電動滑板代步車設(shè)計說明書

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畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)計題目: 《坐式電動滑板車結(jié)構(gòu)設(shè)計》 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 年月日 摘要 滑板車起源于德國，發(fā)展于歐美，且在極短的時間內(nèi)變傳入了我國。而隨著科技的進步發(fā)展以及人類隨之產(chǎn)生變化的各種需求，促使滑板車衍生了多種多樣的產(chǎn)品和功能。其中 ，坐式電動滑板車便是一種新型便捷式的短途代步交通工具。它的興起與當下人們?nèi)找鎿頂D且匆忙的生活態(tài)勢密切相關(guān)。現(xiàn)今人類的生存空間愈來愈小，交通愈發(fā)擁堵，人們迫切地需要更加便捷的綠色短途交通。 而此次畢業(yè)設(shè)計便以此展開，通過對坐式電動滑板車結(jié)構(gòu)的改良和創(chuàng)新設(shè)計，令其更符合當代人們的獨特需求。本設(shè)計先從其背景、現(xiàn)狀以及房展趨勢開始介紹，后著重闡述了本設(shè)計所做出的獨特常新結(jié)構(gòu)及各項設(shè)計說明，綜合分析，使其達到課題要求。 關(guān)鍵詞:電動滑板車；坐式；結(jié)構(gòu)；便捷；獨特；實用 Abstract Time flies, time rush. Unconsciously, four years of university time is about to finish its final journey. Four years of university studies, the completion of a good thesis or graduate design, we are to university painting of the perfect stop. As a mechanical design, manufacturing and automation professional students, combined with four years of expertise to do a satisfactory mechanical graduation design, not to lose their university youth. After a round of blind selection, I chose the structural design of "sitting electric scooter" which was of interest to me. This topic by the Palestinian vindland teachers and Zhang Liyong teacher self and guide me to complete. Scooter originated in Germany, developed in Europe and America, and in a very short period of time into our country. With the development of science and technology, as well as the changing needs of human beings, scooters have come into being with a wide range of products and functions. Among them, the seat type electric scooter is a new and convenient short distance travel vehicle. Its emergence is closely related to the increasingly crowded and hurried life situation. Nowadays, the living space of human being is becoming smaller and smaller, and traffic is becoming more and more crowded. People are in urgent need of more convenient green short distance traffic. This graduation design is to start, through the design of improved sitting type electric scooter structure and innovation, make it more in line with the unique needs of contemporary people. This article begins with its background, current situation and the trend of exhibitions. After