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小型 电动 载货 三轮车 设计

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湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学 部： 理工学部 学生姓名邱显文学 号200841914529年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(5)班指导教师姓名杨文敏指导教师职称副教授毕业论文（设计）题目小型电动载货三轮车的设计工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1、论文写作思路的整理2、三轮车整体结构的设计3、三轮车传动系统的设计计算4、三轮车制动系统的设计计算1. 三轮车各基本构件的选型2. 三轮车整体结构及主要部件的CAD图纸的绘制指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日检查（考核）小组意见检查小组组长签名： 年 月 日湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）任务书学生姓名邱显文学 号200841914529年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(5)班 指导教师及职称杨文敏副教授学 院东方科技学院20 年 月 日填 写 说 明一、毕业论文（设计）任务书是学校根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）毕业论文（设计）选题来源、选题性质和完成形式：请在合适的对应选项前的“”内打“”，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。（二）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（三）主要中文参考资料与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（四）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目小型电动载货三轮车的设计选题来源结合科研课题 课题名称：生产实际或社会实际 其他 选题性质基础研究 应用研究 其他题目完成形式毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文主要内容和要求设计的小型载货三轮车,以电动助力车用密封铅酸蓄电池为动力，采用方向把式转向，传动系统要求简单，最小离地间隙应大于或等于160 mm，最高车速小于30km/h，最大载货重量小于250kg，其他要求参照JB/T 72362001。要求对蓄电池、电动机及其控制器、轮胎、轮辋等选型，作整体结构设计，对传动系统进行设计计算，写出设计计算说明书。具体要求如下：1、设计图纸不得少于4张（0#），全部用CAD绘制。、设计计算说明书不得少于1.0万字。正文的主要结构层次:1）前言：主要写设计的目的、意义、研究的现状、本毕业设计的主要内容。2）总体方案的拟定与计算：要有方案的比较、选优、必要的简图和设计计算，验证能达到上述设计目标。蓄电池、电动机及其控制器、轮胎、轮辋等的选型说明。3）关键零件的强度的计算与分析：如齿轮、轴等，可以用计算机辅助设计计算，但要写清采用的计算软件，对设计的已知条件和结果可以用图形、表格等方式整理。4）典型零件如车架的结构设计说明：要有必要的插图，文字针对插图进行说明。 5）设计总结：是对整个毕业设计主要成果的总结。在总结中应明确指出本毕业设计的优点和缺点（或没有考虑周全的地方)，对其应用前景和社会、经济价值等加以预测和评价，并指出今后进一步改进设计的方向与设想。6）致谢：对老师和给予指导或协助完成毕业设计工作的组织和个人表示感谢。内容应简洁明了、实事求是。注：此表如不够填写，可另加附页。主要中文参考资料与外文资料1.文献检索关键词：三轮车 农用运输车 运输车 电动车 2. 李晋善,谭德荣.拖拉机与农用运输车的使用设计.机械工业出版社.19963. 洛阳绿盟电动车维修培.电动三轮车/自行车维修实例精选. 化学工业出版社.20084. 胡亚庄.农用三轮车四轮车驾驶保养修理195例. 吉林科学技术出版社.19965. 刘英俊，王彩霞.电动自行车/三轮车的结构与维修. 