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1、电动观光汽车总体结构设计 毕 业 设 计题目_ 电动观光汽车总体结构设计_ 目录目录1摘要2前言31 电动汽车的发展史及现状11.1电动汽车的历史11.2 电动汽车的现状以及技术水平22设计参数的选择32.1 设计目的和要求以及总体构想32.2设计参数的选择33 电动汽车总成的布置和参数的确定43.1电动汽车电机的选择43.2电动汽车电池的选择73.3 车胎的选择83.4电动汽车的驱动系统93.5 电动汽车传动系的布置形式和驱动桥的选择113.6 电动汽车前后悬架的选择113.7 车桥选择123.8 电动汽车的转向系和制动系133.9车架的设计153.9.1车架形式的介绍与确定153.9.2车
2、架设计主要考虑的问题154 参数的校核和确定17致谢23参考文献24电动观光汽车总体结构设计摘要该论文研究的课题是电动观光汽车总体结构设计。在本文首先简要介绍电动汽车的发展史和目前的技术水品，以及电动汽车总体构想；然后就是整车基本设计参数的分析和选择；最后就是电动汽车总成的布置，其中详细介绍了电机、电池、车轮和车桥的选择，以及传动系统、驱动系统、传动系的布置形式的分析，以及车架的总体设计；最后是参数的校核与确定。关键词：电动汽车 结构 动力电池 电机AbstractThe this paper researchs topic is the electrically operated sight
3、seeing car gross structure design. First briefly introduces electric automobiles history and the present technical water in this article, as well as electric automobile overall conception; Is the complete bikes basic design parameter analysis and the choice; Finally is the electric automobile unit a
4、rrangement, introduced the electrical machinery, the battery, the wheel and the vehicle bridges choice in detail, as well as transmission system, driving system, power transmission arrangement form analysis, as well as frames system design; Finally is the parameter examination and the determination.
5、Keywords: electric sightseeing car, electric battery, power ,structure前言汽车工业给人类带来便利和经济利益的同时，也加剧了世界的能源和环境问题。而且我国是一个石油资源短缺的国家，随着汽车保有量的增加，环境污染问题也日益严重，电动汽车的开发应用已引起广泛重视。为此，各国政府、各大汽车公司正在加大电动汽车开发投入的力度，加速电动汽车的商品化步伐。现在，由于国内外的混合动力成本高，普及还要很长时间，同时混合动力也要消耗油料；氢能源也存在着储存等问题；纯电动汽车由于有电池能量密度的约束，没有真正大批量投入市场 。但是，在国内有些地方
6、需要不是很高速度的车辆，同时运行距离不是很远，如旅游区和某些城市的步行街。这样，按照现有的技术水平设计成本低的纯电动汽车就能满足其使用要求，电动旅游车就是其中之一。第24页1 电动汽车的发展史及现状1.1电动汽车的历史电动汽车的发展史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是电动汽车。后来，由于燃油汽车技术的迅速发展，而电动汽车在能源技术和行驶里程的研制上长期未能取得突破，从20世纪20年代初至60年代末，电动汽车的发展进入了一个沉寂期。进入70年代以来，由于中东石油危机的爆发以及人类对自然环境的日益关注，电动汽车才再度成为技术发展的热点。 自从汽车诞生的那一天起，环境问题就一直伴随其左右，世界人