that, it emphasizes on the unique new structure and the design instructions of the design, and makes a comprehensive analysis to meet the requirements of the project. Key words: Electric Scooter; sitting type; structure; convenient; unique; practical 2 目 次 引言………………………………………………………………………………………1 第一章 課題的目的及研究意義………………………………………………………2 1.1課題目的………………………………………………………………………2 1.2研究意義………………………………………………………………………2 第二章 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢…………………………………………3 2.1研究現(xiàn)狀………………………………………………………………………3 2.2發(fā)展趨勢………………………………………………………………………3 第三章 設(shè)計方案的分析………………………………………………………………5 3.1外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計分析……………………………………………………………5 3.2運動分析及驅(qū)動的設(shè)計選擇…………………………………………………7 3.3可行性分析……………………………………………………………………8 3.4分析結(jié)果………………………………………………………………………9 第四章 設(shè)計方案的計算說明…………………………………………………………10 4.1整車外形的尺寸設(shè)計…………………………………………………………10 4.2主車架的設(shè)計…………………………………………………………………11 4.3車輪的選取……………………………………………………………………13 4.4折疊把手的設(shè)計………………………………………………………………14 4.5減震座椅和拖輪的選用………………………………………………………15 4.6連接部件的設(shè)計………………………………………………………………16 4.7驅(qū)動系統(tǒng)的選用………………………………………………………………18 4.8制動系統(tǒng)的選用………………………………………………………………19 4.9附加功能的設(shè)計………………………………………………………………20 設(shè)計總結(jié)………………………………………………………………………………22 致謝……………………………………………………………………………………23 參考資料………………………………………………………………………………24 23 引 言 愛好滑板車的人應(yīng)該都知道，手扶滑板車起源于德國。那是在1993年，德國一位名叫Sieghartstxaka的工程師為了解決由于工作與生活所帶來的交通困擾，從而突發(fā)奇想，將兩個大小適中的滑板車輪安在了一塊鋁片上，并將一個能夠伸縮來控制長短的金屬扶手安裝在了滑板車的前端。在這之后，這位工程師又花了數(shù)月的時間把它的作品進行了改進，從而達到每天載他到火車站上班的目的。這種滑板車“亮相”之初，周圍所有的人都對其抱以“鄙視”與滿不在乎的態(tài)度。但沒過多久，便有人發(fā)現(xiàn)了它的重要性。一位投資商找到他，認為這種手扶滑板車具有無法想象的市場機遇，這是一項“偉大的發(fā)明”。果不其然，不久，這種滑板車便風(fēng)靡歐美，更是在數(shù)年之后，就傳入了我國。 而本次課題的電動滑板車是繼傳統(tǒng)手扶滑板車以后的又一新型滑板活動的產(chǎn)物。這種電動式的滑板車，大都采用鋰電池作為動力源，在能源節(jié)省上有很大改進，不僅充電快速且大大提升了它的航程水平。整車表面造型奇特雅觀，操縱便利，駕駛更為平安。對于現(xiàn)在大多數(shù)喜歡生活便捷的人們來說電動滑板車絕對是一種極其合適的交通選擇。 但就目前而言，坐式電動滑板車的發(fā)展仍處于初級階段，國內(nèi)市場銷量最好的產(chǎn)品雖已得到大大改進，但就結(jié)構(gòu)來看，還是拘泥于傳統(tǒng)，不夠便捷和靈活。所以，本畢業(yè)設(shè)計從經(jīng)濟、美觀、實用等諸多方面考慮，大膽進行了其結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新改進，以提升其便捷性和獨特性。 第一章 課題的目的及研究意義 1.1 課題目的 縱觀當今社會，伴隨著時代腳步的不斷前行，人們的生活習(xí)慣和生活方式較之過去有了很大的不同，尤其是對各式產(chǎn)品的功能要求并不再是單一而很簡單的。因此，針對當今這樣的消費群體，我們對設(shè)計者的要求就提高了不少。一方面，一方面，在功效設(shè)計上仍舊需要產(chǎn)物的功效達到多樣化和組合化。