典型機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)可行性分析

報(bào)告題目：小型清掃車可行性報(bào)告班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 緒論 4 4設(shè)計(jì)小型清掃車的意義 4國內(nèi)外清掃車介紹 51.2.1國內(nèi)清掃車 51.2.2國外清掃車 7 \o"CurrentDocument"二、 清掃車設(shè)計(jì)方案的選擇 8 8總體方案 8\o"CurrentDocument"驅(qū)動(dòng)方案比較及確定 9\o"CurrentDocument"2.4蓄電池選擇 11\o"CurrentDocument"2?蓄電池的種類、用途、特點(diǎn) 12\o"CurrentDocument"電瓶的布置 122.5電動(dòng)機(jī)選擇 13\o"CurrentDocument"2.本車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 132.電動(dòng)機(jī)類型 14\o"CurrentDocument"2?交流電機(jī)的選擇 16\o"CurrentDocument"三、 清掃車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18關(guān)鍵部分的機(jī)械設(shè)計(jì) 183 18齒輪軸的設(shè)計(jì) 25四、 產(chǎn)品市場(chǎng)分析 29\o"CurrentDocument"4.1用戶群 29\o"CurrentDocument"4.2市場(chǎng)前瞻 29\o"CurrentDocument"五、 結(jié)論 30\o"CurrentDocument"六、 參考文獻(xiàn) 31第一章緒論1.1課題研究的目的和意義1.1.1設(shè)計(jì)小型清掃車的意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)生存質(zhì)量的要求愈來愈高，交通便捷也越來越成為社會(huì)發(fā)展的迫切要求，高等級(jí)公路以空前的速度發(fā)展，道路的清掃和保潔也越來越受到有關(guān)部門的重視，多年來形成的人工清掃的格局顯然已不適應(yīng)我國高等級(jí)公路發(fā)展的客觀要求，人工清掃粉塵飛揚(yáng)，嚴(yán)重影響清潔工人的身體健康，也不可避免的造成環(huán)境的二次污染：公路車輛的高速行駛對(duì)清潔工人的生命安全造成潛在威脅，馬路清掃車只能清掃主要街道，而人行道和非機(jī)動(dòng)車道只能由保潔工來完成，這樣既浪費(fèi)物力也浪費(fèi)人力，這就要求我們必須迅速發(fā)展一個(gè)既環(huán)保又節(jié)能的小型道路清掃車，使人們生活在潔凈健康的環(huán)境中，這也是人類二十一世紀(jì)高品質(zhì)生活的必然要求。因此研究適合于人行道和非機(jī)動(dòng)車道的小型電動(dòng)清掃車對(duì)我國清掃車概況和開發(fā)機(jī)型有著十分重要的意義！目前，在一些大、小城市的街巷里垃圾成堆，如果使用人力來清掃，那將需要大量的人力資源。通常進(jìn)口車體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高昂。例如，國產(chǎn)中小型清掃車通常每部價(jià)格在40萬元左右，一些進(jìn)口真空機(jī)每部價(jià)格高達(dá)700萬元以上，而且每月還要支付高昂的維修費(fèi)和保養(yǎng)費(fèi)。這些進(jìn)口機(jī)只適用于路面較為平坦寬廣的道路，而無法清掃小巷。當(dāng)今全國各地的小巷中均為人工清掃沒，人工清掃的方式也有著種種不足。例如，安全隱患問題、楊晨污染問題、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等。所以，綜合以上的利弊，我們決定利用電瓶作為驅(qū)動(dòng)力源，設(shè)計(jì)出完整的既對(duì)環(huán)境無污染又可以節(jié)省勞動(dòng)力的小型自動(dòng)清掃車。電瓶（蓄電池）驅(qū)動(dòng)的車就是我們常說的“電動(dòng)車”，顧名思義，以蓄電池能源，電動(dòng)機(jī)為牽引，根據(jù)蓄電池容量可大可小。電動(dòng)車可用可控硅調(diào)速，比傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速運(yùn)行更穩(wěn)定且沒有噪音等優(yōu)點(diǎn)。1．2國內(nèi)外清掃車介紹1．2．1國內(nèi)掃雪機(jī)械道路清掃車是個(gè)個(gè)性化極強(qiáng)的車輛產(chǎn)品，由于我國地域廣闊，南方多雨多水，北方氣候干燥，塵土較多，對(duì)道路清掃車有不同的需求。對(duì)經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性、可維修性的個(gè)質(zhì)量要素的要求也各不相同。