摩托车光导前位置灯的结构设计论文

I摩托车光导前位置灯的改装设计专业：机械设计制造及其自动化 班级：122 班 姓名：丁大君 指导教师：江洁摘要 摩托车的使用是非常方便的，因此十分受到大家的欢迎。而本文研究的摩托车位置灯是摩托车车灯中非常重要的一种。位置灯是在光线较暗时用来标志车辆的形位，给行人或其他车辆起警示作用，避免看不见而发生危险。本文设计的位置灯是采用LED 颗粒发光，通过光导管将光传导输出，解决传统车灯亮度低，方向性差等问题，但 LED 车灯散热严重，于是采用结合铝基板和驱动电路板分离的结构，大大的降低了LED 颗粒由于热量集中而导致的失效或光输出下降的问题，其结构可以满足 GB17510-2008摩托车光信号装置配光性能要求。关键词 LED 车灯 光导管 铝基板 散热 摩托车IIModification design of position lamp for motorcycleProfession: mechanical engineering and automation Class:jizi122 Name : Ding Dajun instructor : Jiang JieAbstract As a simple means of transport, the motorcycle is very popular now. In this paper, the position lamp of motorcycle is a very important one. The position lamp is used to mark the shape of the vehicle when the light is dark, Position lamp, instrument lighting lamp and license plate lights at the same time, in order to mark the vehicles shape, to indicate the width of the car to remind each other and after the car which can warn other vehicles to avoid danger. In this paper, the design of the position lamp is the use of LED particles of light, through the light guide tube to the output, to solve the traditional lamp brightness low, poor direction and other issues. Although the light pipe front position lamp it has advantages of good monochromaticity, good directivity, high brightness, good coherence, but it has its limitations. But LED lamp cooling is serious, so the use of combination of aluminum substrate and drive circuit board separation structure, greatly reduce the LED particles due to the heat concentration caused by failure or light output decline. The structure can meet the requirement of GB17510-2008 “light signal matching performance of motorcycle“.Keywords LED lighting Light guide tube Aluminum substrate dissipate heat motorcycle目 录摘要 .ABSTRCCT.第一章 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.2 毕业设计主要内容及结构 .2第二章 位置灯的材料 .32.1 引言 .32.2 CATIA 软件 .32.3 材料的选择 .32.3.1 灯罩材料的选择 .32.3.2 灯壳材料的选择 .52.4 本章小结 .8第三章 位置灯的结构设计 .93.1 引言 .93.2 灯壳形状设计 .93.2.1 CAS 面的制作 .93.2.2 LED 颗粒选择 .93.2.3 光导管的选择 .113.3 铝基板 .123.4 集成电路 .133.5 本章小结 .14第四章 第一次热模拟试验 .154.1 引言 .154.2 热模拟 .154.3 实验结果和结论 .154.3.1 环境温度为 40 .154.3.2 环境温度为 60 .164.3.3 总结 .184.4 本章小结 .18第五章 位置灯的结构改装 .195.1 引言 .195.2 位置灯的改装 .195.2.1 发热原因 .195.2.2 驱动板的分离 .205.2.3 光导管的安装 .205.3 本章小结 .22第六章 第二次热模拟试验 .236.1 引言 .236.2 热模拟试验结果 .236.2.1 环境温度为 40 .236.2.2 环境温度为 50 .246.2.3 环境温度为 60 .266.2.4 结果总结 .286.3 本章小结 .28结 论 .29参考文献 .30致谢 .31摩托车光导前位置灯的改装设计 丽水学院 2016 届学生毕业设计（论文）1第一章 绪论1.1 课题背景及意义随着科技的发展，各种各样的交通工具使现代人的生活发生了巨大的变化。