另一方面，在形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計上也加倍著重于產(chǎn)物的色采和形狀可以體現(xiàn)出該產(chǎn)物的人文特點和時尚特點。 繼傳統(tǒng)的滑板車以后的又一滑板活動的新型產(chǎn)品形式——電動滑板車，不僅具有相稱主流的表面外觀，并且極為小巧，便捷，至于私家車后車箱，甚至于攜帶至大公交車上都不是問題，極為便利。電動滑板車的滑板不但抗裂變，抗形變，并且耐高寒，極為耐磨。它的鋁合金支架和底座獲得增強更不容易斷裂。而坐式電動滑板車是將通俗常見的腳踏手扶式電動滑板車的平板稍作改進成可以適于人屈腿坐著的滑板，經(jīng)由雙手和扶桿來控制前進的方向，使人們能夠坐著在人行道上行走。所以，此次課題著重于坐式電動滑板車結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計。不僅要在原有代步工具的最初功能基礎(chǔ)上去拓展其他應(yīng)用，更要在整體機構(gòu)的設(shè)計上進行不斷的優(yōu)化，使其基本與附加的功能可以滿足當前人們的需要。而外形的設(shè)計更要體現(xiàn)當今時代的主流氣息，使其更輕便，精巧和安全。 1.2 研究意義 伴隨著近些年來經(jīng)濟的快速增長以及科技的明顯提升，原先的生活方式明顯已經(jīng)不能適應(yīng)這個社會的成長了。又因為全球工業(yè)的迅速發(fā)展所造成的環(huán)境污染情況日益加劇，所造成的后果已嚴重影響到了人類的正常繁衍生息。我們這個時代之所以被稱為“后工業(yè)時代”，就是為了追求人與自然能夠協(xié)調(diào)相處，互利共贏。因此，以節(jié)能、高效。低碳的新型設(shè)計理念漸漸浮現(xiàn)在人們的視角上。新穎的設(shè)計帶來了后工業(yè)時代人類對現(xiàn)有的生活進行思考，用新穎的設(shè)計來改變現(xiàn)有的生活習(xí)慣。所以設(shè)計改變生活的概念逐漸成為這個社會的主流，而此次坐式電動滑板車的結(jié)構(gòu)設(shè)計正是為了體現(xiàn)出這一點。 第二章 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2.1 研究現(xiàn)狀 電動滑板車這一交通方式在我國也僅僅是剛剛起步。與那些休閑玩具之類的產(chǎn)品有些類似，和現(xiàn)今比較流行的平衡車差不多，且使用者也差不多局限在少數(shù)戶外運動愛好者的圈子里。而在國外電動滑板車已經(jīng)可以上路，多用于短途便捷交通，市場空間要比國內(nèi)大很多，我們與之相比差距依舊不小。但隨著我國科技和經(jīng)濟的快速增幅，在汽車愈發(fā)普及、堵車愈發(fā)嚴重的態(tài)勢下，這種便捷式的短途交通方式必將得到高速發(fā)展。例如，平衡車在近幾年里其市場突然開始爆發(fā)，產(chǎn)銷量劇增，逐漸成長為了當下極其時尚的交通工具。當然除此之外，兩輪式的電動滑板車不僅早已成為主流，當下更是四處可見，不再是稀奇之物了。而四輪式的電動滑板車，在當下，無論國內(nèi)外，也僅僅都是一些創(chuàng)業(yè)型的小團隊在做，很少會有大公司涉足，其市場還處在一個即將爆發(fā)的前夕。 電動滑板車雖然起源于國外，但由于我國的先天優(yōu)勢，可以把任何東西都做成所謂的“白菜”價，所以我國市場一定可以把電動滑板車的發(fā)展推向成熟的地步。由于電動滑板在技術(shù)上并無太多無法攻克的壁壘，所以盡管國外已經(jīng)位列前端，但與我國相關(guān)市場較之，無論是技術(shù)還是產(chǎn)業(yè)流程，其優(yōu)勢卻并不突出。例如深圳市思移力智能科技有限公司所研發(fā)的相關(guān)電控方案，在操控上甚至要比國外產(chǎn)品都要好。因此，國內(nèi)外在電動滑板這個行業(yè)的水平幾乎處在同一起跑線上。目前國外最好最先進的產(chǎn)品多采用碳纖維或是凱夫拉的面板材料，大大減小了滑板車的重量，提升了其便捷性以及美觀度。而國內(nèi)也有一些廠商使用碳纖維和復(fù)合材料作為面板，但其價格有些偏于高端市場，與中低端市場的消費水平相距較大，致使其銷量偏低。因此，它的市場仍有待開拓。 2.2 發(fā)展趨勢 目前，雖然隨著經(jīng)濟的高速增長，即便電動滑板車還未形成完整成熟規(guī)模的市場，但消費者對于輕巧便捷的電動滑板車已經(jīng)有了很大的使用需要，在很多地方都應(yīng)用的到。例如，在汽車客運站或者像火車站、機場之類占地面積相當大的地方，來往并不方便。旅客并沒有適合的短途代步工具可以乘坐，因此會浪費很多時間在乘機、趕車之間那段行走的路上。所以如果使用便攜式電動滑板車便會節(jié)省下來很多時間和體力，讓旅客花少量的錢在這些地方，有更好的登機乘車體驗。另外，大學(xué)校園面積普遍都很大，而大學(xué)生的上課地點又不固定，甚至相隔很遠。這時，如果能有一個便攜式電動滑板車作為代步工具，不僅可以節(jié)省時間與體力，而且還方便攜帶，不會影響學(xué)習(xí)生活。而在一些街道小巷，如果需要短途的行駛，則能夠作為代步工具，使消費者出行更加便捷。 所以，便攜式電動滑板在市場上會有較大的需求量。