7、口和汽车的增长趋势如下图所示。今后50年，世界人口将由60亿增加到100亿，汽车数量将由7千万增加到2亿5千万。如果这些车辆都采用内燃机，那么所需的燃油从何来?而其排出的废气又如何处置，那样我们的天空将永远是灰色的而不是蓝色的。因此我们必须开发出清洁、高效、智能的交通车辆，才能使2l世纪的交通可持续发展。从当今世界的能源与环保的现状来看，解决这个问题的最好的方法就是大力发展电动汽车。因为从环保的角度来看，电动汽车是零排放的交通工具，即使计入发电厂增加的排气，总量上看，它也将使空气污染大大减少。从能源的角度来看，电动汽车将使能源的利用多元化(例如可使用各种再生能源)和高效化，达到能源的可靠、均衡
8、和无污染地利用的目的。在改善交通安全和道路使用方面，电动汽车更容易实现智能化。电动汽车的发展将使集中考虑能源、环保及交通成为可能，而且，它对于促进高科技的发展、新兴工业的兴起以及经济的发展都将产生深远的影响。进入无马车时代以后，电功汽车就进人了个商业化的发展阶段，此时的电动汽车有辐条车轮、充气轮胎、舒适的弹簧椅和豪华的车内装饰。到1912年,美国有34000辆电动汽车注册。1899到1916年期间Baker电气公司一直是美国最重要的电动汽车制造厂之一。在1901到1920年，英国伦敦电动汽车公司生产了后轮轮毅电动机式、后轮驱动、斜轮转向和允气轮胎的电动汽车1907到1938年期间，底特律电气公
9、司生产的电动汽车不仅具有无噪声、清洁可靠的优点，而且最高时速达到40Km/h，续驶里程为129Km。人们常说“一个人的敌人同时也是他的伙伴”，这句话用于描述电动汽车的发展尤为合适，因为电动机是电动汽车驱动的关键部件同时它又帮助燃油汽车与电动汽车竞争对抗。1911年，Kettering发明了汽车起动机，使得燃油汽车比依赖于方便驾驶的电动汽车来说更具吸引力，从此打破了电动汽车在市场的主导地位。而福持的想法彻底结束了电动汽车的生命，他大批量生产福特T型车，使其价格从1909年的850美元降到了1925年的260美元，因此加速了纯电动汽车的消失。而燃油汽车的续驶里程是电动汽车的23倍，且使用成本低，因
10、而使得电动汽车的制造商想占领一定的市场份额已不可能。到20世纪30年代，电动汽车几乎消失了。而直到近30年，能源危机和石油短缺才使得电动汽车重获新生。1.2 电动汽车的现状以及技术水平今天，汽车制造商在不断推动电动汽车技术的发展并开始始将电动汽车商业化，在世界范围内，尤其在美国、日本和欧洲，许多汽车生产商开始生产电动汽车或者涉及电动汽车领域。美国的通用、福特、克莱斯勒、美国电动汽车公司以及Solectria为了响应加州的法规，在电动汽车的发展中起着很重要的作用。在日本几乎所有的汽车生产商，如丰田、尼桑、本田、马自达、大发、三菱、铃木、五十铃汽车公司等都制定了自己的商业化电动汽车的发展计划。欧洲
11、的许多国家，尤其是法国、德国、意大利和英国都发起了进入电动汽车市场的电动汽车发展计划，其中较活跃的汽车公司有雪铁龙、雷诺、宝马、奔驰、奥迪、沃尔沃、大众、欧宝、菲亚特等。除了汽车生产商以外，还有一些电力公司和电池生产商在电动汽车的示范中也起着积极的作用，其目的都是为了促进以充电电池为动力的电动汽车的商业化，最终获得商业利益。通常他们和汽车生产商合作来发展电动汽车，或者选购电动汽车用于电他评估和演示，电动汽车具有能源利用效率高、能源多样性和环保的特点，为了对电动汽车的使用做出相应的反应，能源和环保机构也积极参与促进电动汽车技术的发展及其商业化的活动中。另外、一些研究所和大学不断研究电动汽车新技术
