B型房車內(nèi)部休息區(qū)設(shè)計

緒論1.1課題來源及研究的目的和意義在國內(nèi)，工薪階層占據(jù)著一個很大的群體，對于動輒幾十萬，高則上百萬的房車來說，也不是他們能消費的車型。而房車?yán)锩?，最接地氣的車型非B型房車莫屬，最大的亮點就是不帶鵝頭，并且車型也更加時尚靚麗。而且適合C型駕駛照的人駕駛自駕游，從而享受生活。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地消費水平的增加，汽車的增加對旅游休閑需求和要求也隨著擴(kuò)大。旅游休閑專用車得作用也越來越突出出來，我國大部分景點的酒店專用車由國外進(jìn)口或中外合作開發(fā)，在對于科技日新月異的今天來看，設(shè)計一款能夠讓乘客休息駕駛和有限的房車是必須面臨的一步,因此設(shè)計出一款符合我國消費者習(xí)慣的自行式B型房車是必要的。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外現(xiàn)狀一些發(fā)達(dá)國家專用車起步比中國早半個多世紀(jì)，知名企業(yè)較多影響較大，市場開發(fā)比較成熟，專用汽車占普通載貨汽車的比例在70%以上。國外專用汽車在其性能優(yōu)良的專用底盤的基礎(chǔ)上，選用高新技術(shù)的專用裝置總成及設(shè)備，采用機電夜一體化、電子技術(shù)、傳感技術(shù)使其整車使用性能不斷提高，這也是我國專用汽車與國外專用汽車的差距。B型房是自上世紀(jì)初誕生以來不斷發(fā)展，日趨完善，已經(jīng)成為現(xiàn)在大小假期人們出行的必備工具。B型房車主要由汽車底盤、帶有液壓支腿的下支承架、剪刀叉架、車箱體、四向平臺、固定遮雨篷、液壓傳動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等所組成。它具有行駛、廚房、駕駛室和側(cè)移及應(yīng)急操作等功能，并可配置空調(diào)實現(xiàn)日常家具功能。國外一些國家對自行式B型房車的研究起步比較早，如圖1-1為國外的房車樣式，而且也取得了一些重要的研究成果，其中主要研究的有奔馳房車，接著對這兩種典型房車的研究成果進(jìn)行介紹(鄧永剛，2014)。房機自重大約為16000英磅(約為7500千克)，而貨物的重量5000英磅以內(nèi)(大約為2300千克)。圖1-1奔馳房車1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)對房車的研究比較晚，但是近年來研究發(fā)展迅速，并取得了一系列相應(yīng)的研究成果。如圖1-1和1-2分別為國內(nèi)外具有代表性的房車；房車可以持續(xù)工作在惡劣環(huán)境中，比如在野外旅行時會有很多極端條件。選擇B型房車?yán)碛扇缦拢旱谝皇峭ㄟ^性強，如果僅僅是在一個地區(qū)行駛，對路況熟悉，對一些限高的地方能躲就多了，但如果開著全國游玩，遇到限高的地方過不去，繞路太蛋疼，所以我對車高的要求是盡量不要超過2.5米，這一點上，大部分C型房車基本都會超了。另外車體寬度B型車基本在2米多一點，比C型車苗條一些，在一些小胡同窄路行駛，要比C型車從容的多。第二是安全性，B型房車原車適用6字頭的客車標(biāo)準(zhǔn)，而C型房車適用5字頭的專用車、貨車標(biāo)準(zhǔn)。安全級別上有較大差距。B型房車鋼制車身結(jié)構(gòu)，是由汽車主機廠經(jīng)過沖壓車型，特別是一些全球通的車型，經(jīng)過了無數(shù)車主長期行駛，確定結(jié)構(gòu)可靠。由于B型車在原車上改動不大，如果車內(nèi)配重做好的話，安全性完全沒問題，原車出廠時候?qū)Π踩赃M(jìn)行過諸多項安全測試。而后加箱體的C型車雖然也會做一些安全測試，但與成熟的車型相比要差很多。這一點B型車要強于C型車。其實所有房車在安全性上都會存在一些問題，畢竟都是在原車底盤上做了更改，只是改多改少的問題，配重是否合適，能否經(jīng)得住長途跋涉的考驗，特別是在一些非鋪裝路段上，B型車的整體結(jié)構(gòu)能保證車身穩(wěn)定。圖1-2宇通房車B330大頂感恩版房車1.3論文主要研究內(nèi)容B型房車是在普通是在普通廂式貨車的基礎(chǔ)上增設(shè)特定的機構(gòu)來實現(xiàn)自己的功能，以達(dá)到特定的目的，從而實現(xiàn)在日常生活中對大小長假陪伴家庭和戶外旅行的樂趣。