如果能夠規(guī)范生產(chǎn)，保證其生產(chǎn)的安全性和質(zhì)量，加上合理的宣傳，那么，便攜式電動滑板車會有很好的銷量，成為主流的代步工具。所以，在國內(nèi)電動滑板的市場在逐漸增大，相當一部分的平衡車廠商都已逐漸涉足這個行業(yè)。結(jié)合當下國內(nèi)實際情勢，他們研發(fā)出了一種市場價格在2000元以下的產(chǎn)品，屬較為小型的電動滑板車。相較而言，這款產(chǎn)品的配置更低，性能要差一些，續(xù)航和速度能力都不太好。但卻可以用操作平衡車的方式來操作電動滑板項目，且有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈、生產(chǎn)線以及銷售渠道，更加符合國內(nèi)市場需求。不難看到，在未來的幾年里，低價格的電動滑板車將很快普及到全國。 一方面，一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，離不開國家政策的支持。但在中國，像平衡車、滑板車、電動滑板之類的交通工具都是不允許上路行駛的，并沒有路權(quán)，大都作為休閑玩具而限制在了場內(nèi)使用。相較而言，國外的一些政策做得卻很好。 另一方面，產(chǎn)品質(zhì)量永遠是關(guān)鍵。盡管近幾年平衡車市場有了空前的盛況，但一些小廠的廉價商品不顧質(zhì)量的做法，造成很多像電池安全等一系列的問題而被迫大量下架，加之專利問題未能解決，使整個行業(yè)受到了極大危害。所以，為了避免電動滑板重蹈覆轍，我們不僅要在質(zhì)量上做好監(jiān)控，更要做好方方面面的工作。 第三章 設(shè)計方案的分析 作為當下新興的環(huán)保交通方式，電動滑板車仍需要不斷地改進、創(chuàng)新并推廣開來?，F(xiàn)今全世界范圍內(nèi)都沒有比較成熟的大品牌或者大廠商，市場上一些相比之下有競爭力的產(chǎn)品也多處于改良研發(fā)以及創(chuàng)新的層次。能夠買到一部價格低廉且品質(zhì)優(yōu)良、易操作的電動滑板車是我們每一個消費者都希望的。就國內(nèi)市場而言，當下銷量和口碑都很不錯的要屬“希洛普”這一品牌的電動滑板車。這一品牌的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樣式較為大眾化，無論是外觀還是內(nèi)部技術(shù)都已成熟，價格也屬中等，是目前消費者普遍選購的一種。但也正因為這樣，它的市場已趨于飽和，結(jié)構(gòu)上并無獨特設(shè)計。所以我們必須進行創(chuàng)新設(shè)計，才能長遠發(fā)展。經(jīng)過調(diào)查市場上已有的坐式電動滑板車，在以現(xiàn)有的電動滑板車作為參考的基礎(chǔ)上，先行進行了幾種設(shè)計方案的擬定并加以比較分析，取長補短，最終完成方案設(shè)計。 3.1 外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 從最早的傳統(tǒng)滑板車發(fā)展到現(xiàn)在的坐式電動滑板車，它的結(jié)構(gòu)和功能越來越多樣化。單從外觀結(jié)構(gòu)來看，它早已不再是簡單的兩個輪子外加一塊板的組合了，而是多出了許多變化。參考市場現(xiàn)有產(chǎn)品的外觀設(shè)計，結(jié)合此次課題要求，現(xiàn)做出以下幾種外形設(shè)計方案： 方案一：如圖3-1所示，此種設(shè)計方案是在傳統(tǒng)手扶式電動滑板車的基礎(chǔ)上進行改良設(shè)計的。手扶式電動滑板車并無座椅的設(shè)置，底板較窄，一般只有略寬于一只腳的寬度，且扶手的高度一般不可調(diào)。而圖3-1所示的改良設(shè)計，加大了底板的寬度和厚度，在適當?shù)奈恢迷黾恿丝烧{(diào)節(jié)高度的減震座椅，以實現(xiàn)“坐式”這一目的。同時，為了增加它的便捷可折疊能力，首先將整個把手一改以前的一體模式，將中間部分作為主軸，兩端改成均可向內(nèi)折疊的形式。然后將把手桿也制成了可伸縮來調(diào)節(jié)長短的上下兩桿。且把手桿底部與滑板的連接處也改成了由一個弧形桿架連接，使其可向滑板面折疊起來。當然座椅桿的底部也有類似設(shè)計，通過鎖扣，使其既可折疊，亦可拆卸，從而達到了即可站立駕駛也可坐著操縱的模式。 方案二：如圖3-2所示，此設(shè)計方案改變了傳統(tǒng)滑板車樣式，有一個獨特的外觀，車頭部分看上去像一個小摩托車。它的重點變化在于前后兩個輪子并不是通過平滑板連接，而是使用了連接機構(gòu)將后輪與扶手部位相接，并在連接部位將座椅部分伸出，使整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，美觀且獨特。它的主要優(yōu)點就是其獨特外觀使得它折疊起來更加迅速，便捷。 方案三：如圖3-3所示，此設(shè)計方案有些類似于方案二的設(shè)計，不同之處在于它更加小巧、輕便，結(jié)構(gòu)簡單且穩(wěn)定。首先，車身主干改變了原有的滑板和桿的相連，而是將車身主干分為兩部分，前車身較粗，內(nèi)部用以放置電池以及控制系統(tǒng)。后車身則是兩塊長直的鋁合金中空材料，內(nèi)走剎車線、電源線等，通過前車身上端兩側(cè)伸出的軸與前車身夾持相連。