道路清掃車行業(yè)歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，從天津市第一臺(tái)道路清掃車研制開始，產(chǎn)品從單一的純掃式發(fā)展到目前的多種型式，產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量迅速提高，特別是在我國改革開放以后，通過進(jìn)口關(guān)鍵外購件使道路清掃車產(chǎn)品性能和可靠性大大提高。目前，我國道路清掃車的水平與國外發(fā)達(dá)國家的相比，還存在一定的差距，特別是體現(xiàn)在產(chǎn)品的可靠性方面。為盡快提高我國道路清掃車的水平，縮小與先進(jìn)國家道路清掃車水平的差距，滿足我國環(huán)衛(wèi)部門對(duì)路面清掃作業(yè)的要求，道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)選擇一個(gè)合適的道路清掃車研究方向。我國道路清掃車的發(fā)展歷史與發(fā)達(dá)國家的發(fā)展過程類似，也是從純掃式道路清掃車開始，然后向吸掃式和純吸式發(fā)展。上個(gè)世紀(jì)五十年代，天津市環(huán)衛(wèi)設(shè)備廠的前身天津市衛(wèi)生局汽車修理廠就研制出純掃式道路清掃車，從此揭開了我國研發(fā)道路清掃車的序幕。八十年代，天津市環(huán)衛(wèi)設(shè)備廠大量純吸式生產(chǎn)道路清掃車（當(dāng)時(shí)稱為吸塵車），盡管當(dāng)時(shí)的道路清掃車有性能差、質(zhì)量差，外觀差，清掃效果差等缺陷，加之又限于當(dāng)時(shí)我國的體制和經(jīng)濟(jì)狀況，只有少數(shù)大城市和新建的高速公路使用數(shù)量很少的道路清掃車，但是，這種型式道路清掃車在我國道路清掃車的發(fā)展史上有著濃濃的一筆。我國吸掃式道路清掃車的研制成功，使我國道路清掃車與世界先進(jìn)國家之間的技術(shù)水平迅速拉近，是我國道路清掃車發(fā)展旅程中的又一個(gè)新起點(diǎn)。當(dāng)時(shí)，正是我國文化大革命以后經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)的時(shí)代，城市建設(shè)高速發(fā)展，城市路面的人工清掃已難以滿足日益增長的城市道路的需要。純吸式道路清掃車正是在這個(gè)恰當(dāng)?shù)臅r(shí)代推出的最適宜的產(chǎn)品，由于當(dāng)時(shí)車輛產(chǎn)量較小，一時(shí)間洛陽紙貴，購買這種車輛的單位甚至不擇手段進(jìn)行搶購。二十世紀(jì)末期至今，是我國道路清掃車發(fā)展最快的階段，道路清掃車的使用不但從大中城市擴(kuò)展到小城市，高速公路，而且不少企業(yè)、居民小區(qū)也采用道路清掃車進(jìn)行路面清掃。市場(chǎng)需求的迅速膨脹，使道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)之間的競(jìng)爭也隨之激烈。許多生產(chǎn)廠家加入到道路清掃車的生產(chǎn)行列，其中不乏有一些軍轉(zhuǎn)名兵工廠，其優(yōu)秀的技術(shù)研發(fā)人員和先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，使得道路清掃車技術(shù)飛速發(fā)展。在我國，道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)已發(fā)展到數(shù)十家，生產(chǎn)的道路清掃車囊括了所有道路清掃車的類型，道路清掃車規(guī)格多達(dá)數(shù)十種。吸掃式道路清掃車便在便在這時(shí)甩開純掃式和純吸式道路清掃車高歌猛進(jìn)，各種類型和各種規(guī)格的吸掃式道路清掃車不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)在，在我國道路清掃車市場(chǎng)中，吸掃式道路清掃車占有率迅速上升。目前，我國道路清掃車多數(shù)為汽車底盤改裝，這種道路清掃車轉(zhuǎn)場(chǎng)速度快，適合于大面積、遠(yuǎn)距離清掃，常用于城市主干道、城鄉(xiāng)結(jié)合部、高速公路的路面清掃作業(yè)。不少道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)也開發(fā)了專用底盤的中小型全液壓道路清掃車，以適應(yīng)目前我國對(duì)路面清掃機(jī)械市場(chǎng)的需要。雖然，我國道路清掃車技術(shù)的發(fā)展令世界矚目，但是，與發(fā)達(dá)國家相比，我國道路清掃車還存在不少差距。雖然我國的道路清掃車在清掃效率、清掃能力、除塵效果等清掃作業(yè)性能方面與發(fā)達(dá)國家的水平相當(dāng)，而在道路清掃車的噪聲、排放、可靠性、舒適性，自動(dòng)調(diào)整等方面仍存在較大差距。