小型清扫车的驱动系统设计的论文

目 录0 引言10.1 清扫车概述10.2 电动车的基本概况10.3 本课题的研究内容21 驱动方案的设计41.1 总体方案的提出41.2 驱动方式选择42 电瓶的选择72.1 蓄电池的种类、用途、特点和选择72.2 影响电池容量和寿命的因素82.3 电瓶的布置93 电动机的选择113.1 整车对电机驱动系统的基本要求113.2 电动机类型113.3 交流电机的选择134 传动方式的设计154.1 齿轮的设计154.2 齿轮轴的设计225 清扫车驱动系统总装图266 清扫车总体装配276.1 清扫车液压系统总装图276.2 清扫车集尘系统总装图276.3 清扫车外形配件图2864清扫车制动系统的设计286.4 小型清扫车完整装配图296.5 清扫车装配建模图：297 结论30致 谢31参考文献32小型清扫车驱动系统的设计0 引言0.1 清扫车概述随着经济的发展和社会进步，人们对生存质量的要求愈来愈高，交通便捷也越来越成为社会发展 的迫切要求，高等级公路以空前的速度发展，道路的清扫和保洁也越来越受到有关部门的重视，多年来形成的人工清扫的格局显然已不适应我国高等级公路发展的客观要求，人工清扫粉尘飞扬，严重影响清洁工人的身体健康，也不可避免的造成环境的二次污染：公路车辆的高速行驶对清洁工人的生命安全造成潜在威胁，马路清扫车只能清扫主要街道，而人行道和非机动车道只能由保洁工来完成，这样既浪费物力也浪费人力，这就要求我们必须迅速发展一个既环保又节能的小型道路清扫车，使人们生活在洁净健康的环境中，这 也是人类二十一世纪高品质生活的必然要求。因此研究适合于人行道和非机动车道的小型电动清扫车对我国清扫车概况和开发机型有着十分重要的意义！ 目前，在一些大、小城市的街巷里垃圾成堆，如果使用人力来清扫，那将需要大量的人力资源。通常进口车体积庞大、结构复杂、造价高昂。例如，国产中小型清扫车通常每部价格在40万元左右，一些进口真空机每部价格高达700万元以上，而且每月还要支付高昂的维修费和保养费。这些进口机只适用于路面较为平坦宽广的道路，而无法清扫小巷。当今全国各地的小巷中均为人工清扫没，人工清扫的方式也有着种种不足。例如，安全隐患问题、杨晨污染问题、费时费力等。所以，综合以上的利弊，我们决定利用电瓶作为驱动力源，设计出完整的既对环境无污染又可以节省劳动力的小型自动清扫车。电瓶（蓄电池）驱动的车就是我们常说的“电动车”，顾名思义，以蓄电池能源，电动机为牵引，根据蓄电池容量可大可小。电动车可用可控硅调速，比传统的机械调速运行更稳定且没有噪音等优点。0.2 电动车的基本概况作为清洁、节能的新型交通工具，电动车具有无与伦比的优势。它在行驶过程中没有污染，热辐射低，噪声小，不消耗汽油;可应用多种能源，结构简单，使用维修方便。因此，电动车受到世界各国的欢迎，被人们称为“明日之星”。电动车又是高科技的产物，它集光、电、化学各学科领域的最新技术于一体，是汽车、电力拖动、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源、新材料等工程技术中最新成果的集成产物。电动车以车载电源为动力，由电机驱动车轮行驶，符合道路交通与安全法规各项要求的车辆，它包括电动车、电动摩托车和电动自行车等。现代电动车具有清洁无污染、动力源多样化、能量转换效率高、结构简单、使用维修方便等特点，被称为“21世纪的绿色环保汽车”。电动车的优点是:它本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其他污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等，解除了人们对石油资源日见枯竭的担心。电动车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。此外，由于电动车取消了内燃机，开车时听不到震耳欲聋的发动机轰鸣声。因此，人们不用担心车辆的噪声污染。正是这些优点，使电动车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。0.3 本课题的研究内容小型清扫车的设计分为四个部分：制动系统和外形设计；驱动与传动系统的设计；液压系统的设计；集尘系统的设计。其中，制动系统和外形设计、液压系统的设计、集尘系统的设计分别由侍爱峰、尧伊顺、黄龙生完成，最终装配成一部小型清扫车。本课题研究的内容是清扫车驱动系统的设计电动汽车驱动系统由能源供给系统、电子驱动系统和机械传动系统组成.