畢業(yè)設計（論文）-新款電動滑板車的開發(fā)

題目新型電動滑板車的開發(fā)III第1章緒論1.1引言進入21世紀以來，汽車擁有量是逐年攀升。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，汽車會變得越來越大眾化，會有更多的人有買車的需求，汽車的數(shù)量也會在未來的一段時間內(nèi)快速的提高。這樣也就導致了城市的交通也變得越來越擁堵，堵車也已經(jīng)成為諸多城市的通病。因此，電動滑板車的風靡很大程度上也是由于越來越擁堵的交通狀況。電動滑板車的特點包括：體積小，重量輕，便于攜帶，環(huán)保等。1.2發(fā)展進程電動滑板車最早是起源于歐美，并且在出現(xiàn)后便在歐美迅速的掀起了一波浪潮，成為一款新型的代步工具，并在進入新世紀以后發(fā)展的更為迅速。我國知道20世紀末才出現(xiàn)電動滑板車，但當時的中國市場還不是對這款新型事物特別感興趣，也沒有意識到電動滑板車未來的發(fā)展?jié)摿?，所以，電動滑板車在初期并不普及。在隨著時間的推移，并且經(jīng)過機械工程師的改良以后，電動滑板車已經(jīng)形成了一個產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，新產(chǎn)品也層出不窮，種類也越來越多。先后就有幾十款電動滑板車先后投入市場，已經(jīng)初步形成了規(guī)?；陌l(fā)展，僅僅在中國就有數(shù)百家工廠生產(chǎn)各種各樣的電動滑板車，其產(chǎn)品質(zhì)量也達到了一些歐美國家的行業(yè)標準，好多產(chǎn)品也都出口到歐美等發(fā)達國家。隨著全球化的進程，電動滑板車也得到了越來越多的人的喜愛。而且，在環(huán)境問題已經(jīng)成為全球關注性問題的情況下，最為一款十分環(huán)保的便利的電動滑板車在一定程度上能夠為緩解全球性環(huán)境問題提供了一些解決方案。1.3市場分析電動滑板車是一款新型的代步工具，它的速度大概可以達到25KM/h，是一款新生運動產(chǎn)品。特別是許多青少年，年齡不大的人群對于這種電動滑板車特別喜歡。此外，伴隨著科技的發(fā)展，電動滑板車的更新?lián)Q代也變得越來越快，產(chǎn)品的淘汰率也更高。生產(chǎn)效率的提升，技術(shù)的進步，以及日益激烈的競爭這三種因素導致了電動滑板車價格迅速的下降，也正是這種原因，這也讓更多的人選擇了這種新型的代步工具，其目標人群也不僅僅局限于青少年當中，更多的上班族以及一部分的老年人也都成為了電動滑板車的新的愛好者。隨著目標受眾的增多，人們對于電動滑板車的需求也越來越大。當前的一些電動滑板車已經(jīng)不在滿足這些人群的需求。人們希望電動滑板車的造型更加豐富，更加的符合現(xiàn)在的時代潮流以及更加舒適的愉悅的駕駛樂趣。所以，在現(xiàn)階段，許多廠家都已經(jīng)看到了電動滑板車的巨大的市場，這個市場內(nèi)的人消費潛力十分的巨大。所以，大多數(shù)廠家都紛紛加大研發(fā)投入，努力的通過創(chuàng)新來豐富電動滑板車的造型，結(jié)構(gòu)，功能等。希望通過這樣的方式能夠讓自己在這個廣闊的市場當中占有自己的一席之地，獲得更大的收益。1.4研究本課題的意義及內(nèi)容現(xiàn)在的生活節(jié)奏是越來越快，尤其是在一些大城市，因為工作壓力的加重，人們的生活進入了一種快節(jié)奏的生活方式。而且，在國內(nèi)，隨著個人生活水平的提高，人們手里的余錢也變得多了起來，隨之而來的就是消費欲望的增加，在這其中，汽車的消費就是十分強勁的一塊。因此，我們可以發(fā)現(xiàn)汽車擁有量的增加讓我們的城市交通變得越來越擁擠，與此同時也帶來了環(huán)境的污染。日益擁堵的交通也讓人們的心情變得越來越糟糕，政府雖然出臺了各種各樣的限制措施來緩解擁堵的交通，但成效也不是特別的明顯。