【正文】 說是對(duì)我們?nèi)说囊淮渭?lì)和鍛煉。 李立章： 這次的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是我第一次接觸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。起初我們?cè)谒奚崂镉懻?，后來去?shí)驗(yàn)中心三個(gè)人坐在一起討論并完成自己份內(nèi)的工作，效率提高了很多很多。 在鍛煉了個(gè)人能力的同時(shí)，本次課程設(shè)計(jì)也讓我更深入的明白小組合作的藝術(shù)，分工明確，互相幫助，我們小組雖然只有三人，但每個(gè)人都干勁滿滿，注重效率，并且配合默契，這些都是我們可以一步一步往前推進(jìn)項(xiàng)目的最重要的原因。從一開始的方案討論，到最后的總結(jié)報(bào)告，每一步都離不開團(tuán)隊(duì)的協(xié)作。團(tuán)隊(duì)合作，可以說是具有魅力和正能量的方式，互相鼓勵(lì)和督促，相互協(xié)調(diào)尋找一起的時(shí)間，聚在一起進(jìn)行討論和設(shè)計(jì)，這都讓我們從中體會(huì)到了樂趣。 3. 改進(jìn)設(shè)想 首先， 我們最想進(jìn)行改進(jìn)的是將第一方案能夠完成設(shè)計(jì)，能夠完成轉(zhuǎn)子、定子、磁隙、繞組等設(shè)計(jì)，完成一體式輪轂電機(jī)的仿真。 它 的另一個(gè)任務(wù)是使 LED 的負(fù)載電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預(yù)先設(shè)計(jì)的水平上。同時(shí)， B0 塊還可通過程序配置為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器區(qū)。C DSP 類型 :定點(diǎn) MMAC:40 器件標(biāo)號(hào) :320 存儲(chǔ)器容量 , RAM:5KB 封裝類型 :剝式 工作溫度范圍 :40176。 TMS320F206 除了具有 TMS320C203 的功能外，內(nèi)置 32K字零等待快閃存儲(chǔ)器，可滿足單片設(shè)計(jì)的要求，能最大限度減少用戶板的體積。DSP 器件價(jià)格大幅度下滑，直逼單片機(jī)。 DSP 器件比 16 位單片機(jī)單指令執(zhí)行時(shí)間快 8～ 10 倍，完成一次乘加運(yùn)算快 16～ 30 倍。 后備人才充足。 在目前，電子電路產(chǎn)品的控制芯片主要分為為兩大類， dsp 控制與單片機(jī)控制，在芯片選擇初期，我們小組對(duì)單片機(jī)和 dsp 芯片控制進(jìn)行了相關(guān)資料的查詢，并做了一定的性能對(duì)比，最終選擇了性能更優(yōu)異，性價(jià)比更高的 dsp 控制芯片。 1．電機(jī)容量的選擇 電機(jī)的選用沿用方案二中的電機(jī)。 三維建模如下 有限元分析示意圖：（報(bào)告見附錄三） 輪轂設(shè)計(jì)與分析 我們參考普通汽車輪轂進(jìn)行設(shè)計(jì) 輪轂設(shè)計(jì)二維 cad 圖 三維設(shè)計(jì)圖 整體尺寸：最大直徑 428mm，總寬 190mm 輪轂材料選擇： 輪轂除了其較強(qiáng)的裝飾性外，還是一個(gè)很重要的安全件，如果選擇了質(zhì)量不符合要求的輪轂，表面上雖然分別不大，但可能會(huì)出現(xiàn)砂眼，造成漏氣，甚至輕微磕碰即會(huì)使輪轂碎裂造成車毀人亡的嚴(yán)重事故。截面 C 在垂直面彎矩為 受力圖： 1 522 8 .7 5 7 4 7 .522c A Y LM F N m m? ? ? ? ? ? ⅲ）截面 C 在水平面上彎矩為： 2 527 9 2 0 5 422c A Z LM F N m m? ? ? ? ? ? ⅳ） 合成彎矩 為： 2 2 2 212 7 4 7 .5 2 0 5 4 2 1 8 5 .8c c cM M M N m m? ? ? ? ? ? ⅴ）轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取α =，截面 C 處的當(dāng)量彎矩： 2 2 2 212( ) 7 4 7 .5 ( 0 .6 2 0 5 4 ) 1 4 4 1c c cM M a M N m m? ? ? ? ? ? ? ? ⅵ )校核危險(xiǎn)截面 C 的強(qiáng)度 軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的 C 處， W＝ 131441 0 .7 [ ]0 .1 2 8ccbWW???? ?? ? ? ?? 所以軸強(qiáng)度足夠。其軸孔直徑為 d1=22mm。截面 C 在垂直面彎矩為 1 48 2 9 .1 2 4 6 9 8 .42AYM F N m m? ? ? ? ? ? ? 