选择最佳的驱动系统是设计电动汽车的关键，而电动机的性能直接决定着驱动系统的性能，所以电动机的选择成为设计电动汽车驱动系统的主要基础。在本文中，以交流三相感应电机驱动后轮的电动清扫车为研究对象，聚焦于其驱动系统的设计，实现其以低速在平坦的公路上行驶的最基本功能，主要在以下几个方面进行了理论分析研究及设计。(1) 驱动方式：按发动机和各总成相对位置的不同，现代汽车的布置与驱动方式是不同的。(2) 电瓶的选择：清扫车以蓄电池能源，只要有电能的供应，电动车就有了取之不尽的动力源泉，不受石油资源的限制。而电能的获得可以利用核能、水力、风力、太阳能等多种形式的原始能源。特别对于我国，水利资源和风力发电等清洁能源的潜在发电量是相当高的，如果能有效地利用这些能源，不仅有利于环保，节约宝贵的石油资源，解决全球面临的石油资源枯竭危机，而且更符合我国经济的可持续发展的战略。(3) 电动车用电机的研究：电动机是电动车区别于传统汽车的关键部件。驱动电动机的性能特点直接影响和制约着电动车辆的性能，对电动机性能的研究和把握是研究和把握整车性能的关键因素之一。(4) 传动系统的设计：齿轮传动传动比稳定、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长。根据所设计的传动方案，选择大小齿轮的类型，材料并计算出大小齿轮的参数。齿轮轴受弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。选择齿轮轴的材料，并对其进行强度校核。(5) 通过对以上各部分的理论分析研究及设计，并应用Pro/Engineer软件进行驱动系统的造型设计和工程图的制作。1 驱动方案的设计1.1 总体方案的提出清扫车以电瓶作为动力源，电瓶带动液压系统3，从而驱使盘刷4转动，目的是将垃圾扫到车中央，吸口由风机连接，将垃圾吸进集尘箱。排气口5是用来将多于气体排出箱体，使风机能更好的工作。为了简单明了地表示清扫车的总体方案，这里用简单结构原理图说明，如图11的所示。1方向盘；2轮胎；3液压系统；4盘刷；5排气口；6吸口；7集尘箱；8排气箱；图11 总体分布图1.2 驱动方式选择按发动机和各组成部分相对位置的不同，现代汽车的布置与驱动方式通常有5种（如图1-2 所示）图1-2 汽车的驱动方式方案1，前置后驱（FR）即发动机前置、后轮驱动，这是一种传统的发动机布置与驱动方式。国内外的大多数货车、部分轿车和部分客车都采用这种形式。采用这种驱动方式的汽车，它的前轮承担转向，后轮承担驱动，发动机输出的动力通过离合器、变速器、传动轴输送到后驱动桥上，并在此得到减速增扭后传送到左、右半轴上，驱动后轮使汽车运行。优点是前后轮各司其职，转向与驱动分开，负荷分布比较均匀；缺点是由于传动轴从前面的发动机一直传到后桥上，使车内地板中间凸起，车内座椅不好布置。方案2，前置前驱（FF）即发动机前置、前轮驱动，这是20世纪70年代末才真正兴世纪起和在技术上逐渐完善的驱动形式，现在大多数中小型轿车都是采取这种方式。它将变速器之后的东西都往前挪，变速器与驱动桥做成一体，固定在发动机旁将动力直接输送到前轮上，前轮同时承担了转向和驱动两个重任，省去了长长的传动轴，缩短了传递动力的距离，减少功率传递损耗也就相应节省了燃油。此驱动方式具有较多的优点：操纵机构简单、发动机散热条件好；没有纵向传动轴，轿车地板不必为它凸起一条通道，有利车厢内的布置；车架不必为后桥腾出空间位置，可以降低车身高度，有助于行车的稳定性；发动机横置缩短了发动机舱的长度，有利于汽车的小型化，而在汽车总长不变的情况下能增大客舱的长度和空间；前轮成为驱动轮，变成了“拉”着汽车前进，有利于方向控制。其缺点是：上坡时汽车质量后移，使前驱动轮的附着质量减小，驱动轮易打滑；下坡制动时则由于汽车质量前移，前轮负荷过重，高速时易发生翻车现象。方案3，后置后驱（RR）即发动机后置、后轮驱动，在大型客车上多数采用这种布置形式，少量微型和轻型轿车也采用这种型式。方案4，中置后驱（MR）即发动机放在乘客航与车后轴之间并利用后轮驱动。这种驱动方式只用在一些高性能跑车上，在普通的轿车上较难看到。中置后驱的最大特点就是将车辆中惯性最大和沉重的发动机置于汽车的中部，使汽车能获得最佳的运动特性，因为车的车身重量分布能达到最理想的平衡。可以这样说，此车兼具的优点，方向灵敏准确，制动时不会出现头重尾轻的现象。有一个先天不足，即直线稳定性较差，为解决这一问题，所有的车后轮均比前轮大。