人民邮电出版社.2009.4工作进度安排起止日期主要工作内容2011年11月25日前查阅文献收集资料、调研2012年2月1日前完成总装图、部装图和零件图的设计绘制2012年4月1日前中期考核2012年5月1日前撰写设计计算说明书2012年5月18日前毕业设计审查2012年5月28日毕业设计答辩要求完成日期：20 年 月 日 指导教师签名： 审查日期：20 年 月 日 专业委员会主任签名： 批准日期：20 年 月 日 学院指导委员会签名（公章）： 接受任务日期：20 年 月 日 学生本人签名： 注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。此表可从教务处网站下载中心下载。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名邱显文学号200841914529年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(5)班指导教师及职称杨文敏 副教授开题时间年 月 日毕业论文（设计）题目小型电动载货三轮车的设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）目前电动车已经成为城乡主要的交通工具之一，为了顺应时代的潮流和人民生活的需要，我对电动车做了进一步的了解，通过和指导老师讨论决定对电动三轮车进行进一步的研究和改进，设计出一款更为实用经济的电动三轮车产品。由于能源价格的日益攀升，电动车具有方便,节能,环保等优点，国家倡导绿色能源，电动车将在世界各地逐渐普及，这对保护环境、节约资源和提升人们的生活质量有重要的作用。针对掌握的资料知道电动摩托车是以蓄电池作为辅助能源，它虽然具有普通三轮摩托车的外表特征，但主要的是，它是在普通三行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把、闸把等操纵部件和显示仪表系统的、机电一体化的个人交通工具。无论是国内销售,而是海外发展的电动三轮车.现在还是处于一个摸索中成长的阶段。表现主要有以下几点:科技含量不够高，整体产业链上中下游问题百出，无具体的行业标准要求限制。电动车行业经过05和06年“井喷”式增长，到07年整个行业产能已经达到了约6700万台，而08年市场需求只有2100万台左右，由于产能严重过剩，行业开始进入洗牌阶段，许多中小企业都陆续的退出了电动车行业，09年行业市场竞争会更加激烈。电动车行业由于门槛低，技术含量不高，产品仿冒层出不穷，大多数企业在新品开发上放弃了自主研发而采取市场跟进策略，即市场上什么车型畅销就上什么车型。电动车市场消费者的不成熟，对新鲜外观的追逐喜好的特点使得电动车新品更新换代过于频繁，企业要想投其所好吸引这些消费者，就必须加快新品开发的速度，可见电动车新品开发得重要性。目前，我国制造电动自行车的厂家背景各种各样。有些成立的电动车厂家是摩托车厂家，电器厂，甚至是玩具车厂家根据目前的电动车市场的需要的增加而转产的。其中一些公司已经成立几十年的大公司，但是直到2000年之后才开始制造电动自行车。许多公司甚至没有一点制造业的经验就直接进入制造电动自行车的行业。德、日、法、美这几个汽车工业发达国家，到目前为止都已研制出实用的电动汽车，其中包括大客车、轿车、摩托车等。主要参考文献1. 李晋善,谭德荣.拖拉机与农用运输车的使用设计.机械工业出版社.19962. 洛阳绿盟电动车维修培.电动三轮车/自行车维修实例精选. 化学工业出版社.20083. 胡亚庄.农用三轮车四轮车驾驶保养修理195例. 吉林科学技术出版社.19964. 刘英俊，王彩霞.电动自行车/三轮车的结构与维修. 人民邮电出版社.2009.4研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）本设计的是小型电动载货三轮车，其主要的目的是综合运用机械原理和机械设计等课程，对大学所学的知识的一次验证。此次设计的小型电动载货三轮车是以电动机为主要的驱动方式，以蓄电池来提供动力。其设计的要求：以电动助力车用密封铅酸蓄电池为动力，采用方向把式转向，传动系统要求简单，最小离地间隙应大于或等于160 mm，最高车速小于30km/h，最大载货重量小于250kg，其他要求参照JB/T 72362001。要求对蓄电池、电动机及其控制器、轮胎、轮辋等选型，作整体结构设计，对传动系统进行设计计算，写出设计计算说明书。 通过网上资料的搜集和对市场的亲身调查发现现在电动三轮车的发展状况和技术水平，然后通过对资料的整合和自身大学四年学到的知识的运用和指导老师的帮助，把各项新的技术运用到设计的新产品中。内容主要是电动三轮车的整车简介、电动三轮车前叉的设计、电动三轮车驱动系统的设计和电动三轮车制动系统的设计等组成。前叉部件：前叉部件在电动三轮车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。电动三轮车驱动系统，是以电动机为主要的驱动方式，以蓄电池来提供动力。电动三轮车制动系统的设计：制动一般前轮制动由手捏闸把来控制，后轮制动由脚踩制动踏板来完成。电动三轮车的制动装置有机械鼓式制动器和液压盘式制动器两种。