12、，以使电动汽车能与燃油汽车相竞争。电动汽车分为三大类型纯电动汽车，混合动力电动汽车和燃料电池汽车。20世纪70年代，汽车保有量呈几何级数增长，造成了严重的环境污染。随着光化学污染等环境污染的发生，西方发达国家政府开始注重环境保世纪 年护，一些著名的汽车公司转向研究和开发电动汽车。从20世纪70年代代起，世界发达国家均投入巨资进行电动汽车的商业化开发和应用。到 20世纪90 年代，欧美发达国家纷纷制定了汽车尾气排放标准并严格执行。与世界其他国家一样电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略
13、高度考虑设立“电动汽车重大科技专项”，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关：为此，从2001年10月起，国家共计拨款8.8亿元作为这一重大科技专项的经费。 2设计参数的选择2.1 设计目的和要求以及总体构想（1）本次毕业设计八座电动观光汽车的总体设计。要求和大致数据如下：1. 电动汽车的驱动方式为电力驱动，并且是以电池作为动力源；2. 所设计的电动汽车的最高车速不得高于25km/h；3. 所设计的电动汽车座位数为8座；4. 续行驶里程：90km；5. 外廓尺寸：(长宽高)：375012501850。（2）对于本次的总体构想。在本次设计中
14、对象是一台低速的八座纯电动汽车，我要做的是一个总体布置设计。根据已知的条件和要求，要设计出一辆类似于旅游观光的车（例如校园或者风景区用车），座位数为8座，最高车速为25km/h,以电池作为动力源。电动汽车它行驶的路线比较特殊，只是在某一区域行驶，路况比较好，行驶速度较低。作为电动汽车最关键的是电动机和电池的选择。目前一般电动汽车用的电池有飞轮储能装置、燃料电池、化学电池三种，化学电池(铅酸蓄电池)是技术最成熟的一种，成本也最低，对于我所要设计的观光车来说，选铅酸蓄电池最合理。具体到选择哪一型号的蓄电池，在后面会有计算来对铅酸蓄电池型号的选择。电机的选择：所要设计的电动汽车的总重量，（按8个人的
15、体重加上车重）依据这个总重量和最高车速来初选电机的功率，然后在进行计算验证，最后再得出符合要求的电机。电动汽车要的是结构简单，所以布置的时候也会以这个为原则。座位数是8座，其中中间的一排座位下面是用来安装电池的。2.2设计参数的选择 本次要设计的是8座电动观光汽车。作为电动观光汽车对行驶速度和行驶距离要求不高，基本参数选择如下表2.1所示：表2.1 电动汽车基本参数项目数据长宽高(LxBxH)/(mmmmmm)375012501850轴距mm2600迎风面积2.3125离地间隙hmm150一次充电续驶里程(单位：km)80-90最大车速25最大爬坡度%15%风阻系数0.40转弯半径m5.5车重
16、kg780满载总质量kg1342最高车速制动距离4载客数(含驾驶员)(单位：人)83 电动汽车总成的布置和参数的确定3.1电动汽车电机的选择电动汽车以电池为电源，但是电动汽车的驱动电机则可以采用不同的电机，有直流电机、交流感应电机、永磁无刷电机、开关磁阻电机等多种电机。早期电动汽车驱动电机多采用直流电机，而且当前仍在一些电动汽车上使用，但目前应用最广泛的为交流感应电机和永磁无刷电机，开关磁阻电机作为70年代兴起的新型电机在电动汽车应用方面也有着非常巨大的潜力。交流感应电机以及所采用的变压变频技术(VVVF)最成熟，这种调速系统将变压变频统一为一体。起动电流小，调速范围较宽，最高转速可达15 O
17、00rmin，电机能够实现四象限运行，制动时可再生发电。为了适应电动汽车的要求，电机体积必须做得小些，这样使铁芯容易饱和。在电机饱和区域内很难实现对电机转矩进行准确和稳定地控制。为此需要采取矢量控制；但矢量控制技术难度较大，控制回路复杂，变换器开关元件容易产生直通现象，必须增加必要的保护电路，系统成本较高；加上交流感应电机固有的缺点 起动力矩较小，这些都将限制交流感应电机在电动汽车上的应用。永磁无刷电机通过转子位置检测器实现自整步控制，用电子开关进行换向，如果采用双向导通开关进行换向，可以提高永磁无刷电机的转矩特性，并控制电机实现四象限运行。永磁无刷电机最高转速可达10 O00rmin，系统效
