電動自行車行業(yè)調(diào)研與傳動裝置開發(fā)
電動自行車行業(yè)調(diào)研與傳動裝置開發(fā),電動自行車,行業(yè),調(diào)研,傳動,裝置,開發(fā)
陜西理工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
院(系) 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級 機(jī)自1107 學(xué)生姓名 吳 超
一、畢業(yè)設(shè)計題目 電動自行車行業(yè)調(diào)研與傳動裝置開發(fā)
二、畢業(yè)設(shè)計工作自 2014 年 12 月_ 9 _日 起至 2015 年 6 月 20 日止
三、畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行地點(diǎn): 校內(nèi)
四、畢業(yè)論文（設(shè)計）應(yīng)完成內(nèi)容及相關(guān)要求：
（1）搜集有關(guān)資料，撰寫開題報告；按照下達(dá)的外文資料完成外文翻譯；
（2）調(diào)研了解電動自行車行業(yè)總體情況；搜集國內(nèi)外有關(guān)電動自行車的政策法規(guī)與技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)；分析我國各級政府或行業(yè)協(xié)會有關(guān)電動自行車法規(guī)的技術(shù)依據(jù)；調(diào)研目前市場銷售的各種類型電動自行車傳動系統(tǒng)組成，利用所學(xué)的專業(yè)知識逐一分析各自存在的優(yōu)缺點(diǎn)；
（3）將少齒數(shù)齒輪傳動技術(shù)應(yīng)用到電動自行車的傳動系統(tǒng)中，進(jìn)一步優(yōu)化其傳動裝置結(jié)構(gòu)；
（4）撰寫設(shè)計說明書1份，繪制二維工程圖樣（2×A0）
五、畢業(yè)論文（設(shè)計）應(yīng)收集資料及參考文獻(xiàn)：
查閱15-20篇相關(guān)文獻(xiàn)資料，其中外文資料3-5篇。資料主要來源于在期刊上公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文，學(xué)術(shù)會議論文、學(xué)位論文等，并按照要求規(guī)范列出。
六、畢業(yè)論文（設(shè)計）的進(jìn)度安排：
1. 2015.01.10～2015.03.20：撰寫開題報告及進(jìn)行外文翻譯
明確設(shè)計任務(wù)，按照設(shè)計任務(wù)書，查閱相關(guān)參考資料，撰寫開題報告；同時完成外文翻譯。
2. 2015.03.21～2015.05.20：電動自行車行業(yè)調(diào)研及其傳動裝置開發(fā)
查閱文獻(xiàn)資料，根據(jù)設(shè)計任務(wù)，完成電動自行車行業(yè)調(diào)研；并將少齒數(shù)齒輪傳動技術(shù)應(yīng)用到電動自行車的傳動系統(tǒng)中，進(jìn)一步優(yōu)化其傳動裝置結(jié)構(gòu)。形成設(shè)計說明書1份，裝配圖及主要零部件圖1套；
期間，于4月中旬在系統(tǒng)中提交中期檢查；按照教師中期檢查意見，提交設(shè)計初稿，直到初稿審核通過，進(jìn)行定稿。
3. 2015.05.21～2015.06.15：答辯階段。
打印說明書及圖紙，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計答辯。
指導(dǎo)教師簽名 系（教研室)主任簽名
專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名 批準(zhǔn)日期
我的設(shè)計數(shù)據(jù)：一級少齒數(shù)齒輪傳動：
小齒輪齒數(shù)：2
大齒輪齒數(shù)：72
齒輪傳動比：36。
電動自行車的最大速度不超過20km/h。
電動機(jī)的數(shù)據(jù)：
電機(jī)轉(zhuǎn)速：3000r/min
直流電動機(jī)。
記著電動機(jī)的功率最好在650w-800w之間。
電動機(jī)的功率根據(jù)輸入傳動裝置的最大功率來選擇來確定。
輸入傳動裝置的最大功率自己來確定。
傳動裝置的工作壽命自己來確定。
傳動軸的材料以及齒輪軸的材料自己來確定。齒輪的材料自己來確定。
記著電動自行車能純電動又即能電動與腳踏的結(jié)合，還能只腳踏不電動。要設(shè)計一個離合器來達(dá)到此目的。其它可根據(jù)自己的設(shè)計確定。
XXX大學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
電動自行車行業(yè)調(diào)研與傳動裝置開發(fā)
學(xué)生姓名：______________
學(xué) 號：______________
班 級: ______________
專 業(yè)：______________
指導(dǎo)教師：______________
2015年4月
摘 要
隨著環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，電動自行車作為簡便型綠色交通工具以其輕便、無污染、低噪音等優(yōu)點(diǎn)逐漸被消費(fèi)者所接受，并備受政府部門和商家的重視，有望替代摩托車而成為一大朝陽產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展電動自行車產(chǎn)業(yè)已成為許多省市的重要目標(biāo)。作為電動自行車的重要部分-傳動裝置，將直接影響其結(jié)構(gòu)和性能。為此，我們提出用少齒數(shù)齒輪作為電動自行車的傳動部分，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)緊湊、傳動比大、承載能力高等優(yōu)點(diǎn)。
本文調(diào)研了解電動自行車行業(yè)總體情況；搜集國內(nèi)外有關(guān)電動自行車的政策法規(guī)與技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)；分析我國各級政府或行業(yè)協(xié)會有關(guān)電動自行車法規(guī)的技術(shù)依據(jù)；調(diào)研目前市場銷售的各種類型電動自行車傳動系統(tǒng)組成，利用所學(xué)的專業(yè)知識逐一分析各自存在的優(yōu)缺點(diǎn)；將少齒數(shù)齒輪傳動技術(shù)應(yīng)用于電動自行車傳動系統(tǒng)中，開發(fā)一種保證電動時車速不超過20Km/h的電動自行車傳動裝置；采用一種疊加式雙向單作用超越離合器，從而巧妙的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的傳遞；根據(jù)選定的尺寸和數(shù)據(jù)繪制出電動自行車傳動裝置的裝配圖及非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖；。
關(guān)鍵詞： 電動自行車； 傳動裝置設(shè)計； 少齒數(shù)齒輪；市場調(diào)研
Abstract
With the serious environmental problem, the electric bicycle as a simple type of green transportation with its light, no pollution, low noise etc. gradually accepted by consumers, government departments and businesses and attract attention, is expected to replace the motorcycle has become a sunrise industry, the vigorous development of electric bicycle industry has become an important goal for many provinces and cities. As an important part of the electric bicycle -- transmission device, will directly affect its structure and properties. To this end, we propose to use a small number of teeth gear as the driving part of electric bicycles, in order to achieve compact structure, large transmission ratio, high bearing capacity.
This paper research to understand the overall situation of electric bicycle industry; collect domestic and international relevant policies and regulations of electric bicycle and technology quality index; analysis technology based on our country at all levels of government or industry associations related to electric bicycle regulations; research the current market sales of various types of electric bicycle drive system, analyzes their respective advantages and disadvantages of the use of the professional knowledge; the less teeth gear transmission technology applied to electric bicycle drive system, the development of an electric bicycle driving device to ensure the speed of not more than 20Km/h when the electric clutch; mining with a superposition type bidirectional single function, and clever realization of the movement transmission; according to the selected data size and draw assembly drawings electric bicycle driving device and non-standard parts;.
