機(jī)電一體化課程設(shè)計--站立式電動代步車設(shè)計

1、機(jī)電一體化課程設(shè)計一站立式 電動代步車設(shè)計機(jī)電一體化方向綜合課程設(shè)計說明書學(xué) 院嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班級指導(dǎo)教師學(xué)生姓名日期站立式電動代步車設(shè)計摘要：社會的高速發(fā)展伴隨著環(huán)境的嚴(yán)重污染，環(huán)境問題已經(jīng)引起了各方面單 位的重視，在全球應(yīng)對氣候變化和能源安全的背景下，國家發(fā)改委、國家住房 和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家能源局等各大部委都啟動或支持“低碳城市”、“低碳示范 區(qū)”等城市建設(shè)，本文主要敘述了一種站立式電動代步車的設(shè)計。該代步車該車設(shè)計采用四輪方式，其中以后輪驅(qū)動為驅(qū)動方式，轉(zhuǎn)向以前輪 轉(zhuǎn)向?yàn)檗D(zhuǎn)向方式，運(yùn)用牛頭式轉(zhuǎn)向柄?？傁到y(tǒng)包括一下幾個子系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)、 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)

2、、減震與緩沖系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)、電池充放電系統(tǒng)等。 采用直流電機(jī)作為驅(qū)動動力源，傳動鏈和鏈輪作為力和運(yùn)動的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。關(guān)鍵詞：站立式；減震；直流電機(jī)；后輪驅(qū)動Vertical electric vehicle designAbstract: the rapid development of society with the serious pollution of the environment, environmental problems have aroused the attention of unit, in response to climate change and energy

3、security and global background, the national development and Reform Commission, the State Ministry of housing and urban rural development, the national energy board and other major ministries have initiated or supported low carbon city。 ”a low carbon demonstration zone city construction, this paper

4、describes the design of a vertical electric scooter-Keywords: standing; damping; DC motor; rear wheel drive設(shè)計任務(wù)書題目：站立式電動代步車設(shè)計設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個微機(jī)控制的站立式電動代步車，具體內(nèi)容如下：1機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計：通過計算正確選擇傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū) 動電機(jī)等，并給出計算依據(jù)，繪制機(jī)械系統(tǒng)裝配圖；2、控制系統(tǒng)設(shè)計：根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇正確控制策略，設(shè)計合理的控制系 統(tǒng)，繪制控制系統(tǒng)原理電路圖；3、主程序設(shè)計：在機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上，開發(fā)控制主程序，列 出程序清單；4

5、、設(shè)計說明書撰寫系統(tǒng)主要參數(shù):自重：40kg最大載重量：110kg最大行駛速度：30km/h最大爬坡角度：30滿電量最大行駛路程：40km 50km充電時間：4h 7h時間及任務(wù)安排12月2日-12月3日對系統(tǒng)運(yùn)行所需設(shè)備、完成的功能進(jìn)行小組討 論，根據(jù)相關(guān)資料，撰 寫任務(wù)書12月4日-12月4日根據(jù)任務(wù)書，完成各子12月5日-12月5日系統(tǒng)目標(biāo)功能機(jī)電一體化傳動機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)計計算12月6日-12月9日繪制機(jī)械子系統(tǒng)裝配圖12月10日-12月11日繪制機(jī)械子系統(tǒng)零件圖12月12日-12月12日 傳感檢測電路設(shè)計12月13日-12月16日12月17日-12月18日控制系統(tǒng)設(shè)計原理圖繪制、控

6、制系統(tǒng)12月19日-12月20日軟件設(shè)計撰寫課程設(shè)計說明書目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1系統(tǒng)總統(tǒng)設(shè)計61總體性能要求與整體方案6各系統(tǒng)方案確定7課程設(shè)計主要內(nèi)容安排8 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2驅(qū)動與執(zhí)行部分設(shè)計8 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 電機(jī)選用9鏈的設(shè)計計算9鏈輪選擇12 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計133-1整體車輛

7、以及各部件尺寸13軸承的選擇13軸的選用和校核13轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計15制動系統(tǒng)設(shè)計21緩沖與減震系統(tǒng)的設(shè)計23 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 4傳感檢測部分設(shè)計27代步小車控制系統(tǒng)電路總體設(shè)計思想27方案論證27設(shè)計原理27軟件設(shè)計32 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 5能源部分425-1蓄電池的選擇42充電器的選擇42 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 6總結(jié)44 HYPERLINK l bookmark31 o Current Docume

