電動三輪車結構設計說明書

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單位代碼 學 號 分 類 號 密 級 畢 業(yè) 設 計 (論 文 )電 動 三 輪 摩 托 車 結 構 設 計院 （ 系 ） 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 魏 華 瑞指 導 教 師 曲 偉 石2009 年 5 月 5 日黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 I 頁電動三輪車結構設計摘要本文簡要介紹了電動三輪車的分類、用途以及各個類型的電動三輪車的優(yōu)缺點。并根據我對電動三輪車的市場調查的情況進行分析研究，并對電動三輪車的某些結構做了簡要的介紹、改進和整合。首先，就電動車的發(fā)展過程發(fā)展前景以及電動車在發(fā)展過程中存在的問題做了簡要的介紹和分析，并對世界上其它國家電動車的發(fā)展狀況做了簡要的敘述。其次，本文對目前市場上的所具有的電動三輪車的類型做了一個詳細的介紹，并對各個類型的電動三輪車的配置、用途、適用人群、優(yōu)缺點做了簡要的介紹。最后，經過認真總結和對市場的分析并利用四年來所學的知識，在指導老師和任課老師的指導和其他同學的幫助下，對電動三輪車的整車參數、外形尺寸、前叉結構、驅動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)做了簡單的設計和改進。關鍵詞： 電動三輪車，前叉結構，驅動系統(tǒng)，制動系統(tǒng) 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 II 頁The structural design of electric tricycleAuthor:weihuaruiTutor:quweishiAbstractThis paper introduces the classification of electric tricycle, uses various types of electrical as well as the advantages and disadvantages of tricycles. And according to my electric tricycle for market research analysis of the situation, and some of the structure of electric tricycle a brief introduction, improvement and integration.First of all, on the development of electric vehicles and electric vehicle development prospects in the development of problems in the course of a brief description and analysis, and other countries in the world, the development of electric cars a brief description. Secondly, this article on the current market has the type of electric tricycle has made a detailed introduction to the various types of electric tricycle configuration, usage, the application of people, the advantages and disadvantages of doing a brief introduction. Finally, after a careful summary and analysis of the market and take advantage of four years of knowledge, in the guidance of teachers and classroom teachers and other students with the help of the whole of the electric tricycle parameters, dimensions, front fork structure, drive system and the braking system to do a simple design and improvement.Keywords: electric tricycle, fork, drive system, brake system黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 III 頁目 錄1 緒論…………………………………………………………………………………….11.1 課題背景及目的……………………………………………………………………11.2 國內外研究狀況……………………………………………………………………11.3 課題研究方法……………………………………………………………………. 