小型清扫车的驱动系统毕业设计的设计

目录

0 引言 (3)

0.1 清扫车概述 (3)

0.2 电动车的基本概况 (3)

0.3 本课题的研究内容 (2)

1 驱动方案的设计 (4)

1.1 总体方案的提出 (4)

1.2 驱动方式选择 (4)

2 电瓶的选择 (7)

2.1 蓄电池的种类、用途、特点和选择 (7)

2.2 影响电池容量和寿命的因素 (8)

2.3 电瓶的布置 (9)

3 电动机的选择 (11)

3.1 整车对电机驱动系统的基本要求 (11)

3.2 电动机类型 (11)

3.3 交流电机的选择 (13)

4 传动方式的设计 (15)

4.1 齿轮的设计 (15)

4.2 齿轮轴的设计 (22)

5 清扫车驱动系统总装图 (26)

6 清扫车总体装配 (27)

6.1 清扫车液压系统总装图 (27)

6.2 清扫车集尘系统总装图 (27)

6.3 清扫车外形配件图 (28)

6．4清扫车制动系统的设计 (28)

6.4 小型清扫车完整装配图 (29)

6.5 清扫车装配建模图： (29)

7 结论 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

0引言

0.1 清扫车概述

随着经济的发展和社会进步，人们对生存质量的要求愈来愈高，交通便捷也越来越成为社会发展的迫切要求，高等级公路以空前的速度发展，道路的清扫和保洁也越来越受到有关部门的重视，多年来形成的人工清扫的格局显然已不适应我国高等级公路发展的客观要求，人工清扫粉尘飞扬，严重影响清洁工人的身体健康，也不可避免的造成环境的二次污染：公路车辆的高速行驶对清洁工人的生命安全造成潜在威胁，马路清扫车只能清扫主要街道，而人行道和非机动车道只能由保洁工来完成，这样既浪费物力也浪费人力，这就要求我们必须迅速发展一个既环保又节能的小型道路清扫车，使人们生活在洁净健康的环境中，这也是人类二十一世纪高品质生活的必然要求。因此研究适合于人行道和非机动车道的小型电动清扫车对我国清扫车概况和开发机型有着十分重要的意义！

目前，在一些大、小城市的街巷里垃圾成堆，如果使用人力来清扫，那将需要大量的人力资源。通常进口车体积庞大、结构复杂、造价高昂。例如，国产中小型清扫车通常每部价格在40万元左右，一些进口真空机每部价格高达700万元以上，而且每月还要支付高昂的维修费和保养费。这些进口机只适用于路面较为平坦宽广的道路，而无法清扫小巷。当今全国各地的小巷中均为人工清扫没，人工清扫的方式也有着种种不足。例如，安全隐患问题、杨晨污染问题、费时费力等。所以，综合以上的利弊，我们决定利用电瓶作为驱动力源，设计出完整的既对环境无污染又可以节省劳动力的小型自动清扫车。电瓶（蓄电池）驱动的车就是我们常说的“电动车”，顾名思义，以蓄电池能源，电动机为牵引，根据蓄电池容量可大可小。电动车可用可控硅调速，比传统的机械调速运行更稳定且没有噪音等优点。

0.2 电动车的基本概况

作为清洁、节能的新型交通工具，电动车具有无与伦比的优势。它在行驶过程中没有污染，热辐射低，噪声小，不消耗汽油;可应用多种能源，结构简单，使用维修方便。因此，电动车受到世界各国的欢迎，被人们称为“明日之星”。

电动车又是高科技的产物，它集光、电、化学各学科领域的最新技术于一体，是汽车、电力拖动、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源、新材料等工程技术中最新成果的集成产物。电动车以车载电源为动力，由电机驱动车轮行驶，符合道路交通与安全法规各项要求的车辆，它包括电动车、电动摩托车和电动自行车等。现代电动车具有清洁无污染、动力源多样化、能量转换效率高、结构简单、使用维修方便等特点，被称为“21世纪的绿色环保汽车”。电动车的优点是:它本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其他污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等，解除了人们对石油资源日见枯竭的担心。电动车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。此外，由于电动车取消了内燃机，开车时听不到震耳欲聋的发动机轰鸣声。因此，人们不用担心车辆的噪声污染。正是这些优点，使电动车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。

0.3 本课题的研究内容

小型清扫车的设计分为四个部分：制动系统和外形设计；驱动与传动系统的设计；液压系统的设计；集尘系统的设计。其中，制动系统和外形设计、液压系统的设计、集尘系统的设计分别由侍爱峰、尧伊顺、黄龙生完成，最终装配成一部小型清扫车。

本课题研究的内容是清扫车驱动系统的设计

电动汽车驱动系统由能源供给系统、电子驱动系统和机械传动系统组成.选择最佳的驱动系统是设计电动汽车的关键，而电动机的性能直接决定着驱动系统的性能，所以电动机的选择成为设计电动汽车驱动系统的主要基础。