汽车、飞机等交通工具的发明减少了出行所花费的时间。摩托车作为一种新型的交通工具，对于我们的出行是非常方便的。首先跟汽车相比较，1、摩托车比较灵活，如果在路上遇到堵车时，汽车是无法快速通过的，但是摩托车却可以自由出入，因为它的体积小，无论是大街小巷都可以穿梭自如。2、在世界上，环保问题一直是人们所关注的焦点问题，但是随着汽车的日益增多，汽车所排放的尾气会造成许多污染，不仅污染了城市的环境，而且还会危害人们的健康，造成呼吸道疾病等一系列问题。而摩托车因为体积小，所以排放的气体少，对环境污染小，而且消耗的汽油少，可以节约资源，对于现在日益枯竭的宝贵资源是非常重要的，而相比较于自行车，它的速度比自行车快很多，能有效缩短移动时间，能为我们节约很多在路上的时间。正因为如此，摩托车在现在非常受到人们的喜爱。 车灯作为车辆的照明工具，它发挥了非常大的作用。它不但能够为车辆在夜间行驶时提供照明，而且也可以发出许多指示信息，像转向灯可以告诉旁边车辆自己将要往哪个方向移动，刹车灯用来提示后方车辆自己正在减速，以避免发生追尾事故。但在人们的一般印象中，前大灯似乎是比较重要的，因为它能够在黑夜里把前方的道路变亮，可以保证驾驶员安全前行。但事实上，位置灯对于车辆的重要性也是非常关键的。 位置灯又称“示宽灯” 、 “示位灯” ，安装在车辆前面、后面，在傍晚或清晨时，光线较暗又不用大灯照明时，位置灯将会发亮，以标志车辆的形位，来表示车的宽度以提示对方和后车，给行人或其他车辆起警示作用，避免看不见而发生危险，其功率一般为 520W。前后位灯俗称“小灯” ，前位置灯光色为白色，后位灯光色为红色。据交通部的数据显示，70%的车祸发生在夜间，因为那时候光线暗，驾驶员的视野受到很大的限制，所以驾驶员在夜间行驶时要比白天更加小心。由于相比于汽车的体积，摩托车体积小了很多，因此在夜间时，摩托车不容易被其它车辆发现，这就造成了很多事故，所以为了要求其他车辆能够注意到自己，而且保持一定的距离是非常重要的，因此在这里位置灯发挥了很大的作用。它能让其他司机意识到自己与他人车辆之间的距离。传统的摩托车位置灯采用的是卤素灯，卤素灯是通过钨丝发光，但它具有流明度不高，亮度不够，易耗电，寿命只有 600 个小时等缺点。因此现代的摩托车前位置灯大多采用 LED 车灯，利用LED 颗粒发光，将光传导给光导管，最终实现前位置灯的发亮，LED 位置灯与传统的摩托车位置灯相比较而言，它具有单色性好、方向性好、亮度高、相干性好等优点。当然 LED 位置灯也具有其局限性，首先，在散热方面，LED 发光通过光导管传导输出的光其实只有 LED 颗粒初试发光的 50%左右，因此损耗极大。而其它的能量将以热量的形式散发出来，这摩托车光导前位置灯的改装设计 丽水学院 2016 届学生毕业设计（论文）2就会造成 LED 电路板在点亮后持续发热，因为前位置灯的内部空间是非常有限的，当温度接近或甚至超过 LED 颗粒自身的结温时，LED 电路板的光输出会大幅度下降，甚至会造成光导管因温度过高而损坏。因此对于如何在使光导管散热显得尤为重要。1.2 毕业设计主要内容及结构本文是设计一种新型的摩托车位置灯，采用的是 LED 发光通过光导管传导输出光，通过使用光导技术，有效的解决位置灯使用灯泡时造成的发光不均匀、效率低、外形差等缺点，然后通过实验及查找资料的基础上进一步改进了内部结构，及通过在光导技术上采用铝基板和驱动电路板分离，热量分散，从而可以取消以往设计上的散热器模块，极大的节省了位置灯内部的空间，有效的控制了 LED 颗粒在发光时产生的节温问题，最大限度的降低了内部热量对 LED 颗粒造成的影响，通过热模拟软件分析出新位置灯结构能够满足 GB17510-2008摩托车光信号装置配光性能要求。摩托车光导前位置灯的改装设计 丽水学院 2016 届学生毕业设计（论文）3第二章 位置灯的材料2.1引言摩托车作为主要的交通工具，正越来越受到人们的青睐。本章节选择合适的材料用作灯壳和灯罩的制作，使它能够满足 GB17510-2008摩托车光信号装置配光性能要求。2.2 CATIA软件CATIA 是法国著名飞机制造公司达索公司开发的一款集设计、分析、模拟、组装的 3D 软件，它起源于航空企业，并且在汽车生产、机械创造、航空航天、电器及其他一些生产行业发挥着重大的作用。CATIA 软件的集成化基本能够满足所有的产品设计和制造方案，能够很大程度上解决了工业领域中各大中小企业的数字化设计需求1。