通常這種專用車可歸類為普通貨車，在普通箱式貨車的基礎(chǔ)上加裝鋁型材隔離小空間，充分利用空間進(jìn)行固定電視、床、洗漱臺等生活設(shè)施。本論文主要圍繞現(xiàn)代房車來展開設(shè)計與研究，設(shè)計了一種基于常見的移動房車底盤（馮治國等，2015），設(shè)計內(nèi)容包括內(nèi)部選型從機械結(jié)構(gòu)到房車內(nèi)部家電控制電路設(shè)計，以及房車移動平臺運動學(xué)模型的建立。其內(nèi)容主要分為以下幾個方面進(jìn)行敘述：第1章是本文的前言部分，分別介紹了課題的研究背景及研究的意義，接著對房機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了細(xì)致的總結(jié)和分析，在最后寫出了本文主要設(shè)計的內(nèi)容和目的，同時也給出了本設(shè)計其他章節(jié)內(nèi)容的安排。第2章是機械設(shè)計部分，本章主要介紹了一種智能房車的各個機械部分的設(shè)計方法和思路，主要包括B型房車的運動學(xué)特性分析和對房車在道路上行駛的安全性上的考慮，使用三維軟件和CAD進(jìn)行內(nèi)部家電可靠性測試?yán)L制。最后完成總體設(shè)計。第3章是B型房車的內(nèi)部設(shè)計部分，本章主要介紹了對有限空間中的房車加裝生活設(shè)施，使得該B型房車在原B型房車底盤框架的基礎(chǔ)上能夠滿足乘客的大部分需求。同時也要使得安全性上有一定的提高。第4章是B型房車選型部分，本章主要介紹了在第三章的基礎(chǔ)上對不同房車底盤型號的選型，使得該房車滿足生活設(shè)施齊全的基礎(chǔ)上還能大大提高該車的性價比，同時使得該設(shè)計的房車能夠滿足國家安全標(biāo)準(zhǔn)。第2章B型房車內(nèi)部休息區(qū)設(shè)計2.1乘客區(qū)內(nèi)部設(shè)備擺放位置布置根據(jù)《旅居車技術(shù)條件》所給出的定義：“旅居車即隔熱層，車內(nèi)設(shè)有桌椅、睡具（可由座椅轉(zhuǎn)變而成）、炊事、儲藏（包括食物和物品），及其必要的照明和空氣調(diào)節(jié)等設(shè)施，用于旅游和野外工作人員宿營的專用車輛。所以在本次旅居車的設(shè)計中應(yīng)該在乘客區(qū)內(nèi)設(shè)置桌子，座椅，睡具，炊具，儲藏柜，淋浴裝置，便池等設(shè)備。在《旅居車技術(shù)條件》中，對乘客區(qū)的布置有以下相關(guān)的規(guī)定：1.旅居車內(nèi)應(yīng)分別設(shè)置和乘員人數(shù)相等的座椅、沙發(fā)和鋪位；2.旅居車應(yīng)至少提供一張桌子；3.旅居車箱體內(nèi)住宿人均占有地板面積不少于1.5㎡；4.車廂內(nèi)部不應(yīng)有任何使人致傷的尖銳突出物；5.車廂內(nèi)頂棚距地板的高度不小于1900mm,車廂內(nèi)可設(shè)置雙層鋪位，上、下鋪位的凈高應(yīng)不小于800mm；6.門窗的玻璃面積不得少于地板面積的10%；7.窗戶的面積不應(yīng)該少于地板面積的5%；8.旅居車內(nèi)應(yīng)設(shè)置供排水設(shè)施；9.車內(nèi)應(yīng)設(shè)置洗滌池，洗滌池的最小內(nèi)部尺寸為：長度為250mm，寬度為200mm，如果洗滌池是圓形的，其最小徑尺寸不應(yīng)小于200mm，深度最深處不小于120mm。10.凈水箱（罐）的最小容量應(yīng)為15升。2.2本次旅居車乘客區(qū)的布置旅居車的內(nèi)部應(yīng)該具備以下的基礎(chǔ)設(shè)備。桌椅、睡具、炊具、儲物設(shè)備。在已經(jīng)設(shè)計好的車廂內(nèi)，應(yīng)該合理的利用空間，將這些基礎(chǔ)設(shè)備安放在車廂內(nèi)，并能夠適應(yīng)使用者的需求，在使用過程中方便簡捷的操作各種設(shè)備，并且利用并盡量優(yōu)化操作，使得操作簡單。針對這樣的設(shè)計要求，做了如下的三種設(shè)計方案分別如圖2-1設(shè)計方案a、圖2-2設(shè)計方案b、圖2-3設(shè)計方案c，并且對三種方案進(jìn)行合理性分析，并做出對比，以確保最終能夠得到合理、可行、最優(yōu)的設(shè)計方案。