鼓式制动器结构与汽车、拖拉机相似，制动蹄块由铝合金压铸成型，上面粘有摩擦制动片，通过制动臂转动制动凸轮并推开制动蹄块起到制动的目的。制动器由油箱、柱塞阀油泵（均在车把上）、液压油管、制动钳、制动盘等组成。制动错开与前叉导向近固定在一起，是制动装置的固定部分。制动盘与车轮固定在一起，随车轮旋转。制动时，握紧闸把，柱塞阀移动，推动液压油沿液压油管进入制动钳的两个油缸。在压力油的作用下，油缸推动摩擦片从两边紧夹住制动盘，产生很大的摩擦阻力，迫使车轮停止转动。放松闸把时，液压油路中的压力迅速回降，油缸带动摩擦片恢复原位，解除制动。时间进程安排（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）2011年11月25日前 查阅文献收集资料、调研2012年2月1日前 完成总装图、部装图和零件图的设计绘制2012年4月1日前 中期考核2012年5月1日前 撰写设计计算说明书2012年5月18日前 毕业设计审查2012年5月28日 毕业设计答辩开题论证小组意见 组长签名： 年 月 日专业委员会意见专业教研室主任签名： 年 月 日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。专业名称必须是全称，例如“会计学专业”，班序号用阿拉伯数字“1”、“2”标注。此表如不够填写，可另加页。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证记录学 部： 理工学部 学生姓名邱显文学 号200841914529年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化专业(5)班指导教师姓名杨文敏指导教师职称副教授毕业论文（设计）题目小型电动载货三轮车的设计论证小组质疑及指导意见学生回答简要记录论证小组成员签名 记录人签名： 论证时间： 2011 年12 月14 日 注：记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生毕业设计小型电动载货三轮车的设计THE DESIGN OF SMALL-SCALE ELECTRLE CARGO TRICYCLE学生姓名：邱显文学 号：200841914529年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（五）班指导老师及职称：杨文敏 副教授 学 部：理工学部湖南长沙 提交日期：2012年5月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 前言11.1 课题背景及目的11.2 国内外研究状况21.3 本论文设计的主要内容32 电动三轮车结构设计方案的确定32.1 电动三轮车根据用途不同的分类32.1.1 老年休闲型电动三轮车32.1.2 客运型电动三轮车32.1.3 货运型电动三轮车32.2 目前国内外常见的电动三轮车后桥的结构样式32.2.1 单侧电机、外置车架型32.2.2 中置电机带大轴型42.3 电动三轮车设计方案比较分析43 电动车的整体设计43.1电动三轮车的参数选择43.2电动三轮车外形的设计44 电动机的选择5 4.1电动机的分类5 4.1.1有刷电机的优缺点5 4.1.2无刷电机的优缺点6 4.2 电动机功率的选择7 4.2.1行驶阻力7 4.2.2 最大功率7 4.2.3 最大转速75 蓄电池的选择76 控制器的选择76.1 控制器的功能86.2 控制器的分类86.2.1有刷控制器86.2.2 无刷控制器97 电动三轮车转向机构的设计107.1 转向方式的确定107.2 前叉的设计107.2.1 前叉转向轴的设计107.2.2 叉冠的设计107.2.3 减震器的选择118 电动三轮车行走系统的设计128.1车架的设计128.2 电动三轮车后桥选用138.3 传动轴的设计139 电动三轮车制动系统的设计149.1电动三轮车前轮制动系统149.2电动三轮车后轮制动系统149.3电动三轮车驻车系统1410 轮胎、轮辋的选择1510.1 轮胎1510.2轮辋1511结论15参考文献16致谢17- 5 -小型电动载货三轮车的设计学 生：邱显文指导老师：杨文敏 (湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128) 摘 要：本文分析了国内外电动车的现状，对未来进行了展望，设计出一款新型的载货电动三轮车。文中介绍了电动三轮车的分类、用途以及各种类型的电动三轮车的优缺点，并根据我对电动三轮车的市场调查的情况进行分析研究。对电动三轮车的整车参数、外形尺寸、前叉结构、驱动系统和制动系统等进行了设计和改进。