2.3 材料的选择2.3.1 灯罩材料的选择摩托车车灯常用的灯罩材料是 PC(聚碳酸酯)和 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯） 。PC 是 Polycarbonate 的简称，中文名是聚碳酸酯，PC 的分子链中拥有多个基团，所以它所表现的宏观性能是各个基团性能的呈现羟基，增加材料刚性；亚苯基，提高了 PMMA 的力学性能；酯基，吸水性好、绝缘性弱；氧基，增加材料韧性。现在制造 PC 的常用方法是熔融酯交换法（双酚 A 和碳酸二苯酯通过酯交换和缩聚反应合成） 。其反应方程式如图 2-1 所示:图 2-1 PC 的制造方法摩托车光导前位置灯的改装设计 丽水学院 2016 届学生毕业设计（论文）4因为 PC 大分子主链的体积和刚性效应，导致其的结晶能力很差，使它成为无定形聚合物，从而其具有优异的透明性，所以常常用来制作灯罩及一些透明物品。PC 的力学性能很好，拥有很好的韧性。在一般的环境中都表现出优异的材料性能。因为 PC 是弱极性混合物，这导致它的绝缘性一般。其的环境适应性强，可耐有机酸等一些恶劣环境3。但是其作为灯罩的材料任然有不足的地方。首先，第一点，PC 的价格比较昂贵，如果是用在一般的摩托车位置灯上，其生产成本是非常高的，而这一切最终是要消费者来承担的，显然无形中会增加消费者的负担，对于摩托车的销售会有较大的影响。第二点，PC 的硬度低，其的耐磨性较差，如果长时间的使用，会使车灯的表面产生许多刮痕，导致车灯表面模糊，这不利于灯光的散发。因此本位置灯采用的是 PMMA 用作灯罩的材料。PMMA 是 Polymethyl methacrylate 的简称，其中文名是聚甲基丙烯酸甲酯，俗称“有机玻璃” 、“亚克力”或“亚加力” ，是到目前为止合成的透明材料中价格较便宜，质地又很好的品种。PMMA 开始是由美国的 CIC 公司在 1933 年进行大规模生产的，现在依旧是世界上最大的制造商家；还有一些制造商包括三菱人、住友及协和等；当然在中国也有一些的制造商，包括江苏安利化公司、上海珊瑚化公司和浙江有机玻璃公司等。PMMA 的结构如图 2-2 所示：图 2-2 PMAA 的结构PMMA 的优点很多，尤其是它的透光率优异，可以高达 93%-95%，跟无机玻璃的透光率相差不大；除此之外，它的表面硬度高、耐侯性好以及综合性能优良；主要用来制作光学透明制品。PMMA 是具有很高透明度的热塑性塑料，它质轻而坚韧，在普通环境中表现出较好的压缩强度、弯曲强度。PMMA 的氧指数是 17.3%。容易燃烧，燃烧时会产生花果臭味。摩托车光导前位置灯的改装设计 丽水学院 2016 届学生毕业设计（论文）5PMMA 的耐久性好，用它制造的灯罩产品可以很好的保护内置光源，能够有效的延长灯具的使用寿命；其的透光性能优异，因此可以减少灯具的数量，降低了制造时的生产成本,提高了效益。PMMA 的具体性能数据见表 2-1。表 2-1 PMMA 的性能性 能 数 据 性 能 数 据相对密度拉伸强度/MPa吸水率/%弯曲强度/MPa压缩强度/MPa断裂伸长率/%洛氏硬度缺口冲击强度/(kj/)拉伸模量/MPa1.17-1.1955-7721101302.5-6M11818-242400-2800长期使用温度/热变形温度（1.82MPa）/热导率/W/(m*K)线膨胀系数/(x10-5K-1)介电常数（106Hz）体积电阻率/*介电强度/(kV/mm)介电损耗角正切值介电损耗耐电弧/s801150.14-0.272.2-2.51015200.02-0.08不漏电经过 PC 和 PMMA 的两者之间的性能比较，对于制造摩托车位置灯，我将采用的是 PMMA 作为灯罩的材料，因为相较于 PC，PMMA 的价格便宜，它所制造的灯罩成本就比较低，适合消费者；PMMA 的透光性比 PC 高，对于透明的灯罩来说是非常重要的，可以省电；PMMA 的耐候性好，用作户外产品时不容易损坏，尤其适合暴露在外的摩托车车灯。2.3.2 灯壳材料的选择摩托车车灯常用的灯壳材料是 PP（聚丙烯）和 ABS 树脂PP 是 Polypropylene 的英文简称，其中文名是聚丙烯。它是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物，因其的疲劳强度好而被称为百折胶。PP 的力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中是最好的；其拉伸屈服强度和拉伸强度超过 ABS，另外在经拉伸和压缩后还能较大的增强；它的力学性能受环境温度的影响比较弱，即使周围的温度为 100时，它的拉伸强度仍有 50%；聚丙烯的抗弯曲性是非常优秀的，其制品在常温下可弯折一百多次而不损坏。它的热学性能优异，所制造的产品能忍受 100的热水，可以在沸水中消毒，而且因为它能在 100-120的水温中长期使用，常常用于热水输送管道。但是其的耐低温性能不行，在低于零下摄氏度时，PP 制品容易脆化，因此在低温环境下，不宜使用聚丙烯制品。但是选作位置灯的材料，我会选择 ABS 塑料，因为它的性能更加优良。ABS 是 Acrylonitrile Butadi