如圖2-1所示，設(shè)計方案a采用雙人床床體縱置的設(shè)計方案。在安排好雙人床窗體位置后，將衛(wèi)生間總成設(shè)置在雙人床的尾部，把洗滌池與炊具擺放臺設(shè)置在挨著后車門、衛(wèi)生間總成的另一側(cè)。在雙人床的側(cè)面放置一個可折疊的桌子和一個單人座椅。在車廂內(nèi)部拜訪完這些基礎(chǔ)的裝置，車廂內(nèi)，地板平面可利用的空間就只剩下兩段過道，在這兩段過道中只能擺放下一個單人沙發(fā)，而且不再有窗邊上的過道，能所以這種設(shè)計方案在設(shè)計座椅數(shù)量上部能達(dá)到《旅居車技術(shù)條件》上面的規(guī)定，而且這種設(shè)計方案沒有很好的利用空間，空間大部分浪費在過道上，過道寬度過大，而且沒有實際的使用意義。空間的使用率應(yīng)該可以得到進(jìn)一步的提高。所以這種設(shè)計方案a在本次試驗中不予以采納。圖2-1設(shè)計方案a如圖2-2所示，設(shè)計方案b采用雙人床窗體橫置的設(shè)計方案。將其雙人床擺放在車廂接近駕駛室一側(cè)，將其橫置，另一側(cè)安放衛(wèi)生間總成與洗滌池炊具臺架，按照說設(shè)計的尺寸，在衛(wèi)生間總成與洗滌池炊具臺架之間，可以余得寬度為515mm的過道，足夠乘客上床下床所用。在后車門附近衛(wèi)生間總成一側(cè)，可以放置一個雙人座椅，一個可折疊式的桌子。在洗滌池炊具臺架一側(cè)，可以裝置一個單人沙發(fā)。這樣，在座椅的與桌子的數(shù)目上可以達(dá)到《旅居車技術(shù)條件》的相關(guān)要求。但是這種方案雖然符合旅居車的設(shè)計要求，但是應(yīng)該充分考慮到當(dāng)設(shè)計完成、總裝后，旅居車的使用要求。中間隔著衛(wèi)生間總成與洗滌池炊具臺架，是的坐在座椅上的乘客與坐在雙人床上的乘客距離過遠(yuǎn)，使得乘客會產(chǎn)生不方便的感覺。還有，在兩個乘客休息趨于中間進(jìn)行做飯，洗滌，等工作，兩個乘客休息區(qū)都會被做飯的油煙所污染，這樣也不利于乘客的健康。所以，這種方案在設(shè)計原則上符合標(biāo)準(zhǔn)，但是在使用要求方面不能很好的符合乘客的使用習(xí)慣，所以設(shè)計方案b，同樣不能采用。圖2-2設(shè)計方案b對衛(wèi)生間總成的設(shè)計，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源可以確定一個坐便馬桶的相關(guān)數(shù)據(jù)，馬桶高度700mm，馬桶長度500mm，馬桶寬度為365mm，坑距300mm。然后設(shè)計洗臉池的尺寸。洗臉池長度為425mm，寬度為219mm，深度為150mm。所設(shè)計尺寸完全符合《旅居車技術(shù)條件》里對洗滌池的各項要求。然后設(shè)計洗滌池的臺面。洗滌池臺面設(shè)計寬度360mm，長度與圍成總成內(nèi)壁寬度同寬即950mm。根據(jù)《人體工程學(xué)》，臺面高度在780mm-820mm之間較為合理，所以選定臺面高度為800mm。淋浴噴頭安置在坐便馬桶與衛(wèi)生間總成門的中間，懸掛高度根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源選定為1800mm。這樣衛(wèi)生間總成設(shè)計完成，衛(wèi)生間總成外輪廓尺寸寬度：長度為1375mm，寬度為985mm。圖2-3設(shè)計方案c對洗滌池及其放置炊具臺面的尺寸設(shè)計，在對洗滌池的設(shè)計過程中，同樣要符合《旅居車技術(shù)條件》中的相關(guān)要求，即車內(nèi)所設(shè)置的洗滌池，洗滌池的最小內(nèi)部尺寸為：長度為250mm，寬度為200mm，如果洗滌池是圓形的，其最小徑尺寸不應(yīng)小于200mm，深度最深處不小于120mm。所以對洗滌池的尺寸設(shè)計上，把洗滌池尺寸定為：長度為565mm，寬度為335mm，深度為150mm。旁邊還應(yīng)留有一定的空間放置電磁爐，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源得到SH2149型電磁爐的外形尺寸長度為350mm，寬度為290mm，高度為59mm。