关键词：电动三轮车；电动机：前叉结构；驱动系统；制动系统The Design of Small-scale Electric Cargo TricycleAuthor: Qiu XianwenTutor: Yang Wenmin(Orient Science& Technology Collage of Hunan Agricultural University, Changsha，410128)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 system1 前言1.1 课题背景及目的目前电动车已经成为城乡主要的交通工具之一，为了顺应时代的潮流和人民生活的需要，我早已想对电动车做进一步的开发，通过和指导老师讨论决定对电动三轮车进行进一步的研究和改进，设计出一款更为实用经济的电动三轮车产品。由于能源价格的日益攀升，电动车具有方便,节能,环保等优点，国家倡导绿色能源，电动车将在世界各地逐渐普及，这对保护环境、节约资源和提升人们的生活质量有重要的作用。针对掌握的资料知道电动摩托车是以蓄电池作为辅助能源，它虽然具有普通三轮摩托车的外表特征，但主要的是，它是在普通三行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把、闸把等操纵部件和显示仪表系统的、机电一体化的个人交通工具。无论是国内销售,而是海外发展的电动三轮车.现在还是处于一个摸索中成长的阶段。表现主要有以下几点:科技含量不够高，整体产业链上中下游问题百出，无具体的行业标准要求限制。中国电动三轮车行业起步于2001年左右，竞争相对并不激烈，然而与前几年相比，近几年由于行业发展增速，企业数量也随之急速增长。目前，全国共有电动三轮车品牌厂家200余家，规模相对较大的企业有：金彭、宇峰、百事利、平安人家、步步先、淮海、福田、速利达、丰收、帅克、合旺牛、大安、富尔沃、普田、常力等。电动车行业由于门槛低，技术含量不高，产品仿冒层出不穷，大多数企业在新品开发上放弃了自主研发而采取市场跟进策略，即市场上什么车型畅销就上什么车型。电动车市场消费者的不成熟，对新鲜外观的追逐喜好的特点使得电动车新品更新换代过于频繁，企业要想投其所好吸引这些消费者，就必须加快新品开发的速度，可见电动车新品开发得重要性。1.2 国内外研究状况纵观全世界，我国的电动车行业用了最少的政府财政支持和行业监管，已经发展成为最大的电动车生产基地。目前年产量接近十万辆或超过十万辆的企业有三家左右，分别是宇锋、金彭与百事利，年产量在五万辆左右的企业约有十多家，包括平安人家、步步先、淮海、福田、速利达、丰收、帅克、合旺牛、大安、富尔沃、普天、常力等，另外，全国各区域分布着众多中小型电动三轮车企业，如美时达、万吉、绿能达、金源、阿拉奇、蒙格马、达尔福等。由于行业仍处于生长期阶段，现有电动三轮车企业发展势头良好，而更多的企业跻身到这一行业中来，其中包括摩托车企业、电动车企业以及自行车企业等。另一方面市场的不成熟也导致了行业内目前仍未出现实力明显领先的企业与品牌，电动三轮车行业品牌格局并未形成，而目前的基本格局也只是一个暂时的，并不稳定的格局，在行业迅速发展的近一两年内，这一格局将有可能被多次改变。目前来说，三大板块内的所有企业，包括其他区域的电动三轮车企业都处于扩大规模中。2005年至今，电动三轮车产业出现井喷状态，其发展形势犹如五年前的电动自行车行业。市场的迅速增长给企业带来巨大机会，同时也成为品牌突围的最佳时机，预计在三年之内，将会陆续有更多的企业进入到这一行业，电动三轮车行业的企业数量将成倍增长，而行业品牌格局在产业规模的持续扩张以及行业洗牌的双重作用下将逐渐清晰，并形成相对稳定的状态。1.3 本论文设计的主要内容通过网上资料的搜集和对市场的亲身调查发现现在电动三轮车的发展状况和技术水平，然后通过对资料的整合和自身大学四年学到的知识的运用与指导老师的帮助，把各项新的技术运用到设计的新产品中。内容主要包括电动三轮车的整车总体配置设计、电动三轮车前叉的设计、电动三轮车驱动系统的设计和电动三轮车制动系统的设计、以及对蓄电池和电动机的选型。2 电动三轮车结构设计方案的确定2.1 电动三轮车根据用途不同的分类2.1.1 老年休闲型电动三轮车 休闲型电动三轮车以自用为主，通常作为老年人休闲娱乐、接送儿孙上学或者买菜走亲戚所用。老年人可以用来作为结伴去钓鱼、逛公园、健身等的代步工具。车身比较轻，车速比较低，比较省电，还有助力脚踏，可以作为低电或者没电时应急所用，也可以作为老年人锻炼身体的工具。2.1.2 客运型电动三轮车客运型电动三轮车以城镇客运为主，他的主要特点就是承载能力强，可以坐五到六人，电池容量比较大，车身比较重比较长，一般采用中置电动机或者是采用差速电机的方式作为后桥的驱动方式。电池容量大、电机功率较大、电压较高、行程比较远。同时也有助力脚踏，在低电、没电或者上坡、起步时使用。这种客运型点动三轮车多用在城乡客运或者出租所用，车速比较高、车身比较大、轴距较长，稳定性比较好。2.1.3 货运型电动三轮车货运型电动三轮车集合了客运和货运的长处，用途更多、应用范围更广泛。