21.4 論文構成及研究內容…………………………………………………………….… 22 電動三輪車結構設計方案對比分析………………….……………………………… 32.1 目前國內外常見的電動三輪車后橋的結構樣式………………………………. 32.1.1 單側電機、外置車架型……………………….………………………… 32.1.2 中置電機帶大軸型……….……………………………………… 42.2 電動三輪車根據用途不同的分類……………….…….……………………42.2.1 休閑型電動三輪車…………………………….………………………….42.2.2 客運型電動三輪車…………………………………………………………52.2.3 客貨兩用型電動三輪車……………………………………………………62.2.4 貨運型電動三輪車…………………………………………………………62.3 電動三輪車設計方案的確定………………………………………………………73 電動三輪車整車設計簡介………………………….…………………….93.1 電動三輪車的參數選擇………………….………………………………………. 93.2 電動三輪車外形簡介………………….…………………………………….…….94 電動三輪車前叉設計………………………………………………………………….114.1 前叉轉向軸設計……………………………………………………………….….124.2 前叉連扳設計…………………………………………………124.3 前叉筒管設計……………………………………………………125 電動三輪車驅動系統(tǒng)的設計…………………………………………….145.1 電動三輪車后橋設計……………………………. ………………………………145.2 電動三輪車后橋半軸的設計…………………………….……………………….225.2.1 后橋半軸的材料和最小直徑的選擇……………….………………………235.2.2 后橋半軸各段長度的確定………………. ……………………………….24黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 IV 頁6 電動三輪車制動系統(tǒng)的設計……………………………………………………….256.1 電動三輪車前輪制動系統(tǒng)的設計………………………………………………256.2 電動三輪車后輪制動系統(tǒng)的設計……………………………………………266.3 電動三輪車駐車系統(tǒng)的設計……………………………………………………27結論………………………………………………………………………………………….28致謝……………………………………………………………………………………….…29參考文獻…………………………………………………………………………………….30附錄………………………………………………………………………………………….31附錄 A 有刷和無刷電機的區(qū)別…………………………………………………….…31附錄 B 我國電動自行車的發(fā)展史……………………………………………………32黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 1 頁1 緒論1.1 課題背景及目的目前電動車已經成為城鄉(xiāng)主要的交通工具之一，為了順應時代的潮流和人民生活的需要，我早已想對電動車做進一步的開發(fā)，通過和指導老師討論決定對電動三輪車進行進一步的研究和改進，設計出一款更為實用經濟的電動三輪車產品。由于能源價格的日益攀升，電動車具有方便,節(jié)能,環(huán)保等優(yōu)點，國家倡導綠色能源，電動車將在世界各地逐漸普及，這對保護環(huán)境、節(jié)約資源和提升人們的生活質量有重要的作用。針對掌握的資料知道電動摩托車是以蓄電池作為輔助能源，它雖然具有普通三輪摩托車的外表特征，但主要的是，它是在普通三行車的基礎上，安裝了電機、控制器、蓄電池、轉把、閘把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)的、機電一體化的個人交通工具。