18、率高，能量转换密度大，起动力矩较大，适合小型化发展。但是，永磁材料的使用使电机制造工艺复杂，限制了电机的最大功率，价格也很昂贵；永磁材料受温度影响较大，在大过载电流下，也可能导致永磁材料的导磁性能下降，严重时会产生退磁以致大大影响电机性能。另外，为实现四象限运行，变换器的开关元件较多，也会产生直通现象。开关磁阻电机构造最简单，如图3.1所示，定、转子均为凸极齿槽结构。其转子上无任何绕组。因此转子上没有铜耗，且转子非常坚固,所以特别适合高速运行。它的最高转速可以达到100000rmin以上。其定子上只有集中绕组，制造工艺简单，易于冷却，所以可以适当地提高电机的能量密度。图3.1 三相6/4结构开
19、关磁阻电机截面图由于开关磁阻电机可控参数多，控制非常灵活；采用角度控制开关损耗较小，而且在不增加开关数量的前提下可方便地进行四象限运行。开关磁阻电机的变换器结构简单，绕组与开关是串联结构，不会产生直通现象，因此可靠性较高。开关磁阻电机也有较高的能量转换密度，可做到与交流感应电机同机座同出力。开关磁阻电机的振动和噪声相对较大，但可望通过优化机械设计和采用先进的控制方法加以解决。综上所述，开关磁阻电机体积，可靠性方面均优于交流感应电机和永磁无刷电机，在效率和单位体积提供的转矩方面至少与后两者相当或优于它们，在未来电动汽车研制过程中开关磁阻电机定会得到广泛的重视和应用。电状态将能量释放出来。飞轮储能
20、装置比能量和能量密度较高，使用寿命长，不含有毒物质。所以我选的是开关磁阻电机。正确选择电动机的额定功率十分重要。如果选的过小，则电动机经常在过载状态下运行；相反，如果选的太大，则电动机经常在欠载状态下运行，效率及功率因素降低，不仅浪费电能，而且需增加动力电池的容量，综合经济效益下降。通常，从保证汽车预期的最高车速来初步选择电动机应有的功率。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。.（3.1）：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）：汽车迎风面积本文所设计的电动汽车
21、总重量，我估算为1300kg，即13000N；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1250mm，车高暂定为1850mm，则A=12501850=2312500=2.3125带入上述数据由3.1）计算得：1.750kw从这可以知道电机的功率至少为1.750kw，但是所选择的电机功率肯定要大一些。所选电机参数见表3.1。表3.1 电机参数型号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/min最高转速2000r/min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21634
22、03.2电动汽车电池的选择作为电动汽车的储能系统 电池性能的高低决定着电动汽车性能的优劣。目前，电池技术日新月异，电池种类繁多，但它仍然是电动汽车发展的瓶颈。这主要是因为，首先，电池的比能量和能量密度均较低，一次充电行驶里程短；其次，电池的体积和质量在电动汽车上所占比例相当大，严重地影响了电动汽车的整体性能；第三，充电时间长，使用不方便。飞轮储能装置飞轮储能装置也称机械电池，它靠飞轮的高速旋转储存机械能。充电时，与飞轮相连的电机使飞轮处于高速旋转状态；放电时，转换为发电状态将能量释放出来。飞轮储能装置比能量和能量密度较高，使用寿命长，不含有毒物质。燃料电池燃料电池是利用燃料(氢气、甲醇等)和空
23、气的电化学反应，将燃料的化学能直接转化为电能。只要连续不断地向电池供应燃料，燃料电池就能连续输出电能。其反应物为水蒸气，不污染环境，能量转换效率高，不需充电。根据电解质种类的不同，燃料电池可以分为碱性燃料电池(AFC)、离子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)等。化学电池化学电池种类繁多，目前适用于电动汽车的电池主要有：铅酸电池、镍镉电池，镍氢电池，钠硫电池，锂电池和锌空气电池等。铅酸电池是目前电动汽车使用最广泛的电池，尽管铅酸电池难以达到电动汽车长期目标要求，但铅酸电池技术较成熟，寿命约8001000次，成本低廉。缺点是比能量低，快速充电技