一般也是采用的中置电动机或者差速电机作为后桥驱动系统，不仅可以载人，还可以载货，不管是城市还是农村都可以用。它的电动机功率、电池容量、电池组电压更为高，这样车速更高、动力更强、行程更远。同时车身使用的钢材更厚、标号更高，同时那整车成本更高。12.2 目前国内外常见的电动三轮车后桥的结构样式2.2.1 单侧电机、外置车架型单侧轮电机，外置车架（车架在车轮外边），这种结构的车没有大轴，稳定性不好，后两轮不同步，载重量轻，车架易变形。这种电动三轮车的优点是制造工艺简单车身轻便，耗电量相对较小 ，没有差速器，驱动系统相对简单，成本低。缺点就是使用范围比较狭小，不适合在路况不太好的乡下使用。一般情况下此种车型车速较低，车子容易掌控，可作为老年人、残疾人代步用车。2.2.2 中置电机带大轴型要选择中置电机带大轴的车，（大轴又称后桥、后梁，是连接三轮车后两轮之间的车轴，三轮车的重要部件）这种车稳定性好，中置电机同时驱动后两轮，启动平稳。而且这类车不用外置车架，整车外观也好看。 这种类型的车成本比较高、车身比较重、承载能力强，适合城市货运和路况比较差的城乡使用。随着使用范围的扩大，还出现了电动三轮出租车，电动三轮环卫车等。2.3 电动三轮车设计方案比较分析综合所有电动三轮车的特点和用途，再经过我对本地区市场的需求，我决定设计一款新型的货运电动三轮车。因为现在的货运型电动三轮车整体来说使用的是多块电车组和中置电动机。这样就加重了车身的自重，还需要有链条的传动。这样的电动三轮车的缺点有两点：一、电动三轮车的电池组的自重消耗了电池的电量，使得电动三轮车的行程缩短；二、用链条传动在功率的传递过程中也消耗了一部分电能。通过我认真的分析、导师的指点和通过搜集市场的资料和调研。对于电池组方面，还是采用传统的密封铅酸蓄电池，相对新型的电池组而言，价格更低，性价比更高。而由于链条传动过程中有功率消耗的问题，采用差速电机直接与后桥连接来消除链传动的功率消耗。因此这样与传统的电动车相比更车身自重更轻、行程更远，使用维护更为方便，噪音更低。3 电动车的整体设计3.1 电动三轮车的参数选择整车外形尺寸：3060mm1300mm1500mm最高车速： 30km/h最小离地间隙： 160mm前轮最大转角（左转/右转） 45转弯半径： 3m最大爬坡能力： 30载质量： 250kg车辆自重： 200kg3.2 电动三轮车外形的设计经过认真的调研和对目前市场的考察，经导师指点。我设计了一款新型电动三轮车。其外观如图1所示。图1 电动三轮车Fig.1 Electric tricycle车身效仿了原来比较流行的三轮摩托车的外观，整体比较协调，符合多数人的审美关，市场前景很好。具体参数如下：整车长:3060mm、整车宽:1300mm、整车高:1500mm 、前后轴距:2055mm 、后轮轴宽:1100mm。车厢为三开门型新型设计方法，方便装卸货物，操作简单。24 电动机的选择4.1 电动机的分类电动机是电动车的关键部件之一。电机和轮毂结合安装在电动车上，从而达到运行的目的。电机的性能基本上决定了电动车的性能和档次。目前电动车均采用稀土永磁直流电机。所谓永磁电机，是指电机线圈采用永磁体激磁，不采用线圈激磁的方式，这样就省去了激励线圈工作消耗的电能，提高了电机的转换效率，延长了续行里程。电机大致可以分为直流有刷电机和直流无刷电机两大类。有刷电机分为有刷有齿高速电机、有刷无齿低速电机；无刷电机分为无刷有齿高速电机、无刷无齿低速电机；有刷电机和无刷电机最直观的区别是有刷电机有2根引线，无刷电机有8根引线。有刷电机采用碳刷和换向器工作，无刷电机采用传感器加三个霍尔元件进行换向。它们各自的优缺点如下：4.1.1 有刷电机的优缺点（1）有刷电机、控制器启动块，结构简单，成本低，维修简单，配件易购。（2）有刷电机一般使用一段时间就需要更换碳刷（2只或4只），但更换一组碳刷的成本仅为几元钱，比较经济。（3）有刷电机比无刷电机相比噪声较大，但在室外骑行时基本听不到。（4）有刷电机比无刷电机费电。（5）有刷电机动力性能和爬坡能力相对弱一些。4.1.2 无刷电机的优缺点（1）无刷电机工作时因为输出转矩大，效率高，噪声小，运行平稳，成为当前电动车上应用的主流电机。（2）无刷电机使用寿命长，爬坡能力强、有劲，有“永不磨损”的优点，正常不需要维修。（3）电机与控制器的综合效率高。（4）无刷电机更需要防水，因为无刷电机中有霍尔元件和大量的硅钢片，如果电机进水，会造成霍尔元件损坏和硅钢片生锈，造成电机损坏。（5）无刷电机控制器电路复杂，售价也高，配件不易购买。表1 有刷电机和无刷电机的综合比较Table.1 The comprehensive comparison of brush motors and brushless motors 项目无刷电机高速有刷电机低速有刷电机效率高低中功率密度中高低换向火花无大小寿命长短中震动中中小噪声小大中电磁干扰无大中启动加速良优差过载能力中大小温升（绕组）中高低磁体低高高可靠性高低中结构复杂复杂简单工艺复杂复杂简单材料消耗中中多成本中较贵低运行低较贵低环境适用性强有选择有选择通过以上有刷电机与无刷电机的比较，本电动车采用有刷电动机。