如圖 ⅲ） 繪制水平面彎矩圖 2 48 8 0 2 4 1 9 2 02AZM F N m m? ? ? ? ? ? ? ⅳ） 繪制合彎矩圖 221 6 9 8 .4 1 9 2 0 2 0 4 3M c N m m? ? ? ? ⅴ）繪制扭轉(zhuǎn)圖 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取α =， 1 0 .6 1 6 0 0 9 6 0a M N m m? ? ? ? ⅵ） 繪制當(dāng)量彎矩圖 截面 C 處的當(dāng)量彎矩： 2 2 21( ( ) ) 2 0 4 3 9 6 0 2 2 5 7e c cM M a M N m m? ? ? ? ? ? ⅶ )校核危險(xiǎn)截面 C 的強(qiáng)度 軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的 C 處， W＝ ? ?132257 5 . 5 6 00 . 1 1 6ecc M M P a M P aW?? ?? ? ? ? ?? 所以 軸強(qiáng)度足夠。 1 段：該段是小齒輪的 右軸端與電動(dòng)機(jī) ，該軸段直徑為 10mm，查《 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》，聯(lián)軸器 LT1，伸出段為 25mm 2 段： 此軸段一部分用于裝軸承蓋，一部分伸出箱體外。 ② 模數(shù) m=1 m=d1/z1= 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)應(yīng)大于或等于上式計(jì)算出的模數(shù)，查《機(jī)械基礎(chǔ)》 P311表 14－ 1，選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=1mm。 （ 2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪 由于本設(shè)計(jì)中的減速器是軟齒面的閉式齒輪傳動(dòng)，齒輪承載能力主要由齒輪接觸疲勞強(qiáng)度決定，其設(shè)計(jì)公式為： ? ? ? ?1231 ()EHdK M uZd u?? ?? ? ① 確定載荷系數(shù) K 因?yàn)樵擙X輪傳動(dòng)是軟齒面的齒輪，圓周速度也不大，精度也不高，而且齒輪相對(duì)軸承是對(duì)稱布置，根據(jù)電動(dòng)機(jī)和載荷的性質(zhì)查《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P147表 5－ 8，得 K 的范圍為 ~， 取 K＝ 。 整體尺寸：最大直徑 428mm，軸向長(zhǎng)度 478mm 機(jī)械結(jié)構(gòu)：電機(jī)、聯(lián)軸器、單機(jī)圓柱齒輪減速器、法蘭盤、輪轂 1．電機(jī)容量的選擇 輪胎滾動(dòng)摩擦系數(shù)表 路面 滾動(dòng)摩擦系數(shù) cr（新輪胎） 滾動(dòng)摩擦系數(shù) cr（舊輪胎） 混凝土 雨后 瀝青 碎石 壓實(shí)地 粘土 瀝青 我們針對(duì)自平衡小車設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)，其工作環(huán)境路面應(yīng)該為混凝土底面 考慮底面環(huán)境因素， 按較差的使用環(huán)境來計(jì)算最大功率要求 ， 所以取滾動(dòng)摩擦系數(shù)為。 （ 6） 定子 定子尺寸，考慮 外徑 與轉(zhuǎn)子的氣隙大小， 內(nèi)徑與軸固定，其厚度與繞組線圈有關(guān)。借鑒文獻(xiàn)，選取 23 對(duì)磁極（ 23塊永磁體、 23 個(gè)隱極）， 51 個(gè)定子槽。相數(shù)多少不僅決定了電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)的指標(biāo)和，同時(shí)也影響電機(jī)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 綜合比較： （三） 調(diào)速原理 其基本原理，如右示意圖所示。但此類電機(jī)也存在一些缺點(diǎn)：效率不高（特別是在低速時(shí)）、功率密度一般；是一個(gè)強(qiáng)耦合、多變量、非線性的系統(tǒng)，需采用適量控制和直接轉(zhuǎn)矩等控制手段，控制成本較高。為了使汽車能順利起步，要求電機(jī)在低 速時(shí)能提供大的轉(zhuǎn)矩。 （ 3）其他領(lǐng)域 輪轂電機(jī)還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域、如電動(dòng)摩托車、電動(dòng)輪椅車、電動(dòng)滑板車、高爾夫球車、大型礦用自卸車。日本對(duì)輪轂電機(jī)的研究起步早，其技術(shù)在 世界上處于領(lǐng)先水平。電機(jī)定子齒是獨(dú)立的，有利于繞線，但同時(shí)對(duì)齒的固定提出了更高要求，加工工藝復(fù)雜，成本較高。但該電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高，溫升較高，維修困難，電機(jī)軸向長(zhǎng)度限制嚴(yán)格。 （ 2）多 態(tài) 輪轂電機(jī)。電機(jī)永磁磁極與丁字繞組通電后 c形鐵軛兩個(gè)極性相反齒面等效磁極相互作用，轉(zhuǎn)子會(huì)朝某個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。