就目前我國道路清掃車的水平和質(zhì)量可知，我國在道路清掃車設(shè)計(jì)中，還缺少對(duì)專用部件的研究，缺少設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)，經(jīng)驗(yàn)多于計(jì)算，模仿較多，創(chuàng)新較少。可以說，目前我國對(duì)道路清掃車的研究能力還較差，還未真正實(shí)現(xiàn)對(duì)道路清掃車進(jìn)行研究的目的和要求，同時(shí)，缺乏必要的研究條件。由于國內(nèi)道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模都較小，而且掃路機(jī)產(chǎn)品批量也較小，所以采用的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)手段都較為落后，加工的零部件難以有穩(wěn)定的質(zhì)量。此外，我國通用零部件制造水平較低，也影響了掃路機(jī)的質(zhì)量。根據(jù)我國道路清掃車市場(chǎng)的需求,要提高我國道路清掃車的水平，必須要首先確定其發(fā)展方向，研究開發(fā)出性能先進(jìn)、可靠性高、符合我國國情的道路清掃車。下面，將對(duì)我國道路清掃車的發(fā)展方向進(jìn)行敘述。在我國，由于道路清掃車發(fā)展時(shí)間較短，使用數(shù)量較少，研究開發(fā)人員有限，又沒有專門的研究機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行研究，所以缺少對(duì)道路清掃車主要部件的研究。為了提高吸掃式和純吸式道路清掃車設(shè)計(jì)的能力，必須對(duì)其主要部件——清掃系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、風(fēng)道系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)以及零部件的耐磨性等進(jìn)行試驗(yàn)研究，以提高道路清掃車設(shè)計(jì)的理論水平，為設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。1．2．2國外掃雪機(jī)械國外發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)40年代就開始批量生產(chǎn)路面清掃車，像英國的JOHNSTON、美國的ELG…、日本的KATO、德國的FAUN—KUKA等公司目前不管在銷量規(guī)模、技術(shù)檔次都處于世界的前列。1.3主要研究內(nèi)容小型清掃車的設(shè)計(jì)分為四個(gè)部分：制動(dòng)系統(tǒng)和外形設(shè)計(jì)；驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；集塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最終裝配成一部小型清掃車。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比穩(wěn)定、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長。根據(jù)所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案，選擇大小齒輪的類型，材料并計(jì)算出大小齒輪的參數(shù)。齒輪軸受彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力作用，但載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合機(jī)械性能即可滿足要求。選擇齒輪軸的材料，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過對(duì)以上各部分的理論分析研究及設(shè)計(jì)，并應(yīng)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的造型設(shè)計(jì)和工程圖的制作。第二章清掃車設(shè)計(jì)方案的選擇2.1新產(chǎn)品的市場(chǎng)定位此款產(chǎn)品的市場(chǎng)定位為：降低成本性新產(chǎn)品。所以，要求產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，使用和維護(hù)方便。：2.2總體方案清掃車以電瓶作為動(dòng)力源，電瓶帶動(dòng)液壓系統(tǒng)3,從而驅(qū)使盤刷4轉(zhuǎn)動(dòng)，目的是將垃圾掃到車中央，吸口由風(fēng)機(jī)連接，將垃圾吸進(jìn)集塵箱。排氣口5是用來將多于氣體排出箱體，使風(fēng)機(jī)能更好的工作。為了簡單明了地表示清掃車的總體方案，這里用簡單結(jié)構(gòu)原理圖說明，如圖2—1的所示。