在本文中，以交流三相感应电机驱动后轮的电动清扫车为研究对象，聚焦于其驱动系统的设计，实现其以低速在平坦的公路上行驶的最基本功能，主要在以下几个方面进行了理论分析研究及设计。

(1) 驱动方式：

按发动机和各总成相对位置的不同，现代汽车的布置与驱动方式是不同的。

(2) 电瓶的选择：

清扫车以蓄电池能源，只要有电能的供应，电动车就有了取之不尽的动力源泉，不受石油资源的限制。而电能的获得可以利用核能、水力、风力、太阳能等多种形式的原始能源。特别对于我国，水利资源和风力发电等清洁能源的潜在发电量是相当高的，如果能有效地利用这些能源，不仅有利于环保，节约宝贵的石油资源，解决全球面临的石油资源枯竭危机，而且更符合我国经济的可持续发展的战略。

(3) 电动车用电机的研究：

电动机是电动车区别于传统汽车的关键部件。驱动电动机的性能特点直接影响和制约着电动车辆的性能，对电动机性能的研究和把握是研究和把握整车性能的关键因素之一。

(4) 传动系统的设计：

齿轮传动传动比稳定、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长。根据所设计的传动方案，选择大小齿轮的类型，材料并计算出大小齿轮的参数。

齿轮轴受弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。选择齿轮轴的材料，并对其进行强度校核。

(5) 通过对以上各部分的理论分析研究及设计，并应用Pro/Engineer软件进行驱动系统的造型设计和工程图的制作。

1驱动方案的设计

1.1 总体方案的提出

清扫车以电瓶作为动力源，电瓶带动液压系统3，从而驱使盘刷4转动，目的是将垃圾扫到车中央，吸口由风机连接，将垃圾吸进集尘箱。排气口5是用来将多于气体排出箱体，使风机能更好的工作。为了简单明了地表示清扫车的总体方案，这里用简单结构原理图说明，如图1－1的所示。

1－方向盘；2－轮胎；3－液压系统；4－盘刷；

5－排气口；6－吸口；7－集尘箱；8－排气箱；

图1－1 总体分布图

1.2 驱动方式选择

按发动机和各组成部分相对位置的不同，现代汽车的布置与驱动方式通常有5种（如图1-2 所示）

图1-2 汽车的驱动方式

方案1，前置后驱（FR）

即发动机前置、后轮驱动，这是一种传统的发动机布置与驱动方式。国内外的大多数货车、部分轿车和部分客车都采用这种形式。采用这种驱动方式的汽车，它的前轮承担转向，后轮承担驱动，发动机输出的动力通过离合器、变速器、传动轴输送到后驱动桥上，并在此得到减速增扭后传送到左、右半轴上，驱动后轮使汽车运行。优点是前后轮各司其职，转向与驱动分开，负荷分布比较均匀；缺点是由于传动轴从前面的发动机一直传到后桥上，使车内地板中间凸起，车内座椅不好布置。

方案2，前置前驱（FF）

即发动机前置、前轮驱动，这是20世纪70年代末才真正兴世纪起和在技术上逐渐完善的驱动形式，现在大多数中小型轿车都是采取这种方式。它将变速器之后的东西都往前挪，变速器与驱动桥做成一体，固定在发动机旁将动力直接输送到前轮上，前轮同时承担了转向和驱动两个重任，省去了长长的传动轴，缩短了传递动力的距离，减少功率传递损耗也就相应节省了燃油。

此驱动方式具有较多的优点：操纵机构简单、发动机散热条件好；没有纵向传动轴，轿车地板不必为它凸起一条通道，有利车厢内的布置；车架不必为后桥腾出空间位置，可以降低车身高度，有助于行车的稳定性；发动机横置缩短了发动机舱的长度，有利于汽车的小型化，而在汽车总长不变的情况下能增大客舱的长度和空间；前轮成为驱动轮，变成了“拉”着汽车前进，有利于方向控制。其

缺点是：上坡时汽车质量后移，使前驱动轮的附着质量减小，驱动轮易打滑；下坡制动时则由于汽车质量前移，前轮负荷过重，高速时易发生翻车现象。

方案3，后置后驱（RR）

即发动机后置、后轮驱动，在大型客车上多数采用这种布置形式，少量微型和轻型轿车也采用这种型式。

方案4，中置后驱（MR）

即发动机放在乘客航与车后轴之间并利用后轮驱动。这种驱动方式只用在一些高性能跑车上，在普通的轿车上较难看到。中置后驱的最大特点就是将车辆中惯性最大和沉重的发动机置于汽车的中部，使汽车能获得最佳的运动特性，因为车的车身重量分布能达到最理想的平衡。可以这样说，此车兼具的优点，方向灵敏准确，制动时不会出现头重尾轻的现象。有一个先天不足，即直线稳定性较差，为解决这一问题，所有的车后轮均比前轮大。

方案5，4轮驱动（4WD）

4轮驱动又称全轮驱动，顾名思义，这是指汽车前后的轮子都有动力驱动，可以按照行驶路面状态的不同而将发动机输出扭矩分别分布在前后所有的轮子上，提高汽车的行驶能力[12]。