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計既節(jié)省了材料和空間，大大降低了整車重量。同時，使折疊起來更加迅速，一提一扣，差不多僅需一到兩秒既可完成。其次，座椅的安放是通過后車身的幾組鋼制桿組機構(gòu)連接在適當高度的，同樣設(shè)置的有折疊滑道，方便折疊。而在穩(wěn)定性方面，無論是前后車身之間，還是連接桿組之間，座椅與車身之間都使用到了力學(xué)三角形，打開即鎖定，折疊便卡穩(wěn)，避免行駛途中車架散落的情況發(fā)生。除此之外，為了折疊之后更方便攜帶，獨特的在后輪上外加了一組拖輪機構(gòu)，座椅附近設(shè)置提手，使其折疊后即可在平地上像行李箱一 樣拖行，也可在臺階處提行。 綜合上述三種外觀設(shè)計方案，各有優(yōu)缺。方案一無論把手還是座椅均可調(diào)節(jié)高度，可站騎也可坐騎，還能適應(yīng)不同用戶的需求，也能折疊。但體積較大，整車重量偏重并不適宜折疊后隨身攜帶。而且折疊起來太過繁瑣，速度較慢，加之外觀上并沒有什么特色，是較為常見的一種。方案二造型略顯特別，易折疊，結(jié)構(gòu)緊湊，比之一要好很多，但其穩(wěn)定性方面略顯不足，結(jié)構(gòu)的堅固、整車的協(xié)調(diào)性仍在改進當中。而方案三造型獨特，折疊迅速，雖無法調(diào)節(jié)座椅和把手高度，但非常小巧，輕便，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，行駛更安全，無論是從實用性還是觀賞性都是當下市場發(fā)展的趨勢所在，更能滿足當下消費者的需求。所以，外觀的整體設(shè)計思路將以方案三為基礎(chǔ)來展開。 3.2 運動分析及驅(qū)動的設(shè)計選擇 滑板車的原理視不同品種情況而呈現(xiàn)多樣化 ，而普通的二輪滑板的力學(xué)原理，在眾多的參考資料中，有這樣一句話：“它是以人體運動理論和巧妙的力學(xué)原理，主要是利用身體、雙腳的扭動及手的擺動來進行驅(qū)動前進”。 首先，在我們駕駛兩輪式的滑板車時，不難發(fā)現(xiàn)它的車輪在偏轉(zhuǎn)過一定大小的角度時，會偏轉(zhuǎn)到一個受力最小的方向，即所謂的“側(cè)前”或“側(cè)后”運動，這也造成了它S形的行駛路線。經(jīng)過分析，得到的結(jié)果是它利用了其前輪所具有的歸正性來實現(xiàn)的。人在駕駛時身體會由于扭動而產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩，加上與技巧運用的綜合，就能把人扭動產(chǎn)生的能量一部分轉(zhuǎn)化成動能，為兩輪滑板車提供前進的動力（普通的四輪滑板車大都依靠人腿后蹬所產(chǎn)生的能量來實現(xiàn)直行）。兩輪滑板與四輪滑板之間的不同之處在于，使用者僅利用其雙腳、腰部以及臀部的扭動，加上手臂的擺動就能驅(qū)使滑板前行。除此之外，S線的行走方式還能產(chǎn)生保持平衡的作用。由于它不同于自行車或摩托車那樣有車把手可以用來掌控方向和平衡，因此只能依靠人身體的扭動來實現(xiàn)。 經(jīng)過綜合比較，本畢業(yè)設(shè)計課題的兩輪坐式電動滑板車所選用的的驅(qū)動方式，將以后輪驅(qū)動為主，而前輪則負責轉(zhuǎn)向。這種驅(qū)動方式與前輪驅(qū)動相較而言，所具有的優(yōu)點就是后驅(qū)可以把驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向輪分開，操控好，易掌握，且轉(zhuǎn)彎半徑要小，能夠得到更好的加速度。而前輪驅(qū)動盡管可以節(jié)省空間，使得車的可造性能更多，提高其傳動效率，且在雨雪等惡劣天氣的時候更容易操作，成本低，但不足之處在于其穩(wěn)定性差.易出現(xiàn)推頭而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向不足等問題（如圖3-4）。還有如果將前輪既作為轉(zhuǎn)向輪又作為驅(qū)動輪來使用的話,會大大增加輪胎所受的壓力，對輪胎是一種很大的損傷。當然，自行車電動車這樣的兩輪交通工具肯定是沒有前驅(qū)的，因為就算是有那也無人能掌控得了。 3.3 可行性分析 經(jīng)濟可行性分析：選取的坐式電動滑板車機構(gòu)設(shè)計方案與目前現(xiàn)有設(shè)計相比，機體整體結(jié)構(gòu)更為緊湊，從節(jié)省材料方面具有較好的經(jīng)濟性。通過力學(xué)分析、振動分析等計算機輔助分析軟件將實現(xiàn)本設(shè)計方案的進一步機械性能優(yōu)化，在滿足功能要求的前提下，做到質(zhì)量、體積的最小化，整體性能的最小化。 法律、安全、健康、環(huán)境可行性分析：選取的坐式電動滑板機構(gòu)設(shè)計方案在加工制造過程及使用過程對環(huán)境的危害較小，氣體、廢液及費渣的排放符合國家GB3838-2002,GB8978-1996,GB3095-2012等環(huán)境保護標準。而且由于在設(shè)計過程中大量采用通用標準零配件，不侵犯其他任何單位的專利權(quán)，不存在任何法律問題。