方案5，4轮驱动（4WD）4轮驱动又称全轮驱动，顾名思义，这是指汽车前后的轮子都有动力驱动，可以按照行驶路面状态的不同而将发动机输出扭矩分别分布在前后所有的轮子上，提高汽车的行驶能力12。考虑到清扫车主要在城市路面行驶，其行驶速度比较低，一般是 30 kmh左右，作业速度更小。所以在设计时，要求使得整车结构紧凑，传动效率高，维护简单，操作简便，考虑底盘的空间利用率，所以采用发动机中置，后轮驱动(如图1-3所示)，这种布置的特点使是驾驶室的布置不受发动机的限制，噪声小、对载荷分配比较有利。图1-3 后轮驱动2 电瓶的选择汽车“电瓶”是汽车上储存电能的装置，学名称“蓄电池”。其作用包括:一是当汽车发动机起动时，向起动机提供电能，并由起动机将电能变为机械转矩，带动发动机的曲轴转动与此同时，蓄电池还向仪表、发电机的磁场线圈以及汽油机的点火系统等供电;二是在汽车运行过程中，当用电设备的用电量超过发电机的供电能力时，蓄电池协同发电机向用电设备供电当发电机出现故障时，则由蓄电池单独向用电设备供电，因此，蓄电池是汽车的第二电源;三是当用电设备负荷较小时，蓄电池接受发电机的充电，将电能储存起来;四是起到滤波器的作用。通过吸收用电负载突变时的过电压，防止损坏汽车上的电子设备。2.1 蓄电池的种类、用途、特点和选择 蓄电池的种类一般可分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等，它们各自的特点如下:铅酸电池:也称为汽车用电池(需加水维护)，充放电时会产生氢气，安置地点必须设置在通风处以免造成危险;电解液呈酸性，会腐蚀金属;价格低廉。铅酸免维护电池:密封式充电不会产生任何有害气体，摆设容易，不需考虑安置地点通风问题，免保养，免维护;放电率高，特性稳定，价格较高。镍镉电池:用于特殊场合及特殊设备上，水为介质，充放电不会产生.有害气体;失水率低，但需要固定时间加水及保养;放电特性最佳;可放置于任何恶劣环境。蓄电池按用途可分为汽车启动用、工业用、铁路及其他用途。怎样正确选购蓄电池型号:蓄电池的型号必须适当。型号选小了，造成小马拉大车，大电流放电会缩短电池的寿命;型号选大了，则不经济。对于常用的额定输出电压为12V的品种有：6, 8,10,12,15,33,38,50,65,75,90,100,120,140,180,200AH。选功能价格比：高价不一定有高质，但高质必定会有相对高的价格，货比三家，性能价格比最大的是首选。选服务：厂家有没有完善的售后服务实力，有没有全国服务热线以及完善的服务网络，才能无后顾之忧5。2.2 影响电池容量和寿命的因素影响电池容量和使用寿命的因素有:电池的使用环境、环境温度、充放电电流、充电电压、放电深度、设计参数和制造工艺。设计参数和制造工艺为生产方因素，本文不讨论。电池寿命分为循环寿命、存贮寿命、使用寿命。循环寿命是指电池循环放电次数多少;存贮寿命是指不给蓄电池进行任何充电和放电激活的情况下，能存贮的最长时间;使用寿命指电池在正常的维护情况下，电池能使用的最长时间。(1) 电池的使用环境：储存寿命随温度的增加而下降。当温度超过25时，温度每增高10 ,储存寿命被缩短一半。所以对暂时不用的电池应存储在低温、干燥的环境。工作的电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方，这样可以减少有害灰尘的腐蚀;还要避免受到阳光、加热器(如冬天用的取暖器)或其他辐射热源的影响。(2) 环境温度：因为温度的降低，电解液的粘度增大，使离子运动受到较大阻力，扩散能力下降，所以蓄电池容量随温度的增加而增加;同样的放电量，由于容量增加，放电深度浅，放电循环次数增多，蓄电池循环寿命也随温度的增加而增加，在10350，每增加1，增加5-6个循环;在3545，每增加1，增加25个循环;而50以上，则因负极硫化，容量损失，寿命反而会下降。但储存寿命随温度的增加而下降。(3) 充放电电流：由于电池的可用量随放电电流的增大而降低，所以谈电池容量必须指明电池的放电率;常规的有20H率、10H率、5H率。电池充放电电流一般以C来表示，C的实际值与电池容量有关。举例来讲，如果是100AH的电池，则C=100A。如对额定容量为24AH的蓄电池，其放电电流大小与蓄电池实际可供使用的效率关系如下:放电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命，放电电流过大，会使正极氧化铅脱落，放电电流过大，由于放电终止电压的上升，易过放电;放电电流一般要求在0.05 - 3C, UPS在正常使用中都能满足此要求，但也要防止意外情况的发生，如电池短路。