Keywords: electric bicycle；transmission device design； less teeth gear； Market Research
目 錄
摘 要 2
Abstract III
第1章緒論 1
1.1課題的研究背景 1
1.2國內(nèi)外電動自行車的發(fā)展概況 3
1.2.1我國電動自行車的發(fā)展概況 3
1.2.2國外電動自行車的發(fā)展概況 4
1.3電動自行車的研究意義 5
1.4 課題的研究任務(wù) 6
第2章 電動自行車行業(yè)市場調(diào)研 8
2.1電動自行車行業(yè)概況 8
2.2國家有關(guān)政策法規(guī)及質(zhì)量技術(shù)指標(biāo) 9
2.3各級政府有關(guān)電動自行車的法規(guī)及存在的問題 10
2.4電動自行車的發(fā)展前景分析 11
2.5電動自行車傳動系統(tǒng)類型 11
2.5.1摩帶式傳動 11
2.5.2中置式傳動 11
2.5.3側(cè)掛式傳動 12
2.5.4輪轂式傳動 12
2.6傳動機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢 12
第3章 電動自行車傳動方案的確定 13
3.1電動機(jī)的選擇 13
3.1.1電動機(jī)類型的選擇 13
3.1.2電動機(jī)功率的選擇 13
3.2傳動方案的確定 13
第4章 漸開線少齒數(shù)圓柱齒輪傳動的設(shè)計 15
4.1設(shè)計基本參數(shù) 15
4.2主要參數(shù)的確定 15
4.2.1齒輪模數(shù)的確定 15
4.2.2齒輪端面壓力角的確定 17
4.2.3齒輪端面嚙合角的確定 17
4.2.4端面齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)的確定 17
4.3少齒數(shù)齒輪副的設(shè)計 17
4.3.1齒輪副 17
4.3.2小齒輪（齒輪軸） 17
4.3.3大齒輪（齒圈） 18
4.3.4刀具 18
4.4傳動裝置設(shè)計的校核 18
4.4.1齒輪副參數(shù)的驗(yàn)算 18
4.4.2小齒輪的幾何尺寸驗(yàn)算 20
4.4.3大齒輪（齒圈）幾何尺寸計算 22
4.5設(shè)計結(jié)果修正 24
第5章 電動自行車牙盤的設(shè)計 27
第6章 離合器的設(shè)計 30
第7章 軸的設(shè)計 31
7.1計算各軸的動力參數(shù)及運(yùn)動參數(shù) 31
7.1.1小齒輪軸 31
7.1.2大齒輪 31
7.1.3 齒輪軸上齒輪所受的力 32
7.1.4 大齒輪所受的力 32
7.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 32
7.2.1齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 33
7.2.2低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 34
7.3齒輪軸的強(qiáng)度校核 34
第8章 其他零部件的設(shè)計 37
8.1軸承的設(shè)計 37
8.1.1軸承的選擇 37
8.1.2軸承的校核 37
8.2鍵的設(shè)計 40
8.2.1類型的選擇 40
8.2.2鍵的尺寸 40
8.3潤滑與密封的設(shè)計 41
8.3.1潤滑方式的確定 41
8.3.2密封方式的確定 41
第9章 總結(jié) 42
致謝 43
參考文獻(xiàn) 44
IV
第1章緒論
1.1課題的研究背景
電動自行車，是指以蓄電池作為輔助能源在普通自行車的基礎(chǔ)上，安裝了電機(jī)、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把閘把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)的機(jī)電一體化的個人交通工具。它雖然具有普通自行車的外表特征(甚至具有摩托車的外表特征)，但主要的是他是在普通自行車的基礎(chǔ)上安裝了電機(jī)、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把閘把等操作部件和顯示儀表系統(tǒng)的機(jī)電一體化的個人交通工具。不同種類的車，其電池置放位置、控制器形式等有所不同。電動自行車的基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。
圖1.1 電動自行車的基本結(jié)構(gòu)
1983年上海自行車二廠試制成功永久牌DX－130電動自行車，這是我國有記錄的并形成產(chǎn)業(yè)化的第一款電動自行車。它采用150W柱式電機(jī)、24V轎車用普通鉛酸蓄電池，此車84年投入生產(chǎn)，至91年共生產(chǎn)了4.5萬輛，其中出口805輛。1995年清華大學(xué)研制出采用輪轂電機(jī)的電動自行車。1999年上海的千鶴、蘇州的小羚羊、南京的大陸鴿在電動自行車的研發(fā)上陸續(xù)獲得突破。他們生產(chǎn)的電動自行車均采用36V/10Ah免維護(hù)鉛酸蓄電池和后輪驅(qū)動的輪轂電機(jī)，在各項(xiàng)性能指標(biāo)上結(jié)束了多年徘徊的局面，首次獲得了市場的認(rèn)可。從此，電動自行車進(jìn)入了快速發(fā)展的道路。
我國電動車發(fā)展在九十年代前基本都是依靠進(jìn)口，如高爾夫球車、游覽觀光車等。自九二年以來，我國有了自行車研制和生產(chǎn)的電動車產(chǎn)品，通過近十幾年的發(fā)展，現(xiàn)已初步形成以北京新日、浙江綠源等一大批具有實(shí)力和規(guī)模的電動車生產(chǎn)家，更形成了江蘇錫山、浙江、天津三大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。這些企業(yè)現(xiàn)已在國內(nèi)市場推出的有：電動摩托車、電動有纜車、電動高爾夫車、電動觀光車、電動汽車、電動載貨車、電動救援車、電動助行(代步)車、電動滑板車、電動自行車、家庭生活車等等。
對于中國電動自行車的發(fā)展史，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同為三個發(fā)展階段：電動自行車的初級階段、初現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模化階段、超速發(fā)展階段。第一階段，即為電動自行車的初步發(fā)展階段。當(dāng)時的中國有多家電動自行車生產(chǎn)廠家，但其在對電動自行車生產(chǎn)發(fā)展方面的技術(shù)還是比較空白的。其中，1995年，上海千鶴公司的百輛試制產(chǎn)品投放于上市，追蹤測試表明，產(chǎn)品還需要大的改進(jìn)。一輛車騎了不到三個月，電動機(jī)就燒壞了，并且配用的可拆卸鉛酸電池也無法繼續(xù)充電。但受試者普遍反映，電動車騎起來感覺良好，負(fù)重效果也不錯。如果該產(chǎn)品更加耐用，一定大受市場歡迎。1996年上海明文禁止銷售燃油踏板摩托車(及其污染嚴(yán)重的兩沖程發(fā)動機(jī))，千鶴公司全力投入到電動自行車研制開發(fā)上，及時填補(bǔ)了一項(xiàng)市場空白。當(dāng)時，他們不過采用普通自行車的外形結(jié)構(gòu)，在前輪上安上150或180瓦的輪轂電機(jī)，后座上加裝24伏，7安培小時的鉛酸電池，再在自行車把手處安上一個簡單的電子控制器。電動自行車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，有兩個主要理由：一是作為代步工具，電動自行車有較大的市場需求；二是因?yàn)榄h(huán)保、節(jié)能，符合發(fā)展潮流，有長遠(yuǎn)前景。