8、nt 參考文獻(xiàn)441系統(tǒng)總統(tǒng)設(shè)計總體性能要求與整體方案本課題構(gòu)思站立式單人電動代步車運(yùn)用了一般電動自行車的供能模式一一 采用電池供能，采用直流電動機(jī)作為動力源。由于本車采用了普通電動車的的 供能和動力提供方式，因此在電池的選擇以及電動機(jī)的選擇上與普通電動車的 選擇具有部分的相同?？傮w系統(tǒng)方框圖如圖L1所示琵爾梏把5T圖1.1系統(tǒng)總體方案圖各系統(tǒng)方案確定機(jī)械本體組成結(jié)構(gòu)：機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接等產(chǎn)品支持結(jié)構(gòu)主要功能：實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能驅(qū)動與執(zhí)行部分組成結(jié)構(gòu)：驅(qū)動部分由電機(jī)、鏈和鏈條組成。主要功能：根據(jù)信息處理部分的命令，驅(qū)動運(yùn)動機(jī)械動作完成規(guī)定的機(jī) 械運(yùn)動。傳感檢測中部分組成結(jié)構(gòu)：通過轉(zhuǎn)動霍爾轉(zhuǎn)把控制電

9、機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制小車的速度。主要功能：檢測運(yùn)動機(jī)構(gòu)或其他需要檢測的物理量，并將心送回信 息處理與控制部分，作為發(fā)送控制信息的依據(jù)。將所 測得的各種參量轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一規(guī)格的電信號輸入到信息 處理系統(tǒng)中，并由此產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號以決定執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式和動作幅度。信息處理與控制部分組成結(jié)構(gòu)：根據(jù)系統(tǒng)要求用PWM（脈沖調(diào)寬電路）滿足控制要求， 同時兼顧控制系統(tǒng)。主要功能：進(jìn)行信息處理與控制的核心軟件和硬件的功能對系統(tǒng) 的功能具有重要影響。將傳感器檢測的信號根據(jù)一定 的算法對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行存儲、變換等處理，再通過 接口向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出執(zhí)行命令。能源部分組成結(jié)構(gòu)：蓄電池主要功能：負(fù)責(zé)為系統(tǒng)提供能量和動力功能

10、課程設(shè)計主要內(nèi)容安排第一章總體設(shè)計根據(jù)任務(wù)書明確課程設(shè)計內(nèi)容，確定總體及各子系統(tǒng)方 案。第二章驅(qū)動與執(zhí)行部分設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)要求以及滿足控制要求，同時兼顧控 制系統(tǒng)。%!章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計工作臺外形尺寸及重量估算，機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計計 算。 第四章傳感檢測部分設(shè)計檢測運(yùn)動機(jī)構(gòu)或其他需要檢測的物理量，并 將心送回信息處理與控制部分。第五章信息處理與控制部分進(jìn)行信息處理與控制的核心第六章能源部分主要由蓄電池和充電器構(gòu)成。第七章總結(jié)2驅(qū)動與執(zhí)行部分設(shè)計直流伺服電機(jī)是伺服系統(tǒng)中應(yīng)用最早的，也是應(yīng)用最為廣泛的執(zhí)行元件，直流 伺服電機(jī)具有起動轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕和轉(zhuǎn)速容易控制、穩(wěn)定性好、響應(yīng) 迅速、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

11、本機(jī)電一體化系統(tǒng)選擇了一種直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動電 機(jī)。2.1電機(jī)選用根據(jù)系統(tǒng)要求和工作要求選用電機(jī)為：稀土永磁無刷直流電動機(jī);1電機(jī)電機(jī)額定電壓48V電機(jī)額定功率500W電機(jī)額定轉(zhuǎn)速330r/min電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩7Nm驅(qū)動方式電機(jī)后輪驅(qū)動調(diào)速方式轉(zhuǎn)把無級調(diào)速確定計算功率：查表可得：Ka=0.1 , Kz = A選用單排鏈，那么計算功率由公式可得計算功率 =1.0 x1.1x0.5 = O.55Kw鏈的設(shè)計計算圖2.4鏈條鏈選擇鏈條型號和節(jié)距由 = 0.55Kw及 = 330min ,查圖表，可選：08A型鏈條；查表得，鏈條節(jié)距為：p =12. 70mm,滾子外徑d=7. 95,內(nèi)鏈板高度h=12

12、. 07, 內(nèi)鏈節(jié)鏈寬b=7.85,銷軸直徑d0=3.96,極限拉伸載荷Q=13. 8KN；000050008060402015108 64Z 18 6 4 2151 3 21 1O.SO.S -0.降庠僵 O圖2. 5 A系列滾子鏈的額定功率曲線（v0. 6m/s）表2. 1滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)鏈號節(jié)距P排距 pl滾子 外徑內(nèi)鏈 節(jié)內(nèi) 寬E銷軸 直徑 d2內(nèi)鏈 板高 度hz極限 拉伸 載荷 （單排）Q每米質(zhì) 量（單 排）q(mm)(kN)(kg/m)05B8. 005. 645. 003. 002.317. 114.40. 1806B9. 52510. 246. 355. 723. 288.