4.2 电动机功率的选择4.2.1 行驶阻力（1）滚动阻力Fr =Pfrcos （1）式中：P 作用在于滚动轮中心的铅垂方向的载荷 fr 轮胎阻力系数 路面的倾斜角查滚动阻力系数取：fr=0.030Fr = Pfrcos=450100.030cos30=120N=0.12KN （2）爬坡阻力 Fg =Mgsin （2） 式中：M三轮车总承重 路面的倾斜角 Fg =Mg sin=45010sin30=2250N=2.25KN 4.2.2 最大功率 Pm =（Fr+Fg）Vm =(0.12+2.25)KN30km/h =1.975KW （3）4.2.3 最大转速 n=60Vm/(2r) =(30km/h60)/(20.307)=258r/min （4）因此，综上所述本电动车选用功率为2kw,型号为180SY01A的有刷电机。5 蓄电池的选择蓄电池是将电能转换为化学能，又将化学能转换为电能的一种装置。蓄电池是电动车的动力源，它的性能直接影响电动车的行驶里程。目前电动车上使用的蓄电池有密封铅酸蓄电池、胶体铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池。电动车对蓄电池的要求是容量大、寿命长、重量轻、价格低廉。密封铅酸蓄电池的优点是价格低，内电阻小，电压稳定，具有良好的防震性能和密封性能；锂离子蓄电池和镍氢蓄电池虽然重量轻，寿命长，但价格高。铅酸蓄电池的主要特点是采用稀硫酸液做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别作为蓄电池的正极和负极。铅酸蓄电池发展到今天已经有130年的历史，由于它性能可靠，生产工艺成熟，性价比较高，容量大，可修复，因此本电动载货三轮车就采用型号为6-DZM-20的铅酸蓄电池。6 控制器的选择控制器主要功能是控制电动车电机运转速度的快慢，具有欠压、限压、限流、保护功能。其性能和质量决定电动车的整车性能。电机的形式不同，选择的控制器也不同。电机为无刷电机，则匹配的控制器也为无刷控制器；电机为有刷电机，则匹配的控制器也为有刷控制器。现在，电动车用控制器不管有刷、无刷，普遍采用PWM（Pulsc Width Modulation,脉宽调制）调速方式。采用PWM调速方式，控制器能量利用率较高。控制器内部除必须要有PWM发生器电路外，还要有电源电路、功能器件、功率器件驱动电路、控制器件驱动电路、控制部件（转把、闸把、电机霍尔元件）、信号采集单元与处理电路、过流与欠压等保护电路。6.1 控制器的功能（1）刹车断电功能：刹车时，控制器能够自动切断电机的电源。（2）调速功能：可以对电动车实现无级调速和定速行驶。（3）限流保护：大电流自动保护，当电流超过一定值时，能自动限制电流的输出。（4）电池欠压保护：当电池电压降至欠压保护值31.5V以下时，电机断电不工作。（5）助力功能：智能型1:1助力、1:2助力控制器，可根据脚踏情况提供电流、电压，使人感到轻松省力。6.2 控制器的分类控制器分两大类：有刷控制器和无刷控制器。6.2.1 有刷控制器 有刷控制器的工作原理框图如图2所示。内部稳压电源提供控制器内部电子元器件的工作电压。图2 有刷控制器的工作原理框图Fig.2 Brush controller block diagramPWM芯片根据转把的输入电压，输出相应脉冲宽度的方波给MOS管驱动电路（MOS为金属氧化物半导体）MOS管驱动电路将PWN信号整形提供给MOS管。MOS管是大电流开关器件，其导通时间与关闭时间受PWM信号的控制。欠压保护电路在电池电压降到控制器设定值一下时，停止PWM芯片信号的输出，以保护电池不至于在低电压情况下放电。限流保护电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保护电池、控制器、电机等不会出现超出允许范围的大电流。6.2.2 无刷控制器无刷控制器和无刷电机配合使用，省电、有劲，可使电动车续行里程更长。无刷控制器的工作原理图如图3所示。图3 无刷控制器的工作原理框图Fig.3 Schematic block diagram of the brushless controller内部稳压电源提供控制器内部电子元器件的工作电压。主处理芯片PWM根据无刷电机的霍尔信号对上三路和下三路的MOS管驱动电路给出有选择的打开和关闭信号，以完成对电机的换相。同时，根据把输入电压的大小，将相应脉冲宽度的载波信号与下三MOS管信号混合，已达到控制电机转速的目的。MOS管驱动电路将PWM信号整形放大，提供给MOS管。另外，对于上三路的三个MOS管来说，它们的驱动电压要求高于电池供电电压，因此，MOS管驱动电路还具有升压功能，将上三路的MOS管导通信号变成高于电池电压的超高方波信号。