第二階段，被稱為初現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模化階段。是由于這個時間段內(nèi)出現(xiàn)了幾個將電動自行車推進(jìn)的機(jī)遇，使得在初級階段里舉步維艱的電動自行車一下子迎來了春天，更是的行業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了規(guī)?；?，而這幾個機(jī)遇當(dāng)中最有價值的則為各個城市的“禁摩令”和2003年度的“非典”。這個時間段一般都認(rèn)同為是在2000年到2004年這段時間，在這一時間段里，隨著關(guān)鍵技術(shù)方面的突破和電動自行車的性能不斷提升，讓電動自行車成為了摩托車和自行車的替代產(chǎn)品，而它的快捷、環(huán)保、方便和廉價，也讓更多的消費(fèi)者認(rèn)同，同時也激發(fā)了市場對于電動自行車的訴求。在日益增長的市場需求中，先前研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)迅速崛起，一些新的企業(yè)也開始進(jìn)入，他們對電動自行車的投入也不斷加大，使得產(chǎn)能迅速擴(kuò)展。而且，這個時段迅速躥上來的企業(yè)都是大手筆運(yùn)作，已經(jīng)將那些老一輩的研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)拋在了身后。這個階段，電動車行業(yè)發(fā)展帶來新的元素，不斷積累經(jīng)驗(yàn)。而且其產(chǎn)品的類型和品種也都完全吻合GB1776—1999。第三階段，是中國電動自行車的超速發(fā)展階段。這個階段是從2005年至今，被稱為“噴井階段”。在這個時間段內(nèi)，隨著企業(yè)之間的激烈競爭大大刺激了技術(shù)的進(jìn)步和新技術(shù)擴(kuò)散，全行業(yè)的技術(shù)水平大幅度提高，蓄電池壽命和容量提高了35%，電機(jī)從單一的有刷有齒電機(jī)發(fā)展成為無刷高效電機(jī)為主流，壽命提高了5倍，效率提高了近30%，爬坡和載重能力提高約3.5倍。在控制器系統(tǒng)和充電系統(tǒng)，技術(shù)水平也大幅提高。特別是在電池技術(shù)和電機(jī)技術(shù)方面都有了很大的進(jìn)展，電動車專用鉛酸電池在技術(shù)上的突破已經(jīng)領(lǐng)先國際，而且形成了以天能、超威為龍頭的浙江長興板塊、康麗恩、雙登為代表的江蘇板塊和以瑞達(dá)為代表的廣東板塊。電池也有單一的鉛酸電池演進(jìn)出多類型的高性能電池，而且鋰電池的出現(xiàn)，更加帶動了電動自行車，特別是簡易款的發(fā)展。在電機(jī)方面，永磁無刷電機(jī)的發(fā)明，讓行業(yè)發(fā)展的步伐明顯的加快。
通過三個不同時期的發(fā)展，中國電動自行車前進(jìn)的腳步并沒有停止，而且隨著消費(fèi)者的需求速度，市場需求的極速膨脹，行業(yè)的發(fā)展在近年來都保持著80%以上的增長速度。電動自行車的便捷、環(huán)保、價位低等優(yōu)勢已經(jīng)成為了有目共睹的事實(shí)，日益成為現(xiàn)代城市交通中速度較低、中短距離、操作停放簡便、最貼近人的實(shí)際需求的一種交通工具。尤其是在目前公共交通存在擁擠、不準(zhǔn)時等缺點(diǎn)的情況下，輕型電動車無疑是部分中低收入人群的首選。與昂貴的燃油車輛相比，盡管在行駛里程和動力性方面存在不足，但在油價不斷提高的背景下，其優(yōu)越的便利性和經(jīng)濟(jì)性(充電比加油方便和便宜)使之顯示出不斷增強(qiáng)的替代優(yōu)勢。
1.2國內(nèi)外電動自行車的發(fā)展概況
1.2.1我國電動自行車的發(fā)展概況
從電動車產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品分類，可分為二類，即：四輪電動車和二輪電動車。從電動車的目標(biāo)市場來分析，四輪電動車的目標(biāo)市場為：火車站、倉庫、房地產(chǎn)會所、旅游景區(qū)、醫(yī)院、郵局、公園、運(yùn)動場所、大型工廠、大型商場、機(jī)場、碼頭及大賣場等。二輪電動車的目標(biāo)市場主要以個人代步為交通工具，根據(jù)我國電動車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來分析，隨著電動車核心技術(shù)的突破，我國逐步發(fā)展由電動車向代替燃油車過渡，現(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出了不同的電動小轎車、電動公交車、電動面包車、電動貨車等并已逐步投入市場，為此電動車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，終將會為人類居住凈化環(huán)境做出貢獻(xiàn)。同時，電動車產(chǎn)業(yè)將是一個真正的朝陽產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的市場潛力和發(fā)展空間。
從1995年清華大學(xué)研制的第一臺輕型電動車出世開始，到現(xiàn)在的五花八門的林林總總，掐指算來已過十年又五載。然而這十五年中，卻記載了一個產(chǎn)業(yè)成長的歷程，也記錄了一個從無到有，再發(fā)展成為目前全世界最大的輕型電動車產(chǎn)業(yè)的歷程。從第一輛個人的專利制造到第一輛被公安部門正式認(rèn)證并允許生產(chǎn)的電動車開始，這一個只屬于中國的新產(chǎn)業(yè)邁開了前進(jìn)的腳步，在短短的十?dāng)?shù)載內(nèi)，已經(jīng)成就了讓全世界仰慕的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
1.2.2國外電動自行車的發(fā)展概況
國外發(fā)展電動自行車較早的要數(shù)日本以及德國等歐洲國家，近幾年美國發(fā)展也較快。國外的電動自行車主要的作用是輕松代步及休閑健身工具，可在大型的停車場、超市和旅游區(qū)里使用?？傮w來說，電動自行車在全球的潛在市場很大，并呈擴(kuò)大趨勢。 歐、美、日這三大市場中，歐洲市場最為成熟、最具潛力;日本市場其次;美國市場還有待開發(fā)。
日本是電動自行車發(fā)展最早的國家，生產(chǎn)和市場都具備相當(dāng)規(guī)模。自雅馬哈于1993年最先研制、1994年4月1日正式推出世界首輛電動自行車以來，日本電動自行車市場急劇擴(kuò)大。
爬坡省力、不用駕照等優(yōu)點(diǎn)是消費(fèi)者購買電動自行車的主要動機(jī)。迄今為止，中高齡婦女是日本電動自行車最大的消費(fèi)群。隨著未來日本全面進(jìn)入高齡化社會和減少汽車廢氣排放的呼聲的加強(qiáng)，可以預(yù)見，日本電動自行車的需求量將持續(xù)擴(kuò)大。
日本制造商一直朝低價化、輕量化、乘騎方便等方向發(fā)展，并注重針對不同購買群的車型及配件進(jìn)行專門設(shè)計。目前各品牌幾乎都有專用充電器配置，并生產(chǎn)價位在10萬日圓以下的車款。一般24寸車款重量在28公斤以內(nèi)。
1999年美國電動自行車市場規(guī)模約6.5萬輛，雖然規(guī)模尚小，但年增幅達(dá)到400%。2000年，銷售超過12萬輛，緊迫歐盟市場，截至2010年，美國電動自行車年銷量已經(jīng)突破百萬。
美國電動自行車銷售渠道主要分大零售商和獨(dú)立專門店，大零售商的總銷售占全美零售市場的絕大部分，主要以價格為取向，全力集中于單價低的少年市場，價位從69美元到169美元;電動自行車獨(dú)立專門店以銷售高品質(zhì)的車種見長，并較能符合個別需要，品牌售價從200美元到數(shù)千美元，平均單價在300美元左右。