13、 268.90. 4008B12. 7013. 928.517. 754. 4511.8117.80. 7008A12. 7014. 387. 957. 853. 9612. 0713.80. 6010A15. 87518.1110. 169. 405. 0815. 0921.81.00計算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距：a = (30 50) p = 381 635mm?。篴 = 400mm ,相應(yīng)鏈節(jié)數(shù)為：L = 2x- + i5L+rflz5.|Txp 2 2 4) a計算得到：A = 88.72則取鏈節(jié)數(shù)為：3 = 89查表得：/=0.124則最大中心距為：a = f-P2Lp-(z+z2)

14、一 ,v - nZP鏈速V為：60 x1000= 1.18/77/5查表可知：該傳動鏈可用開式鏈輪傳動。鏈輪選擇(1)材料選擇：鏈輪無劇烈沖擊，耐磨性較好，故可選用：45鋼(淬火加回火)傳動比：，=2小鏈輪：模數(shù)機(jī)=2 ,齒數(shù)Z|=17大鏈輪：模數(shù)? = 2 ,齒數(shù)Z?=34圖2,2小鏈輪圖2. 3大鏈輪(5)鏈輪直徑由公式D=P/Sin (180/Z)確定D =74, ）二=1483機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計整體車輛以及各部件尺寸車寬：500mm車長：1400mm車高：1500mm轉(zhuǎn)向架：1200mm外輪直徑：250mm前軸寬：550 mm后軸寬：500mm車輛地盤最低點(diǎn)距地面高度：100mm車輛保險杠寬

15、：230mm軸承的選擇軸承(用于后軸車輪輪轂)：選用深溝球軸承6000系列。型號：6002,內(nèi)徑：15mm,外徑：32mm,寬 9mm。額定載荷：5. 58KN,極限轉(zhuǎn)速：18000r/min,重量：0.03KG/套；圖3. 1軸承軸的選用和校核軸的選擇預(yù)選軸的直徑為。15，材料40C,= 160MP, G = 8OAfP, = 1.5f)/n o軸抗扭強(qiáng)度校核(1)已知4=172=34/=2；電機(jī)4=0.5Kw,%=330r/min,鏈傳動的機(jī)械效率=0.9則p】=Pen=0.5x0.9= 0.45/CW,=3=2Z2=165min22pT = 9550 x 二由% 得:0 45(=9550

16、 x = 26Nmnm 165(2)由強(qiáng)度條件得：由剛度條件得:（4）抗彎強(qiáng)度校核max =（叱：抗扭截面系數(shù)r：許用切應(yīng)力）T max= a 16x26ON；V3.14xl60=3.6mm(P =T 180 x (G=80MP)GIp汽maxT1 QA=a. x 4 x V GS /32x26x18080 x106x3.142M圖3. 2軸彎矩圖F = 2F2FK=0”=3000-2400 = 600NA點(diǎn)：=2居+L1)-F5Li -6W +L1)-F5(Ll +2L,) + M =0B點(diǎn)：=5(4 +24)_瑪, -砧-2F5L, +M =0C點(diǎn)：Afc =43(U + D-FL - F

17、L + E(1+L) + A/ =0由上計算可得：K=600N,所以:由“=”.?得: 2D擋6_ 2x4.104600= 13.68/?/?所以，預(yù)選的最小軸徑。15滿足要求。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用意義轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是代步車的核心系統(tǒng)之一，對代步車的主要控制就是車輛的轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)小車功能不可缺少的系統(tǒng)之一。因此在設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時必須要 對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一些功能進(jìn)行限制，例如對車輛最大轉(zhuǎn)向角的控制范圍，對載重 和車體重量的控制等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方案選擇考慮到我們的代步小車的車速限制范圍為30km/h,車輛載人總重僅有 150kg,為操作方便我們完全可以使用把式操作轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在雙輪車的單輪 轉(zhuǎn)