24、术还未成熟。在目前以及未来10年中铅酸电池仍是电动汽车的主力电池。即使先进电池获得突破性进展，铅酸电池还会在一些性能较低、价格要求便宜的电动汽车中应用。考虑到成本与所设计的电动汽车的实际性能，我决定使用化学电池铅酸电磁作为该电动汽车的动力源。电池的电压由电动机决定，容量由电动汽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。下面就要根据电动汽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，所要设计的电动汽车的续行驶里程为90km，最高车速为25km/h。电机功率为2.5KW。则电动汽车能够续行驶的时间为：电动汽车电池的容量应为：从上面的计算可知，所选电池的容量
25、至少为187.5，我选择的是200Ah的铅酸蓄电池，该电池的具体参数见下表3.2。表3.2 电池参数额定电压12V额定容量200Ah外型尺寸（mm）长宽高=520240 220总高（mm）255重量73kg3.3 车胎的选择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，所以设计的电动观光气车选用的是子午线轮胎。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3%8%。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。电动汽车轮胎参数见表3.3。
26、表3.3 轮胎参数型号万通195/65R 1588H轮胎宽（mm）195扁平率（胎高/胎宽）65轮胎直径381子午线结构R载重指数88速度代号（最高安全极速210Km/h）H3.4电动汽车的驱动系统（1）混合动力系统为解决电动汽车一次充电行驶里程过短的问题，混合动力汽车将是一个很好的选择。它是一种将电力与其它动力(如低污染排放的代用)。燃料发动机)进行组合来实现高效率驱动的汽车。根据发动机与电机组合方式不同大致可分为3种：并联混合动力电动汽车(PHV)、串联混合动力电动汽车(SHV)、串并联混合动力电动汽车(PSHV)。混合动力电动汽车很好地解决了纯电动汽车电池容量不足的问题。由于发动机在相对
27、稳定的状态下工作因此效率较高。排放的污染气体的含量大大降低，在市区行驶时可以仅由电动机工作以达到零排放标准。我国煤炭资源丰富而石油资源不足，混合动力电动汽车可以使用多种燃料并对多种能源进行综合利用。混合动力电动汽车在电机驱动的基础上又增加了发动机发电机组，车辆的一次成本提高了15%20% 。尽管混合动力电动汽车性能较优越，但它只是公路交通工具由内燃机汽车向电动汽车发展的中间暂时过渡产品。随着新材料新技术的不断发展，特别是电池能量密度的高，混合动力电动汽车终将会被纯电动汽车所代替。图3.2 电动汽车的驱动方式图3.2 电动汽车的驱动方式（2）驱动配置电动汽车的驱动方式主要有4种，见图3.2。其中
28、(a)为普通式，b)为无变速器式，(c)为无差速器式，(d)为轮式电机式。内燃机汽车的驱动机构是由离合器、变速器、差速器等组成的。因此。机械传动系统消耗的能量约占总有效能量的10 。电动机的外特性与内燃机不同，其转速从零到最高转速范围内可任意调节，且在低转速区转大矩。体积小，效率高而且可做到大减速比的行星齿轮减速器可以使较高的电机最大设计转速与电动汽车要求相适应，从而减小电机的体积使之能够装入汽车轮毂。随着电机技术、功率变换技术和控制技术的进一步发展，减速器最终将被取消，使传动系统能量损耗降到最低。所以在本次设计中电动汽车的驱动方式选择图3.2中的（C）中的样式。3.5 电动汽车传动系的布置形