(4) 充电电压：过充电时有大量气体析出，活性物质受气体的冲击而脱落，使电池寿命降低;由于UPS电池属于备用工作方式，市电正常情况下处于充电状态，只有停电时才会放电。如果充电电压过高就会使电池过充电，反之会使电池充电不足。(5) 放电深度：放电深度对UPS电池使用寿命的影响也非常大，电池放电深度越深，其循环使用次数就越少，因此在使用时应避免深度放电。虽然UPS都有电池低电位保护功能，一般单节电池放电至10.5V左右时，UPS就会自动关机。尤其要避免小电流下的深度放电，用大电流放电时，即使放电到电压相当低，但由于时间短，生成的硫酸铅较少，而小电流放电下，生成的硫酸铅明显增加，对于负极，由铅转化为硫酸铅体积膨胀，产生应力，会造成极板弯曲和活性物质脱落，影响电池寿命;如果UPS处于轻负载放电，即UPS在无市电输入的情况下，接入的负载容量远小于它的最大输出负载容量，会造成电池的深度放电。(6) 电池初充电：新的蓄电池在投入使用前，必须进行初充电，这和正常的充电不同，是需要较长时间的特别充电。因为电池负极活性物质为海绵状铅时，在电池的贮藏过程中，有部分受到氧化，必须还原为铅才能成为活性物质。对于普通铅蓄电池，初充电必须在灌酸后静置1至6小时，等到液温下降至35以下时，再灌酸至规定液面，方可进行充电，初充电以l0H率充电，时间为40-60小时。蓄电池在使用初期，随使用时间增加，放电容量增加，逐渐达到最大值，以后随充放电次的增加，放电容量减少。除上面要注意的几点之外，电池在使用一定时间后应进行定期检查，如观察其外观是否异常、有没有比较难闻的气体的味道等，一旦发现异常，应立即停止使用，并送往生产商指定的维修站进行修理，切莫擅自拆开或交给非专业人员维修，以免发生意外;如果长期不停电，UPS电池会一直处于充电状态，这样会使电池的活性变差，因此即使不停电，UPS也需要定期进行放电试验以便电池保持活性。放电试验一般可三个月进行一次，做法是UPS带载最好在50%以上，然后断开市电，使UPS处于电池放电状态，放电持续时间视电池容量而言，放电后恢复市电供电，继续对电池充电6。2.3 电瓶的布置要求使得整车结构紧凑，传动效率高，维护简单，操作简便，考虑底盘的空间利用率，所以采用电瓶中置，这种布置的特点使是驾驶室的布置不受发动机的限制，噪声小、对载荷分配比较有利。若设总的阻力约为120N,设最高车速为,其功率为 (2.1)式中 F阻力； V最高车速。这样可以考虑采用2kw的电机,其有效功率约为1.4-1.6KW,其时速应该能达到.此时车的工作电流为 (2.2)式中P电机功率； U电瓶电压。选120AH的电瓶,则可续行接近100公里.这是车用最高速行驶时的情况,如果降低车速续行距离有望达到或超过120公里.综上所述，本文选择48V120AH的USP电池，如图2-1所示：图2-1 电瓶3 电动机的选择3.1 整车对电机驱动系统的基本要求汽车是交通工具，要求电机具有高效率、高适应性。由于成本及空间的限制，电机的出力也受到了制约，所以电机的高密度小型轻量化和低成本对整车来说至关重要。(1) 高密度小型轻量化。采用强制水冷结构、高电磁负荷、高性能磁钢、高转速以及超短端部长度绕组技术等措施，使电机小型轻量化，从而实现高密度。与一般工业用电动机相比，大小和重量都需要减少到一半以下;汽车驱动电动机输出1kW只需0.6kg重量，这是一般电机不可想象的。(2) 高效率。由于是以电池为电源，一次充电的行车距离应尽可能长;汽车驱动电动机的最高效率可达到97%，其他汽车辅助电机也希望有高的效率。因此，随着稀土永磁材料价格的下降，将替代汽车辅助电机用的铁氧体磁钢;目前，汽车辅助电机绝大部分是永磁直流电动机。(3) 可靠性、耐久性、适应性。由于车辆的振动及发动机室的高温环境，使得车用电机处于恶劣环境条件下运行，振动大、冲击大、灰尘多、湿度变化大。因此，车用电机必须适应环境条件的要求，使电机可靠、稳定、安全地运行。(4) 低速时的高转矩。有电动机起动车辆，行车中起动发动机要求高转矩。此外，车用电机的低噪声与低成本技术也至关重要。3.2 电动机类型(1) 直流有刷电机 早期电动汽车由蓄电池供电故最早采用的是直流有刷电机。其主要优点是控制简单、技术成熟，具有优良的控制特性。在早期开发的电动汽车上多采用直流电动机 ，即使到现在仍有一些电动汽车使用直流电动机来驱动。