18、向系統(tǒng)基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)四輪小車的前輪雙輪轉(zhuǎn)向控制。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作和安全性及穩(wěn)定性要求，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要 設(shè)計為以下主要部件組成：(1)車把直線式車把加工制造方便，便于安裝供電系統(tǒng)的控制開關(guān)，因此我們使用直 線車把作為代步車的車把，該零件的材料為45鋼，毛坯為鍛件，由于45鋼有良好的切削加工性，加工 時不會出現(xiàn)難加工現(xiàn)象。模鍛毛坯表面光滑，余量分部均勻，不會產(chǎn)生打刀現(xiàn) 象，由于毛坯是鍛件，在加工前應(yīng)經(jīng)正火處理改善加工性能后再進(jìn)行加工。加 工完畢后在外層鍍銘防銹，使零件不易被刮出劃痕。如下圖所示：圖3.3轉(zhuǎn)向把車把的中間部位用于與轉(zhuǎn)向軸的安裝定位(2)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向軸是實(shí)

19、現(xiàn)轉(zhuǎn)向的核心部件之一，主要用于傳遞轉(zhuǎn)動扭矩，不僅節(jié)約空間, 而且提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更便于安裝。材料選擇上可選45鋼。零件的熱 處理要求為調(diào)質(zhì)處理。圖3.4轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向軸的兩個端孔分別用于軸與車把的定位和轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的定位。軸 的中間部分要用定位套筒固定在車體上，因此該軸很長。(3)軸定位組合件將轉(zhuǎn)向軸固定在車底盤上的部件，上套筒和下壓板之間為車底盤，采用4 跟螺栓將定位組合件連同穿過組合件套筒的軸固定在車底盤上，保證車底板與 車把桿最低點(diǎn)的垂直距離為120mm,方便操作者站立操作。該零件的材料為鑄 鐵，毛坯為鑄件。如下圖所示：圖3. 5上套桶圖3. 7轉(zhuǎn)向器圖3. 6下壓板上套筒的4條肋

20、板保證套筒與底板之間的定位剛度。(4)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向的核心部件之一，主要作用是將轉(zhuǎn)向軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向拉桿的橫向移動。該部件材料要選45鋼，制造方法為鍛造，以保證零件的機(jī)械性能。與轉(zhuǎn)向 軸連接部分的套筒內(nèi)部要求較小的粗糙度值，一般在Ra3.2以下。在與轉(zhuǎn)向拉桿 的接觸部分因受摩擦力，因此表面粗糙度要求很高。不超過Ra3.0o如下圖所示:圖3. 9轉(zhuǎn)向拉桿長方體兩端孔用于轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向拉桿的定位，套上兩孔用于與轉(zhuǎn)向軸的定 位。套上的兩根突出的圓柱桿用于限制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角不超過45度，與下 壓板反面的四根援助限位體配合完成角度的限位。在正常轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)，車輛可以自由轉(zhuǎn)向，當(dāng)轉(zhuǎn)向到

21、達(dá)45度，套上的圓柱桿 就會接觸下壓板底部的限位體，使車輛不能再有更大幅度的轉(zhuǎn)向，以保證車輛行駛過程中轉(zhuǎn)向的安全。下壓板底部的限位體如下圖3.8所示：圖3. 8下壓板限位體（5）轉(zhuǎn)向拉桿轉(zhuǎn)向拉桿是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向的直接工作者，作用是將橫向位移轉(zhuǎn)換為車輪盤的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。材料為45鋼，制造方式為鍛造。以保證拉桿的力學(xué)性能。轉(zhuǎn)向拉桿成對使 用才能達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。拉桿的安裝螺栓松緊要適度，保證拉桿能自由轉(zhuǎn)動。制造完畢，要對拉桿的 桿部進(jìn)行噴漆等防銹處理。如下圖所示：（6）輪盤輪盤是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向最后一個環(huán)節(jié)的部件，主要用于轉(zhuǎn)向的直接工作。 輪盤不僅只是單一的轉(zhuǎn)向部件，還是安裝前車輪、實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、減

22、震系 統(tǒng)等與車體連接的重要部件。材料選擇可以為鑄鐵。輪盤的設(shè)計制造最主要的 就是要保證各部分的連接強(qiáng)的，部件的各個部分都比較厚大。如下圖所示：圖3.10轉(zhuǎn)向輪盤與輪盤相垂直的軸為安裝車輪的軸，與輪盤相平行的軸為輪盤連接車體的 示意軸，輪盤方條上的兩端孔為連接轉(zhuǎn)向拉桿的孔。輪盤方條在鑄造后要打磨, 保證表面的粗糙度不大于Ra3.2。輪盤連接車體的部分必須安裝減震機(jī)構(gòu)，使車 輛運(yùn)行平穩(wěn)，乘坐舒適。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總裝配裝配是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計的最后環(huán)節(jié)。也是保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 以上介紹的所有零件裝配在一起必須保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能正常，平穩(wěn)的工作。因此 要求其裝配定位精度不能有太大誤差，否則會產(chǎn)生噪音。轉(zhuǎn)