考虑到清扫车主要在城市路面行驶，其行驶速度比较低，一般是 30 km／h 左右，作业速度更小。所以在设计时，要求使得整车结构紧凑，传动效率高，维护简单，操作简便，考虑底盘的空间利用率，所以采用发动机中置，后轮驱动(如图1-3所示)，这种布置的特点使是驾驶室的布置不受发动机的限制，噪声小、对载荷分配比较有利。

图1-3 后轮驱动

2电瓶的选择

汽车“电瓶”是汽车上储存电能的装置，学名称“蓄电池”。其作用包括:一是当汽车发动机起动时，向起动机提供电能，并由起动机将电能变为机械转矩，带动发动机的曲轴转动与此同时，蓄电池还向仪表、发电机的磁场线圈以及汽油机的点火系统等供电;二是在汽车运行过程中，当用电设备的用电量超过发电机的供电能力时，蓄电池协同发电机向用电设备供电当发电机出现故障时，则由蓄电池单独向用电设备供电，因此，蓄电池是汽车的第二电源;三是当用电设备负荷较小时，蓄电池接受发电机的充电，将电能储存起来;四是起到滤波器的作用。通过吸收用电负载突变时的过电压，防止损坏汽车上的电子设备。

2.1 蓄电池的种类、用途、特点和选择

蓄电池的种类一般可分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等，它们各自的特点如下:

铅酸电池:也称为汽车用电池(需加水维护)，充放电时会产生氢气，安置地点必须设置在通风处以免造成危险;电解液呈酸性，会腐蚀金属;价格低廉。

铅酸免维护电池:密封式充电不会产生任何有害气体，摆设容易，不需考虑安置地点通风问题，免保养，免维护;放电率高，特性稳定，价格较高。

镍镉电池:用于特殊场合及特殊设备上，水为介质，充放电不会产生.有害气体;失水率低，但需要固定时间加水及保养;放电特性最佳;可放置于任何恶劣环境。

蓄电池按用途可分为汽车启动用、工业用、铁路及其他用途。

怎样正确选购蓄电池型号:蓄电池的型号必须适当。型号选小了，造成小马拉大车，大电流放电会缩短电池的寿命;型号选大了，则不经济。对于常用的额定输出电压为12V的品种有：

6, 8,10,12,15,33,38,50,65,75,90,100,120,140,180,200AH。

选功能价格比：高价不一定有高质，但高质必定会有相对高的价格，货比三家，性能价格比最大的是首选。

选服务：厂家有没有完善的售后服务实力，有没有全国服务热线以及完善的服务网络，才能无后顾之忧[5]。

2.2 影响电池容量和寿命的因素

影响电池容量和使用寿命的因素有:电池的使用环境、环境温度、充放电电流、充电电压、放电深度、设计参数和制造工艺。设计参数和制造工艺为生产方因素，本文不讨论。电池寿命分为循环寿命、存贮寿命、使用寿命。循环寿命是指电池循环放电次数多少;存贮寿命是指不给蓄电池进行任何充电和放电激活的情况下，能存贮的最长时间;使用寿命指电池在正常的维护情况下，电池能使用的最长时间。

(1) 电池的使用环境：储存寿命随温度的增加而下降。当温度超过25℃时，温度每增高10℃ ,储存寿命被缩短一半。所以对暂时不用的电池应存储在低温、干燥的环境。工作的电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方，这样可以减少有害灰尘的腐蚀;还要避免受到阳光、加热器(如冬天用的取暖器)或其他辐射热源的影响。

(2) 环境温度：因为温度的降低，电解液的粘度增大，使离子运动受到较大阻力，扩散能力下降，所以蓄电池容量随温度的增加而增加;同样的放电量，由于容量增加，放电深度浅，放电循环次数增多，蓄电池循环寿命也随温度的增加而增加，在10℃——350℃，每增加1℃，增加5-6个循环;在35℃——45℃，每增加1℃，增加25个循环;而50℃以上，则因负极硫化，容量损失，寿命反而会下降。但储存寿命随温度的增加而下降。

(3) 充放电电流：由于电池的可用量随放电电流的增大而降低，所以谈电池容量必须指明电池的放电率;常规的有20H率、10H率、5H率。电池充放电电流一般以C来表示，C的实际值与电池容量有关。举例来讲，如果是100AH的电池，则C=100A。如对额定容量为24AH的蓄电池，其放电电流大小与蓄电池实际可供使用的效率关系如下:放电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命，放电电流过大，会使正极氧化铅脱落，放电电流过大，由于放电终止电压的上升，易过放电;放电电流一般要求在0.05 - 3C, UPS在正常使用中都能满足此要求，但也要防止意外情况的发生，如电池短路。

(4) 充电电压：过充电时有大量气体析出，活性物质受气体的冲击而脱落，使电池寿命降低;由于UPS电池属于备用工作方式，市电正常情况下处于充电状态，只有停电时才会放电。如果充电电压过高就会使电池过充电，反之会使电池