而且，即使我們放棄汽車出行而去選擇公共交通工具比如說地鐵，公交車，但對于那些上班路途需要轉(zhuǎn)車的人們來說也不是特別的方便。所以，在這個時候，電動滑板車就可以幫助人們解決好多的問題。而且外觀時尚，駕駛方便的新型的電動滑板車也符合人們對于時尚的追求。對于那些追求時尚的人來說這是一個非常好的選擇。因此，面對社會的不斷變化，我們要緊緊抓住時代的變化。通過設計上的創(chuàng)新，思維上的轉(zhuǎn)變來滿足越來越多的人對于這種新款電動滑板車的需求。對于一些造型簡單，功能較為單一的電動滑板車早就已經(jīng)不在符合人們的需求了。針對這樣的一些變化，我們要設計一款新型的電動滑板車。首先，在車體的材料上面，我們可以選擇碳纖維材料最為我們本次設計的材料，這樣可以盡可能的讓車身的重量減輕，減少行車過程中的阻力，增加續(xù)航能力。另外，要通過Solidworks對零件進行裝配，這樣可以來判斷我們的設計是否有問題。最后我們所想達到的效果應該是一款便捷，舒適，承載能力強而且在外觀上要時尚的新型電動滑板車。

第2章滑板車設計綜述2.1滑板車工作原理啟動電源后，滑板車的控制器就會啟動。這是，駕駛員就可以轉(zhuǎn)動右邊的調(diào)速車把，這時，控制器就會收到調(diào)速轉(zhuǎn)把所傳遞的信號就會控制電動機的旋轉(zhuǎn)。電動機旋轉(zhuǎn)就會帶動車輪的旋轉(zhuǎn)，這樣就可以駕駛電動滑板車上路了。在需要緊急制動的時候，駕駛?cè)丝梢阅缶o左邊的剎車把，閘把會將信號也傳遞到控制器當中，這是控制器接收到閘把所傳來的信號就會讓電動機停止供電，與此同時，閘把所控制的閘線會控制制動器來進行緊急剎車。其原理圖如下：圖12.2電動滑板車基本組成我們選用的這款電動滑板車是將直流電機作為該車的動力，然后通過傳動部分將其傳遞到車輪，繼而帶動整車的行駛。（1）動力裝置：直流輪轂電機（2）行車部分：主要包括車架，懸架，車輪（3）操縱部分：車把以及車把上面的調(diào)速裝置和閘把2.3滑板車驅(qū)動部分滑板車的電池組是整個電動滑板車的動力源。這款電動滑板車采用直流輪轂電機，它將電池的化學能轉(zhuǎn)化為機械能，從而帶動車輪轉(zhuǎn)動?？刂破鲿R別出駕駛員在行車過程中通過自己的動作所傳遞的信號，從而進行各種命令的執(zhí)行包括車速的調(diào)節(jié)，方向的變化。充電器會將交流220V轉(zhuǎn)化為電動滑板車所需要的電壓。2.4電動滑板車設計方案綜合以上幾點，我們可以初步擬定設計方案：在整個設計過程中主要考慮兩個方面：車身的主體結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動系統(tǒng)。最終的設計應該是一款驅(qū)動穩(wěn)定可靠，輕便性好，承重量較大，較為舒適的駕駛。整個車體的重量盡可能的輕。車把具備可以伸縮的功能，這樣可以讓電動滑板車的使用人群更為廣泛。續(xù)航能力強，電池提供的動力要充足。2.5電動滑板車主要設計參數(shù)我們參考了市場上主要的電動滑板車以及搜索了一些電子商務平臺上的電動滑板車的結(jié)構(gòu)以及各種數(shù)據(jù)參數(shù)，大致擬定設計這樣一款電動滑板車：首先傳動裝置選擇35V的直流輪轂電機。為了增加續(xù)航里程盡可能的減輕車身的重量因此決定選擇碳纖維材料作為車體的主要材料。轉(zhuǎn)向機構(gòu)則采取車把與車架垂直的方式，這樣可以便于駕駛?？紤]到駕駛的舒適度，在后輪應該裝有減震裝置，驅(qū)動方式也采用后輪驅(qū)動。根據(jù)電動滑板車的實際設計，確定電動滑板車的主要設計參數(shù)：設計類別主要設計參數(shù)最大速度25KM/H前后車輪直徑20CM電機參數(shù)35V200W整車尺寸930*550*900驅(qū)動方式后輪驅(qū)動電池12Ah鋰電池保護20V欠電壓保護圖2