23、配的所有連接環(huán)節(jié), 除軸定位組合件與底板之間的配合外，都需要潤滑。轉(zhuǎn)配總圖如下圖3.11所示:一,，圖31總裝配圖以上裝配為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的骨架裝配，在裝配的細(xì)節(jié)處理上還需要與之相匹配的 配合部件。設(shè)計計算小車的總重量為200kg為2000N,小車最大加速度a=0. Bm/s?作用在前 輪軸的最大法向力為Fa=2000N,最大切向力/= 200 x0.3 = 6ON,小車前 進(jìn)時轉(zhuǎn)軸的輸出功率=耳乂v = 60、3 = 180卬=0.18。根據(jù)后輪轉(zhuǎn)速與前輪 轉(zhuǎn)速相同可知前輪轉(zhuǎn)速為165r/min=2. 75r/s。查表得45鋼的校核系數(shù)Ao=llO. 由以上數(shù)據(jù)可得軸的最小直徑d =A忠=11.2

24、mm。選取軸的最小直徑為15mm 足以滿足軸的強(qiáng)度和轉(zhuǎn)矩要求。后輪的載荷要比前輪大的多，前輪使用與后輪 直徑相同的軸不僅能更好的滿足軸的力學(xué)性能需求，而且便于制造和裝配。但 是在使用45鋼時要求對45鋼作調(diào)制和表面滲碳處理，使軸的剛度更高，使用 壽命更長。制動系統(tǒng)設(shè)計制動器是保證車輛安全行駛的重要部件。它的作用是控制行駛中的車輛的 車速，保證車輛以適當(dāng)?shù)臏p速度降低車速，并在緊急情況下，使車輛在最短的 制動時間（或距離）內(nèi)穩(wěn)定可靠地停止行駛。在代步小車中所用的制動系統(tǒng)類似于摩托車上的制動系統(tǒng)。液壓盤式制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理它運(yùn)用杠桿原理和帕斯卡定律，通過制動液將手柄制動力放大并傳遞到制動 鉗活塞上

25、，活塞推動摩擦襯片與隨車輪一起旋轉(zhuǎn)的制動盤相互摩擦而產(chǎn)生阻礙 制動盤運(yùn)動的力，即為制動力。該制動力通過制動盤傳遞到車輪,從而達(dá)到進(jìn)行制動的目的動力。制動器工作原理圖如圖所示。設(shè)計計算為保證制動器可靠工作，要通過計算制動減速度和地面制動力來計算制動 器的管路壓力、制動力距、制動液排量和工作行程。(1)制動減速度和制動效率現(xiàn)按摩托車制動性能試驗(yàn)方法的要求，受試代步車在試驗(yàn)區(qū)間至規(guī)定的初速度 時進(jìn)行緊急制動，直至停車，制動距離應(yīng)滿足制動性能要求。為了計算方便通常設(shè)計摩托車施壓制動后為勻減速行駛。初速度為 (km/h)，制動距離為外 (由 相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)可知為5m),則滿足制動距離要求的最小減速度。和制

26、動效率(分 別為: 心一=一 = 6,95力25.92x50 25.92x5eo = 1 = 0.71(2)9.8考慮到從發(fā)現(xiàn)障礙物到實(shí)施制動，其間經(jīng)歷了反應(yīng)時間，系統(tǒng)協(xié)調(diào)時間等因素, 所以為了保證制動距離不超過規(guī)定性能要求，設(shè)計時按規(guī)定施加的制動力產(chǎn)生 的制動減速度應(yīng)比(1)式計算值大即： a =女)=9. 38 (m/s2)式中為匕安全系數(shù)，通常占二1中1.5。m總=150kg緩沖與減震系統(tǒng)的設(shè)計緩沖與減震在任何車輛系統(tǒng)中都是重要的部分，它不僅能夠使騎乘者的騎 乘更加舒適，而且由于現(xiàn)在的減震系統(tǒng)一般都裝有氣壓或液壓減震，使得車輛 的行駛更加的安全，不易側(cè)翻。緩沖與減震系統(tǒng)的作用以及原理在本

27、次設(shè)計中，緩沖及減震器的工作原理圖如下圖懸掛系統(tǒng)SISPEN51。、SYSTEM圖3.12工作原理圖緩沖彈簧的設(shè)計計算(1)初始條件的確定已知：車輛總重為團(tuán)總二150kg 車重7 = 40依IX最小工作載荷及最大工作載荷由得：心總=200kg xg = 1960N平均分配到四組彈簧上，得：彳ax = 490 N設(shè)車在行走過程中車輪不離開地面，取最小工作載荷為空載時的載荷的60%,即 匕in總=40kgxgx60% = 235.2N，平均分配到四組彈簧，得：Pn血= 58.8N2）、確定工作行程：車輪半徑為R=125mm,取工作行程H=40%R=50mm3）、彈簧類別：確定彈簧類別為n類。4）、

