【導(dǎo)讀】該平臺車能夠在搭載相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況下進(jìn)行一定的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，供日后其他的開發(fā)人員以此為基礎(chǔ)開發(fā)出更多的內(nèi)容，以豐富其功能。載各種設(shè)備進(jìn)行工作的平臺，也可以作為工程領(lǐng)域研究人員通用的開發(fā)平臺。架上，其他控制器、線束置于車架內(nèi)部。該平臺車結(jié)構(gòu)簡單、體積小，具備微型無人車輛的

　　

【正文】 機(jī)構(gòu)能夠驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向，此外，還應(yīng)在此基礎(chǔ)上使結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。 本次平臺車選擇使用 直流步進(jìn)電機(jī) 來作為平臺車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)單元。步進(jìn)電機(jī)是 將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)， 是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 ,廣泛地應(yīng)用在各種計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)系統(tǒng)中。 其突出優(yōu)點(diǎn)是它可在寬廣 頻率范圍內(nèi) ,通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速 、 快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等 ,并且由其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價(jià) ,又非?？煽?,因此在眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用 [6]。 轉(zhuǎn)向系總體設(shè)計(jì)方案 平臺車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)選用直流步進(jìn)電機(jī)，通過支架將步進(jìn)電機(jī)、減速機(jī)固定在安裝在車架上的輪系安裝板上，通過聯(lián)軸器將減速機(jī)輸出軸與 圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三維圖所示的轉(zhuǎn)向支柱相連，從而實(shí)現(xiàn)扭矩從步進(jìn)電機(jī)到減速機(jī)再到輪系的傳遞。該部分設(shè)計(jì)圖如圖 所示： 四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 （ a） 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 （ b） 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)物圖 圖 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖及實(shí)物圖 轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī) 參數(shù)匹配 平臺車在進(jìn)行轉(zhuǎn)向的時(shí)候，車輪會(huì)受到一定的轉(zhuǎn)向力矩，而作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)必須能夠輸出一定大小的力矩 ， 并在 經(jīng)過減速機(jī)減速增距之后能夠驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn) 動(dòng) ，以 達(dá)成 驅(qū)動(dòng) 車輪 轉(zhuǎn)向 完成平臺車轉(zhuǎn)向 的功能。 （ 1） 輪胎 轉(zhuǎn)向力矩的計(jì)算 汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向系各個(gè)零件都會(huì)受到力的作用。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等等。精確的計(jì)算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來 計(jì)算汽車在瀝青路面或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 [7] wT （ N mm） ， 即： PG3μ=T31W （ 43） 式中： μ 輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取 ： 四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 G1— 轉(zhuǎn)向軸載荷（ N） ，本文取 G1=mg=120 =1176N； P— 輪胎氣壓 （ MPa） ，本文取 P=。 將數(shù)據(jù)代入式（ 43）可得 wT =18820N mm= m。 （ 2）電機(jī)參數(shù)的選擇和計(jì)算 這里采用直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向支柱結(jié)構(gòu)形式，考慮到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速過大，需要減速增矩，故電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)減速機(jī)構(gòu) 減速 后再驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸。 因此電動(dòng)機(jī)的 額定 輸出轉(zhuǎn)矩為 ： GT=T we （ 44） 式中： G減速機(jī)減速比，本文中選取 G=10。 將數(shù)據(jù)代入式（ 44）可得 Te= m。結(jié)合市場情況，選擇使用 J5718HB3401步進(jìn)電機(jī)，其額定扭矩 m，額定電流 ；選擇使用減速比為 1： 10 的行星齒輪減速機(jī)。