29、式和驱动桥的选择（1）传动系的布置形式在本次设计中采用后置后驱RR：即发动机后置、后轮驱动在大型客车上多采用这种布置型式，少量微型、轻型轿车也采用这种型式。发动机后置，使前轴不易过载，并能更充分地利用车箱面积，还可有效地降低车身地板的高度或充分利用汽车中部地板下的空间安置行李，也有利于减轻发动机的高温和噪声对驾驶员的影响。缺点是发动机散热条件差，行驶中的某些故障不易被驾驶员察觉。远距离操纵也使操纵机构变得复杂、维修调整不便。但由于优点较为突出，在大型客车上应用越来越多。本次设计的电动汽车选用的传动系统是电力式传动系统，它和燃油汽车的静液式传动系统有些类似。采用的也是后置后驱RR，电动机固定在后
30、轴上，省去了传动装置，离合器和变速器也都用不着，使整个传动系统大大简化，同时也降低了汽车的自重，提高了汽车的动力性性能。（2）驱动桥的选择汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其作用主要有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定；同从动桥一起支撑车架及其上的各总成质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小，并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较困难，故其结构型式应在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。驱动桥壳分为整体式桥壳，分段式桥壳和组合式桥壳三类。整体式桥壳具有较大的
31、强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用于各类汽车上。本次设计电动汽车选用的是整体式后轴驱动桥，主减速器和差速器是做成一体的，而电机固定在后轴上，利用齿轮连接直接与主减速器啮合，省去了万向传动装置。3.6 电动汽车前后悬架的选择悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多
32、采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。根据汽车两侧车轮运动是否相互关联，汽车悬架分为非独立悬架和独立悬架两大类。 非独立悬架的结构特点是两侧车轮安装在一根整体式车桥上，车轮连同车桥一起通过弹性元件与车架(或车身)相连。车身的相对稳定性较差。但这种悬架结构简单，制造方便，在载重汽车上被广泛应用。 独立悬架的结构特点是两侧车轮各自单独地通过弹性元件与车架(或车身)相连，并且采用断开式车桥。若一侧车轮相对于车架(或车身)的位置发生变化时，另一侧车轮不受影响。这种悬架结构复杂，但车身的平稳性和高速行驶的稳定性较好，因此在轿车和小客车上得到普遍采用。电动观光气车，其所行驶的路况比较好，并且
33、车速很低。故为使其结构简单，成本低。本次设计前轴选用麦弗逊式独立悬架，因为它结构简单，应用最为广泛，成本也较低，又能满足车一定的舒适性；后轴选采用钢板弹簧非独立悬架，最简单最便宜而又实用的悬架。3.7 车桥选择车桥(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
34、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
35、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。本次设计的电动汽车，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。3.8 电动汽车的转向系和制动系(1)转向系我设计的电动观光车，是结构比较简单的微型车，前悬架是麦弗逊式的独立悬架，鉴于上面所叙说的齿轮齿条式转向器的特点，所以我选择的是齿轮齿条式转向器。 齿轮齿条式转