在美國，45歲以上年齡層是主要消費(fèi)對象。另外，美國警察也是電動自行車消費(fèi)的主要群體。由于美國政府提倡節(jié)省費(fèi)用，鼓勵少用汽車，未來將有更多人轉(zhuǎn)向使用電動自行車。特別是在短途旅行和通勤方面，逐步取代汽車和摩托車的使用。
盡管中國是電動自行車“大國”，但真正的“強(qiáng)國”在歐洲。歐洲電動自行車市場發(fā)展最為成熟，每年的銷量就可達(dá)300萬-400萬輛。最大市場是德國、荷蘭，以下依次是比利時、瑞士、奧地利、意大利、法國和英國。歐洲約有64家電動自行車供應(yīng)商，產(chǎn)品售價在990歐元-1647歐元(含電池價)，供應(yīng)的電動自行車約有三分之二屬于日本雅馬哈、三洋或松下輔助動力系統(tǒng)(PAS系統(tǒng))。
目前西歐各國均面臨人口老齡化問題，越來越多的老年人成為電動自行車的潛在買主。配合電動自行車產(chǎn)品“運(yùn)動化”和“年輕化”設(shè)計發(fā)展，為消費(fèi)者提供更加多樣化的選擇，并滲透到運(yùn)動愛好族和年輕一代的消費(fèi)者。
1.3電動自行車的研究意義
上世紀(jì)九十年代中期，電動車作為一個新生事物，在沒有成熟的技術(shù)，沒有可循的標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境中，蹣跚起步。在當(dāng)今這個時代，電動自行車各方面發(fā)展都較完善，技術(shù)相對初步階段有著更大的改進(jìn)提高。社會的需求量也有了很大的空間。
電動自行車的方便快捷的特點(diǎn)是其他車輛不可比擬的。電動自行車具有騎行簡便、速度比普通自行車快、省時、省力?；ㄙM(fèi)低廉，只要充電就可以了。發(fā)展電動自行車可刺激和提升機(jī)動車車道的使用效率，緩解當(dāng)前部分特大城市和大城市交通嚴(yán)重?fù)矶碌臓顩r。因?yàn)殡妱幼孕熊嚁?shù)量的增加會相應(yīng)減少普通自行車的數(shù)量，加之電動自行車的平均速度比普通自行車快，電動自行車在道路停留的時間要比自行車少，可增強(qiáng)非機(jī)動車道及交叉口的通行能力。因?yàn)殡妱幼孕熊嚨乃俣缺茸孕熊嚨乃俣瓤炝舜蠹s50%，同樣的交通距離花費(fèi)的時間少多了，這樣交通工具在道路停留的時間少，提高了道路的總?cè)萘俊Ｋ?，反而有利于提高機(jī)動車道通效率。
大力發(fā)展輕型電動車，將電動自行車作為城市交通的一個有機(jī)組成部分，是符合發(fā)展戰(zhàn)略要求的。輕型電動車能緩解公交壓力，分散乘客人流，提高個人交通的效率，日益成為現(xiàn)代化城市交通中速度較低，中短距離，操作停放簡便，最貼近人實(shí)際需求的一種交通工具。
電動自行車是利用電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能的輕便代步交通工具，無廢氣排出，噪音污染很小，發(fā)展電動自行車可大大減輕環(huán)境污染方面的壓力。目前電動自行車絕大部分使用的是鉛酸電池，帶來的二次污染比汽車使用的鉛酸電池污染小的多。輕型電動車是將人類工業(yè)文明兩個重大的亮點(diǎn)即電力和車輛的結(jié)合起來，它的誕生和普及無疑順應(yīng)了發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)節(jié)約型社會的潮流。
目前的技術(shù)條件下，每個電動自行車每年可提供的再生鉛資源約為8千克，如果電動自行車和輕型電動車的社會總保有量到2000萬輛，則每年可提供的的再生鉛原料為16萬噸，如果5年內(nèi)社會保有量達(dá)到1.5億輛，則每年可新增再生鉛資源120萬噸，再生鉛產(chǎn)業(yè)的增長率應(yīng)該達(dá)到年增長率40%以上，提高資源利用率，減少對環(huán)境的人為破壞，降低能源消耗，充分利用電動車交通工具快速發(fā)展的重大機(jī)遇，提高我國的再生鉛產(chǎn)業(yè)檔次。
從節(jié)能的另一個角度說，電動自行車是一種低碳環(huán)保的交通工具，對于環(huán)境來說有很大的環(huán)保促進(jìn)意義。就現(xiàn)在的電能來源，有了更多高效節(jié)約環(huán)保的途徑，而且有些是通過可再生資源的發(fā)電。現(xiàn)在主要的交通工具使用的主要是汽油、柴油，這對社會都有很大的資源壓力和環(huán)境污染危害。石油方面是不可再生資源，大量的使用會造成資源枯竭、環(huán)境污染，不利于可持續(xù)的發(fā)展。節(jié)能減排，減少化石能源的消耗和二氧化碳的排放，電動自行車的迅速發(fā)展對這些都有很好的節(jié)能減排貢獻(xiàn)。
1.4 課題的研究任務(wù)
隨著環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，電動自行車作為簡便型綠色交通工具以其輕便、無污染、低噪音等優(yōu)點(diǎn)逐漸被消費(fèi)者所接受，并備受政府部門和商家的重視，有望替代摩托車而成為一大朝陽產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展電動自行車產(chǎn)業(yè)已成為許多省市的重要目標(biāo)。作為電動自行車的重要部分——傳動裝置，將直接影響其結(jié)構(gòu)和性能。為此，我們提出用少齒數(shù)齒輪作為電動自行車的傳動部分，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)緊湊、傳動比大、承載能力高等優(yōu)點(diǎn)。
少齒數(shù)齒輪指齒數(shù)介于2～10 之間的齒輪，是一種變位齒輪,含有少齒數(shù)齒輪的齒輪傳動稱為少齒數(shù)齒輪傳動。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,機(jī)械傳動裝置向小型化、輕量化方向發(fā)展,少齒數(shù)齒輪傳動已經(jīng)得到了越來越多的研究和應(yīng)用。在少齒數(shù)齒輪傳動中,由于大幅度減少了小齒輪的齒數(shù),故其單級傳動比大;在傳動比一定的情況下可顯著減小傳動裝置的體積,或在體積一定的條件下可增大齒輪模數(shù),提高輪齒的彎曲強(qiáng)度;在保持較大單級傳動比的同時,降低傳動裝置的成本,提高傳動效率;
當(dāng)今，動力齒輪傳動裝置正沿著小型化、輕型化等方向發(fā)展。為達(dá)到齒輪裝置小型化的目的，通常采用像蝸桿傳動,行星齒輪傳動,少齒差齒輪傳動,諧波齒輪傳動等單級傳動比大的裝置,以減少齒輪裝置的體積。盡管采用蝸桿,行星齒輪傳動等可以提高單級傳動比,減少齒輪傳動的體積。然而它們同漸開線圓柱齒輪傳動比較起來,又有一些明顯的不足之處,普通單頭蝸桿傳動效率低，只有70%左右,帶自鎖的蝸桿傳動效率只有40%--50%，而且因?yàn)槲佪嘄X圈需采用貴金屬,所以造價較高。齒輪行星傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本高。少齒差傳動效率低,一般80-90%；擺線少齒差傳動制造成本高,主要零部件加工精度要求高；活齒少齒差不但傳動效率低。而且制造復(fù)雜。又因?yàn)樵邶X輪傳動中，普通齒輪單級傳動比較小；而在傳動比一定的情況下,相對于少齒數(shù)齒輪傳動裝置的體積大的多,或在體積一定的條件下,齒輪的模數(shù)比較小,而且齒輪的彎曲強(qiáng)度也降低了；要保持較大的單級傳動比,傳動裝置的成本較高，傳動效率卻較低。 多年來，人們一直在探索提高其承載能力、效率、速度、傳動比，減小噪聲、尺寸、重量、成本，以提高性能價格比的途徑。變位齒輪傳動具有一系列優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計合理的變位齒輪，其綜合承載能力比標(biāo)準(zhǔn)齒輪提高20%以上；在滿足一定傳動比要求時，應(yīng)用正變位齒輪可以減小小齒輪的齒數(shù)，從而在整體上減小齒輪機(jī)構(gòu)的尺寸、效率低的缺點(diǎn)。為改善多齒數(shù)齒輪傳動中存在的這些缺點(diǎn)與不足，進(jìn)而對少齒數(shù)齒輪傳動進(jìn)行研究。而實(shí)踐表明，少齒數(shù)齒輪傳動確實(shí)能夠克服以上缺點(diǎn)與不足。