無論是國內銷售,而是海外發(fā)展的電動三輪車.現在還是處于一個摸索中成長的階段。表現主要有以下幾點:科技含量不夠高，整體產業(yè)鏈上中下游問題百出，無具體的行業(yè)標準要求限制。電動車行業(yè)經過 05 和 06 年“井噴”式增長，到 07 年整個行業(yè)產能已經達到了約 6700 萬臺，而 08 年市場需求只有 2100 萬臺左右，由于產能嚴重過剩，行業(yè)開始進入洗牌階段，許多中小企業(yè)都陸續(xù)的退出了電動車行業(yè)，09 年行業(yè)市場競爭會更加激烈。電動車行業(yè)由于門檻低，技術含量不高，產品仿冒層出不窮，大多數企業(yè)在新品開發(fā)上放棄了自主研發(fā)而采取市場跟進策略，即市場上什么車型暢銷就上什么車型。電動車市場消費者的不成熟，對新鮮外觀的追逐喜好的特點使得電動車新品更新換代過于頻繁，企業(yè)要想投其所好吸引這些消費者，就必須加快新品開發(fā)的速度，可見電動車新品開發(fā)得重要性。1.2 國內外研究狀況縱觀全世界，我國的電動車行業(yè)用了最少的政府財政支持和行業(yè)監(jiān)管，已經發(fā)展成為最大的電動車生產基地。原始設備制造商的工業(yè)增長從 1998 年的 10 增長到了 2005年的 481。根據非官方網站估計的數目，原始設備的增張從 1000 到了 5000 個。電動車制造廠的年生產輛從 1000 輛每年增加到了 300000 輛每年。多數自行車生產廠家的年產量在 10000 到 50000 輛，但有 6 家企業(yè)年產量超過了 20 萬輛。造成這樣的局面的重要原因是在這個行業(yè)里，部分企業(yè)的技術不夠成熟，供應商的網絡是巨大的，制造電動車相對簡單。8 個原始設備廠供應的零件的利潤率只有 6%。此外，和大公司的管理人員訪談時得知，相當多的中小企業(yè)盜竊知識產權的現象嚴重黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 2 頁（IP） 。由于進入這一行業(yè)的門檻太低和知識產權保護意識太差，有許多無牌的電動自行車制造廠銷售劣質電動車，但是成本相當低。一些原始設備制造商預測，在未來幾年，電動自行車生產廠家數量將大幅下降并且保持相對穩(wěn)定的廠家數目 。該公司說明。目前，制造電動自行車的廠家背景各種各樣。有些成立的電動車廠家是摩托車廠家，電器廠，甚至是玩具車廠家根據目前的電動車市場的需要的增加而轉產的。其中一些公司已經成立 60 多年的大公司，但是直到 2000 年才開始制造電動自行車。許多公司甚至沒有一點制造業(yè)的經驗就直接進入制造電動自行車的行業(yè)。德、日、法、美這幾個汽車工業(yè)發(fā)達國家，到目前為止都已研制出實用的電動汽車，其中包括大客車、轎車、摩托車等。美國幾大主要汽車制造商已廣泛深入的開展了電動車的研究。其中通用汽車公司是電動汽車行業(yè)的領導者。通用與美國能源部合作，用MH-Ni 電池取代鉛蓄電池，使電動車一次充電行使距離達到 160km，他們計劃在 2004年開始生產燃料電池的電動汽車。1.3 課題研究方法通過網上資料的搜集和對市場的親身調查發(fā)現現在電動三輪車的發(fā)展狀況和技術水平，然后通過對資料的整合和自身大學四年學到的知識的運用和指導老師的幫助，把各項新的技術運用到設計的新產品中。1.4 論文的構成及研究內容論文由任務書、開題報告、文獻綜述、外文文獻、目錄、正文、附錄、圖紙、參考文獻和心得體會等文件組成。內容主要是電動三輪車的整車簡介、電動三輪車前叉的設計、電動三輪車驅動系統(tǒng)的設計和電動三輪車制動系統(tǒng)的設計等組成。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 3 頁2 電動三輪車結構設計方案對比分析2.1 目前國內外常見的電動三輪車后橋的結構樣式2.1.1 單側電機、外置車架型單側輪電機，外置車架（車架在車輪外邊） ，這種結構的車沒有大軸，穩(wěn)定性不好，后兩輪不同步，載重量輕，車架易變形。這種電動三輪車的優(yōu)點是制造工藝簡單車身輕便，耗電量相對較小 ，沒有差速器，驅動系統(tǒng)相對簡單，成本低。缺點就是使用范圍比較狹小，不適合在路況不太好的鄉(xiāng)下使用。一般情況下此種車型車速較低，車子容易掌控，可作為老年人、殘疾人代步用車。如圖表一所示圖表 1黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 4 頁2.1.2 中置電機帶大軸型要選擇中置電機帶大軸的車， （大軸又稱后橋、后梁，是連接三輪車后兩輪之間的車軸，三輪車的重要部件）這種車穩(wěn)定性好，中置電機同時驅動后兩輪，啟動平穩(wěn)。而且這類車不用外置車架，整車外觀也好看。 