使用過程中噪音小，無其他污染，日常使用維護中也不會對人體健康構(gòu)成任何威脅。機床其他設(shè)施設(shè)計得當，正常使用不會發(fā)生燃燒、爆炸等危害，符合國家安全標準。通過各種資料分析，該機床在經(jīng)濟性以及對環(huán)境等方面等都滿足要求。 3.4 分析結(jié)果 本次設(shè)計題目為坐式電動滑板車結(jié)構(gòu)設(shè)計，在搜集整理資料的基礎(chǔ)上，對該設(shè)計提出了幾種設(shè)計思路，加以分析論證，結(jié)合可行性分析，最終決定采用方案三進行外形設(shè)計，后驅(qū)前轉(zhuǎn)的驅(qū)動方式進行工作等，將以獨特的造型設(shè)計為基礎(chǔ)，進行設(shè)計改良，以此達到課題要求。 第四章 設(shè)計方案的計算說明 依據(jù)分析論證所制定的合理設(shè)計方案，先從人體工程學(xué)入手，選取了合適的車高、座椅高等，接著依次確定了主車架的各個尺寸、材質(zhì)。然后是各個零部件的選取，具體計算說明如下。 4.1 整車外形的尺寸設(shè)計 整車的外形尺寸的確定，依賴于人體的主要尺寸。合適的位置才能使人在駕駛時更加舒適。人體的主要尺寸：國標GB10000-1988給出了身高、體重、上臂長、前臂長、大腿長、小腿長共六項主要尺寸數(shù)據(jù)。如表4-1所示，是我國成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸（摘自GB10000-1988《中國成年人人體尺寸》）。依據(jù)此表，得出車把手的高度應(yīng)在80-120cm較為適宜，座椅高度在55-75cm更為合適，而車把手的總寬在55-60cm更為符合。經(jīng)過選取，最終確定為車把手高度80cm，寬度56cm，座椅高度為68cm。 表4-1 成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸 4.2 主車架的設(shè)計 車架，是整車的組題部分，其結(jié)構(gòu)的堅固、穩(wěn)定將直接影響到整車的質(zhì)量水準。根據(jù)市場分析，車身主架多采用鋁合金材料。鋁合金材料強度高、質(zhì)量輕，是較為不錯的合金材料，很適合作為整車的車架材料。依據(jù)方案三的外形設(shè)計，現(xiàn)將主車架設(shè)計如下： 前車架：前車架內(nèi)部用以放置電池以及控制系統(tǒng)，外部連接前輪和車把手，以及與后車架的連接配合，還有前置車燈的設(shè)置。由于總高已經(jīng)設(shè)定，加上展開時與后車架形成的穩(wěn)固力學(xué)三角形，其尺寸便可確定。如圖4-2（b），是其橫截面示意圖，外部形狀便是如此，寬度不宜過大。經(jīng)過分析，寬度定成88mm，還有高度（加上車燈）則為154mm。而圖4-2（a）、（c），則是其主視和俯視圖，總長定為482mm。在其一端與后車架相連部分則設(shè)置有直徑20mm的圓孔，用以與后車架進行軸連接。 圖4-2 前車架三視圖 后車架：這個位置同樣是車的主干，里面大有研究，整體不僅需要有穩(wěn)固的設(shè)計，內(nèi)部還要走電源線以及剎車線等控制線路，外部還要連接后車輪，設(shè)計也要符合節(jié)省材料，降低重量的設(shè)計原則。所以其設(shè)計三視圖如圖4-3所示，總長設(shè)計為908mm，寬度為98mm，厚度為22mm，前后兩端有分別與前車架和后車輪連接的部位。 圖4-3 后車架三視圖 前后車架的連接：后車架有相同的兩塊，通過軸連接呈對稱夾持在前車架的一端。折疊起來時，如圖4-4（a）所示，后車架將前車架夾在中間，瞬間減小了整車的體積。而展開時，如圖4-4（b）所示，通過連接外的卡定，以及形成的一個穩(wěn)固力學(xué)三角形，角度分別為兩個700和一個400，從而達到穩(wěn)固展開的效果，避免行駛途中車架散落的情況發(fā)生。 圖4-4 前后車架的折疊與展開 4.3 車輪的選取 滑板車最流行的輪胎尺寸在60到80mm之間。一般來說，大輪子有利于速度的保持以及越過小的障礙物。而小輪子加速快，適合于玩技巧性較大的動作。考慮到本次坐式電動滑板車的設(shè)計，要選擇抗震性能好且能承受人體重量的車輪，所以確定選擇大輪子作為方案的輪胎。而市場上的大輪滑板車多采用8-10寸的輪胎，外徑大概在200-250mm之間。結(jié)合與主車架的配合，最終確定選擇8寸大小的輪胎，具體如下： 前車輪：前輪主要負責轉(zhuǎn)向，并無過多復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只需選擇合適的抗振性能好的普通輪胎即可。結(jié)合市場分析，前輪多為充氣輪胎。充氣輪胎氣密性好，工作溫度低，耐磨性強，使用壽命長，且結(jié)構(gòu)簡單，有利于車輛的輕量化，還具有很好的安全穩(wěn)定性以及便捷性，非常適合作為前輪。而8寸的充氣式輪胎其胎寬也有多種規(guī)格?？紤]到與前車架的連接以及運動的平穩(wěn)協(xié)調(diào)性，最終選取總寬為50mm的8寸充氣輪胎作為滑板車的前輪，其具體結(jié)構(gòu)樣式如圖4-5所示。 