鑒于少齒數(shù)齒輪傳動有著普通齒輪傳動所無法代替的一系列優(yōu)點(diǎn),所以將少齒數(shù)齒輪傳動應(yīng)用到電動自行車中有著非常重大的意義。本次設(shè)計的任務(wù)是: 調(diào)研了解電動自行車行業(yè)總體情況；搜集國內(nèi)外有關(guān)電動自行車的政策法規(guī)與技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)；分析我國各級政府或行業(yè)協(xié)會有關(guān)電動自行車法規(guī)的技術(shù)依據(jù)；調(diào)研目前市場銷售的各種類型電動自行車傳動系統(tǒng)組成，利用所學(xué)的專業(yè)知識逐一分析各自存在的優(yōu)缺點(diǎn)；，將少齒數(shù)齒輪傳動技術(shù)應(yīng)用于電動自行車傳動系統(tǒng)中，開發(fā)一種保證電動時車速不超過20Km/h的電動自行車傳動裝置；其次，根據(jù)選定的尺寸和數(shù)據(jù)繪制出電動自行車傳動裝置的裝配圖及非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖；最后,對該少齒數(shù)齒輪傳動進(jìn)行強(qiáng)度計算,驗(yàn)證該少齒數(shù)齒輪是否滿足實(shí)際的強(qiáng)度要求。
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第2章 電動自行車行業(yè)市場調(diào)研
2.1電動自行車行業(yè)概況
電動自行車（以下簡稱電動車），是指以蓄電池作為輔助能源在普通自行車的基礎(chǔ)上，安裝了電機(jī)、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把閘把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)的機(jī)電一體化的個人交通工具。自1995年清華大學(xué)研制的第一臺輕型電動車問世開始，之后4年內(nèi)電動車行業(yè)進(jìn)入技術(shù)摸索階段，這一時期內(nèi)電動車逐漸被公眾認(rèn)可并為電動車產(chǎn)業(yè)后期的蓬勃發(fā)展打下了牢固的基礎(chǔ)；2000-2004年期間由于各個城市的“禁摩令”的出臺和2003年度的“非典“事件促使電動車成為更多消費(fèi)者的代步工具，形成“南豪華、北簡易”的格局；2005-2006年電動車行業(yè)步入井噴式發(fā)展階段，在利益驅(qū)使下，促使了眾多電動車企業(yè)的涌入。然而2007年由于受國家政策、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、原材料漲價等因素的影響，行業(yè)出現(xiàn)低迷狀態(tài)，市場增幅變緩，洗牌開始。經(jīng)歷了2007年之后的滯漲與緊縮之后，電動車行業(yè)的運(yùn)行呈現(xiàn)出穩(wěn)步發(fā)展態(tài)勢。進(jìn)入2011年，公安部等四部委聯(lián)合頒布了《關(guān)于加強(qiáng)電動車管理的通知》，要求依照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，限期淘汰在用的、不符合“20/40標(biāo)準(zhǔn)”的電動自行車；同年5月，環(huán)保部等九部委聯(lián)合整治鉛酸電池行業(yè)，使得產(chǎn)業(yè)鏈上的電動自行車要么停產(chǎn)、要么尋求轉(zhuǎn)型，產(chǎn)業(yè)集中度進(jìn)一步提升。目前，一線品牌電動車生產(chǎn)企業(yè)主控地位明顯，數(shù)據(jù)顯示，我國前十強(qiáng)企業(yè)的產(chǎn)量已經(jīng)占到了行業(yè)的40%左右，電動車發(fā)展至今已經(jīng)進(jìn)入品牌營銷時代。2013年中國共有1050家取得生產(chǎn)許可證的電動車企業(yè)，而其中愛瑪、雅迪、新日、綠源等約十家一線品牌占據(jù)了行業(yè)總產(chǎn)量的40％以上。未來，預(yù)計國內(nèi)會產(chǎn)生10家一線品牌，這十家企業(yè)將會逐漸朝國際知名品牌的方向發(fā)展；同時也將產(chǎn)生20—50家國內(nèi)品牌和50—80家區(qū)域性品牌。這總共一百多家的品牌電動車生產(chǎn)企業(yè)將會成為市場的絕對主力軍。
自2008年以來，中國電動自行車行業(yè)幾乎保持著3000萬輛左右的增長速度，至2012年末，中國電動車行業(yè)市場保有量已經(jīng)達(dá)到1.62億輛。預(yù)計2014年末，中國電動車市場保有量將突破兩億輛。
據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2013年1—9月份，中國國內(nèi)316家規(guī)模以上電動車生產(chǎn)企業(yè)共計生產(chǎn)電動車1842萬輛，與去年同期相比增長15.7％；主營業(yè)務(wù)達(dá)到509億人們幣，相比去年同期增長23.6％；其中利潤總額上升30％以上。外貿(mào)市場方面，2013年1—9月份實(shí)現(xiàn)電動車出口63.1萬輛，同比去年增長21.4％，其中出口日韓歐澳等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)同比去年實(shí)現(xiàn)了超過50％的增長率。
根據(jù)往年國內(nèi)電動車市場及廠家的生產(chǎn)情況， 2014年全年，中國電動車總產(chǎn)量達(dá)到3500萬輛以上，并實(shí)現(xiàn)1000億人民幣的總產(chǎn)值。
2.2國家有關(guān)政策法規(guī)及質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)
目前，電動自行車的使用者中，有1000萬新增城市就業(yè)人口；1000萬接送兒女上下學(xué)的使用者；1000萬原有電動自行車使用者；以及經(jīng)常加班的1000萬使用者，這個使用群體正在延伸到1.5億的農(nóng)民工就業(yè)者?？梢哉f電動自行車的發(fā)展已經(jīng)與中國城市化發(fā)展密不可分。
首先, 就安全性而言，國家《電動自行車通用技術(shù)條件》（GB17761——1999）對電動自行車的最高時速、空車重量、制動性能等都已作出了具體規(guī)定，是科技工作者、生產(chǎn)廠家和質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理部門集體智慧的結(jié)晶。因此，車子本身不存在不安全問題，適合各階層人群使用。北京、上海、南京、成都等地放開電動自行車上路的實(shí)踐證明了電動自行車有其存在的價值。
其次, 就污染而言，機(jī)動車的尾氣污染是有目共睹的，但電動自行車使用只需電力資源，是所有交通工具的一個另類，在使用過程中不會給環(huán)境帶來污染。電池廢棄后可能帶來污染, 只要有有較成熟的回收利用技術(shù)，形成了較好的回收體系，就不會產(chǎn)生污染問題。另外，電池已經(jīng)逐漸向低污染、無污染電池方向發(fā)展?出現(xiàn)了鎳氫、鏗、鋅空氣電池等。
《電動自行車通用技術(shù)條件》對電動自行車的長、寬、高都作了明確的規(guī)定，占 用道路的面積與自行車相近。在道路資源方面，經(jīng)過測算，一輛行,駛中的小汽車為了保證速度與安全，占用的道路面積大約為70 平方米；而一輛電動自行車行駛時占用的面積僅為3 平方米。目前，中國城市化發(fā)展速度很快，土地特別是耕地資源稀缺，城市道路建設(shè)的發(fā)展趕不上汽車的增長，因此交通擁堵成為了所有城市的通病。由于我國道路設(shè)施水平還很低。因而電動自行車僅3平方米的占用面積，正好符合我國人均道路面積狹小的現(xiàn)狀，可以有效地解決人均道路面積不高的“頑疾”，從而有力地緩解交通壓力。