虽然直流有刷电机控制系统简单，成本低，但由于电机本身存在电刷和机械换向器，不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高，而且如果长时间运行，势必要经常维护和更换电刷和换向器由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了电机转矩质量 比的进一步提高。而且这种电机效率低，维护麻烦，尤其是电刷产生的火花，会给汽车的其他电器带来高频电磁干扰。此外，机械换向器的换向能力限制了直流有刷电机的容量、电压和转速。鉴于直流电动机存在以上缺陷，在新研制的电动 汽车上已基本不采用直流有刷电机。 (2) 感应电机 交流三相感应电动机是应用最为广泛的电动机。其转子和定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。结构简单，运行可靠，经久耐用。交流感应电动机的功率覆盖面很宽广，转速可高1200015000rmin。可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高。对环境的适应性好，并能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电动机相比较，质量减轻 一半左右，价格便宜，维修方便。交流三相感应电动机的效率较低，转子容易发热，在高速运转时需要保证对交流三相感应电动机的冷却，否则会损坏电动机。交流三相感应电动机的功率因数较低，使得变频变压装置的输入功率因数也较低，因此需要采用大容量的变频变压装置。交流三相感应电动机控制系统的造价远远高于交流三相感应电动机本身， 此外，交流三相感应电动机的调速性能也较差。 (3) 稀土永磁电机 稀土永磁同步电机采用稀土永磁材料，具有效率高、功率密度大等特点，在中、小功率的系统中有优势。但是稀土永磁同步电机的成本高，而且目前使用最多的钕铁稀土永磁体的工作温度比较低，电机运行时的温升不能太高。稀土永磁同步电机分为正弦波稀土永磁同步电机(通常称为稀土永磁同步电机)和方波型稀土永磁同步电机(通常称为稀土永磁无刷直流电机)。正弦波稀土永磁同步电机 的特点是，永磁体在气隙中产生的磁场空间上按照正弦分布，定子三相绕组为正 弦分布绕组，电机的反电动势及电机定子电流均为正弦波；而稀土永磁无刷直流 电机为梯形波。永磁无刷直流电动机是一种高性的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有换向器和电刷组成的机械接触结构。另外，它采用永磁体转子，没有励磁损耗；发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。此外它的转速不受机械换向的限制如果采用空气轴承或磁悬浮轴承可 以在每分钟高达几十万转运行永磁无刷直流电动机与其它电动机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中有着很好的应用前景。永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永无刷直流电动机在恒功率模式下操纵复杂，需要一套复杂的控系统，从而使得永磁无刷直流动机的驱动系统造价很高。(4) 开关磁阻电机 开关磁阻电动机是一种新型电动机，该系统具有很多明显的特点：它的结构 比其它任何一种电动机都要简单，在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等，只是在定子上有简单的集中绕组，绕组的端部较短，没有相间跨接线，维护修理 容易。因而可靠性好，转速可达15000rmin。效率可达85 93，比交流感应电动机要高。损耗主要在定子，电机易于冷却；转子无永磁体，可允许较高温升。调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩速度特性，而且在很 广的范围内保持高效率，因而，更加适合电动汽车动力性能要求。但是，开关磁阻电机的控制系统比其他电动机的控制系统复杂一些，位置检测器是开关磁 阻电动机的关键器件，其性能对开关磁阻电机的控制操作有重要影响。由于开关磁阻电机为双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。但近年来的研究表明，采用合理的设计、制造和控制技术，开关磁阻电机的噪声完全可以得到良好的抑制。