對炊具太的臺面，要求能夠放置下一個洗滌池，一個電磁爐，并留有足夠的邊緣寬度。根據(jù)人體工程學(xué)，臺面高度在780mm-820mm范圍內(nèi)，使用比較方便舒適。所以可以得出炊具臺面的基本尺寸為：長度為1225mm，寬度為600mm，高度為800mm。查閱網(wǎng)絡(luò)資源可得知一般雙人床的尺寸為2000mm×1500mm。由于這張床要求安裝在旅居車的乘客區(qū)，對其進(jìn)行一定程度上的改制，使其成為一張尺寸2000mm×1400mm的雙人床。對乘客區(qū)座椅的設(shè)計，根據(jù)《人機工程學(xué)》中所敘述的，單人座椅最小座位寬度應(yīng)大于370mm，座椅高度范圍為360-480mm，靠背長度度至少大于320mm，靠背寬度至少應(yīng)該大于400mm。所以選定單人座椅外形尺寸，座椅長度560mm，座椅寬度550mm，座椅高度400mm，靠背長度550mm，靠背寬度400mm，靠背厚度40mm。雙人沙發(fā)選定尺寸為：座椅長度985mm，座椅寬度為465mm，靠背長度985mm，靠背寬度400mm，靠背厚度40mm。設(shè)計方案c，同樣采用的是雙人床橫置的設(shè)計方案，首先把雙人床橫置在車廂內(nèi)靠近駕駛區(qū)的一側(cè)。與設(shè)計方案b所不同的是，在床旁邊直接設(shè)計了兩個折疊桌子，然后擺放了一個單人沙發(fā)，一個雙人沙發(fā)。根據(jù)沙發(fā)的尺寸，進(jìn)行放置后，單人沙發(fā)與雙人沙發(fā)可以留有一個寬度為550mm的過道，可以為乘客的上下床使用。在安放完兩個沙發(fā)和兩個座椅之后，可將洗手間總成安放雙人沙發(fā)與后車門之間，同時可以將洗滌池炊具臺架安放在單人沙發(fā)與車門之間。同樣，可以留出足夠的過道讓旅客通過。這個設(shè)計方案即能符合《旅居車技術(shù)條件》里面旅居車各項數(shù)據(jù)的指標(biāo)，又能很好的滿足使用者的生活習(xí)慣。做到了功能區(qū)域劃分明確，使得乘客可使用的面積得到了最大化。所以在本次旅居車設(shè)計過程中，在車廂內(nèi)部乘客區(qū)布置的設(shè)計方案將采用設(shè)計方案c。2.3輔助系統(tǒng)設(shè)備的選擇2.3.1旅居車電視的選擇由旅居車的使用要求可以看出，在旅居車內(nèi)，需要搭載電視。在電視的選擇上，要根據(jù)觀看時，人距離電視的遠(yuǎn)近選擇電視的大小。所以，在進(jìn)行設(shè)計的時候，我們可以初定電視的位置，量取最遠(yuǎn)的觀看電視的位置的距離即離電視最遠(yuǎn)沙發(fā)的距離為2600mm，同樣，也可以得出最近的觀看電視的位置的距離即離電視最近沙發(fā)的距離為2300mm。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源圖可得出在本次旅居車設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)選用屏幕對角線尺寸為32英寸的液晶電視最為合適。在經(jīng)過大量電視品牌與型號的對比，選定本次設(shè)計的電視機為TCL品牌的，產(chǎn)品型號為：3211cds。產(chǎn)品基本信息如下：不含底座外形尺寸:790×479×95mm，機身質(zhì)量（不含底座）：11.4kg。表2-1液晶電視觀看DVD的最佳距離推薦屏幕對角線尺寸（英寸）屏幕高度（高度）觀看距離推薦（米）32402.837463.240503.542523.646-4758-594.150624.3526旅居車熱水器及其淋浴噴頭的選擇根據(jù)《旅居車技術(shù)條件》中的相關(guān)規(guī)定，旅居車內(nèi)應(yīng)當(dāng)具有相應(yīng)的衛(wèi)生設(shè)施及其盥洗設(shè)備。所以在旅居車的設(shè)計中將旅居車搭載了淋浴噴頭，為乘客提高在野外露營居住時的衛(wèi)生條件。所以在設(shè)計的時候應(yīng)該考慮到熱水器及其淋浴噴頭的選擇。一是熱水器的選擇。在電熱水器的選擇過程中，應(yīng)該注意的是熱水器的安全問題，以及適用性的問題即旅居車車內(nèi)空間有限，承載質(zhì)量有限，所以我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫膬λ诫姛崴靼惭b在旅居車上有一定的困難。