我國的《道路交通安全法》第119條第四項(xiàng)規(guī)定了電動自行車屬非機(jī)動車，也就是說其駕駛?cè)藛T不須經(jīng)過專門的培訓(xùn)考試就可上路，再加上部分電動自行車駕駛?cè)说慕煌ò踩庾R淡薄，在上路行駛時，違法行為經(jīng)常發(fā)生。如爭道搶行、上機(jī)動車道、突穿猛拐、闖信號燈、隨意轉(zhuǎn)彎變道、超速行駛、載人載物、逆向行駛等。由于電動車畢竟在性能上不同于自行車，其速度比自行車要快得多，車輛設(shè)計時速可達(dá)20~30 公里/小時甚至更快。因而這些因素更容易引發(fā)交通事故。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的電動自行車與傳統(tǒng)意義上的電動車已發(fā)生了巨大改變。以新能源為動力的各種機(jī)動車層出不窮，而以電能為驅(qū)動力的機(jī)動車時速更是可達(dá)百公里以上。目前，絕大多數(shù)在道路上行駛的電動車已超出了“電動自行車最高時速為二十公里，空車質(zhì)量為四十公斤以下，具有腳踏行駛能力，電動機(jī)額定連續(xù)輸出功率應(yīng)不大于240W”這一法律規(guī)定，應(yīng)不屬于法律意義上的非機(jī)動車。因此，按《道路交通安全法》的規(guī)定，把現(xiàn)行的電動車納入非機(jī)動車序列實(shí)有不妥之處
2.3各級政府有關(guān)電動自行車的法規(guī)及存在的問題
電動自行車在國內(nèi)外具有廣闊的市場前景，被業(yè)內(nèi)人士稱為“朝陽產(chǎn)業(yè)”。但由于我國對電動自行車發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策遲遲沒有出臺，導(dǎo)致各城市相關(guān)政策不一，市場壁壘嚴(yán)重，使這一新興產(chǎn) 業(yè)出現(xiàn)“有光明，沒前途”的尷尬局面。對此，業(yè)內(nèi)人士分析，制約我國電動自行車發(fā)展有以下問題：
（一）身份難定，命運(yùn)不同。由于國家對電動自行車究竟是機(jī)動車還是非機(jī)動車尚未定論，導(dǎo)致各地電動自行車出現(xiàn)了三種不同的命運(yùn)：一種以上海、天津等市為代表，當(dāng)?shù)胤椒ㄒ?guī)的形式，承認(rèn)其合法性，把電動自行車納入非機(jī)動車管理 范疇，發(fā)放牌照；一種以南寧、武漢等城市為代表，一旦發(fā)現(xiàn)其上路，即責(zé)令騎車人拆除動力裝置并接受處罰；第三種以北京、蘭州等城市為代表，準(zhǔn)賣也準(zhǔn)騎，但不給上牌照，使消費(fèi)者的權(quán)益得不到有效保障。比如南寧市和武漢市強(qiáng)制拆除動力裝置 的做法明顯侵犯了消費(fèi)者的合法權(quán)益。
（三）身份界定不明，管理帶來不便。由于電動自行車身份界定的模糊，在出 現(xiàn)交通事故后，執(zhí)法和司法部門對于事故原因的認(rèn)定和責(zé)任的劃分在不同地區(qū)、甚至是同一地區(qū)的不同部門出現(xiàn)不同的結(jié)果。
（四）電動自行車企業(yè)作坊式多，規(guī)模小，品牌少。據(jù)了解，目前全國生產(chǎn)電 動自行車的廠家有３００多家，但有實(shí)力的卻寥寥無幾。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，有錢 的大型企業(yè)不敢輕易進(jìn)入，一進(jìn)去就要花掉幾百萬乃至上千萬元，最后還可能是 非法生產(chǎn)。是地方政策使電動自行車銷售困難。由于國家缺乏一個統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)政策，導(dǎo)致地方“各自為政”。據(jù)天津悍馬電動車有限公司有關(guān)資料表明，該公司產(chǎn)品進(jìn)入河北、江蘇、上海都花了不少錢，每進(jìn)入一地，上牌費(fèi)、測檢費(fèi)、勞務(wù)費(fèi)等各種費(fèi)用近兩萬元。有的省市政策還規(guī)定，電動自行車想進(jìn)入該省市，必須采用本地生產(chǎn)的電機(jī)或電池，否則不給上牌照。
2.4電動自行車的發(fā)展前景分析
盡管人們對電動自行車有褒有貶，但這些年電動自行車的產(chǎn)量每年都是翻番地增長，說明它有著非常旺盛的生命力。電動自行車的最大好處是提高人們的出行質(zhì)量，尤其是在風(fēng)雨天氣可以讓人們出行時省時省力。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，解決老百姓的出行問題，主渠道仍然是大力發(fā)展公共交通，包括軌道交通。但可以預(yù)見的是，自行車仍將是人們最常用的輔助交通工具。作為自行車的升級品，電動自行車的發(fā)展?jié)摿薮蟆?
據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)抽樣調(diào)查表明，1000多萬人口的北京，目前的自行車擁有量約為1000萬輛，假如有10%的愿意換成電動自行車，以每輛2500元計，將是25億。全國自行車擁有量為4億輛，假如有10%的人愿意更換成電動自行車，這將是1000個億的大市場。
2.5電動自行車傳動系統(tǒng)類型
傳動部件是電動自行車的心臟，它的性能直接影響著電動自行車的整體性能。因此它是整車生產(chǎn)廠家、經(jīng)銷商和用戶都關(guān)心的問題，為此，介紹一下國內(nèi)外電動自行車生產(chǎn)廠家選用的傳動部件及其優(yōu)劣：
2.5.1摩帶式傳動
電機(jī)帶動摩帶頭摩擦輪胎的傳動方式。起源于美國，以ZAP公司為代表。日本、中國（含臺灣）都有廠家使用過，但因摩帶頭易磨損進(jìn)而造成打滑，傳動效率不高，現(xiàn)基本不用。
2.5.2中置式傳動
將電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)放置于電動自行車的中軸位置，先驅(qū)動鏈輪盤，再通過鏈條帶動后輪行駛。日本和我國臺灣的一些廠家以前較多采用這種傳動方法，國內(nèi)使用過的廠家不多。
2.5.3側(cè)掛式傳動
側(cè)掛式傳動屬于軸傳動范圍，具有軸傳動的所有優(yōu)點(diǎn)。臺灣和大陸均有廠家生產(chǎn)此類傳動方式的產(chǎn)品。現(xiàn)有方案中，有的減速比大，齒輪磨損快，噪音大。使用柱狀電機(jī)者還需有傘齒輪，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動效率底。
側(cè)掛式傳動是電動自行車傳動方案中比較理想的方案，設(shè)計好了可以實(shí)現(xiàn)液態(tài)油潤滑，達(dá)到高效率、高可靠性、大扭矩、長壽命、低重量、低噪音、低成本等目標(biāo)。
2.5.4輪轂式傳動
輪轂式傳動效率高，造型精巧，不破壞自行車的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它是具有“中國特色”，世界各國現(xiàn)已越來越多地采用輪轂式傳動方案，SANYO早就采用，YAMAHA最新款電動自行車也為輪轂式。
輪轂式傳動還可分為“交流”和“直流”、“高速”和“低速”幾大類。
1）交流輪轂電機(jī)
最近，意大利開發(fā)出一種三相交流低速輪轂電機(jī)，380V、240W，前輪驅(qū)動。交流電機(jī)的好處是功率強(qiáng)勁，無噪音，壽命長，制造簡單，價格低廉。缺點(diǎn)是調(diào)速控制和電池的直流輸出要逆變?yōu)榻涣鬏敵?，制造成本目前偏高?
