴謹，待人平易近人。在楊老師的悉心指導下，我不僅對以前所學的知識更熟練更扎實，而且更開闊了視野，更深入，也在怎樣處人處事上受益匪淺；同時楊老師對工作的熱情、一絲不茍、認真負責、有條不紊、實事求是的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，也是我以后參加工作的學習榜樣。在此謹向楊老師表示衷心的感謝和深深的敬意。同時，我還要感謝為我授課的各位老師，是他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學到了知識，培養(yǎng)了能力。在這里我鄭重的向培養(yǎng)我的湖南農(nóng)業(yè)大學每一位老師表示由衷的感謝！也感謝我的同窗同學，感謝他們的探討和交流，感謝他們的幫助和支持！
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