所以考慮利用即熱式電熱水器。這樣既能節(jié)省旅居車寶貴的空間，又能解決熱水來源的問題。經(jīng)過反復(fù)的對比以及對其安全性的考察，本次旅居車設(shè)計采用的電熱水器為：夢爾特牌即熱式電熱水器，產(chǎn)品型號HX-B2。額定功率：6000W，額定電壓：220V/50HZ，超溫保護(hù)：55°。二是淋浴噴頭的選擇。由于旅居車內(nèi)部凈水循環(huán)是利用電動水泵，將凈水從凈水箱中抽出來，然后泵到各個出水口的。為了盡量減小供電的符合，選用較小功率的水泵。所以在選擇淋浴噴頭的時候，可以選擇一種能夠加壓的噴頭，使稍微弱的水壓能夠得到加強。經(jīng)過調(diào)查研究，本次旅居車采用的淋浴噴頭為：浴霸可拆洗全銅增壓淋浴噴頭，產(chǎn)品型號：GB1131-86。這種淋浴噴頭能夠完全符合整車設(shè)計要求及其裝配后的使用要求。2.3.3水泵的選擇旅居車中利用水泵主要是利用其進(jìn)行把水從凈水箱泵到各個出水口，這樣一個工作過程。在水泵的選擇中，需要考量的技術(shù)參數(shù)有水泵的揚程。所謂揚程是指所需揚程，并不是提水高度，這一點對于選擇水泵尤為重要。水泵揚程約為提水高度的1.15-1.20倍。水泵在選擇的時候，另一個需要考量的參數(shù)為流量。水泵的流量，即出水量，一般不適宜選得過大。否則，會增加購買水泵的費用。應(yīng)具體問題具體分析。在本次旅居車設(shè)計中，可以選擇和平常自家用的自吸式水泵，流量就應(yīng)盡量選的小一些。這樣才能在各個方面達(dá)到設(shè)計及其使用要求。在本次旅居車設(shè)計中，通過反復(fù)對比，選用格蘭富牌，型號為UPA90的電動水泵。水泵的主要參數(shù)為：輸出功率120W，最大揚程9m，最大流量1.8噸/小時，水泵管徑：四分管，產(chǎn)品重量2.5kg，產(chǎn)品尺寸：214mm×104mm×160mm。該水泵完全可以符合旅居車的設(shè)計要求。所以在本次設(shè)計中將采用此種型號的水泵。2.3.4旅居車電磁爐的選擇在旅居車內(nèi)由于應(yīng)該滿足對事物加工這一是用條件，所以在旅居車內(nèi)應(yīng)當(dāng)搭載一臺微波爐。在經(jīng)過對比與比較，最終在本次設(shè)計中選用奔騰牌，型號為C21-PH121T的電磁爐，電磁爐的外形尺寸為：365mm×290mm×65mm，電磁爐的功率為1001-2000W。2.3.5旅居車逆變電源的選擇由于旅居車車內(nèi)應(yīng)裝有電視、熱水器、水泵、照明、空調(diào)等用電設(shè)備，用于旅游和野外工作人員宿營的專用型汽車。所以旅居車上應(yīng)該具備相應(yīng)的供電設(shè)備。在汽車中可利用的電源輸出的電壓為直流12V，車內(nèi)所搭載的電視、熱水器、水泵、照明設(shè)施都為采購的家庭常用件，應(yīng)當(dāng)接220V交流電。所以在旅居車內(nèi)應(yīng)該搭載將12V直流電轉(zhuǎn)化為220V交流電的專業(yè)設(shè)備，即逆變電源。根據(jù)對旅居車在使用狀態(tài)下，乘客區(qū)所有用電設(shè)備同時開啟，對乘客區(qū)用電設(shè)備總功率進(jìn)行估算如表2-2所示：表2-2旅居車電器設(shè)備額定功率表用電電器名稱額定功率（W）電視機170電熱水器6000水泵120電磁爐1001-2000合計7290-8290由表格可以看出旅居車內(nèi)用電設(shè)備很多，需要的夠率很大，所以應(yīng)該選用相對大功率的逆變電源，所以經(jīng)過對比比較，最終確定本次旅居車設(shè)計采用的逆變電源品牌為BETLLL品牌，型號為：BEPW6000，外形尺寸598mm×218mm×179mm。逆變電源重量40kg。逆變電源輸出功率為AC220V。雖然這個逆變電源不能滿足所有電器同時開啟，但是這是市面上銷售的最大功率的逆變電源。當(dāng)不利用電熱水器的時候，完全可以達(dá)到使用要求。當(dāng)使用熱水器的時候一定關(guān)閉其他的用電設(shè)備。否則容易出現(xiàn)功率超過逆變電源最大功率，出現(xiàn)跳閘導(dǎo)致用電設(shè)備不可以使用。如圖2-4所示為自行式B型房車內(nèi)部渲染圖，通過比較最后確定選擇使用該方案。