另外，由于开关磁阻电机输出转矩波动较大，功率变换器的直流电流波动也较大，所以在直流母线上需要装置一个很大的滤波电容器。近年来，在电动汽车上得到了一定的应用。目前，电动车用电机基本上形成主流，但并不单一，而是呈多样化趋势发展 ，异步电机和永磁无刷直流电机用得比较普遍7。3.3 交流电机的选择小型清扫车电机采用Y系列三相异步电动机。Y系列三相异步电动机是按照国际电工委员会(IEC)标准设计的，具有国际互换性特点。其中Y系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁销或其他杂物侵入电机内部的特点，B级绝缘，工作环境温度不超过40，相对湿度不超过95，额定电压380V，频率50HZ。适用于无特殊要求的机械上4。根据工厂实际生产中反馈的信息，电机功率2.2KW已经可以满足小型清扫车的需要。电机如图3-1所示，电机的型号选择为Y90L12，技术数据如表31所示：表3-1 Y90L12技术数据1-轴承端盖 ；2-轴；3-电机；4-电机轴 图3-1 电机4 传动方式的设计4.1 齿轮的设计齿轮传动的主要特点有；1)效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。如一级圆柱齿轮传功的效率可达99。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高1，也有很大的经济意义。2)结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。3)工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命长达一、二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。4)传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。以下是齿轮的设计计算：已知条件：输入功率，小齿轮转速，齿数比，传动用途、载荷性质、原动机种类及工作制度。1 选定齿轮类型、精度等级及齿数1）按图4-1所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）清扫车为一般工作机器，故选用7级精度（GB10095-88）。3）材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。1-电机；2-大齿轮；3-小齿轮 图4-1 清扫车传动简图2 按齿面接触强度设计由设计计算公式（10-9a）进行试算，即 4.1）式中载荷系数； 小齿轮的传递转矩； 齿宽系数； 材料的弹性影响系数；齿数比；接触疲劳许用应力。1）确定公式内的各计算数值(1) 试选载荷系数(2) 计算小齿轮的传递转矩(3) 由表10-7选取齿宽系数(4) 由表10-6查得材料的弹性影响系数(5) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；(6) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数；(7) 计算接触疲劳许用应力取失效概率1%，安全系数S=1，由式（10-12）得2）计算(1) 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值，由式（4.1）可见(2) 计算圆周速度(3) 计算齿宽b(4) 计算齿宽与齿高之比模数 齿高 (5) 计算数荷系数根据，7级精度，由图108查得动载系数；直齿轮，假设100 Nmm。由表103查得；由表102查得使用系数；由表104查得7级精度、小齿轮相对支承悬臂布置时， 将数据代入后得由；查图1013得；故载荷系数(6) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(1010a)得 (7) 计算模数3 按齿根弯曲强度设计由式(105)得弯曲强度的设计公式为 （4.2）式中 K计算载荷系数； 小齿轮的传递转矩； 齿宽系数； 小齿轮齿数； 齿形系数；应力校正系数；弯曲疲劳许用应力。1)确定公式内的各计算数值(1)由图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，小齿轮的弯曲疲劳强度极限；(2)由图1018查得弯曲疲劳寿命系数；(3)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，由式(1012)得（4）计算载荷系数K(5)查取齿形系数由表105查得；。