MOS管是大电流开关器件，其导通时间与关闭时间受导通信号与PWM信号合成的混合信号控制。欠压保护电路在电池电压降低到控制器设定值一下时，停止PWM芯片信号输出，以保护电池不至于在低电压的情况下放电。限流保护电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保护电池、控制器、电机等不会出现超出允许范围的大电流。 通过以上有刷控制器与无刷控制器的比较，并且控制器要与电动机的型号匹配，因此本电动三轮车采用型号为ZK36V6A的有刷控制器。7 电动三轮车转向机构的设计7.1 转向方式的确定三轮运输车上广泛采用的转向机构有转向把式和转向盘式两种。考虑到电动三轮车在驾驶过程中的方便和本身的结构，于是此电动三轮车采用方向把式转向。7.2 前叉的设计前叉部件：前叉部件在电动三轮车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，头管与车架部件配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。 转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了电动三轮车的导向作用。此外，还可以起到控制电动三轮车行驶的作用。前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。那么前叉又是连接车体和前轮的载体，起到非常重要的作用。通常的前叉由头管、叉冠（叉肩）、内管（行程管）、尘封、外管组成。3前叉总体设计如图4所示。7.2.1 前叉转向轴的设计轴的材料选择和最小直径估计： 根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。按钮转强度法进行最小直径估算，即： d0 =A0 （5） 电动三轮车额定功率：2000w、最高车速：30 km/h 、电动三轮车总承重：450kg因此：d0 =A0=126 =24.9mm于是取头管直径为:30mm,内管的直径为:30 mm,减震套筒的外径为:50mm,外管的直径为40mm。7.2.2 叉冠的设计根据前轮轴的长度可以确定前叉立管中心距为176mm,采用螺母夹紧增加摩擦力的方式来进行固定。夹紧孔选择直径为30mm，头管中心线到转轴中心线的垂直距离为42mm,叉冠厚度为40mm。图4 前叉Fig.4 Fork7.2.3 减震器的选择据我了解，前叉目前有很多种设计方式，常见的有液压式、弹簧式、气压式等。气压式减震是通过气囊来完成其性能的气囊真正的作用有两点： （1）缓解内杆移动时产生的液压腔容积变化！ （2）防空程作用，使液压阻尼能更好的工作！由于使用气囊式减震成本太高，一时还难以让消费者接受。我决定还是使用弹簧式减震比较使用，用在电动三轮车上完全可以满足它的使用要求。故在这里还是选用弹簧式前叉，前叉立管的最小长度选择为820mm, 最大长度为880mm。车轴孔直径选择为19 mm,两立管内沿的距离为152mm。这款减震器既经济使用，又完全能满足车辆的使用要求，并却在市场上也容易买到，便于零部件的购买与维修。不是出现大的问题，一般情况下自己就可以处理和进行维护。8 电动三轮车行走系统的设计8.1 车架的设计 车架按其总体结构型式，可分为框架式、脊梁式和综合式三种，而框架式又可分为边梁式和周边式。现在，大部分车架采用边梁式车架。边梁式车架一般由纵梁和横梁联接组成。纵梁是车架的主要承载元件，其长度大致接近整车长度，一般为轴距的1.41.7倍。纵梁的形状应力求简单，断面沿长度不变或少变化，这样可以简化工艺。如果要求纵梁各处断面的应力接近，则可以通过改变纵梁的高度使其中部断面大，两端断面小。横梁的主要作用是连接左右纵梁而构成一个框架，从而保证车架有足够的抗扭钢度。此外，横梁还有支撑汽车各主要总成的作用。4本文分析的载货电动三轮车车架采用边梁式焊接框架结构，如图5所示，本车架有其特别之处，由前后两部分组成，中间部位空间用来放置蓄电池。车架各梁采用空腹矩形截面结构型钢，由五根纵梁、七根横梁和一些加强杆组成，纵梁的功用主要是载重、传力。横梁和加强杆的主要作用是增强车架整体结构的稳定性，同时还具有承载、传力和增强车架强度、刚度的作用。其主要尺寸规格为：后两根纵梁40mm X 100mm；前三根纵梁40mm X 60mm；横梁40mm X 60mm；前后部分连接处为五根40mm X 40mm杠杆;其余加强杆为40mm X 30mm。车架各部件之间焊接连接，结构总长2200mm，车前身长度800mm,车厢部分长度为1400mm,宽度650mm。图5 车架Fig.5 Frame8.2 电动三轮车后桥选用电动三轮车后桥采用丁字型后桥，丁字型电动后桥具有结构紧凑、体积小、传动效率高、故障率低、适应能力强等优点，专门用于实用三轮、小四轮电动车。