這種類型的車成本比較高、車身比較重、承載能力強，適合城市貨運和路況比較差的城鄉(xiāng)使用。隨著使用范圍的擴大，還出現了電動三輪出租車，電動三輪環(huán)衛(wèi)車等。2.2 電動三輪車根據用途不同的分類2.2.1 休閑型電動三輪車休閑型電動三輪車以自用為主，通常作為老年人休閑娛樂、接送兒孫上學或者買菜走親戚所用。老年人可以用來作為結伴去釣魚、逛公園、健身等的代步工具。車身比較輕，車速比較低，比較省電，還有助理腳踏，可以作為低電或者沒電時應急所用，也可以作為老年人鍛煉身體的工具。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 5 頁圖（1） 休閑型電動三輪車2.2.2 客運型電動三輪車客運型電動三輪車以城鎮(zhèn)客運為主，他的主要特點就是承載能力強，可以坐五到六人，電池容量比較大，車身比較重比較長，一般采用中置電動機或者是采用差速電機的方式作為后橋的驅動方式。電池容量大、電機功率較大、電壓較高、行程比較遠。同時也有助理腳踏，在低電、沒電或者上坡、起步時使用。這種客運型點動三輪車多用在城鄉(xiāng)客運或者出租所用，車速比較高、車身比較大、軸距較長，穩(wěn)定性比較好。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 6 頁圖（2）客運型電動三輪車2.2.3 客貨兩用型電動三輪車客貨兩用型電動三輪車集合了客運和貨運的長處，用途更多、應用范圍更廣泛。一般也是采用的中置電動機或者差速電機作為后橋驅動系統(tǒng)，不僅可以載人，還可以載貨，不管是城市還是農村都可以用。它的電動機功率、電池容量、電池組電壓更為高，這樣車速更高、動力更強、行程更遠、 。同時車身使用的鋼材更厚、標號更高，同時那整車成本更高。圖（3）客貨兩用電動三輪車2.2.4 貨運型電動三輪車貨運型電動三輪車與客運型電動三輪車驅動形式相差不大，也是以中置電動機或者差速電動機為主要的驅動方式，只是電動機的功率更大，電池電壓更高、電動機功率更高，電池容量更大而已。主要作為城市的輕貨的運輸工具，與其他機動車相比居于價格低，操控簡單，方便實用的特點。貨運型電動三輪車的鋼材標號最高，鋼板厚度更厚，成本也相應的會更高。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 7 頁圖（4）貨運型電動三輪車2.3 電動三輪車設計方案的確定綜合所有電動三輪車的特點和用途，再經過我對本地區(qū)市場的需求，我決定設計一款新型的貨運電動三輪車。因為現在的貨運型電動三輪車整體來說使用的是多塊電車組和中置電動機。這樣呢就加重了車身的自重，還需要有鏈條的傳動。這樣的電動三輪車的缺點呢有兩點：一、電動三輪車的電池組的自重消耗了電池的電量，使得電動三輪車的行程縮短；二、用鏈條傳動在功率的傳遞過程中也消耗了一部分電能。那么我就想能不能在電動三輪車上使用一種新型的電池組呢？它既有同樣的電池容量，也擁有比較低的自身重量。再一個就是能不能也把貨運型電動三輪車設計成后橋以差速電動機的形式為驅動方式呢？還有就是目前的貨運型電動三輪車外觀都是如圖四所示的樣式，千篇一律，雖說是用來拉貨用的，但是總體來說還是不夠美觀，不能吸引人們的眼球。那么我能不能在貨運型的電動三輪車的外觀上做點文章呢？通過我認真的分析、導師的指點和通過搜集市場的資料和調研。一個全新的貨運型電動三輪車在我的腦海中應運而生。那就是使用新型的電池組和差速電機做為驅黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 8 頁動的改進為方案，和更為講究而且符合大眾口味的電動三輪車。不僅外觀漂亮，而且車身自重更輕、行程更遠，使用維護更為方便，噪音更低的電動三輪車將會在不久的將來展現在大家的面前。圖（5）黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 9 頁3 電動三輪車整車設計簡介3.1 電動三輪車的參數選擇外形尺寸：2910×1000×1210額定功率：1500w 額定電壓：72 v 電池容量：600Ah 最大行程：120km 最高車速：30 km/h 轉彎半徑：2.5m 爬坡能力：16°車輛自重：200kg（含電池）總 承 重：450kg 3.2 電動三輪車外形簡介經過認真的調研和對目前市場的考察，經導師指點。我設計了一款新型電動三輪車。其外觀如下：黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 10 頁圖（6）改進型電動三輪車車身效仿了原來比較流行的三輪摩托車的外觀，整體比較協(xié)調，符合多數人的審美關，市場前景很好。具體參數如下：前后軸距:1930mm 、后輪軸寬:810mm 、整車長:2910mm、整車寬:1000mm、整車高:1210mm 。