28、確定載荷性質(zhì)：沖擊載荷。5）、端部結(jié)構(gòu)確定：兩端圈并緊并磨平。6）、彈簧材料：碳素彈簧鋼絲C級，取材料為65Mn。（2）、參數(shù)計算1）、匕濾彈簧的最大工作載荷。心=小=齊490 = 3502）、匕訪的最小工作載荷沁=2.8 = 42.3）、彈簧要求的剛度p -Pp=的 1nm = 6. 16N / mmH4）、要求的工作極限載荷夕卜：P =1.25 = 1.25 x 35ON = 437.5N5）、初選材料直徑d及中徑D （mm）,根據(jù)片、值，從機(jī)械設(shè)計手冊查表得：表3. 2類 別d (mm )D (mm )” (N)/7i(mm)(N/mm)DX max(mm)in(mm)外 簧435467

29、.67.93159.02743注：d材料直徑 D彈簧中徑P,極限工作載荷工作極限載荷下的單圈變形量Pd單圈剛度Ox max最大心軸直徑Dgn最小套筒直6)、最大工作載荷下的變形量. max X H 490 x 50 UN ”H max = 56.82 加?匕4in 490 -58.8皿 皿=26827)、選用彈簧的最大工作載荷Pmax(N)% 0.8xP/ 0.8x467.6 490N最小工作載荷(Pmin =58. 8N)41n =42.010 58.810)、最大工作載荷下的單圈變形量% = 0.8/y = 0.8 x 7.931= 6.344811)、有效圈數(shù)n令黑取幺。12)、總?cè)?shù)N

30、夕卜： = n + 2 = 9.0 + 2 = ll13)、最大工作載荷下的實(shí)際變形量Mmax (mm)風(fēng).=叫皿=9x6.3448 = 57.1032()14)、最小工作載荷下的實(shí)際變形量AHn“n()min = Max 萍=6.38()max15)、極限工作載荷下的變形量為(?)A切= x % = 71.379(?)16)、節(jié)距 t (mm)7 = 1 + 力=11.93117)、自由高度計算H = + 1.51 = 9x11.931 + 1.5x4 = 113.379表3. 3彈簧參數(shù)表項目（單位）符號彈簧總?cè)?shù)（圈）n11材料直徑（m m）d4有效BHKn 09自由高度HO113.54

31、傳感檢測部分設(shè)計代步小車控制系統(tǒng)電路總體設(shè)計思想根據(jù)電動車的工作原理可以知道，電動車控制器是通過霍爾轉(zhuǎn)換器把采集 的信號通過ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號傳給單片機(jī)，利用單片機(jī)控制、驅(qū) 動電路及顯示電路從而達(dá)到控制電動車的要求。方案論證從該系統(tǒng)設(shè)計要求可知，通過霍爾傳感器感應(yīng)外界信號傳給單片機(jī)，由單片 機(jī)計算出車速并傳給數(shù)碼管顯示器顯示出來。車速的控制有ADC0809接受的外 界數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號傳給單片機(jī)，由單片機(jī)控制其加速或減速。顯示系 統(tǒng)用串行口輸出方式顯示，外接串并轉(zhuǎn)換芯片74HC164可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，串 口 P3.0, P3.1外擴(kuò)兩片74LSHC164串并轉(zhuǎn)換芯片既可滿足

32、要求，選用共陽接法 的數(shù)碼管。設(shè)計原理硬件設(shè)計本設(shè)計的硬件電路主要包括最小系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、驅(qū)動電路四 大部分組成。最小系統(tǒng)主要是為了是單片機(jī)正常工作;控制電路主要由ADC0809 組成，由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需求進(jìn)行操作；顯示電路由數(shù)碼管和74HC164 芯片組成，主要是顯示電動車的車速；驅(qū)動電路有OP07及其他相關(guān)元件組成， 主要是對單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，從而驅(qū)動電機(jī)。最小系統(tǒng)用0MOPIINlPI2T02P13W3H4N4P!5MS01，加6PI 7T07anKOINTOKIT22nIDK4WSmXI內(nèi)RESETRLXDALE審WKpsa315!419I?圖4.1最小系統(tǒng)