第3章電動滑板車結(jié)構(gòu)3.1概論電動滑板車的機構(gòu)主要有以下幾個部分車把、車架、前輪及后輪，踏板，主桿，懸架，制動盤以及相應的驅(qū)動裝置等組成。整體來看，從在生活中所看到的各種電動滑板車，大多數(shù)的這種滑板車都比較容易上手，操作也是很簡單，駕駛也是輕松愉悅的。從人體的舒適性以及結(jié)構(gòu)設置的合理性，我們決定將本次設計采用后輪驅(qū)動的方式，市場上的大多數(shù)滑板車也都是采用這種的這種驅(qū)動方式。同時，我們也應該安裝減震機構(gòu)，這樣就可以提升人們在駕駛過程中的舒適性也能提高駕駛的安全性。在整個結(jié)構(gòu)上，前輪以及后輪通過車架來連接，同時前輪可以安裝一個轉(zhuǎn)向的機構(gòu)，這樣前輪就是可以進行轉(zhuǎn)向，后輪就作為驅(qū)動輪。在車架后部會有懸架以及減震裝置，這兩個機構(gòu)會與后輪來連接。在車的上部，駕駛員操作車把就可以掌握車的方向，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)速車把來控制滑板車的速度。剎車制動則是可以通過后輪上的制動器來實現(xiàn)。此外，我們也應該進行三維建模。因為這樣的滑板車的零部件較多，需要這些零部件的參數(shù)都合理才能進行組裝成一輛完整的滑板車。而三維建模則可以通過裝配來檢驗我們的設計是否合理。這樣就可以讓我們的設計少走彎路。3.2滑板車材料選用目前的汽車領域，汽車制造商都在努力的加大研發(fā)的投入來增加車輛的續(xù)航里程。對于電動滑板車沒有油耗的限值，那么要想增加滑板車的行駛路程，那就必須要把整個車身的重量降到最低，這樣就可以減少行駛過程中的所遇到的阻力。從參考目前市場上的主流電動滑板車以及相關的文獻，我們決定選擇鋁合金材料來作為我們這款電動滑板車的車身材料。選用鋁合金材料，可以大大減輕整個車身的重量，來滿足我們對于滑板車續(xù)航里程需求。鋁合金材料質(zhì)量輕，強度高，耐腐蝕。3.3滑板車驅(qū)動系統(tǒng)目前，在電動滑板車市場上面，驅(qū)動電機的選擇都是使用的直流電機。而綜合考慮，直流輪轂電機時最佳的選擇。直流電機優(yōu)點主要有調(diào)速性能佳，范圍較廣，啟動，停止速度快，便于控制等。直流電機主要是由定子，轉(zhuǎn)子和機座組成。而由直流電機的工作原理，我們選用一款有刷直流電機，這種電機的實用性較好，符合這款電動滑板車的設計要求。為此，我們參考了各種信息之后，決定采用一款35V的直流電機，驅(qū)動功率為180W。3.4滑板車的車輪車輪電動滑板車用來承重，行駛的裝置，是滑板車一個及其重要的零部件。為了行車的安全性，滑板車的車輪的強度以及彈性都要滿足相關的要求。車輪的直徑也要合理，輪徑太大太小都不行，都會導致駕駛危險系數(shù)的增加。而由2.3我們所選用的電機為外轉(zhuǎn)子的形式。因此，我們所選用的電機將會決定車輪的相關參數(shù)。后輪參數(shù)如圖所示圖3圖4后輪主要尺寸參數(shù)如表所示：輪胎直徑斷面寬度軸徑軸徑總長200mm50mm14mm194mm前輪與后輪的徑向尺寸應該相同，所以前輪參數(shù)如下圖：圖5圖5前輪尺寸如下表：輪胎直徑斷面寬度軸徑軸徑總長200mm50mm14mm130mm3.5車把結(jié)構(gòu)車把是電動滑板車的控制方向的裝置，它有三個作用：通過轉(zhuǎn)動車把掌握滑板車的行駛方向。右邊車把可以調(diào)節(jié)速度。左邊車把可以緊急制動。這款電動滑板車的一個亮點就是車把可以伸縮。我們設計的調(diào)節(jié)范圍是在900mm--1250mm，這樣可以因人而異來適應不同人群的身高。另外，車把與車身我們將其設計為垂直的方向，這樣可以便于控制方向。車把具體的零件二維圖如圖所示：圖7：車把3.5車架結(jié)構(gòu)車架是一款電動滑板車的主要裝置，其作用就是將滑板車連接成一個整體。車架要承受所有的重量。而且，在行車的過程中如果遇到顛簸，也會對車架產(chǎn)生影響。所以，車架要具有較強的剛度與硬度來面對這樣的沖擊。從第二點對于滑板車材料的選用，我們依然選擇鋁合金材料來作為我們車架的結(jié)構(gòu)材料。