【正文】 說是對我們?nèi)说囊淮渭詈湾憻挕? 李立章： 這次的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計，是我第一次接觸產(chǎn)品的設(shè)計。起初我們在宿舍里討論，后來去實(shí)驗(yàn)中心三個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。 在鍛煉了個人能力的同時，本次課程設(shè)計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)報告，每一步都離不開團(tuán)隊的協(xié)作。團(tuán)隊合作，可以說是具有魅力和正能量的方式，互相鼓勵和督促，相互協(xié)調(diào)尋找一起的時間，聚在一起進(jìn)行討論和設(shè)計，這都讓我們從中體會到了樂趣。 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，能夠完成轉(zhuǎn)子、定子、磁隙、繞組等設(shè)計，完成一體式輪轂電機(jī)的仿真。 它 的另一個任務(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)計的水平上。同時， B0 塊還可通過程序配置為數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器區(qū)。C DSP 類型 :定點(diǎn) MMAC:40 器件標(biāo)號 :320 存儲器容量 , 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字零等待快閃存儲器，可滿足單片設(shè)計的要求，能最大限度減少用戶板的體積。DSP 器件價格大幅度下滑，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比，最終選擇了性能更優(yōu)異，性價比更高的 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：（報告見附錄三） 輪轂設(shè)計與分析 我們參考普通汽車輪轂進(jìn)行設(shè)計 輪轂設(shè)計二維 cad 圖 三維設(shè)計圖 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，但可能會出現(xiàn)砂眼，造成漏氣，甚至輕微磕碰即會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 右軸端與電動機(jī) ，該軸段直徑為 10mm，查《 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》，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)計齒輪 由于本設(shè)計中的減速器是軟齒面的閉式齒輪傳動，齒輪承載能力主要由齒輪接觸疲勞強(qiáng)度決定，其設(shè)計公式為： ? ? ? ?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，而且齒輪相對軸承是對稱布置，根據(jù)電動機(jī)和載荷的性質(zhì)查《機(jī)械設(shè)計學(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 輪胎滾動摩擦系數(shù)表 路面 滾動摩擦系數(shù) cr（新輪胎） 滾動摩擦系數(shù) cr（舊輪胎） 混凝土 雨后 瀝青 碎石 壓實(shí)地 粘土 瀝青 我們針對自平衡小車設(shè)計的輪轂電機(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)境來計算最大功率要求 ， 所以取滾動摩擦系數(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 對磁極（ 23塊永磁體、 23 個隱極）， 51 個定子槽。相數(shù)多少不僅決定了電動機(jī)的各項技術(shù)的指標(biāo)和，同時也影響電機(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）、功率密度一般；是一個強(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、如電動摩托車、電動輪椅車、電動滑板車、高爾夫球車、大型礦用自卸車。日本對輪轂電機(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，但同時對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形鐵軛兩個極性相反齒面等效磁極相互作用，轉(zhuǎn)子會朝某個方向旋轉(zhuǎn)。與內(nèi)燃機(jī)汽車和單電機(jī)集中驅(qū)動電動汽車相比，使用輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的汽車具有以下幾個方面優(yōu)勢： （ 1） 動力控制由硬件連接改為軟連接形式。輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的布置靈活，可以使電動汽車成為兩個前輪驅(qū)動、兩個后輪驅(qū)動或四輪驅(qū)動。 （二 ）國內(nèi)研究現(xiàn)狀 (1)自驅(qū)動式橫向磁場輪轂電機(jī) ，其定子轉(zhuǎn)子如下圖所示 。同時電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動大，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 TM4 公司設(shè)計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)采用的是鼓式制動系統(tǒng)，制動鼓與電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計成一體，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)子、輪轂以及制動器的高度集成，減輕了輪轂電機(jī)系統(tǒng)對非彈簧質(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)動方式下 (見圖右 )，電機(jī)多采用外轉(zhuǎn)子。 （ 1） 異步電動機(jī) 異步電機(jī)在四類電機(jī)發(fā)展歷史中最為長久，其設(shè)計、制造以及控制技術(shù)都相對成熟，且具有結(jié)構(gòu)簡單、制造同一、費(fèi)用低、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，收到歐美國家的青睞。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)脈動一直是制約永磁無刷電機(jī)性能提高的一個重要瓶頸，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 。 （二） 方案二 單級圓柱齒輪減速器傳動 方案二設(shè)計思路： 本方案的基于已經(jīng)掌握熟練的直齒輪減速器設(shè)計方法，對輪轂電機(jī)工作環(huán)境做出估計運(yùn)算，再計算獲得傳動比，確定齒輪和軸的設(shè)計，箱體的設(shè)計，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，對輪轂實(shí)行驅(qū)動。 ② 精度等級初選 減速器為一般齒輪傳動，圓周速度不會太大，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計學(xué)基礎(chǔ)》 P145表 5－ 7，初選 8 級精度。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?? ?。?繪制軸受力簡圖