2）直流輪轂電機(jī)
目前，國內(nèi)絕大多數(shù)電動自行車廠家均使用外轉(zhuǎn)子式直流輪轂電機(jī)。直流電機(jī)帶齒輪減速器構(gòu)成的輪轂電機(jī)稱之為高速輪轂電機(jī)。
2.6傳動機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢
少齒數(shù)齒輪減速器適用于醫(yī)療、福利、化工、紡織等行業(yè)的機(jī)械傳動，國內(nèi)外在助力車、電動自行車等領(lǐng)域已有應(yīng)用嘗試。
隨著科技的不斷發(fā)展，少齒數(shù)齒輪的大傳動比必將被越來越多的電動自行車生產(chǎn)廠家采用，采用少齒數(shù)齒輪傳動可顯著減小傳動裝置的體積，提高其精度，少齒數(shù)齒輪必將在未來電動自行車的傳動系統(tǒng)發(fā)展史上發(fā)揮其重要作用。
第3章 電動自行車傳動方案的確定
3.1電動機(jī)的選擇
3.1.1電動機(jī)類型的選擇
電動機(jī)按使用電源不同分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)。這里我們選用直流電機(jī)，直流無刷電機(jī)采用永磁場，這使得直流無刷電機(jī)擺脫了一般直流電機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計和結(jié)構(gòu)，其具有耐顛覆震動、噪音低、振動小、運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、壽命長等特點(diǎn)，能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。由此，我們選用永磁式直流無刷電機(jī)。
3.1.2電動機(jī)功率的選擇
已知工作機(jī)所需功率
電動機(jī)與減速器之間采用彈性聯(lián)軸器連接，查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表1-7得傳動效率；軸承選用球軸承，查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表1-7得一對軸承效率為；選擇7級精度的齒輪，查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表1-7得其傳動效率為；
則電機(jī)至工作機(jī)間傳動的總效率
所需電動機(jī)的功率為：pd=Pwη=0.7/0.9509=0.74
電動機(jī)的選擇內(nèi)容主要包括電動機(jī)的類型、功率及轉(zhuǎn)速的選擇。我們采用功率為，轉(zhuǎn)速為的特制直流電動機(jī)。
3.2傳動方案的確定
合理的傳動方案首先要滿足機(jī)器的功能要求，例如傳動功率的大小、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動形式。此外，還要適應(yīng)工作條件，滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率高、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)性合理等要求。
1）為減輕變速箱的質(zhì)量，同時又要滿足設(shè)計中大的傳動比。本設(shè)計采用少齒數(shù)齒輪傳動。采用齒輪傳動具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作時間長，壽命可靠及傳動穩(wěn)定的特點(diǎn)。
2）為了盡可能的使變速箱結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計中采用齒輪軸的方法節(jié)省箱體空間，縮小體積；為了得到較大的傳動比，采用了2個齒的少齒數(shù)齒輪。
3）齒輪傳動的特點(diǎn)：
（1）傳遞的圓周速度范圍較大，傳動準(zhǔn)確；
（2）傳遞功率從幾瓦到幾千瓦；
（3）使用效率高，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，外輪廓尺寸??；
（4）傳動比穩(wěn)定，可傳遞空間任意配置的兩軸之間的傳動。
4）由于本設(shè)計的傳動比較大，采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動時，體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高。少齒數(shù)齒輪傳動能夠?qū)崿F(xiàn)較大的單級傳動比，克服標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動的以上缺點(diǎn)，因此我們采用單級傳動的少齒數(shù)齒輪減速器。
圖3.1 傳動減速器傳動原理圖
第4章 漸開線少齒數(shù)圓柱齒輪傳動的設(shè)計
少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪減速器是齒輪傳動技術(shù)上的新進(jìn)展, 因?yàn)闇p少小齒輪的齒數(shù)可顯著增大齒輪的傳動比，并可減小減速器的外廓尺寸和重量, 具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。由于齒數(shù)較少，故將少齒數(shù)齒輪與大齒輪組成的齒輪副稱為少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪機(jī)構(gòu)。對于這種機(jī)構(gòu), 由于小齒輪齒數(shù)較少, 首先為避免根切, 須采用大變位系數(shù)的正變位; 這樣又引起齒頂變尖而導(dǎo)致齒頂高縮短。其次由于端面重合度大幅度降低而須采用較大螺旋角和較大齒寬的斜齒輪傳動。
針對少齒數(shù)齒輪設(shè)計中存在的問題進(jìn)行了理論和技術(shù)研究，根據(jù)漸開線圓柱齒輪尺寸計算公式和雙向變位少齒數(shù)齒輪副特點(diǎn)，推導(dǎo)出了雙向變位少齒數(shù)齒輪副設(shè)計計算公式。應(yīng)用推導(dǎo)公式進(jìn)行本次少齒數(shù)齒輪的幾何尺寸設(shè)計。
4.1設(shè)計基本參數(shù)
1、傳動形式：一級少齒數(shù)齒輪傳動；
2、小齒輪齒數(shù)：2；
3、大齒輪齒數(shù)：72；
4、齒輪傳動比：36。
4.2主要參數(shù)的確定
4.2.1齒輪模數(shù)的確定
輪齒在受載時，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。當(dāng)輪齒在齒頂處嚙合時，處于雙對齒嚙合區(qū)，此時彎矩的力臂雖然最大，但力作用點(diǎn)位于單對齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)時，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，因此按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計。由：求取模數(shù)。
1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
（1）查《機(jī)械設(shè)計》圖10-20 c得小齒輪與大齒輪的的彎曲疲勞強(qiáng)度極限均為；
圖4.1
（2）由《機(jī)械設(shè)計>圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；
（3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)，可得：
計算載荷系數(shù)
（5）查取齒形系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計》表10-5查得：。
（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計》表10-5查得： 。
（7）計算大、小齒輪的并加以比較
=
=
大齒輪的數(shù)值大。
2）設(shè)計計算
由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.129并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。
4.2.2齒輪端面壓力角的確定
由壓力角得：
4.2.3齒輪端面嚙合角的確定
由及可得：
4.2.4端面齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)的確定
由及可得：
4.3少齒數(shù)齒輪副的設(shè)計
4.3.1齒輪副
設(shè)計中心距：； 法面模數(shù)：；
傳動比：； 分度圓螺旋角：；
齒輪寬度：； 端面嚙合角：；
端面重合度：； 軸面重合度：；
實(shí)際傳遞功率：。
4.3.2小齒輪（齒輪軸）
端面徑向變位系數(shù)：； 切向變位系數(shù):；
分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：； 齒根圓直徑:；
跨1個齒公法線長度：。
4.3.3大齒輪（齒圈）
端面徑向變位系數(shù)：； 切向變位系數(shù):；
分度圓直徑：； 齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑:； 法面固定弦齒厚：；
法面固定弦齒高：。