1—方向盤；2—輪胎；3—液壓系統(tǒng)；4—盤刷;

5—排氣口；6—吸口；7—集塵箱；8—排氣箱;圖2—1總體分布圖2.3驅(qū)動(dòng)方案比較及確定按發(fā)動(dòng)機(jī)和各組成部分相對(duì)位置的不同，現(xiàn)代汽車的布置與驅(qū)動(dòng)方式通常有5種（如圖2-2所示）(d>⑻FR(b)FF(g)RR(d)MR(e)4WD圖2-2汽車的驅(qū)動(dòng)方式方案1,前置后驅(qū)（FR）即發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)，這是一種傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)布置與驅(qū)動(dòng)方式。國內(nèi)外的大多數(shù)貨車、部分轎車和部分客車都采用這種形式。采用這種驅(qū)動(dòng)方式的汽車,它的前輪承擔(dān)轉(zhuǎn)向,后輪承擔(dān)驅(qū)動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力通過離合器、變速器、傳動(dòng)軸輸送到后驅(qū)動(dòng)橋上,并在此得到減速增扭后傳送到左、右半軸上,驅(qū)動(dòng)后輪使汽車運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是前后輪各司其職,轉(zhuǎn)向與驅(qū)動(dòng)分開,負(fù)荷分布比較均勻；缺點(diǎn)是由于傳動(dòng)軸從前面的發(fā)動(dòng)機(jī)一直傳到后橋上,使車內(nèi)地板中間凸起,車內(nèi)座椅不好布置。方案2,前置前驅(qū)（FF）即發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng),這是20世紀(jì)70年代末才真正興世紀(jì)起和在技術(shù)上逐漸完善的驅(qū)動(dòng)形式,現(xiàn)在大多數(shù)中小型轎車都是采取這種方式。它將變速器之后的東西都往前挪,變速器與驅(qū)動(dòng)橋做成一體,固定在發(fā)動(dòng)機(jī)旁將動(dòng)力直接輸送到前輪上,前輪同時(shí)承擔(dān)了轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)兩個(gè)重任,省去了長長的傳動(dòng)軸,縮短了傳遞動(dòng)力的距離,減少功率傳遞損耗也就相應(yīng)節(jié)省了燃油。此驅(qū)動(dòng)方式具有較多的優(yōu)點(diǎn)：操縱機(jī)構(gòu)簡單、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱條件好；沒有縱向傳動(dòng)軸,轎車地板不必為它凸起一條通道,有利車廂內(nèi)的布置；車架不必為后橋騰出空間位置,可以降低車身高度,有助于行車的穩(wěn)定性；發(fā)動(dòng)機(jī)橫置縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)艙的長度,有利于汽車的小型化,而在汽車總長不變的情況下能增大客艙的長度和空間；前輪成為驅(qū)動(dòng)輪,變成了“拉”著汽車前進(jìn),有利于方向控制。其缺點(diǎn)是：上坡時(shí)汽車質(zhì)量后移,使前驅(qū)動(dòng)輪的附著質(zhì)量減小,驅(qū)動(dòng)輪易打滑；下坡制動(dòng)時(shí)則由于汽車質(zhì)量前移,前輪負(fù)荷過重,高速時(shí)易發(fā)生翻車現(xiàn)象。方案3,后置后驅(qū)（RR）即發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng),在大型客車上多數(shù)采用這種布置形式,少量微型和輕型轎車也采用這種型式。方案4,中置后驅(qū)（MR）即發(fā)動(dòng)機(jī)放在乘客航與車后軸之間并利用后輪驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式只用在一些高性能跑車上,在普通的轎車上較難看到。中置后驅(qū)的最大特點(diǎn)就是將車輛中慣性最大和沉重的發(fā)動(dòng)機(jī)置于汽車的中部,使汽車能獲得最佳的運(yùn)動(dòng)特性,因?yàn)檐嚨能嚿碇亓糠植寄苓_(dá)到最理想的平衡?？梢赃@樣說,此車兼具的優(yōu)點(diǎn),方向靈