圖2-4自行式B型房車內(nèi)部設(shè)計渲染圖本章小結(jié)在本章中主要介紹了《旅居車技術(shù)條件》中關(guān)于車廂乘客區(qū)的設(shè)計要求。通過查閱各種資料和網(wǎng)絡(luò)資源，得到了旅居車所用相關(guān)設(shè)備的尺寸。然后進(jìn)行乘客區(qū)的設(shè)計，在本章中介紹了三種設(shè)計方案，并對每種設(shè)計方案的設(shè)計思路進(jìn)行了闡述，最后進(jìn)行了三種設(shè)計方案的對比，從而得出最優(yōu)的設(shè)計方案，并且進(jìn)行了優(yōu)缺點的分析。在本章還介紹了旅居車輔助系統(tǒng)設(shè)備。為了能達(dá)到旅居車使用要求而進(jìn)行選定各個型號的輔助系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備。并且介紹了各個輔助系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備的各項參數(shù)。

第3章B型房車內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1機械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計機械結(jié)構(gòu)設(shè)計包括從選材到標(biāo)準(zhǔn)件選取，再到房車底盤設(shè)計，桁架設(shè)計（黃磊等,2008），房車內(nèi)部生活設(shè)施機架設(shè)計還有選型和總體的車體設(shè)計。根據(jù)房車貨物運輸安全性的要求，要求房車要有一定的減震性和可靠性，同時經(jīng)濟(jì)性也要不能過大。該章節(jié)設(shè)計了整個房車的所有機械結(jié)構(gòu)相關(guān)的部分（劉力,2016）。目前，房車有兩種房方式，大致有基于二類底盤的和基于三類底盤的房車兩類。圖3-1自行式B型房車總體內(nèi)部設(shè)計基于分析，又考慮到結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，又考慮到經(jīng)濟(jì)性、機動靈活性和便于控制、制造成本等因素，本次設(shè)計采用基于二類底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計。3.1.1房車內(nèi)部固定件標(biāo)準(zhǔn)件選型房車的設(shè)計要從選型開始，首先是房車的內(nèi)部設(shè)施的車體桁架的選型。車體：它是自行式B型房車內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的主體機構(gòu)，車體承擔(dān)著整個房車質(zhì)量（倪會超，2013），同時固定各個生活設(shè)施之間的相對位置，同時還能減少房車在移動過程中帶來的震動與沖擊，車體的結(jié)構(gòu)和表面形狀的設(shè)計也是非常重要的。車體骨架：房車骨架選擇使用的是用工業(yè)鋁合金型材牌號為：6061鋁材截面為20*20的正方形框架的空心管（曲乃恒，2015）。鋁合金型材相關(guān)外形圖紙尺寸如圖3-2和3-3分別為鋁合金型材的斷面尺寸圖和型材的三維模型圖，因為該材料是屬于標(biāo)準(zhǔn)件，可以通過切割定制的長度來完成房車骨架（任國華，2013）。圖3-2標(biāo)準(zhǔn)二維截面尺寸圖圖3-3標(biāo)準(zhǔn)Creo4.0模型圖車體連接件：選用帶凸起翻轉(zhuǎn)支架鋁型、2020角碼角件直角座連接件。如圖3-4為鋁合金型材連接件的三維模型圖；圖3-5位選過型的連接件三視圖和相關(guān)參數(shù)。圖3-4房車連接件圖3-5房車連接件選型圖車體緊固件：選用T型螺母、后置螺帽、鋁型材先船型裝螺母工業(yè)鋁型材螺絲。房車的車身緊固件使用的是M5的船型螺母緊固件，選型的尺寸圖和相關(guān)參數(shù)如圖3-6所示，三維圖如圖3-7所示為船型螺母的三維圖。車身面板是使用牌號6061的2mm鋁板折彎制作。圖3-6M5船型螺母緊固件二維圖圖3-7緊固件三維圖3.1.2房車內(nèi)部推拉移動床體軸承和聯(lián)軸器的校核1）運動學(xué)分析選擇條件：機械功用:房車在5550kg負(fù)載情況下能夠正常運行。