車斗為三開門型新型設計方法，方便裝卸貨物，操作簡單。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 11 頁4 電動三輪車前叉設計前叉部件：前叉部件在電動三輪車結構中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導向系統(tǒng)。 轉動車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了電動三輪車的導向作用。此外，還可以起到控制電動三輪車行駛的作用。前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質，故前叉部件必須具有足夠的強度等性質。導向系統(tǒng)：由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。那么前叉又是連接車體和前輪的載體，起到非常重要的作用。通常的前叉由前叉立管、下檔、鋼珠、下碗、車架子、上碗、鋼珠、上檔組成。前叉總體設計如下圖：圖（7）前叉總成黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 12 頁4.1 前叉轉向軸的設計軸的材料選擇和最小直徑估計：根據工作條件，初選軸的材料為 45 鋼，調質處理。按鈕轉強度法進行最小直徑估算，即： 30pdAn?電動三輪車額定功率：1500w 、最高車速：30 km/h 、電動三輪車總 承 重：450kg 經計算前叉軸徑為直徑為:45mm, 上下立管軸徑為:30 mm,減震套筒為外徑:40mm,內徑為:33mm 的圓管狀。4.2 前叉連扳設計根據前輪軸的長度可以確定前叉立管中心距為 176mm,采用螺母夾緊增加摩擦力的方式來進行固定。夾緊孔選擇直徑為 34mm，立管中心線到轉軸中心線的垂直距離為 22mm,連扳厚度為 30mm。泥瓦安裝孔到轉軸的中心孔的垂直距離為 62mm.4.3 前叉筒管設計據我了解，前叉目前有很多種設計方式，常見的有液壓式，彈簧式，氣壓式等等。氣壓式減震是通過氣囊來完成其性能的氣囊真正的作用有兩點：1、緩解內桿移動時產生的液壓腔容積變化！2、防空程作用，使液壓阻尼能更好的工作！第 1 點很容易理解，內桿雖然比較細，但是液體不能壓縮，內桿壓進去后內腔容積的一點點變小也足以產生高壓是減震油泄露！一般民用車的減震是通過液壓腔不注滿，保留一部分氣體用于適應這個容積變化，但是減震劇烈運動時，氣體就可能使液壓油產生氣泡，氣泡通過活塞時就會產生震動和不穩(wěn)定！使用氣囊的話就既可以通過收縮緩解這個容積變化，又把油氣分離，避免減震油產生氣泡影響減震效果！第 2 點，如果沒有氣囊，減震快速壓縮的時候，活塞下的空間很可能產生真空，減震再回彈的時候，產生真空的那一段行程內就是無阻尼的，影響了減震的效果，這個區(qū)域稱為“空程 ”，這種情況在民用車上沒多大關系，但用在減震器需要高速、劇烈運動的賽車上問題就大了！而氣囊減震通過充入高壓氣體，相當與大大提升了液壓腔的氣壓，可以有效的避免減震壓縮時活塞下端產生真空的“空程” ，也就改善了減震的效果！可以看出氣囊的作用，跟“使減震更硬” 、 “把車頂高一點”完全沒關系，希望不要再有朋黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 13 頁友們進入這樣的誤區(qū)！氣囊減震圖如下：圖（8）氣囊減震圖但是使用氣囊式減震成本太高，一時還難以讓消費者接受。我決定還是使用彈簧式減震比較使用，用在電動三輪車上完全可以滿足它的使用要求。故在這里還是選用彈簧式前叉，前叉立管的最小長度選擇為:320mm, 最大長度為:380mm。車軸孔直徑選擇為:17 mm,兩立管內沿的距離為:152mm。這款減震器既經濟使用，又完全能滿足車輛的使用要求，并卻在市場上也容易買黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 14 頁到，便于零部件的購買與維修。不是出現大的問題，一般情況下自己就可以處理和進行維護。5 電動三輪車驅動系統(tǒng)的設計5.1 電動三輪車后橋設計電動三輪車后橋采用丁字型后橋：丁字型電動后橋具有結構緊湊、體積小、傳動效率高、故障率低、適應能力強等優(yōu)點，專門用于實用三輪、小四輪電動車。 它的應用重量應用使車輛重量減輕，機構布置合理、車輛控制操作簡單、成本大幅下除、故障率明顯減少，是低價位鉛酸電池電動車的最佳配套產品。 為便于用戶了解，現將其技術參數簡述如下，以供使用前參考。其寬度可根據用戶定制圖（9）丁字形電動三輪車后橋丁字型電動三輪車后橋采用的是差速電機的驅動形式，這樣的后橋不用鏈傳動，直接通過齒輪傳動傳到后輪上。