敏準(zhǔn)確，制動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)頭重尾輕的現(xiàn)象。有一個(gè)先天不足，即直線穩(wěn)定性較差,為解決這一問題，所有的車后輪均比前輪大。方案5，4輪驅(qū)動(dòng)（4WD）4輪驅(qū)動(dòng)又稱全輪驅(qū)動(dòng)，顧名思義，這是指汽車前后的輪子都有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可以按照行駛路面狀態(tài)的不同而將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩分別分布在前后所有的輪子上,提高汽車的行駛能力?？紤]到清掃車主要在城市路面行駛，其行駛速度比較低，一般是30km/h左右，作業(yè)速度更小。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要求使得整車結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，維護(hù)簡單，操作簡便，考慮底盤的空間利用率，所以采用發(fā)動(dòng)機(jī)中置，后輪驅(qū)動(dòng)（如圖2-3所示），這種布置的特點(diǎn)使是駕駛室的布置不受發(fā)動(dòng)機(jī)的限制，噪聲小、對(duì)載荷分配比較有利。卜卜—<□cn—0J圖2-3后輪驅(qū)動(dòng)2.4蓄電池選擇汽車“電瓶”是汽車上儲(chǔ)存電能的裝置，學(xué)名稱“蓄電池”。其作用包括:一是當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，向起動(dòng)機(jī)提供電能，并由起動(dòng)機(jī)將電能變?yōu)闄C(jī)械轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)與此同時(shí)，蓄電池還向儀表、發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)線圈以及汽油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)等供電;二是在汽車運(yùn)行過程中，當(dāng)用電設(shè)備的用電量超過發(fā)電機(jī)的供電能力時(shí)，蓄電池協(xié)同發(fā)電機(jī)向用電設(shè)備供電當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，則由蓄電池單獨(dú)向用電設(shè)備供電，因此，蓄電池是汽車的第二電源;三是當(dāng)用電設(shè)備負(fù)荷較小時(shí)，蓄電池接受發(fā)電機(jī)的充電，將電能儲(chǔ)存起來;四是起到濾波器的作用。通過吸收用電負(fù)載突變時(shí)的過電壓，防止損壞汽車上的電子設(shè)備。2.蓄電池的種類、用途、特點(diǎn)蓄電池的種類一般可分為鉛酸電池、鉛酸免維護(hù)電池及鎳鎘電池等，它們各自的特點(diǎn)如下:鉛酸電池:也稱為汽車用電池(需加水維護(hù))，充放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫氣，安置地點(diǎn)必須設(shè)置在通風(fēng)處以免造成危險(xiǎn);電解液呈酸性，會(huì)腐蝕金屬;價(jià)格低廉。鉛酸免維護(hù)電池:密封式充電不會(huì)產(chǎn)生任何有害氣體，擺設(shè)容易，不需考慮安置地點(diǎn)通風(fēng)問題，免保養(yǎng)，免維護(hù);放電率高，特性穩(wěn)定，價(jià)格較高。鎳鎘電池:用于特殊場(chǎng)合及特殊設(shè)備上，水為介質(zhì)，充放電不會(huì)產(chǎn)生.有害氣體;失水率低，但需要固定時(shí)間加水及保養(yǎng);放電特性最佳;可放置于任何惡劣環(huán)境。蓄電池按用途可分為汽車啟動(dòng)用、工業(yè)用、鐵路及其他用途。怎樣正確選購蓄電池型號(hào):蓄電池的型號(hào)必須適當(dāng)。型號(hào)選小了，造成小馬拉大車，大電流放電會(huì)縮短電池的壽命;型號(hào)選大了，則不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于常用的額定輸出電壓為12V的品種有：6,8,10,12,15,33,38,50,65,75,90,100,120,140,180,200AH。選功能價(jià)格比：高價(jià)不一定有高質(zhì)，但高質(zhì)必定會(huì)有相對(duì)高的價(jià)格，貨比三家，性能價(jià)格比最大的是首選。選服務(wù)：廠家有沒有完善的售后服務(wù)實(shí)力，有沒有全國服務(wù)熱線以及完善的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，才能無后顧之憂。2.電瓶的布置要求使得整車結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，維護(hù)簡單，操作簡便，考慮底盤的空間利用率，所以采用電瓶中置，這種布置的特點(diǎn)使是駕駛室的布置不受發(fā)動(dòng)機(jī)的限制，噪聲小、對(duì)載荷分配比較有利。若設(shè)總的阻力約為120N,設(shè)最高車速為45KMiH，其功率為P€FxV€120x450003600 (2.1)€1500W式中F——阻力；V最高車速。