圖4-5 充氣前胎 后車輪：后輪主要負責驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)是較為復(fù)雜的。電動滑板車的后輪多采用帶有輪轂電機的真空防爆輪胎，其耐磨性、安全性、舒適性、穩(wěn)定性都比使用普通輪胎高。除此之外，后輪也是制動系統(tǒng)的位置。綜合分析，最終選取胎寬50mm的8寸無刷輪轂電機的真空防爆輪胎作為后車輪以保障行車安全。而帶有無刷輪轂電機的車輪，其輪軸以及電機都已配置好，可看做一個整體，其結(jié)構(gòu)樣式具體如圖4-6所示。 圖4-6 防爆后胎 4.4 折疊把手的設(shè)計 車把手的設(shè)計需要順滑，且容易操作。由人體工程學(xué)得出的車把手的總長為560mm。普通的車把手大都是一體的，和一根階梯軸差不多。但本設(shè)計要體現(xiàn)其便捷原則，不僅需要車身可折疊，為了協(xié)調(diào)，車把手也要進行改進，改造成可折疊的樣式。如圖4-7所示，將滑板車的龍頭把設(shè)計為以一點為旋轉(zhuǎn)點可以向下旋轉(zhuǎn)的折疊的車把手，折疊之后便可以減少龍頭的占用體積。 圖4-7 車把折疊示意圖 這樣，就把原來一體的車把拆分成了兩部分，中間主支撐軸單獨成為一個整體，兩端與主軸成折疊設(shè)計連接。如圖4-8所示，是把手手柄位置的三視圖。根據(jù)人體手握的舒適度以及市場現(xiàn)有產(chǎn)品的分析，手柄位置設(shè)為直徑30mm的軸，長度大約在118mm左右。其余部分則根據(jù)需要依次設(shè)計，形成一個階梯軸類零件。右端則是折疊設(shè)計所需的結(jié)構(gòu)，與中間主支撐軸相連，且需預(yù)留連接需要的通孔，長約34mm。而把手這一部分總長為221.5mm，這樣結(jié)合總長度560mm，得出中間部分長度大概在185mm左右。 圖4-8 折疊手柄三視圖 而中間主支撐軸則需連接在前車架上。如圖4-9所示，是其結(jié)構(gòu)示意圖。將把手中間部分和需要與前車架連接的部分通過焊接，形成一個焊接零件，其角度一定要合適，安裝在前車架后的總高度也要與已確定的整車高度相一致。而整個車把手以及連接部分的材料都選用了45鋼材，以保障它的堅固和實用性。 圖4-9 車把中間部分結(jié)構(gòu)示意圖 4.5 減震座椅和拖輪的選用 本課題的坐式電動滑板車的座椅。是使用者在騎行時與臀部直接接觸的配件。這種坐墊大致分為兩種。首先是窄型細長的的硬坐墊，常見于運動型的單車，適合高速巡航使用。而另一種是寬大而軟的舒適性坐墊，較常見于入門車種或休閑類單車，適合慢速巡航。而其基本由四部分組成：（1）表面材料：直接與臀部的接觸面，透氣性及光滑性影響性能；（2）填充及減震材料：擴大接觸面，承受部分振動，提高其舒適性；（3）底板：承托填充材料與重量，緩解振動；（4）座弓：支撐座墊，還有減少振動增加舒適度的作用。結(jié)合市場分析及方案需求，本次設(shè)計選用了寬大而軟的舒適型坐墊，其結(jié)構(gòu)樣式如圖4-10所示。 圖4-10 坐墊示意圖 而拖輪這個獨特的設(shè)計是為了方便整車在折疊起來之后可以像行李箱一樣在平地上拖行。根據(jù)整車折疊之后的效果，其位置應(yīng)置于整車尾部，后輪附近。其樣式及位置如圖4-11所示。拖輪的大小和普通的行李箱的輪子差不多 。這種新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計大大增加了整車的獨特性以及便捷性。 圖4-11 拖輪示意圖 4.6 連接部件的設(shè)計 前叉：這部分是將前輪與前車身連接起來的重要部件。作用是將前輪固定在車身的正下方，支承前輪所受的重量，將車把轉(zhuǎn)向動作傳送到前輪，使前輪能根據(jù)把手的方向而轉(zhuǎn)動。前叉上端與前車架下端相連，前叉下端與前軸連接，與前輪以前軸為中心自由轉(zhuǎn)動，組成轉(zhuǎn)動機構(gòu)，負責整車的轉(zhuǎn)向。如圖4-12所示，是其結(jié)構(gòu)示意圖。首先其結(jié)構(gòu)必須足夠結(jié)實耐用，根據(jù)分析，使用了厚度為5mm的45鋼板作為主材。其上端外形要與前車架相符合，下端也要與前軸進行孔軸的配合。 圖4-12 前叉示意圖 前輪軸：輪軸是整車固定輪子的重要部件，也是主要的受力位置，本次設(shè)計采用直徑20mm的鋁合金作為前輪軸。如圖4-13是其受力圖，若在騎行時輪軸受到的人和車架的力為F=150kg，輪軸為雙剪變形，所以會有兩個剪切面。應(yīng)用截面法可求得每個剪切面上的剪力FQ=F/2,剪切面面積AQ=4/2dp,可知許用切應(yīng)力： 許用擠壓應(yīng)力： = 經(jīng)查閱資料鋁合金拉伸強度25攝氏度為145-470MP.屈服強度為195-235MP=綜上所訴，直徑為20mm的鋁合金輪軸完全符合要求。 (AQ為剪切面積，Abs為擠壓面有效擠壓面積)。 除此之外，前輪軸兩端還要與前叉進行連接配合。除了有前叉的放置位置之外， 還需要設(shè)置螺栓鎖緊的位置，所以在兩端處設(shè)計成了螺紋結(jié)構(gòu)。前輪軸的結(jié)構(gòu)具體如圖4-14所示。 圖4-13 輪軸受力示意圖 圖4-14 前輪軸結(jié)構(gòu)示意圖 其余：連接部件還有前車架與后車架之間的軸，后輪軸以及連接座椅與車架的機械桿組等。