與內(nèi)燃機(jī)汽車和單電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車相比，使用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的汽車具有以下幾個(gè)方面優(yōu)勢(shì)： （ 1） 動(dòng)力控制由硬件連接改為軟連接形式。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置靈活，可以使電動(dòng)汽車成為兩個(gè)前輪驅(qū)動(dòng)、兩個(gè)后輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)。 （二 ）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 (1)自驅(qū)動(dòng)式橫向磁場(chǎng)輪轂電機(jī) ，其定子轉(zhuǎn)子如下圖所示 。同時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，漏磁大，功率因素低，永磁體數(shù)量多，成本高，其應(yīng)用受到了一定限制。法國(guó) TM4 公司設(shè)計(jì)制造的一體化輪轂電機(jī) （圖如下） ，它是外轉(zhuǎn)子永磁式電機(jī)，電機(jī)永磁體轉(zhuǎn)子同時(shí)也是輪轂的一部分，將輪胎直接安裝在永磁體轉(zhuǎn)子上，該電機(jī)采用的是鼓式制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)鼓與電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成一體，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)子、輪轂以及制動(dòng)器的高度集成，減輕了輪轂電機(jī)系統(tǒng)對(duì)非彈簧質(zhì)量的增加量，車輛的控制性能能夠得到較好的改善。在相同技術(shù)指標(biāo)的前提下，該電機(jī)定子繞組的用銅量少，熱損耗小，效率高。該電機(jī)給車輪增加的終了只有月 15kg，卻可以產(chǎn)生越25kW 功率，產(chǎn)生扭矩比普通的雪佛蘭 s10 四缸皮卡高出 60%，加速性能也有所提高。 日本電動(dòng)自行車業(yè)十分發(fā)達(dá)，日本大部分公司都推出各自的品牌：雅馬哈公司“ YAMAHA PASS”、松下“ V IV I”、豐田的“ LACD IS”等。 在直接驅(qū)動(dòng)方式下 (見圖右 )，電機(jī)多采用外轉(zhuǎn)子。 （ 1） 異步電動(dòng)機(jī) 異步電機(jī)在四類電機(jī)發(fā)展歷史中最為長(zhǎng)久，其設(shè)計(jì)、制造以及控制技術(shù)都相對(duì)成熟，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造同一、費(fèi)用低、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，收到歐美國(guó)家的青睞。其缺點(diǎn)在：永磁體數(shù)目多，用量大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工藝要求高，電機(jī)成本高；漏磁嚴(yán)重；功率因素低；自定位轉(zhuǎn)矩較大等。 ： （ 1） 電機(jī)相數(shù) 永磁無刷直流電機(jī)的分相，可以是兩相、三相、五相甚至是十二相的。電機(jī)脈動(dòng)一直是制約永磁無刷電機(jī)性能提高的一個(gè)重要瓶頸，影響電機(jī)在性能要求的進(jìn)一步發(fā)展。 （ 5） 轉(zhuǎn)子 外轉(zhuǎn)子，其 外徑 尺寸與輪轂配合 ，內(nèi)徑與定子配合，厚度結(jié)合永磁體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 （二） 方案二 單級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng) 方案二設(shè)計(jì)思路： 本方案的基于已經(jīng)掌握熟練的直齒輪減速器設(shè)計(jì)方法，對(duì)輪轂電機(jī)工作環(huán)境做出估計(jì)運(yùn)算，再計(jì)算獲得傳動(dòng)比，確定齒輪和軸的設(shè)計(jì)，箱體的設(shè)計(jì)，最后得到和電機(jī)連接成一體的減速器，通過減小轉(zhuǎn)速和增大扭矩，對(duì)輪轂實(shí)行驅(qū)動(dòng)。 ② 精度等級(jí)初選 減速器為一般齒輪傳動(dòng)，圓周速度不會(huì)太大，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》 P145表 5－ 7，初選 8 級(jí)精度。使兩齒輪的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，最后確定 z2=95。設(shè)有 7 個(gè)軸段。 高速軸的軸段示意圖如下： 三位建模圖象如下 ⑤ 按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 A、 圓周力： 11 12 2 1 6 0 0 16020t MFNd ?? ? ? B、徑向力： 011 ta n 20 58 .2rrF F N?? ?。?繪制軸受力簡(jiǎn)圖