這樣可以考慮采用2kw的電機(jī)，其有效功率約為1.4-1.6KW，其時(shí)速應(yīng)該能達(dá)到45KM：H此時(shí)車的工作電流為(2.2)I=PU(2.2)=150048€30AH式中P——電機(jī)功率；U——電瓶電壓。選120AH的電瓶,則可續(xù)行接近100公里.這是車用最高速行駛時(shí)的情況,如果降低車速續(xù)行距離有望達(dá)到或超過120公里。綜上所述，選擇48V120AH的USP電池，如圖2-4所示：圖2-4電瓶電動(dòng)機(jī)的選擇本車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求汽車是交通工具，要求電機(jī)具有高效率、高適應(yīng)性。由于成本及空間的限制,電機(jī)的出力也受到了制約，所以電機(jī)的高密度小型輕量化和低成本對(duì)整車來說至關(guān)重要。高密度小型輕量化。采用強(qiáng)制水冷結(jié)構(gòu)、高電磁負(fù)荷、高性能磁鋼、高轉(zhuǎn)速以及超短端部長度繞組技術(shù)等措施，使電機(jī)小型輕量化，從而實(shí)現(xiàn)高密度。與一般工業(yè)用電動(dòng)機(jī)相比，大小和重量都需要減少到一半以下;汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出lkW只需0.6kg重量，這是一般電機(jī)不可想象的。高效率。由于是以電池為電源，一次充電的行車距離應(yīng)盡可能長;汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的最高效率可達(dá)到97%，其他汽車輔助電機(jī)也希望有高的效率。因此，隨著稀土永磁材料價(jià)格的下降，將替代汽車輔助電機(jī)用的鐵氧體磁鋼;目前，汽車輔助電機(jī)絕大部分是永磁直流電動(dòng)機(jī)?？煽啃?、耐久性、適應(yīng)性。由于車輛的振動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)室的高溫環(huán)境，使得車用電機(jī)處于惡劣環(huán)境條件下運(yùn)行，振動(dòng)大、沖擊大、灰塵多、濕度變化大。因此，車用電機(jī)必須適應(yīng)環(huán)境條件的要求，使電機(jī)可靠、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。低速時(shí)的高轉(zhuǎn)矩。有電動(dòng)機(jī)起動(dòng)車輛，行車中起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)要求高轉(zhuǎn)矩。此外，車用電機(jī)的低噪聲與低成本技術(shù)也至關(guān)重要。2.5.2電動(dòng)機(jī)類型直流有刷電機(jī)早期電動(dòng)汽車由蓄電池供電故最早采用的是直流有刷電機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)是控制簡單、技術(shù)成熟，具有優(yōu)良的控制特性。在早期開發(fā)的電動(dòng)汽車上多采用直流電動(dòng)機(jī)，即使到現(xiàn)在仍有一些電動(dòng)汽車使用直流電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。雖然直流有刷電機(jī)控制系統(tǒng)簡單，成本低，但由于電機(jī)本身存在電刷和機(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(shí)間運(yùn)行，勢(shì)必要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器由于損耗存在于轉(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。而且這種電機(jī)效率低，維護(hù)麻煩，尤其是電刷產(chǎn)生的火花，會(huì)給汽車的其他電器帶來高頻電磁干擾。此外，機(jī)械換向器的換向能力限制了直流有刷電機(jī)的容量、電壓和轉(zhuǎn)速。鑒于直流電動(dòng)機(jī)存在以上缺陷，在新研制的電動(dòng)汽車上已基本不采用直流有刷電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的電動(dòng)機(jī)。其轉(zhuǎn)子和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(dòng)機(jī)的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速可高12000?15000r/min?？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，并能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)機(jī)相比較，質(zhì)量減輕一半左右，價(jià)格便宜，維修方便。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率較低，轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要保證對(duì)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的冷卻，否則會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，使得變頻變壓裝置的輸入功率因數(shù)也較低，因此需要采用大容量的變頻變壓裝置。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身，此外，交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能也較差。稀土永磁電機(jī)稀土永磁同步電機(jī)采用稀土永磁材料，具有效率高、功率密度大等特點(diǎn)，在中、小功率的系統(tǒng)中有優(yōu)勢(shì)。但是稀土永磁同步電機(jī)的成本高，而且目前使用最多的釹鐵稀土永磁體的工作溫度比較低，電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫升不能太高。稀土永磁同步電機(jī)分為正弦波稀土永磁同步電機(jī)(通常稱為稀土永磁同步電機(jī))和方波型稀土永磁同步電機(jī)(通常稱為稀土永磁無刷直流電機(jī))。正弦波稀土永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)是，永磁體在氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)空間上按照正弦分布，定子三相繞組為正弦分布繞組，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)及電機(jī)定子電流均為正弦波；而稀土永磁無刷直流電機(jī)為梯形波。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒有換向器和電刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。另外，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵(lì)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(dòng)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(dòng)機(jī)與其它電動(dòng)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(dòng)汽車中有著很好的應(yīng)用前景。永磁無刷直流電動(dòng)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(dòng)機(jī)的功率范圍較小。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過載。永無刷直流電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高。開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一種新型電動(dòng)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(dòng)機(jī)都要簡單，在電動(dòng)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(dòng)機(jī)要高。損耗主要在定子，電機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子無永磁體，可允許較高溫升。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)矩速度特性，而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率，因而，更加適合電動(dòng)汽車動(dòng)力性能要求。但是，開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)比其他電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測(cè)器是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的控制操作有重要影響。由于開關(guān)磁阻電機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，噪聲是開關(guān)磁阻電動(dòng)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)磁阻電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，功率變換器的直流電流波動(dòng)也較大，所以在直流母線上需要裝置一個(gè)很大的濾波電容器。近年來，在電動(dòng)汽車上得到了一定的應(yīng)用。目前，電動(dòng)車用電機(jī)基本上形成主流，但并不單一，而是呈多樣化趨勢(shì)發(fā)展，異步電機(jī)和永磁無刷直流電機(jī)用得比較普遍。交流電機(jī)的選擇小型清掃車電機(jī)米用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)是按照國際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，具有國際互換性特點(diǎn)。其中Y系列(IP44)電動(dòng)機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，具有防止灰塵、鐵銷或其他雜物侵入電機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn)，B級(jí)絕緣，工作環(huán)境溫度不超過+40°C,相對(duì)濕度不超過95%,額定電壓380V，頻率50HZ。適用于無特殊要求的機(jī)械上。根據(jù)工廠實(shí)際生產(chǎn)中反饋的信息，電機(jī)功率2.2KW已經(jīng)可以滿足小型清掃車的需要。電機(jī)如圖2-5所示，電機(jī)的型號(hào)選擇為Y90L1－2，技術(shù)數(shù)據(jù)如表2－1所示：