36、向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。图3.3是齿轮齿条式转向器的几种转向输出方式，根据本次设计的电动汽车的机构以及车架和前悬架的特点，图c 的转向输出方式比较合适。图3.3 齿轮齿条式转向器(2)制动系汽车制动器中有两种形式，鼓式制动器和盘式制动器。鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。但由于结构问题使它在制动过程中散热性能差和排水性能差，容易导致制动效率下降，因此在近三十年中，在轿车领域上已经逐步退出让位给盘式制动器。但由于成本比较低，仍然在一些经济类轿车中使用，主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。典型的鼓式制动器主要由底板、制动鼓
37、、制动蹄、轮缸（制动分泵）、回位弹簧、定位销等零部件组成。底板安装在车轴的固定位置上，它是固定不动的，上面装有制动蹄、轮缸、回位弹簧、定位销，承受制动时的旋转扭力。每一个鼓有一对制动蹄，制动蹄上有摩擦衬片。制动鼓则是安装在轮毂上，是随车轮一起旋转的部件，它是由一定份量的铸铁做成，形状似园鼓状。当制动时，轮缸活塞推动制动蹄压迫制动鼓，制动鼓受到摩擦减速，迫使车轮停止转动。在轿车制动鼓上，一般只有一个轮缸，在制动时轮缸受到来自总泵液力后，轮缸两端活塞会同时顶向左右制动蹄的蹄端，作用力相等。但由于车轮是旋转的，制动鼓作用于制动蹄的压力左右不对称，造成自行增力或自行减力的作用。因此，业内将自行增力的一
38、侧制动蹄称为领蹄，自行减力的一侧制动蹄称为从蹄，领蹄的摩擦力矩是从蹄的22.5倍，两制动蹄摩擦衬片的磨损程度也就不一样。为了保持良好的制动效率，制动蹄与制动鼓之间要有一个最佳间隙值。随着摩擦衬片磨损，制动蹄与制动鼓之间的间隙增大，需要有一个调整间隙的机构。过去的鼓式制动器间隙需要人工调整，用塞尺调整间隙。现在轿车鼓式制动器都是采用自动调整方式，摩擦衬片磨损后会自动调整与制动鼓间隙。当间隙增大时，制动蹄推出量超过一定范围时，调整间隙机构会将调整杆（棘爪）拉到与调整齿下一个齿接合的位置，从而增加连杆的长度，使制动蹄位置位移，恢复正常间隙。轿车鼓式制动器一般用于后轮（前轮用盘式制动器）。鼓式制动器除
39、了成本比较低之外，还有一个好处，就是便于与驻车（停车）制动组合在一起，凡是后轮为鼓式制动器的轿车，其驻车制动器也组合在后轮制动器上。这是一个机械系统，它完全与车上制动液压系统是分离的：利用手操纵杆或驻车踏板（美式车）拉紧钢拉索，操纵鼓式制动器的杠件扩展制动蹄，起到停车制动作用，使得汽车不会溜动；松开钢拉索，回位弹簧使制动蹄恢复原位，制动力消失。盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，其制动效能远高于鼓式制动器，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好。但是盘式制动器结构相对于鼓式制动器来说比较复杂，对制动钳、管路系统要求也较高，而且造价高于鼓式制动器。电
40、动观光车是一辆低速的电动汽车，行驶路况较好，为了降低成本，后轮将采用鼓式制动器，前轮采用盘式制动器。3.9车架的设计3.9.1车架形式的介绍与确定就像人的身体由骨架来支持一样，电动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。现有的车架有边梁式、钢管式等形式，其中边梁式是采用最广泛的一种车架。边梁式车架由两根长纵梁及若干根短横梁铆接或焊接成形，纵梁主要承负弯曲载荷，一般采用具有较大抗弯强度的槽形钢梁。也有采用钢管，但多用于轻型车架上。一般纵梁中部受力最大，因此设计者一般将纵粱中部的截面高度加大，两端的截面高度逐渐减少，这样一