該步進(jìn)電機(jī)型號參數(shù)如表 所示 ，尺寸參數(shù)如圖 所示 ，實(shí)物圖如圖 所示 ： 表 步進(jìn)電機(jī)型號參數(shù) 型號 J5718HB3401 保持轉(zhuǎn)矩（ N m） 額定電流（ A） 相電阻（Ω） 相電感（ mH） 引線數(shù) 4 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ g cm2） 450 重量（ kg） 圖 步進(jìn)電機(jī)尺寸參數(shù) 四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 圖 步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖 聯(lián)軸器的選擇 本次轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳力方案是通過聯(lián)軸器分別與轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)和安裝在輪子上的轉(zhuǎn)向支柱連接，步進(jìn)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)向力矩從電機(jī)軸到聯(lián)軸器到轉(zhuǎn)向支柱最終傳遞到車輪上，以實(shí)現(xiàn)平臺車的轉(zhuǎn)向功能。作為連接步進(jìn)電機(jī)與轉(zhuǎn)向支柱的中間傳力裝置，聯(lián)軸器需要具有一定的剛度，能夠傳遞一定的力矩。 通過上面的計(jì)算得到輪胎的轉(zhuǎn)向力矩是 wT = m，為了確保安全，因此聯(lián)軸器的 的額定扭矩應(yīng)該大于 wT ，結(jié)合市場產(chǎn)品 與 減速機(jī)輸出軸徑 以及 轉(zhuǎn)向支柱尺寸 ，選擇使用 彈性 單膜片聯(lián)軸器。該聯(lián)軸器型號參數(shù)如表 所示，尺寸參數(shù)如圖 所示 ，實(shí)物圖如圖 所示 ： 表 聯(lián)軸器型號參數(shù) 型號 SJC 型彈性單膜片聯(lián)軸器 額定扭矩（ N m） 25 最大扭矩（ N m） 50 d1 14 mm d2 19 mm D 55 mm L 45 mm L1 mm M M5 四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 圖 聯(lián)軸器尺寸參數(shù) 圖 聯(lián)軸器實(shí)物圖 本章小結(jié) 本章主要是對該四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向平臺車的底盤部分的設(shè)計(jì)。首先進(jìn)行了 該平臺車車架的設(shè)計(jì)，然后 對平臺車進(jìn)行了必要的強(qiáng)度校核，接著 進(jìn)行了平臺車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型與容量計(jì)算，最后 進(jìn)行了平臺車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與容量計(jì)算。 四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 第五章 總結(jié)與展望 全文總結(jié) 全文的主要內(nèi)容包括了四輪轉(zhuǎn)向平臺車復(fù)合電源系統(tǒng)的選型與計(jì)算、平臺車車架的設(shè)計(jì)與校核、平臺車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算、平臺車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算。全文的總結(jié)如下： （ 1）對平臺車的復(fù)合電源系統(tǒng)進(jìn)行了選型 ，并分別對復(fù)合電源系統(tǒng)中兩個(gè)重要的部分分別進(jìn)行了容量計(jì)算 ， 最終結(jié)合市場情況確定了需要購買的鉛酸蓄電池以及超級電容的型號參數(shù)和數(shù)量， 確保了所 選用的復(fù)合電源系統(tǒng)能夠滿足平臺車的正常行駛條件。 （ 2）確定了平臺車車架使用工業(yè) 6060W 鋁型材作為主要材料，搭建出了桁架式車架，并對比比亞迪 E6 電動(dòng)汽車尺寸參數(shù)，對平臺車車架的尺寸進(jìn)行了確定，并且通過計(jì)算機(jī)輔助軟件 ANSYS 對車架進(jìn)行了強(qiáng)度校核，其分析結(jié)果表明車架的強(qiáng)度滿足使用工況。 （ 3）確定了平臺車的驅(qū)動(dòng)形式為輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安裝方式 為直接固定到與車架相固定的鋁板上 ，并對 輪轂電機(jī) 進(jìn)行了功率、扭矩計(jì)算，在此基礎(chǔ)上對比市場銷售情況 選定了輪轂電機(jī)的型號、功率，以確保能滿足平臺車的行駛條件。 （ 4）確定了平臺車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為 57 步進(jìn)電機(jī)，并對平臺車進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析，確定了步進(jìn)電機(jī)的扭矩要求，并對比市場銷售情況選定了步進(jìn)電機(jī)的型號、扭矩以及減速 機(jī)型號、減速比。 實(shí)物設(shè)計(jì)成果展示 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為四輪轉(zhuǎn)向平臺車的底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，接下來將對本次實(shí)物設(shè)計(jì)的成果進(jìn)行展示： （ 1）車架 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物設(shè)計(jì)的 四輪轉(zhuǎn)向平臺車的 車架選用 6060W 工業(yè)鋁型材，通過鋁合金角件與螺栓連接而成，其尺寸（長 寬 高）為 900230240mm。該部分 三維 設(shè)計(jì)圖如圖 （ a）所示， 實(shí)物圖如圖 （ b） 所示： 四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 （ a）車架三維設(shè)計(jì)圖 （ b）車架實(shí)物圖 圖 車架結(jié)構(gòu)圖 （ 2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物設(shè)計(jì)的四輪轉(zhuǎn)向平臺車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該輪轂電機(jī)額定功率 500W，額定扭矩 450N m。平臺車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 三維設(shè)計(jì)圖如圖 （ a） 所示， 實(shí)物圖如圖 （ b）、 （ c） 所示： （ a）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)圖 （ a）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)物圖 圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 （ 3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物設(shè)計(jì)的四輪轉(zhuǎn)向平臺的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選用步進(jìn)電機(jī)作為轉(zhuǎn)系系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該步進(jìn)電機(jī)額定扭矩是 m。