表2-1Y90L1—2技術(shù)數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)型鋸-額宦功率kw滿＜轉(zhuǎn)速rJinin堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)樂瓠定轉(zhuǎn)矩最犬轉(zhuǎn)燉額定轉(zhuǎn)矩質(zhì).龜KgY90L1-22.2同歩薦逋3000r/min.2級(jí)2840 2.22.2第三章清掃車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1關(guān)鍵部分的機(jī)械設(shè)計(jì)3.1.1齒輪的設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)有；1）效率高在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率為最高。如一級(jí)圓柱齒輪傳功的效率可達(dá)99％。這對(duì)大功率傳動(dòng)十分重要，因?yàn)榧词剐手惶岣?％，也有很大的經(jīng)濟(jì)意義。2）結(jié)構(gòu)緊湊在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。3）工作可靠、壽命長設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命長達(dá)一、二十年，這也是其它機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對(duì)車輛及在礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。4）傳動(dòng)比穩(wěn)定傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點(diǎn)。以下是齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算：已知條件：輸入功率P€2.2kw,小齒輪轉(zhuǎn)速n€120rmin,齒數(shù)比u=1.37,傳動(dòng)用途、載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)種類及工作制度。選定齒輪類型、精度等級(jí)及齒數(shù)1） 按圖3-1所示的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2） 清掃車為一般工作機(jī)器，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）。3） 材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，兩者材料硬度差為40HBS。選小齒輪齒數(shù)z€18，大齒輪齒數(shù)z€uz€1.37x18€24.66，取z=25。1212

1-電機(jī)；2-1-電機(jī)；2-大齒輪；3-小齒輪圖3-1清掃車傳動(dòng)簡圖按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即3.1)式中K——載荷系數(shù)；tT——小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩；1e—齒寬系數(shù)；dZ——材料的彈性影響系數(shù)；Eu 齒數(shù)比；<] 接觸疲勞許用應(yīng)力。H確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)K=1.3t計(jì)算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩T=95.5x105Pn=95.5x10bx2.2120N-mm=214242x1?N-mm

由表10-7選取齒寬系數(shù)e€1d由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)Z€189.8MPa12E由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限， €600MPa；Hlim1大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限, €550MPa；Hlim2由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)K €0.90；K€0.95HN1HN2計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率1%,安全系數(shù)S=1,由式(10-12)⑵得?H?1 €0.9…600MPa€550MPa匚H?2 €。?95…550MPa€522?5MPa計(jì)算試算小齒輪分度圓直徑d，代入,?中較小的值，由式(3.1)可見TOC\o"1-5"\h\z1t H3力、223IKTu±1d>2.23j?1t edi1.3x214.242xi1.3x214.242x104 2.37<189.8) x 1.37(5225丿\o"CurrentDocument"€2.232 -€198mm計(jì)算圓周速度7兀dn兀x198x120 . ._..v€ 1—1€ ms€1.24m60x1000 60x1000計(jì)算齒寬bb€e?d€1x198mm=198mmd 1t計(jì)算齒寬與齒高之比bh模數(shù)m€dz=19818=11tIt' 1齒高h(yuǎn)€2.25m€2.25x11€24.75t

bh€19824.75=8計(jì)算數(shù)荷系數(shù)根據(jù)v€1.24ms,7級(jí)精度，由圖10—8[2]查得動(dòng)載系數(shù)軋=1.12；直齒輪，假設(shè)KF：b<100N/mm。由表10—3查得K=K=1.2；At H Fa由表10—2⑵查得使用系數(shù)K€1；A由表10—4[2]查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承懸臂布置時(shí)，K€1.12+0.18(1+6.7xQ2)?2+0.23x10?3xbH, dd將數(shù)據(jù)代入后得K€1.12+0.18(1+6.7x12)+0.23x10?x198=2.552H卩由bh€8；K€2.552查圖10—13⑵得K=1.8；f H, F,故載荷系數(shù)K€KKKK€1x1.12x1.2x1.8€2.019AVHaH,按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式(10—10a)[2]得3 31d€d、\KK€19x2.011.3m存20812mm計(jì)算模數(shù)m€d,‘z€208.125/18=11.5mm按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(10—5)[2]得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：2KT1艸z23.2)式中K計(jì)算載荷系數(shù)；3.2)式中K計(jì)算載荷系數(shù)；T——小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩；1Q——齒寬系數(shù)；dz——小齒輪齒數(shù)；1