(6)查取应力校正系数由表105 查得 ；。(7)计算大、小齿轮的并加以比较 2）设计计算，由式（4.2）可见， 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数10.872并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮数大齿轮齿数 ，取这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 大齿轮如图4-2所示。 4.几何尺寸计算1）计算分度圆直径2）计算中心距3）计算齿轮宽度取，。4.5.验算，合适图4-2 大齿轮图4-3 齿轮啮合图4.2 齿轮轴的设计齿轮轴受弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但鉴于主轴的重要性，主轴材料选用合金钢40Cr，40Cr油淬临界直径为30mm40mm，与普通钢材具有更好的力学性能和热处理性能，价格也普通钢材相差无几，广泛应用于制造一般尺寸的重要零件。 40Cr需经淬火加高温回火热处理。40Cr淬透性较高，一般都用油淬，回火温度一般在500650，回火后快冷(水冷或油冷)，有利于韧性的提高。热处理后的组织是回火索氏体。主轴连接齿轮部分的表面需要有较好的耐磨性，可在调质后进行感应加热表面淬火或进行专门的化学热处理，如氮化等。主轴如图4-4所示图4-4 齿轮轴由于该主轴既承受扭矩又承受弯矩，所以主轴的强度校核按弯扭合成强度计算，轴的载荷分析图如图4-5所示。图45 轴的载荷分析图图45中是一个虚拟力，是清扫车行驶后产生的力，假设工件材料是45钢，密度，长度900mm，直径180mm，则重力G为：取(1) 求出齿轮的转矩T已知电机功率P2.2kW，大齿轮转速，所以，(2) 求作用在大齿轮上的力已知大齿轮轮直径d286mm，所以，圆周力径向力。(3) 求轴承的支反力 由图4-5轴的载荷分析图可知，推出：(4) 求弯矩(5) 求总弯矩(6) 按弯扭合成应力校核轴的强度由图4-5和以上的计算可知该轴的危险截面是轴的螺纹的截面，根据式15-52和表15-42可得： （4.3）式中抗弯截面系数；D安装齿轮部分轴的直径；轴的空心内径。折合系数取0.6，所以轴的计算应力为： 前面已选定轴的材料为40Cr，调质处理，由表15-12查得=70。因此，故安全。5 清扫车驱动系统总装图在本文中，以交流三相感应电机驱动后轮的电动清扫车为研究对象，聚焦于其驱动系统的设计，实现其以低速在平坦的公路上行驶的最基本功能。最终取得的驱动系统总装图如下所示：1-轮胎 ；2-电机支撑板 ；3-轴 ；4-轮毂；5-电机；6齿轮槽；7-制动盘图5-1 驱动系统总装图6 清扫车总体装配6.1 清扫车液压系统总装图 清扫车液压系统带动盘刷升降以及旋转，使垃圾堆积到中央，实现了集尘功能。该系统是由组成员尧伊舜设计完成，如图61所示：1-盘刷；2-液压泵；3-液压缸；4-液压马达；5油箱图6-1 液压系统装配图6.2 清扫车集尘系统总装图集尘系统是清扫车区别其他车最大的区别所在，它配合液压系统一起完成了垃圾的收集，该系统由本组成员黄龙生完成，如图62所示：1-吸口；2-管道；3-电动机；4-集尘箱；5-风机图6-2 集尘系统总装图6.3 清扫车外形配件图车身构造选用梁式车身，车身材料选用铝合金，利用pro/e设计出车身前、后箱体外形。车身的设计是由本组成员侍爱峰同学完成，如图63，64所示： 1-车体;2-方向盘槽;3-电池表;4-速度表 1-刹车板;2-底板;3-后箱体;4-靠背;5-座位图63 前箱体 图64 后箱体64清扫车制动系统的设计清扫车制动系统是选用机械式人力制动，该设计由组成员侍爱峰完成，如图65所示：图65 制动系统装配6.4 小型清扫车完整装配图驱动系统、液压系统、集尘系统等组成了一辆完整的清扫车内部结构，如图66所示：图66 内部装配图6.5 清扫车装配建模图：清扫车内部结构装配图组合车身，完成了了一辆完整的小型清扫车的设计。如图67所示：图67 总体装配图7 结论本文利用电瓶作为驱动力源，电动机为牵引，以齿轮传动，通过事先设定的城市电瓶轿车的阻力，以及城市电瓶轿车性能的相关指标和轿车本身的基本参数，得出了电瓶、驱动电机、齿轮及轴的参数并进行相应的类型选择。