該部分 三維設(shè)計(jì)圖如圖 （ a）所示， 實(shí)物圖如 所示： 四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 （ a）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)圖 （ b）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)物圖 圖 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖 （ 4）平臺車整體結(jié)構(gòu) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物設(shè)計(jì)的四輪轉(zhuǎn)向平臺車的設(shè)計(jì)方案是通過工業(yè)鋁型材搭建成桁架式車架，復(fù)合電源系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等都固定在 這個(gè)桁架式 車架上 。該平臺車的 三維設(shè)計(jì) 圖如圖 （ a） 所示， 實(shí)物圖如圖 （ b） 所示： （ a） 平臺車整體仿真分析圖 （ b） 平臺車整體裝配實(shí)物圖 平臺車整體結(jié)構(gòu)圖 展望 鑒于本人的設(shè)計(jì)水平以及學(xué)院實(shí)驗(yàn)室條件有限，對于 該四輪轉(zhuǎn)向 平臺車的設(shè)計(jì)還有一些不足的地方，需要繼續(xù)進(jìn)行研究與改進(jìn)。 （ 1）由于計(jì)算機(jī)硬件配置的限制，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對平臺車車架進(jìn)行強(qiáng)度有限元分析時(shí)，對平臺車車架模型以及所受載荷進(jìn)行了簡化。 在 有條件進(jìn)行車架實(shí)際模型有限元分析的話，其有限元分析的應(yīng)力分布和應(yīng)力值以及最大變形量將會(huì)更精確。 （ 2） 由于時(shí)間和技能水平限制，沒有對轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，平臺車功能不夠完善。后續(xù)完善轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況下，平臺車的功能將更加完善，將能發(fā)揮出重要的研究作用以及實(shí)驗(yàn)價(jià)值。 （ 3）由于時(shí)間及資金限制，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)，雖然裝配方便了很多，但某些結(jié)構(gòu)方面還不夠完美，還需要進(jìn)一步對這些部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。 四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 致謝 時(shí)光荏苒，轉(zhuǎn)眼間我在 xxxxxxxx 的學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束。本科學(xué)習(xí)階段有很多老師、同學(xué)給我提供了各種各樣的幫助。 首先我先要感謝我的父母雙親。感謝 您二位 這二十年來的養(yǎng)育之恩，感謝你們一路的支持，讓我可以無后顧之憂的完成從小學(xué)到大學(xué)本科的求學(xué)之路。也感謝你們鼓勵(lì)我繼續(xù)求學(xué)，雖然因?yàn)榉潘删枰呀?jīng)失敗了一次，但是我想下一次我一定會(huì)努力考取理想的學(xué)校。 其次，我要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師 xxxx老師。感謝這一個(gè)多學(xué)期以來 xxxx老師在對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的指導(dǎo)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中， xxxx 老師幫我爭取到了實(shí)物設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，讓我在走出校門之前能進(jìn)一步提升自己的設(shè)計(jì)能力以及動(dòng)手操作能力。另外， xxxx 老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中向我指明了本次課題的大方向，并在我遇到問題與困惑的時(shí)候幫我分析、與我討論，并最終幫我解決問題，也在后期對我的論文進(jìn)行指導(dǎo)修改。感謝 xxxx 老師在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中對我的指導(dǎo)，也感謝以前在 xxxxxxxx 比賽時(shí) xxxx老師對我們的教誨。 再次，我要感 謝我的班主任 xxxx老師。感謝 xxxx老師在我大學(xué)四年期間對我學(xué)習(xí)和生活上的指導(dǎo)與關(guān)心。除此之外，我還必須感謝本科期間能加入在 xxxx老師指導(dǎo)下的校 xxxx車隊(duì)，也感謝 xxxx老師對我在 xxxx車隊(duì)期間的指導(dǎo)，讓我可以對課本上的東西有進(jìn)一步深入的了解，讓我有學(xué)以致用的機(jī)會(huì)。 再次，我要感謝 xxxxxxxxxx 車輛教研室全體老師以及其他所有對我的學(xué)習(xí)、生活提供幫助的老師。感謝本科四年來您們教給我車輛工程專業(yè)的相關(guān)知識，提升我的專業(yè)技能。也感謝您們在我在 xxxx 車隊(duì)、校記者團(tuán)、校 xxxxxxxxxx 期間對我的關(guān) 心與培養(yǎng)。 再次，我要感謝我所有的同學(xué)們和我的摯友們、兄弟們，感謝你們本科四年來對我的支持與關(guān)心，是你們讓我這四年的本科生活不孤單，也是你們讓我這四年的本科生活無比充實(shí)。愿畢業(yè)后我們都能彼此經(jīng)常聯(lián)系，共同維系這段本科校友情、摯友情、兄弟情。 最后，我要感謝 xxxxxxxxxxxxxx 對我本科四年來的培養(yǎng)。感謝 xxxxxxxxxxxxx 給了我這樣一個(gè)平臺，來學(xué)習(xí)專業(yè)知識、提升專業(yè)素養(yǎng)；也感謝 xxxxxxxxxx給了我這樣一個(gè)舞臺，來讓我與廣大同學(xué)們演繹生命中這一段精彩片段。 在這里預(yù)祝 xxxxxxxxxxx 辦學(xué)越來越好，教學(xué)水平越來越高！ 四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)平臺車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 參考文獻(xiàn) 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