41、来可使应力分布均匀，同时也减轻了重量 。 横梁有槽形、管形或口形，以保证车架的扭转刚度和抗弯强度。横梁还用以安装发动机、变速器、车身和燃油箱等。为适应不同的车型，横梁布置有多种型式，如为了提高车架的扭转刚度采用X型布置的横梁。边梁式结构简单，工艺要求低，制造容易，使用广泛。但由于粗壮的大梁纵贯全车，影响整车布置和空间利用率，大梁的横截面高度使车厢离地距离加大，乘客上下车不方便，另外重量也大，整车行驶经济性变差 。这些缺点对小客车、轿车是缺点，对于越野车可能就是优点，因为越野车要求有很强的通过性，行驶崎岖路面时要有一定大的离地间隙，而非常颠簸的道路会令车体大幅扭动，只有带刚性车架的承载式车身结构
42、才能抵御这种冲击力。因此越野车上普遍采用非承载式车身。本次设计的电动车车架是边梁式车架，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。3.9.2车架设计主要考虑的问题车架的主要作用是满足车身总布置的要求，即汽车在复杂多变的行驶过程中，固定在车架上的各总成和部件之间不应发生干涉；车架应具有足够的强度和适应的刚度。而本次设计的电动观光汽车主要行驶在路旷比较好的路面上，所以就不用特意考虑车在行驶过程中固定在车架上的各总成和部件之间的各种牵引力。车架由两根纵梁和数根横梁组成，车架纵梁采用2根抗弯强度较好的平直槽形载面梁。下面是横梁的确定。(1)车架横梁前部车架前部装有平头驾驶室和转
43、向机构，为了保证驾驶在汽车行驶当中不致扭坏，转向系统不至于因车架的挠曲变形而影响转向特性和操纵稳定性。在前端布置了两根抗弯强度较大的横梁(第一横梁和第二横梁)和两根横穿纵梁的横梁。(2)横梁车架中部车架前后两段刚性都较大，而大部份车架变形(包手括弯曲、扭转)均集中在车架中部，这一段应允许有一定的挠曲变形，以起到缓冲作用，同时也可避免应力集中。而且在车架中部还有电池和座位的安放，使得中部会承受很大的压力，所以在这一段布置了三根与纵梁腹板连接的横梁以保证有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷。(3)横梁车架后部该车为后置后驱RR驱动形式，后钢板弹簧为平衡悬架，悬架支座只与大梁的下翼面连接。为了保证汽车
44、操纵稳定，减少轴转向，提高侧倾的稳定性，这一部份的设计刚性应较大。所以，在悬架支撑上布置了两根背靠背抗弯强度很大的槽形梁，与平衡悬架心轴组成了一个框架结构，保证车架的刚度和平衡悬架受力的传递。并且，为了保证座位的刚度，在车架尾部布置了两个槽形梁。电动观光汽车电路图图3.7整体图4 参数的校核和确定在参数校核的第一步要进行的是汽车总质量的估算：电机的质量为50kg，铅酸蓄电池一共8个，共计734=292 kg，乘客8名，共计875=600kg，除了这些电动汽车上面其余的质量预计为400 kg。预计汽车总质量：；计汽车的最高车速是已知的， 可得： 由上式得：即，故取=5.8其中：电动机最高转速：车
45、轮半径：汽车减速比下面验证取5.8是否满足要求：根据设计所要求的，汽车至少要能克服爬坡度为15%的坡道，即在坡度角为的坡道上也能正常行驶。下面根据公式来确定减速比的大小。公式如下：由上式，可知：=3.345经计算汽车爬坡所要克服的阻力大小为： ，其中：滚动阻力：坡道阻力：坡度角要使汽车能正常行驶，减速比i需满足一定要求，此时汽车的驱动力所要达到的要求为：即i3.345其中：电动机最大转矩：机械效率 r：车轮半径由以上计算可知，i取5.8符合要求。i取5.8后汽车的最高速度发生了变化，要重新计算： 最后验证汽车的续行驶里程：即汽车的续行驶里程也符合要求，通过以上的验证，可知所取参数都符合要求。整理上面的计算可得最终确定的参数见表4.1。表4.1汽车主减速比5.8汽车总质量1500kg汽车最高车速24.765km/h汽车电机额定功率2.5kw汽车所使用电池容量200Ah汽车的续行驶里程95.10km效果图效果图 效果图数控加工工序卡片 数控加工工序是操作人员进行数控加工，见下表。序号工序名称工序内容定位基准设备1备料2车端面钻中心孔毛坯外圆数控车床3热处理调质3540HRC4粗车外圆车外圆中心孔数控车床5精车外圆精车各外圆并切槽、倒角锥堵顶尖孔数控车床6车螺纹车螺纹锥堵顶尖孔数控车床7铣方形定位铣螺纹处方形定位锥堵顶尖孔铣床8铣键槽铣齿轮连接键槽锥堵顶尖孔铣床9钳