工作情況:雙向工作,一般振動。運動要求:正常轉(zhuǎn)速誤差不超過2%。使用壽命:五年,每年200天,每天6小時。檢修周期:半年小修,一年一大修（楊樹風(fēng)，2006）。房車行進(jìn)過程中的總的阻力是最重要的參數(shù)。計算由公式（3-1） （3-1）式中——房車在路面上正常行駛時需要克服路面的滾動摩擦力(N)；——房車在路面上正常行駛時需要克服空氣阻力(N)；——房車加速時克服加速度的阻力(N)；——房車行進(jìn)過程中的總的阻力(N)2）滾動摩擦房車的滾動摩擦力由橡膠車輪和路面相互摩擦而產(chǎn)生的變形引起的。計算由公式（3-2）（3-2）式中——房車在路面上正常行駛時需要克服路面的滾動摩擦力(N)；——滾動摩擦系數(shù)；——房車的質(zhì)量（kg）；——重力加速度（m/s2）滾動摩擦系數(shù)與車輪的物理屬性有關(guān)，相關(guān)系數(shù)如表3-2所示。其中u取0.02。表3-1滾動摩擦系數(shù)表材質(zhì)系數(shù)橡膠與鵝卵石路面0.020--0.025橡膠與良好的卵石路面0.025--0.030橡膠與低溫結(jié)冰路面0.015--0.030橡膠與一般的室內(nèi)或混凝土路面0.018--0.0203)空氣對房車產(chǎn)生的阻力房車在前進(jìn)過程中受到空氣的作用力叫做空氣阻力，計算由公式（3-3）（3-3）式中——空氣的阻力系數(shù)(N)；——房車在路面上正常行駛時需要克服空氣阻力(N)；——空氣的密度（kg/m3）——車身與空氣接觸前進(jìn)方向投影面積（）；——相對速度（）因為房車速度很慢，所以空氣阻力產(chǎn)生的數(shù)量級遠(yuǎn)小于其他阻力的數(shù)量級所以忽略不計。房車加速度產(chǎn)生的阻力計算由公式（3-4）（3-4）式中——房車加速時克服加速度的阻力(N)；——房車的質(zhì)量（kg）；——前進(jìn)的加速度（）直流伺服電機的瞬間轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速需要滿足總負(fù)載，房車的峰值負(fù)載就是前進(jìn)過程中受到的總阻力，伺服電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速還有功率（張海洪等,2000）。轉(zhuǎn)矩計算由公式（3-5）（3-5）式中——伺服電機的轉(zhuǎn)矩(Nm)；——房車行進(jìn)過程中的總的阻力(N)功率計算由公式（3-6）（3-6）式中——功率(w)；——電機的效率；——房車行進(jìn)過程中的總的阻力(N)下表3-3為房車的機械設(shè)計相關(guān)參數(shù)。表3-2房車相關(guān)參數(shù)表類別參數(shù)車輪全向輪和普通橡膠輪總重量20.5kg最大穩(wěn)定運行速度2m/s加速到最大值時間3s車輪半徑200mm尺寸（長寬高）595mm*631mm*242mm將相關(guān)參數(shù)代入上面的式中，其中假設(shè)電機的效率取0.5，根據(jù)經(jīng)驗初步選擇的行星減速器后房車發(fā)動機傳動比為i=18,計算得到發(fā)動機力矩，發(fā)動機減速后的轉(zhuǎn)速為200r/min,電機功率為P=1434W。圖3-8和圖3-9分別為自行式B型房車的內(nèi)部移動平臺使用的軸承。當(dāng)滿負(fù)載運行時，房車總功率大于負(fù)載功率，所以滿足底盤滿足需求。圖3-8房車選型的深溝球軸承實物圖圖3-9房車深溝球軸承尺寸圖3.2緊固件可靠性分析圖3-10中箭頭所示細(xì)腰螺栓是主要的受力部分，按照材料力學(xué)第三強度理論計算房車擺式懸掛受到圍繞軸線轉(zhuǎn)動的外加力矩，假設(shè)各力矩的力偶矩的大小和方向均為徑向力偶，大小為房車車身滿負(fù)載的一半其中力偶矩的單位為N.m,尺寸單位為mm。單獨把受力最大的房車的擺式懸掛的細(xì)腰螺栓進(jìn)行有限元分析，在Solidworks軟件中施加20N.m載荷外力由計算可知，如圖3-10為擺式懸掛轉(zhuǎn)軸的有限元分析結(jié)果圖。