33、單片機(jī)最小系統(tǒng)或者成之為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件所組成的單 片機(jī)可以工作的電路系統(tǒng)，而對于51系列的單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般包括： 單片機(jī)，復(fù)位電路，晶振電路。復(fù)位電路通常有兩種基本形式：上電或開關(guān)復(fù)位和上電復(fù)位。上電復(fù)位是 要求電路接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)愛位。而上電或開關(guān)夏位是要求電路接同電源 后，單片機(jī)自動復(fù)位，并在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。常用 上電后開關(guān)復(fù)位。上電后，由于電容C3的充電作用，使RST持續(xù)一段時間的 高電平，持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位。單片機(jī)在運(yùn)行當(dāng)中時，按下復(fù)位健 S1后松開，也能使RST為一段時間的高電平,從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。晶振電路：8

34、051單片機(jī)酌時鐘信號通常有兩種形式的到，內(nèi)部震蕩方式和 外部震蕩方式。在引腳XTALI和XTAL2外接晶體振蕩器或陶瓷諧振器，就構(gòu) 成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反向放大器，當(dāng)外接晶振后, 就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生震蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩電路的外部電路圖如圖2 所示。其電容一般在5-30PFo晶振頻率的典型值為12MHZ,采用6MHZ的情 況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多?？刂齐娐稟DC0809是CMOS工藝，采用逐次逼近法的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，28引腳雙列 直插式封裝，片內(nèi)除A/D轉(zhuǎn)換部分外還有許多模擬開關(guān)部分。其電源電壓由于 是COMS芯片，

35、允許的電壓較寬，可以是+5T15V。控制電路由以98C51單片機(jī)和ADC0809為主組成的電路，控制信號從 ADC0809的12管腳(REF)進(jìn)入，通過ADC0809進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換成的模 擬信號傳給單片機(jī)由P2進(jìn)入。再有單片機(jī)根據(jù)采集的數(shù)字量的大小進(jìn)行，來控 制P3.7輸出脈沖的占空比進(jìn)而控制驅(qū)動電路功率管的開通與關(guān)閉。這樣通過改 變PWM的方法來控制功率管輸出功率進(jìn)而控制電動機(jī)的運(yùn)行速度，從而進(jìn)一步控制電動車進(jìn)行加速或者減速。ADDCALEIN ABLE SHARK CIOCXU2圖4.2控制電路;s242-5%2.7hhlVi3.如果 Vo3 V4,則 Vo5 為 “1”，端 10

36、得到高電平, 關(guān)閉PWM輸出，實(shí)現(xiàn)大電流保護(hù).其設(shè)定值可由W1或V4調(diào)節(jié).另一方面， 蓄電池電壓U分壓后與Vo3共同作用于A4反相端，組成“或非”功能電路.只有兩個信號均為“低”（U下降到欠壓設(shè)定值，電流不大于額定值）時，Vo4為 關(guān)閉PWM輸出，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù).只要兩個輸入信號中有一個是“高”（U 不小于欠壓設(shè)定值，或電流較大），Vo4為，電路正?？煽?本電路為暫態(tài)保 護(hù)，如需對保護(hù)時間進(jìn)行設(shè)定，則可對控制信號進(jìn)行延時保存，直至形成需人 工復(fù)位的“死保護(hù)”。剎車保護(hù)剎車時，為避免大電流對控制器、電機(jī)、蓄電池的沖擊，要求在剎車瞬間 即刻關(guān)閉PWM輸出，即關(guān)掉電動機(jī)電源，電動車隨即進(jìn)行剎車。Pl.

37、dD7RI3的剎隼開關(guān)圖4.7低壓指示燈圖4.6剎車保護(hù)電路低壓指示燈當(dāng)電動車電瓶電壓小于一定值時，欠壓保護(hù)電路將會發(fā)出一觸發(fā)信號，觸發(fā) 單片機(jī)的低壓保護(hù)程序，單片機(jī)發(fā)出信號使發(fā)光二極管發(fā)光。該電路能提示車 主給電動車電瓶充電，具有保護(hù)電動車電瓶的作用。P10 pii P12 P13 P14 P15 P16 P17NT1 N1DT1 TOEVVPXI X2RESET而 WR總硬件原理圖圖4.8總原理圖軟件設(shè)計通過分析可以看出，可以有多種方法實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的功能，由于隨時有可能輸 入加速、減速信號，因而用中斷方式效率最高，本設(shè)計主要用到外部中斷0,用 它來計算車輪旋轉(zhuǎn)圈說，且用定時器T1來記憶固定旋