它的应用重量应用使车辆重量减轻，机构布置合理、车辆控制操作简单、成本大幅下除、故障率明显减少，是低价位铅酸电池电动车的最佳配套产品。因此，本电动三轮车采用100型丁字一体后桥。丁字型电动三轮车后桥采用的是差速电机的驱动形式，这样的后桥不用链传动，直接通过齿轮传动传到后轮上。较少了功率在传动过程中的能量损失，也简化了后桥的工艺流程和加工难度。既方便又实用美观，一定是未来电动三轮车的典范。电动三轮车后桥半轴的选用： 根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。按钮转强度法进行最小直径估算，即：d0 =A0电动三轮车额定功率：2000w、车辆自重：200kg（含电池）电动三轮车额定功率：2000w、最高车速：30 km/h 、电动三轮车总承重：450kg，于是得d0 =A0 =126=24.9mm初算轴时，最小直径段开有键槽，还要考虑键槽对强度的影响。当该段截面上有一个键槽时，直径增大5%-7%,两个键槽时，直径增大10%-15%。因此 d1=d0(1+15%)=24.9（1+15%）=28.6mm为了能和轴承相配合，那么可以确定后桥半轴的最小直径为30mm。因为半轴是主要承受扭矩的轴，因此下面只对半轴进行扭转强度的校核： T=(9550000p/n)/0.2d3=(95500002/258)/0.2303 （6） =13.7MPa T=25MPa因此，半轴强度满足设计要求。8.3 传动轴的设计根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。按钮转强度法进行最小直径估算，即：d0 =A0电动三轮车额定功率：2000w、车辆自重：200kg（含电池）电动三轮车额定功率：2000w、最高车速：30 km/h 、电动三轮车总承重：450kg，于是得d0 =A0 =126=24.9mm初算轴时，最小直径段开有键槽，还要考虑键槽对强度的影响。当该段截面上有一个键槽时，直径增大5%-7%。 因此 d1=d0(1+7%)=24.9（1+7%）=26.6mm为了能和联轴器相配合，那么可以确定传动轴的最小直径为28mm。因为传动轴是主要承受扭矩的轴，因此下面只对半轴进行扭转强度的校核： T=(9550000p/n)/0.2d3=(95500002/258)/0.2283 =16.8MPa T=25MPa因此，半轴强度满足设计要求。9 电动三轮车制动系统的设计电动三轮车的制动系统一般是前轮制动由手捏闸把来控制，后轮制动由脚踩制动踏板来完成。电动三轮车的制动装置有机械鼓式制动器和液压盘式制动器两种。鼓式制动器结构与汽车、拖拉机相似，制动蹄块由铝合金压铸成型，上面粘有摩擦制动片，通过制动臂转动制动凸轮并推开制动蹄块起到制动的目的。制动器由油箱、柱塞阀油泵（均在车把上）、液压油管、制动钳、制动盘等组成。制动错开与前叉导向近固定在一起，是制动装置的固定部分。制动盘与车轮固定在一起，随车轮旋转。制动时，握紧闸把，柱塞阀移动，推动液压油沿液压油管进入制动钳的两个油缸。在压力油的作用下，油缸推动摩擦片从两边紧夹住制动盘，产生很大的摩擦阻力，迫使车轮停止转动。放松闸把时，液压油路中的压力迅速回降，油缸带动摩擦片恢复原位，解除制动。9.1 电动三轮车前轮制动系统电动三轮车前轮制动系统采用手捏闸形式:制动原理：通过电动三轮车前叉手柄手柄拉线刹车拉片刹车转轴 轮觳刹车皮刹车锅达到刹车的作用。9.2 电动三轮车后轮制动系统电动三轮车后轮制动系统采用脚踩制动踏板式：原理：通过制动踏板连杆中间转轴连杆拉片制动转轴制动摩擦片压紧轮觳完成制动过程。9.3 电动三轮车驻车系统 电动三轮车驻车系统采用制动手柄式：原理：驻车手柄中间有一带弹簧的导杆与车身上的齿状锁止开关配合，通过驻车手柄连杆中间转轴连接制动系统起到驻车的作用。 10 轮胎、轮辋的选择10.1 轮胎轮胎是汽车上最重要的组成部件之一，它的作用主要有：支持车辆的全部重量，承受汽车的负荷；传送牵引和制动的扭力，保证车轮与路面的附着力；减轻和吸收汽车在行驶时的震动和冲击力，防止汽车零部件受到剧烈震动和早期损坏，适应车辆的高速性能并降低行驶时的噪音，保证行驶的安全性、操纵稳定性、舒适性和节能经济性。本电动车设计的最高时速为30km/h，最大载货重量小于250kg，因此采用轻便型摩托车轮胎，规格为2 1/2-15。10.2 轮辋 轮辋的常见形式主要有两种：探槽轮辋和平底轮辋；此外，还有对开式轮辋、半深槽轮辋、深槽宽轮辋、平底宽轮辋以及全斜底轮辋等。（1）深槽轮辋：这种轮辋是整体的，其断面中部为一深凹槽，主要用于轿车及轻型越野汽车。它有带肩的凸缘，用以安放外胎的胎圈，其肩部通常略向中间倾斜，其倾斜角一般是5度l度。倾斜部分的最大直径即称为轮胎胎圈与轮辋的着合直径。断面的中部制成深凹槽，以便于外胎的拆装。深槽轮辋的结构简单，刚度大，质量较小，对于小尺寸弹性较大的轮胎最适宜。但是