圖3-10緊固件有限元分析圖外加扭力矩計算由公式（3-7）（3-7）式中——功率(kw)；——外加扭力矩（N.m）；——房車擺式懸掛轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速（r/min）實心軸剪切力計算由公式（3-8）（3-9）（3-8）式中——功率(kw)；——實心軸剪切力（N.m）；——房車擺式懸掛轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速（r/min）（3-9）因為擺式旋轉(zhuǎn)中心軸的螺栓為高強度螺栓，房車的轉(zhuǎn)軸材質(zhì)為低碳合金鋼，由表可知房車的擺動使用的高強度細(xì)牙螺栓的公稱屈服強度。計算由公式（3-10）（3-10）因為螺栓的受力壓強小于公稱抗拉和剪切強度，所以強度校核滿足實際自行式B型房車的改裝和使用條件。3.3房車的運動學(xué)模型房車的控制思想是通過房車發(fā)動機轉(zhuǎn)動方向的控制和發(fā)動機減速的控制從而對通過方向盤來對發(fā)動機進(jìn)行實時微調(diào)控制，發(fā)動機尾部的減速器對發(fā)動機轉(zhuǎn)速和方向進(jìn)行實時反饋。如果想要房車以一米每秒的速度做直線行駛，但是由于地面摩擦力等因素的影響，會造成左右輪速度與我們輸入的控制指令速度不一致，所以會導(dǎo)致房車走不直，這時候就需要加入糾正。3.3.1房車世界坐標(biāo)系定義首先建立合適的坐標(biāo)系對房車的運動學(xué)分析有重要的意義。由于房車是兩驅(qū)，采用的兩驅(qū)差速的方式進(jìn)行控制，由于沒有采用限滑差速器，而是使用了結(jié)構(gòu)比較簡單的開放式差速器所以就需要通過兩輪的轉(zhuǎn)速來轉(zhuǎn)換成房車的里程計信息，定義房車起始點為坐標(biāo)系的原點，以房車前進(jìn)的方向作為房車的Y軸正方向，順時針旋轉(zhuǎn)90度為X軸的正方向建立世界坐標(biāo)系。圖3-11房車模型示意圖如上圖3-11是房車在兩個相鄰時刻主動輪的位姿，其中O點是房車兩個相鄰時刻繞速度瞬心圓弧運動，是兩相鄰時刻移動機器與上一時刻位置的夾角（朝向角房車正前方）的變化量。是房車左右輪中心之間的距離單位為毫米，d就是右輪比左輪在極短時間內(nèi)多走的距離。r是房車圓弧運動的半徑大小。從以上描述中我們定義如下表3-4：表3-4運動學(xué)模型定義表名稱符號含義角度差α輪子行進(jìn)方向與X軸夾角運動半徑r1兩輪子軸心連線中點作為起點，沿著兩輪子軸心連線的向量航角增量θ相鄰時刻兩輪航向角的增量主動輪距離L左右兩輪的間距回轉(zhuǎn)中心M(x,y)兩輪子軸心連線中點左輪標(biāo)A(Xl,Yl)左輪坐標(biāo)右輪標(biāo)B(Xr,Yr）右輪坐標(biāo)角速度ω1表示左輪角速度，ω2表示右輪角速度，順時針為正線速度V輪子線速度，V1表示左輪線速度，V2表示右輪線速度半徑r輪子半徑兩輪半徑一致由上表和幾何關(guān)系分析可知，當(dāng)房車在任意時刻有：（3-11）（3-12）（3-13）定義為房車沿著X軸正方向上的單位向量，房車在旋轉(zhuǎn)角度后跟向量平行得到，把房車的逆時針設(shè)為正方向，同樣設(shè)定為B點的速度，定義房車為房車在X軸單位向量旋轉(zhuǎn)角度后和向量平行所得到的，由于任意時刻他們兩個向量兩兩垂直，又已知B點角速度為，由幾何關(guān)系分析可知：任意時刻：（3-14）（3-15）（3-16）為房車在A點的速度，同理定義為X軸單位向量旋轉(zhuǎn)角度值后跟向量平行所得，有：（3-17）（3-18）（3-19）因為軸心點M（x,y）為線段AB中點，所以m點速度為：（3-20）現(xiàn)在在t時刻房車左輪的角速度為，同樣房車的右輪的角速度為，經(jīng)過極短時間，當(dāng)?shù)臅r候，因為房車在任意時刻兩個主動輪的速度方向平行于同一條直線，所以M點瞬時速度為：（3-21）左輪的運動弧長為：（3-22）（3-23）由幾何分析可以得到，向量和X軸之間的夾角的增量為：（3-24）由幾何學(xué)分析可知向量和X軸之間的夾角的增量與航向角的增量任意時刻都相等，所以t時刻M點的速度為:（3-25）所以任意時刻t，M點運動半徑：（3-26）假如M點的初始坐標(biāo)為（a,b）,初始狀態(tài)下X軸單位向量旋轉(zhuǎn)角度后與平行，可以得到此時的航向角為：（3-27）就可以得到M點的軌跡參數(shù)方程為：（3-28）（3-