在結(jié)構(gòu)上面，由于車架是連接前后兩個輪子的裝置，而且還要涉及到電池的安裝。所以，我們設計將車架的中間作為電池的存放的地點，同時可以在車架的上面設計一個踏板蓋在這上面。這樣不僅起到了一個蓋板的作用而且也可以將踏板設計的稍微大點可以拓展整個空間。那么，車架與踏板的具體零件圖如圖所示：圖8：車架圖9：踏板3.7懸架結(jié)構(gòu)懸架是將車架與車輪連接起來的裝置，它就是保證滑板車的正常行駛。而且，在懸架上面我們應該安裝一個減速彈簧的裝置，這樣可以提升滑板車在行駛的過程中的一個穩(wěn)定性。為此，我們在參考了相關的文獻以及目前市場上的一些主流的電動滑板車，決定設計一種縱臂式懸架，來增加車輛行駛過程中的穩(wěn)定性。這樣，也可以增加駕駛的舒適性。具體的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖10：懸架二維圖圖11：懸架裝配圖3.8制動機構(gòu)設計制動裝置是行車安全最為重要的部分。在設計電動滑板車的過程當中，對于制動裝置的選擇必須要仔細考慮。在市場上我們了解帶盤式制動器的效果最好，性能最佳。因此，綜合考慮，我們選擇將制動器固定在后輪的設計方法。具體的制動機構(gòu)參數(shù)如下圖所示：圖12：制動器零件圖制動器主要參數(shù)制動盤直徑D制動盤厚度摩擦襯塊平均作用半徑R120mm3mm50mm3.9總結(jié)本節(jié)就是研究設計這款電動滑板車的車身結(jié)構(gòu)的，從車身的主要結(jié)構(gòu)入手，設計出滿足自己設計要求的滑板車結(jié)構(gòu)?？傮w的要求就是結(jié)構(gòu)設計上要盡量的美觀，時尚，要能夠吸引人們的目光。其次，就是要提升車輛的駕駛的舒適度和安全性。第4章電動滑板車驅(qū)動系統(tǒng)4.1電機調(diào)速4.1.1直流有刷電機原理由相關的文獻知，直流有刷電機為外轉(zhuǎn)子的形式，轉(zhuǎn)子與車輪是一體的。它們是通過電流的磁效應來進行工作的，線圈得電后產(chǎn)生的磁場會與定子磁場相互排斥，這樣就會迫使電機轉(zhuǎn)動。另外直流有刷輪轂電機可以進行無極調(diào)速。4.2電池的選擇電池是電動滑板車的動力源。在設計之初我們就希望設計一款續(xù)航能力較強的電動滑板車，前文以及決定采用碳纖維材料來作為滑板車車身的材料以此來減輕滑板車的重量以達到增加續(xù)航里程的目標。那么，在電池的選用上面我們也想選擇一款使用時間較長的電池。在某寶的商品店鋪中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市場上的電池應用最為廣泛的就是鋰電池。這種電池非常適合我們這種規(guī)格較小的電動滑板車。所以，我們選擇一款市場上常用的鋰動力電池。規(guī)格參數(shù)如圖所示：設計規(guī)格具體參數(shù)電壓35V充電電流3.5A工作電流10-20A重量5kg容量10Ah過充保護電壓48V尺寸230*58*145mm圖13：電池實物圖4.3電動滑板車控制器電動滑板車的相應控制主要就是：通過右車把上的調(diào)速轉(zhuǎn)把來進行速度控制；通過左邊車把的閘把來進行斷電控制進行緊急剎車；同時還需要整個電路的保護。所以，參考了相關的資料以后決定選用35V的有刷直流控制器?？刂破髦饕獏?shù)：規(guī)格參數(shù)額定電壓35V額定功率250W欠壓保護31.5V限流15±1A電機35V250W剎車低電位剎車尺寸長7.5cm，寬5.3cm，高2.1cm4.4總結(jié)電動滑板車的驅(qū)動系統(tǒng)是我們本次的設計當中需要解決的難點問題，電動滑板車的性能的好壞，很大程度上要依靠電機所提供的動力，這將直接決定這款滑板車的續(xù)航里程。另外，控制器對于我們駕駛的安全性以及舒適性也是至關重要的第5章性能分析5.1動力分析在電動滑板車的行駛過程當中，加上人的重量會形成比較大的阻力。我們要分析在遇到各種阻力的過程當中對于電動滑板車動力性能的影響以此來檢驗該款電動滑板車的續(xù)航里程的判斷。