38、轉(zhuǎn)圈數(shù)所需要的時間用以 些算車速。而對于低壓保護(hù)和剎車保護(hù)則用查詢方式。數(shù)碼管顯示使用靜態(tài)顯主程序設(shè)計主程序中要完成的工作主要有系統(tǒng)初始值的設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、及驅(qū)動 程序。其中顯示程序有電壓過低時的警示，車速的顯示。驅(qū)動程序也就是把霍 爾手柄的變動的0-5V的模擬電壓信號通過AD0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量用這個數(shù)字量 作為輸出脈沖高低電平的延遲子程序中的參數(shù)變量，這樣就實(shí)現(xiàn)改變PWM占 空比從而改變車速的目的。主程序流程如圖49所示。開始圖4-9主程序流程圖0003HINSERO0030H總程序HICOUNT72HLOWCOUNT71HORGEQU AJMP主程序EQU ORGMAIN:ORG0

39、000HAJMPMAINJNB TF1,GOON1INC ROTOCOUNT EQU 70H SCOUNTEQU60HADCEQU35HSTBITPl.2OEBITPl.4EOCBITPl.3PWMBITP3.7SETB EASETB EXOMOV PO, #00HMOV Pl , #00HSETB P1.0MOV TH1, #3CHMOV TL1, #0B0H WAIT:JB Pl.l, LOWPOWERGOON1：CJNE RO,#OFEH,GOON2MOV 71H,#00HMOV 72H,#00H GOON2：LJMP OUTPUTSPEEDJNBP1.0, STOP TOC o 1-5

40、 h z CLRSTSETBSTCLRSTJNBEOC,$SETB OEMOVADC,P2CLR OESETBPWMMOVA,ADCLCALLDELAYCLRPWM MOVA,#255 SUBBA,ADCLCALLDELAY SJMPWAIT 延時子程序DELAY: MOV R6, #1DI： DJNZ R6, DIDJNZACC,DIRET 剎車時停止PWM輸出 子程序STOP:CLRPWMRET 電池電壓過低警示子 程序LOWPOWER:MOV P1,#OFEH RET 代步車時速顯示子程 序OUTPUTSPEED:PUSHPSWPUSHACCLJMPTOSPEEDMOVRI, LOWCO

41、UNTMOVA,R1MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRMOVSBUF,AKLO:JNBTl, KLOCLRT1INCRIMOVA,R1MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRMOVA,R5RLCAMOVR5, AMOVA,R6RLCAMOV 07H,CCLRCSUBBACCOUNTJB 07H,SXJNCSIMOV SBUF,APOPACCPUSHPSWRET 求時速子程序 TOSPEED:PUSHPSWPUSHACCMOVR6, #02HMOVR5, #0D0HDV:MOVR7, #08HSO:CLRADDA.TOCOUNTSJMPS2SI：INCR5S2：MOVR6,

42、ADJNZR7, SOMOVA,R5DAAMOVR5, AANLA,#0FHMOVLOWCOUNT.AMOVA,R5SWAPAANLA,#OFHMOVHICOUNTAPOPACCPOPPSWRET 外部中斷0中斷服務(wù)子 程序 INSERO:PUSHPSWPUSHACCINCSCOUNTMOVACCOUNTCJNEA,#01H,LOOP1SETBTRISJMPLOOP2LOOP1：MOVACCOUNTCJNEA,#OBH,LOOP2CLRTRICLRTF1MOVTH1, #3CHMOVTL1, #0B0HMOV TOCOUNT,ROMOVMOV SCOUNT,#OOH LOOP2：POPACCP

43、OPPSWRET1TAB:DB 11H,77H,92H,74HDB 38HJ8H,73H,10H,30 H,0FEHENDRO,#OOH5能源部分該系統(tǒng)供電部分主要由蓄電池和充電器構(gòu)成。蓄電池是電動代步小車的動力 來源，是能源載體，其輸出能量用于驅(qū)動電動機(jī)，輸出受控于控制器。充電器 是給蓄電池充電的電器，它將市電轉(zhuǎn)換為直流電并控制其電流和電壓充入蓄電 池貯存起來，充電器質(zhì)量參數(shù)的好壞直接影響蓄電池的電氣性能和使用壽命， 必須相互搭配。蓄電池的選擇該系統(tǒng)選用鉛酸蓄電池因其價格低廉，材料來源豐富，技術(shù)和制造工藝較成熟，電池容量大，跟 隨負(fù)荷輸出特性好，無記憶效應(yīng)，其含污染的成分比較少，可回收性好等。 電池參數(shù)：48V20Ah鉛酸蓄電池的充電以及放電特性所謂蓄電池即是儲存化學(xué)能量，于必要時放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。 而鉛酸蓄電池是通過陽極的二氧化鉛以及陰極的鉛浸到電解液(稀硫酸)中發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行充電和放電的，當(dāng)鉛酸蓄電池連接外部電路放電時，稀硫酸 即會與陰，陽極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，