在此基础上，应用Pro/Engineer软件进行造型设计和工程图,制作设计了一套驱动系统并设计出完整的既对环境无污染又可以节省劳动力的小型电动清扫车。主要分为以下几部分：（1）设计出一套发动机中置，后轮驱动的驱动系统，使得整车结构紧凑，传动效率高，维护简单，操作简便，噪声小。（2）本课题所设计的清扫车以蓄电池能源。选120AH的电瓶,则可持续行接近100公里.这是车用最高速行驶时的情况,如果降低车速续行距离有望达到或超过120公里. 因此本文最终选择48V120AH的USP电池。（3）电动机是电动车区别于传统汽车的关键部件。驱动电动机的性能特点直接影响和制约着电动车辆的性能，对电动机性能的研究和把握是研究和把握整车性能的关键因素之一。根据工厂实际生产中反馈的信息，电机功率2.2KW已经可以满足小型清扫车的需要，电机的型号选择为Y90L12。（4）传动系统的设计：齿轮传动传动比稳定、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长。根据所设计的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS,设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。齿轮轴受弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但鉴于主轴的重要性，主轴材料选用合金钢40Cr，与普通钢材具有更好的力学性能和热处理性能，价格也普通钢材相差无几，广泛应用于制造一般尺寸的重要零件。（5）通过对以上各部分的理论分析研究及设计，并应用Pro/Engineer软件进行造型设计和工程图,制作设计了一套驱动系统。在本组同学的共同努力下，设计出了一辆既对环境无污染又可以节省劳动力的小型电动清扫车。致 谢本论文是在导师曾伟民的热情关怀和悉心指导下完成的。曾伟民老师诲人不倦的育人精神、严于律己、诚恳待人的学者风范、渊博的学识以及严谨踏实的治学态度深深地影响了我在此期间的工作和学习，将令我终身难忘。三个多月来，曾老师在对我的毕业设计给予了精心指导的同时，对我的生活关心堪称无微不至。在此，谨向曾老师表示衷心的感谢和崇高的敬意!一个和谐、充满生机的学习和科研集体是我应值得特别留恋的。在此，我要向在共同的学习和生活中给予我许多帮助同组同学们表示心中的感谢!感谢我的父母和家人对我的关心和支持，在我成长的每一步中，都倾注着他们无私的爱和奉献。他们为我的成长所给予的支持和期望，我将终身难忘，也将激励着我不断前进。毕业设计是一名大学生检验其所学专业技能的重要环节。是对四年来所学知识的再回顾和综合应用。通过本次小型清扫车的设计，使我充分掌握一辆汽车的设计过程，进而理解和掌握各种机械产品的设计步骤和方法。同时，我能够系统而扎实地巩固大学四年来所学的专业知识，充分地利用几年来所学的各种专业知识来进行问题的分析，并通过查阅各种相关文献和交流来解决问题和创新设计，独立地完成课题的研究。此番设计为我日后踏入实际工作岗位做好最后一次完整的实践准备。由于能力有限，设计尚有不足之处，恳请各位老师给予指导。本毕业设计将对我影响深远，使我得到许多经验，我会不断努力提高自己，将来进入社会，贡献出我的力量。诚挚地感谢评阅和审议本论文以及参与论文答辩的专家、教授。参考文献1 孙恒、陈作模.机械原理M.北京:高等教育出版社，2001.2 濮良贵、纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社，2004.3 曹岩.Pro/Engineer Wildfire产品设计实例精解M.北京:机械工业出版社，2005.4 吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社，2005.5 吴文琳.电动自行车结构与使用维修M.北京:机械工业出版社，2005.6 胡泉秋.UPS电池的配置和维护J.广播电视信息，2003.（3）：167-173.7 刘文江.基于轮式电机城市电瓶轿车驱动系统研究D.贵州：电路与系统系，2006.8 余志生.汽车理论M.北京：机械工业出版社，19909 张铁柱、霍伟.汽车原理教程M.北京：国防工业出版杜，2003.10 关文达.汽车构造M.北京：清华大学出版社，2004.11 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