5.1.1驅(qū)動力電動滑板車的前進過程當中，電機會提供一個向前的驅(qū)動力與此同時也會有一個阻力，這兩個力的比較將會決定滑板車的行駛狀態(tài)。行駛過程中，滑板車可以建立一個動態(tài)的等式：=++（1）是總的驅(qū)動力；是車輪的摩擦阻力；是空氣阻力；是上坡加速的阻力。我們假設人的重量為50KG，當?shù)缆份^為平坦是，就可以暫時不做考慮，所以：=+（2）=*gg為滑板車總重量，f取0.015，所以：=0.015*(50+10)*9.8=8.82N在考慮空氣阻力后，查閱相關文獻將空氣阻力設定為7.5N，所以=8.82+7.5=15.32N5.1.2輸出功率本次的設計采用的是輪轂電機，因此輸出扭矩等于驅(qū)動扭矩,由相關公式：=/r(3)r是后輪的半徑因此=*r=15.32*0.1=1.532N*m根據(jù)=（4）n為電動機轉(zhuǎn)速；p電動機為輸出功率?？傻没遘囈?5KM/h前進，則n=530所以p=*n/9549=0.15KW=150W。所以，我們可以看出，在以最高的速度行駛的時候，電動滑板車也有足夠的而外功率來進行上坡。5.2續(xù)航里程分析蓄電池的容量可以用A來表示，則A=I*t（5）其中I為放電電流；t為放電時間。有由公式P=U*I（5）其中，P為電機的功率；當P等于150w的時候，I=P/U=150/35=4.2A由公式（5）（5）的，t=A/I=10/4.2=2.4h。綜上所述，當滑板車以最高的25KM/h的速度行駛的時候，續(xù)航里程可以達到50KM?；旧戏衔覀儗τ陔妱踊遘嚴m(xù)航里程的需求。5.3滑板車制動性計算滑板車在勻速行駛時會受到滾動阻力與空氣阻力的阻礙，但為了使其盡快停止，必須對其施加一地面制動力FXb，但它的值不能超過附著力FφFXb≤滾動與抱死是制動時車輪的兩種運動狀況，在制動器制動力Fφ比較小的時候，制動器的摩擦力矩遠遠小于地面制動力FXb而使車輪為滾動狀態(tài)，此時若制動器制動力再增長，地面制動力也會隨著而增長，其最大值FXbmax=FZ為地面對車輪的法向反作用力當剎車力Fp增加到某一值時，F(xiàn)Xb會與Fφ相等，此時車輪為抱死狀態(tài)，F(xiàn)Xb不會再增加。由此可見，要想獲得足夠的地面制動力FXb圖21制動過程中FXb、Fμ及5.4本章小結(jié)本章節(jié)就是對我們所設計的電動滑板車進行相關性能的分析，通過我們對于電機的動力性的分析計算以及電動滑板車續(xù)航里程的分析計算，可以基本判斷本次畢業(yè)設計的電動滑板車滿足了在設計之初我們對于其性能方面的相關需求。可以這樣說，此次設計的電動滑板車已經(jīng)初步完成了。

總結(jié)在這一段的時間里面，從最開始的對于題目的茫然，不知從何下手，到慢慢的通過查閱相關的文獻資料，完成開題報告，然后漸漸對于本次的設計題目開始有一些自己的想法到最后完成整個畢業(yè)設計。此次的畢業(yè)設計總結(jié)主要如下：首先對于整體進行一個總體的設計，包含車把，車架等結(jié)構(gòu)，車輪參數(shù)的選擇以及減震的設置。當然要完成這些要查閱一定的資料，參考市場上的一些主流電動滑板車的車身結(jié)構(gòu)，也查閱以一些專門的設計網(wǎng)站，了解典型的結(jié)構(gòu)。設計要逐步推進，分部完成。包含電動滑板車的車體結(jié)構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)，三維建模及相關的性能分析。在設計的過程當中，有時會擔心設計參數(shù)的是否合理，這是就可以通過三維實體建模，來進行零部件的裝配以此來判斷設計是否合理。設計的目標就是在最后設計出一款便捷，時尚，車把可以伸縮的新型電動滑板車。最后，在進行相關電動機動力和電動滑板車的續(xù)航里程進行分析，判斷電動滑板車是否符合我們的實際需求。

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