4.3.4刀具
法面模數(shù)：；
齒頂高系數(shù)：；
頂隙系數(shù)：；
刀具齒頂高：；
刀具齒根高：；
刀具齒全高：；
刀頂圓弧半徑：；
刀具切向負(fù)變位，變位系數(shù)：；
刀具切向正變位，變位系數(shù)：；
為保證加工的齒面光滑，刀具做成密齒，其余參數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)確定。
4.4傳動裝置設(shè)計的校核
4.4.1齒輪副參數(shù)的驗(yàn)算
1)端面嚙合角
(1)標(biāo)準(zhǔn)中心距
圓整，取實(shí)際中心距=62mm
(2)端面壓力角
（3）端面嚙合角：
設(shè)計結(jié)果：，偏大0.00006o。
2)端面徑向變位系數(shù)和
取：
取
3)中心距變動系數(shù)
4)齒頂高變動系數(shù)
4.4.2小齒輪的幾何尺寸驗(yàn)算
1)齒頂變尖時的齒頂圓壓力角
解得：
2)齒頂圓
齒頂變尖時的齒頂圓直徑為：
由變位系數(shù)等參數(shù)確定的齒頂圓直徑為：
設(shè)計結(jié)果：，偏大0.0035mm。
大齒輪齒根過渡曲線與小齒輪齒頂漸開線干涉驗(yàn)算：
不發(fā)生干涉的條件：
其中：
3)齒根圓
設(shè)計結(jié)果：
4)全齒高
5)跨一個齒的公法線長度
根據(jù)朱景梓的推導(dǎo)結(jié)論（同齒輪手冊），未考慮切向變位的影響時：
4.4.3大齒輪（齒圈）幾何尺寸計算
1)分度圓直徑
mm
2)齒頂圓直徑
（1）嚙合干涉限制的極限齒頂圓直徑
不發(fā)生干涉的條件：
可將不發(fā)生干涉條件變成以下形式，便于計算：
令：
（2）削頂后的齒頂圓直徑
故
設(shè)計結(jié)果：；偏大0.261mm, 發(fā)生干涉。
3)齒根圓直徑
設(shè)計結(jié)果：，偏大0.00012mm。
4)全齒高
（干涉削頂量為 , 削頂系數(shù)為）
5)法面固定弦齒厚
未考慮切向負(fù)變位的影響
設(shè)計結(jié)果：
6)法面固定弦齒高
未考慮切向負(fù)變位的影響
設(shè)計結(jié)果：
設(shè)計結(jié)果經(jīng)驗(yàn)算，會發(fā)生嚙合時齒圈齒頂與小齒輪齒根過渡曲線干涉。
4.5設(shè)計結(jié)果修正
其它設(shè)計結(jié)果不變，調(diào)整參數(shù)。
1)重新驗(yàn)算重合度
其中：
（不變）
2)重新驗(yàn)算頂隙
（1）標(biāo)準(zhǔn)頂隙c
（2）小齒輪齒頂與大齒輪齒根的間隙
（齒頂變尖，相當(dāng)于削頂量為0.2255mm，削頂系數(shù)為0.15033，使得頂隙變大）
（3）小齒輪齒根與大齒輪齒頂?shù)拈g隙
（為避免干涉需削頂，削頂量為：，削頂系數(shù)為0.10996；其中
、）
第5章 電動自行車牙盤的設(shè)計
由已知取自行車最大車速為20Km/h，則自行車后軸的轉(zhuǎn)速為
其中：
D——自行車后輪的直徑，單位：mm
V——自行車車速，單位：Km/h
從《電動自行車通用技術(shù)條件》GB17761—1999中選取后輪直徑D=0.56m，則
飛輪轉(zhuǎn)速
牙盤轉(zhuǎn)速
由此可知牙盤與飛輪之間的傳動比為
1）選擇鏈輪齒數(shù)
根據(jù)自行車的工作環(huán)境，取飛輪齒數(shù)，則
牙盤齒數(shù)
經(jīng)圓整，取
2）確定計算功率
由《機(jī)械設(shè)計》表9-6查得，；由《機(jī)械設(shè)計》圖9-13查得，，則
計算功率
3）選擇鏈條型號和節(jié)距
根據(jù)，由《機(jī)械設(shè)計》圖9-11查得，可選12A型鏈， 由《機(jī)械設(shè)計》表9-1查得，鏈條節(jié)距為p=19.05mm
4）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距
初選中心距
取，相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為
取鏈長節(jié)數(shù)節(jié)
由《機(jī)械設(shè)計》表9-7查得，中心距計算系數(shù)
則鏈傳動最大中心距為
5）計算鏈速v，確定潤滑方式。
由和鏈號12A，查《機(jī)械設(shè)計》圖9-14可知，應(yīng)該采用滴油潤滑。
6）計算壓軸力
有效圓周力：
7）計算分度圓直徑
飛輪
牙盤
8）計算齒頂圓直徑
由《機(jī)械設(shè)計》表9-1查得，滾子直徑
飛輪
圓整為84mm。
牙盤
圓整為188mm。
9）計算齒根圓直徑
飛輪
牙盤
10）計算齒高
飛輪
牙盤
11）選擇材料
飛輪用20鋼，經(jīng)滲碳、淬火、回火處理，硬度為60HRC;牙盤用35鋼，經(jīng)正火處理，硬度為180HBS.
第6章 離合器的設(shè)計
本設(shè)計所采用的離合器是一種疊加式雙向單作用超越離合器。離合器的外圈由齒圈、中間體、內(nèi)圈以及滾柱、彈簧等組成。齒圈接受電動機(jī)通過小齒輪傳遞的動力，中間體與自行車的輪盤相連，輸出來自電動機(jī)的和人力腳踏的動力。內(nèi)圈與自行車的中軸相連。中間體與齒圈組成外離合器，中間體與內(nèi)圈組成內(nèi)離合器。外離合器與內(nèi)離合器的超越方向相反，即，電動時外離合器處于結(jié)合狀態(tài)，而內(nèi)離合器處于脫離狀態(tài)，自行車的中軸不受外力。相反，當(dāng)腳踏騎行時內(nèi)離合器結(jié)合，而外離合器則脫離，所以腳踏騎行時電動機(jī)的轉(zhuǎn)子不受外力，這就排除了目前市場上一般的后軸傳動的電動自行車騎行時額外阻力。
圖6.1 雙疊加式向單作用超越離合器
1——星輪、2——滾柱、3——擋板、4——齒輪、5——滾柱、6——中間體
第7章 軸的設(shè)計
軸是組成機(jī)器的主要零件之一,一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動零件都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動和動力的傳遞.因此，軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動和動力.
按照承受載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸,心軸和傳動軸三類.工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸為轉(zhuǎn)軸.只承受彎矩不承受扭矩的軸為心軸.只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸.軸還可按照周線形狀的不同,分為曲軸和直軸兩大類.此外,還有一種鋼絲軟軸,又稱鋼絲撓性軸.它是多組鋼絲分層卷繞而成的，具有良好的撓性,具有良好的撓性，可以將回轉(zhuǎn)運(yùn)動靈活地傳到不開敞的空間.
軸的設(shè)計和其他零件的設(shè)計相似，包括機(jī)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝,定位以及軸的制造工藝等方面的要求,合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理,會影響軸的工作能和軸上零件的可靠性,還會增加軸的制度成本和軸上零件裝配的困難.軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度,剛度和震動穩(wěn)定性等方面的計算.多數(shù)情況下,軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度.這時只需對軸進(jìn)行強(qiáng)度計算,以防止斷裂或塑性變形.
由于碳鋼比合金鋼價廉,對應(yīng)力集中的敏感性較低,同時也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度,故采用碳鋼的制造軸尤為廣泛.故本設(shè)計中在滿足強(qiáng)度條件的前提下，中軸的材料優(yōu)先選用45鋼，又根據(jù)少齒數(shù)齒輪傳動的特點(diǎn)、使用經(jīng)驗(yàn)和制造要求，取少齒數(shù)齒輪軸和齒圈的材料為。
7.1計算各軸的動力參數(shù)及運(yùn)動參數(shù)
7.1.1小齒輪軸
P小=P電=750W
T小= 9550000P小/n小 =1910N.mm
7.1.2大齒輪
p大=P小η=582W
因?yàn)?
所以
7.1.3 齒輪軸上齒輪所受的力
根據(jù)齒輪的受力分析，可得：
圓周力：
徑向力：
軸向力：
7.1.4 大齒輪所受的力
根據(jù)齒輪的受力分析，可得：
圓周力：
徑向力：
軸向力：
7.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素:軸在機(jī)器中的安裝位置及形式;軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計時，必須針對不同的情況進(jìn)行具體的分析。
擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。
為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運(yùn)動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。
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