Y——齒形系數(shù)；FaY——應(yīng)力校正系數(shù)；Sa,] 彎曲疲勞許用應(yīng)力。F1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值由圖10—20c⑵查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限, 二500MPa,小齒輪的彎FE1曲疲勞強(qiáng)度極限a=380MPa；FE2由圖10—18⑵查得彎曲疲勞壽命系數(shù)K 二0.85,K二0.88；FN1 FN2計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式(10—12)⑵得,]=KfnFFE1=0.85?500MPa=303.57MPafiS 1.4，F(xiàn)]2 = MPa=23886MPa計(jì)算載荷系數(shù)KK二KKKK二1?1.12?1.2?1.35二1.814AVFaF… 彳查取齒形系數(shù)由表10—5⑵查得Y=2.65；Y=2.26。Fa1 Fa2查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10—5⑵查得Y二1.58；Y二1.764。Sa1 Sa2YY計(jì)算大、小齒輪的,sa并加以比較FYY-€TTF1奇護(hù)=0YY-€TTF1奇護(hù)=0.01379YYF22?226?廠64二0.01644238.862)設(shè)計(jì)計(jì)算，由式(3.2)可見，■2x■2x1.814x214.242x104' 1x182x0.01644mm=10.872mmm€11mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d=20&125mm,算出小齒輪數(shù)1d208.125Z€—1€ €191m11大齒輪齒數(shù)z€uz€1.37x19€26.03,取z=26222這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng),即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度,又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,并做到結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費(fèi)。大齒輪如圖3-2所示。1）計(jì)算分度圓直徑d=zm€19x11mm=209mm11d€zm€26x11mm=286mm22計(jì)算中心距a€(d+d)2€(209+286?2mm=249.5mm12-計(jì)算齒輪寬度b€ ?d€1x209mm二209mmd1取B€209mm,B€215mm。12F€t2T——1

d2x214.242x104209€20501.6NKF——A_t

b1x205016209Nmm€98N.mm<100Nmm,合適剖面A-A圖3-2大齒輪3.2齒輪軸的設(shè)計(jì)齒輪軸受彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力作用，但載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大,所以具有一般綜合機(jī)械性能即可滿足要求。但鑒于主軸的重要性，主軸材料選用合金鋼40Cr,40Cr油淬臨界直徑為30mm?40mm，與普通鋼材具有更好的力學(xué)性能和熱處理性能，價(jià)格也普通鋼材相差無幾，廣泛應(yīng)用于制造一般尺寸的重要零件。40Cr需經(jīng)淬火加高溫回火熱處理。40Cr淬透性較高，一般都用油淬，回火溫度一般在500°C?650°C，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韌性的提高。熱處理后的組織是回火索氏體。主軸連接齒輪部分的表面需要有較好的耐磨性,可在調(diào)質(zhì)后進(jìn)行感應(yīng)加熱表面淬火或進(jìn)行專門的化學(xué)熱處理，如氮化等。主軸如圖3-4所示圖3-4齒輪軸由于該主軸既承受扭矩又承受彎矩，所以主軸的強(qiáng)度校核按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算,軸的載荷分析圖如圖3-5所示。

圖3—5軸的載荷分析圖圖3—5中F是一個(gè)虛擬力，是清掃車行駛后產(chǎn)生的力，假設(shè)工件材料是45i鋼，密度7.85€103kg/m3，長度900mm，直徑180mm，則重力G為：G二mg二,vg二7.85€103€0.9€0.18€10二1.27€104N1 1取F=—G=_€1.27€104二0.64€104N12 2求出齒輪的轉(zhuǎn)矩T已知電機(jī)功率P=2.2kW，大齒輪轉(zhuǎn)速n=165r/min，所以，

P 2.2T二9550000二9550005—沁115758N?mn 165求作用在大齒輪上的力已知大齒輪輪直徑d=286mm,所以，2T2,115758圓周力F二 二 沁809.49Ntd 286徑向力F二F?tg…二809.49，tg20。二294.45N。rt求軸承的支反力由圖3-5軸的載荷分析圖可知,NH1NH2809.49NH1NH2809.49二404.75NF+F=F+FNV1NV2r147F+186F=94Fr 1 NV2推出：F =-16707N,F =34457NNV1 NV2求彎矩M二F,47二404.75,47二19023.3N?mH NH1M=F,47=—16707x47=7.85,105N?mTOC\o"1-5"\h\zv1 NV1M=F,92=6400,92=0.6,106N?mv2 1求總彎矩M=..;19023.32+(7.85x105)2=7.85,105N?mLM=\：0+(0.6x106)2=0.6x106N?m人按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度由圖3-5和以上的計(jì)算可知該軸的危險(xiǎn)截面是軸的螺紋的截面,根據(jù)式15-5[2]和表15-4[2]可得：W沁0.1d3(1-卩4)=0.1d3[1—(D_)4]3.3)D3.3)40=0.1x803x[1—(——)4]66=44237

式中W——抗彎截面系數(shù);D——安裝齒輪部分軸的直徑;D——軸的空心內(nèi)徑。1折合系數(shù)a取0.6,所以軸的計(jì)算應(yīng)力€為:ca€ca、:€ca、:M2+(aT)2

W(0.6,106)2+(0.6,43018)244237二13.6MPa前面已選定軸的材料為0Cr,