軸結(jié)構(gòu)的堅固性要求較高，一般采用鋁合金為材料。而那幾組連接桿以及拖輪的支架均采用厚度為6.3mm的鋼板以保證它的穩(wěn)固和實用性。 4.7 驅(qū)動系統(tǒng)的選用 驅(qū)動系統(tǒng)分為兩部分：電源和電機。首先電源部分，市場上已有的產(chǎn)品大都采用鋰電池作為電源。鋰離子電池能量比較高，使用壽命長，重量輕，高低溫適應(yīng)性強，綠色環(huán)保，且生產(chǎn)基本不消耗水，方便攜帶，非常適合滑板車的使用。結(jié)合市場分析，本次設(shè)計選用了支持快速充電的18650型號的鋰電池。其具體參數(shù)為：電 壓36V，容量8.8AH，使用壽命大概在5年左右，能充放電循環(huán)500次，能夠達到4.5小時快速充滿且續(xù)航能力在35km的水平。 其次，這種車型一般都采用無刷輪轂電機作為驅(qū)動裝置。輪轂電機有無刷電機和有刷電機兩種，但是車用有刷電機的效率很低，所以被逐漸取消。而無刷電機也稱無換向器電機，沒有電刷和換向器，如圖4-15所示。無刷輪轂電機的工作原理是：啟動前，不能確定轉(zhuǎn)子和定子的相對位置，需要使用傳感器來獲取。無感電機直接測量電機反電動勢而確定轉(zhuǎn)子的位置，由控制器驅(qū)動功率管來換相。盡管存儲器可以儲存定轉(zhuǎn)子的相對位置，但對于極緩慢的轉(zhuǎn)動時，系統(tǒng)就理解不了電機繞組反電動勢的波形。電機有一定轉(zhuǎn)速時因為受慣性限制波峰波谷都代表一定的角度，剎車時就會造成電機的關(guān)閉。輪轂電機技術(shù)也被稱為車輪內(nèi)裝電機技術(shù)，它的獨特性在于它將動力裝置、傳動裝置以及制動裝置都放到了輪轂里，大大簡化了整輛車的機械部分。所以，本次設(shè)計選用無刷輪轂電機。結(jié)合整車16.5kg的重量以及150kg的承載能力，再加上選好的8寸輪胎以及36V的電池，最終選取了8寸36V350W的無刷輪轂電機作為驅(qū)動裝置。 4.8 制動系統(tǒng)的選用 制動即剎車有鼓式剎車和碟式剎車兩種。鼓式剎車的原理是用隨著車輪轉(zhuǎn)動的剎車鼓與剎車鼓內(nèi)靜止的剎車片摩擦，產(chǎn)生的摩擦力就能減小車輪的行駛速度，已達到剎車的目的。它的組成以及零部件的制造并不復(fù)雜，生產(chǎn)成本比較低，但剎車時動作不快，很難把握踩踏的力道，剎車的頻率不宜過高。而且它的零件不少，需要及時調(diào)整它的間隙，維修起來很不方便。而碟式剎車是用剎車卡鉗操縱兩片剎車片去夾住車輪上的碟剎盤。而剎車片夾住碟盤時所產(chǎn)生的摩擦力就會降低車的行駛速度而達到剎車的目的。其剎車散熱性較鼓式剎車佳，系統(tǒng)反應(yīng)迅速，可做高頻率的剎車動作，且構(gòu)造簡單，容易維修。綜合分析，本設(shè)計采用機械式碟剎，靠剎車線的拉力讓卡鉗內(nèi)的剎車片磨擦并夾住碟盤，產(chǎn)生剎車效果。 碟剎需要有剎車手把，剎車線，剎車蹄以及剎車碟盤等零部件。結(jié)合整車設(shè)計，采用后輪單剎的方式，剎車剎把置于車把手的左端，通過剎車線與安裝在后車輪左端的碟剎盤相連。而在剎車碟盤的兩邊也都有一平坦的剎車蹄，當剎車時，剎把拉動剎車蹄上的剎車線，使剎車蹄向剎車碟盤夾住，就能達到剎車效果。剎車碟盤也有多種樣式和規(guī)格。為了與后車輪相配合，以及制動性能的需求，選用了5.5寸的碟剎盤，其樣式如圖4-16所示。經(jīng)檢測，其制動距離最好能達到兩米左右。 圖4-16 碟剎盤示意圖 4.9 附加功能的設(shè)計 除了拖輪設(shè)計以方便折疊之后在平地上拖行外，本設(shè)計在座椅后端也設(shè)計了拖車把手，座椅支架底部設(shè)計了車輛提手，以方便在折疊之后提行和拖行。它們的材料均為直徑約8.9mm的鋼料，非常堅固且使用壽命長。它的位置的安放也非常合適，不至于拎車的時候失去平衡。而在前車架的合適位置還設(shè)置有鋁合金螺紋腳撐。螺紋腳撐的設(shè)計提高了它的摩擦力，避免了因過于光滑而會使腳滑落下來的問題，非常的人性化。腳撐也可向里折疊，用腳就能打開它的開關(guān)，非常方便。 另一方面，整車除了有前視大燈之外，在后輪上還設(shè)計的有剎車安全燈。而剎車安全燈上還增加了后輪觀察燈，以便于在燈光暗的情況下，方便觀察后車輪的情況。 當然，整車除了主結(jié)構(gòu)外，在控制方面也有智能系統(tǒng)的設(shè)計考慮。為了整車的 獨特以及美觀，并沒有鑰匙孔的設(shè)計，而是由智能系統(tǒng)來控制開機啟動。在前車身的上端設(shè)計了車載LCD顯示屏的位置以及充電接口與車輛的一鍵啟動開關(guān)。車載LCD顯示屏功能強大，在白天太陽光底下同樣可以看得清其界面所顯示的東西，例如電池的電量，行駛的速度，藍牙的連接狀態(tài)，前車燈的亮滅指示以及其控制裝置的溫度等等。沒有鑰匙而一鍵啟動的開關(guān)設(shè)置也非常符合當下人們所追求的科技感，跟隨著時代的腳步。而在車把手的右端則設(shè)計的有電動油門的位置，通過右手拇指轉(zhuǎn)動來控制速度，使用起來非常省力。 參考資料 [1].彭勇,一種輪外側(cè)站立式的電動平衡車,專利. 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