較少了功率在傳動過程中的能量損失，也簡化了后橋的工藝流程和加工難度。既方便又實用美觀，一定是未來電動三輪車的典范。車架部件是構成電動三輪車的基本結構體，也是電動三輪車的骨架和主體，其他部件也都是黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 15 頁直接或間接安裝在車架上的。電動三輪車電機的功率選擇為 1500w,那么就需要一種電容比較大的電池組來作為驅動電源。 隨著電動助力車行業(yè)從 2006 年下半年開始進入行業(yè)整合與戰(zhàn)略轉型階段，其動力電源配套產品也呈現出新的趨勢特征。典型的主流趨勢是鋰電池開始以產業(yè)化模式用作電動助力車動力電池，以替代鉛酸蓄電池和鎳氫電池等傳統(tǒng)產品。在政府政策規(guī)范和行業(yè)協(xié)會大力倡導下，以及消費升級和消費結構變化的推動下，電動助力車用鋰電池的發(fā)展十分迅速，且呈現加速度的態(tài)勢。據估算，2007 年電動助力車用鋰離子電池出貨量在 25 萬組以上，較上年增長約 110%；人們樂觀預測 2008 年出貨量可以達到 50 萬組以上，再現翻番的增長速度。經過 2～3 年的行業(yè)磨合，在電動助力車結構逐漸梳理清晰的背景下，電動助力車用鋰電池的年出貨量將可望達到 100 萬組以上，占電動助力車電池整個市場的約 5%以上。 鋰電池由主要用于電子數碼終端消費品的儲能型二次電源向動力型二次電源發(fā)展，是其產業(yè)發(fā)展歷程中一次質的飛躍。由此推動鋰電池行業(yè)擴張能力大幅度提升。其中，鋰電池用于電動助力車動力電源是其最具有劃時代意義的行業(yè)拓展。如果能夠成功，則是鋰電池自手機電池以后所開拓的最具發(fā)展?jié)摿Φ氖袌隹臻g。對此，分析并把握現階段鋰電池用于電動助力車的關鍵特點顯得尤為重要。直接挑戰(zhàn)鉛酸蓄電池，較高的成本是用于電動助力車的鋰電池的第一個關鍵特點。較低的成本所決定的高性價比特點是鉛酸蓄電池 160 多年長盛不衰的關鍵因素。鋰電池在沒有任何中間過渡層產品的情況下用于電動助力車，直接與鉛酸蓄電池競爭，主要是性價比競爭，因此產生非常大的壓力。相對于鉛酸蓄電池來說，鋰電池較高的成本主要由于以下原因：第一、原材料價格較高。鋰電池的正極材料、負極材料、集流體、隔膜、電解質等主材價格比鉛酸蓄電池高出很多，其組裝輔材和外部電路系統(tǒng)成本則是鉛酸蓄電池幾乎沒有的。雖然鋰電池由于能量遠高于鉛酸蓄電池，因此單位功率的原輔材料成本并沒有表現出來的成本差距那么大，但是二者的材料成本差距確實存在，而且差距以倍數計；第二、由于制作工藝的原因，鋰電池的人工成本比較比例。在制造成本中，鋰電池的人工成本占 40%以上，而鉛酸蓄電池的人工成本一般為 10%～20%；黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 16 頁第三、鋰電池生產用的機器設備價值較高，單位功率的固定資產折舊金額較大；第四、鋰電池在生產中大部分過程是不可逆的，而鉛酸蓄電池是可逆修復的，因此鋰電池的總體合格率較低；第五、鉛酸蓄電池使用之后的回收價值在 40%以上，而鋰電池的回收價值幾乎是零。綜上，相對于鉛酸蓄電池，鋰電池用于電動助力車的成本較高是一個突出的特點，也是影響鋰電池大規(guī)模替代鉛酸蓄電池用于電動助力車的關鍵特點。對此，我們必須正視，不能回避。鋰電池是迄今所有商業(yè)化使用的二次化學電源中性能最為優(yōu)秀的電池，這也是促進鋰電池用于電動助力車的一個關鍵因素。主要的可以概括如下：（1）比能量高；無論是體積比能量，還是重量比能量，鋰電池均比鉛酸蓄電池高出三倍以上。由此決定了鋰電池體積更小、重量更輕，其市場消費感覺很好；（2）循環(huán)壽命長；鋰電池用于電動助力車的循環(huán)壽命一般在 800 次以上，采用磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池可以達到 2000 次左右，超出鉛酸蓄電池 1.5 倍至 5 倍以上。這大大降低了鋰電池的使用成本，提高了消費者的使用便利程度；（3）具有較寬的充電功率范圍；這是鋰電池具有的獨特優(yōu)勢。在需要時，可以1C～3C 充電，使充電時間控制在 20 分鐘～1 小時，充電效率達到 85%以上。在進一步技術創(chuàng)新的基礎上，這一特性得到更好的發(fā)揮，可以具有很好的商業(yè)價值；（4）倍率放電性能好；鋰電池的倍率放電可以達到 10 倍率以上，特殊制作可以達到 30 倍率。這一特性非常有利于電動助力車的智能控制騎行技術的發(fā)展。只是目前對這一特性尚未有很好的開發(fā)與利用。在鋰電池發(fā)展過程中，因為采用的正負極材料及其配方不同，出現過爆炸、燃燒等不安全現象。主要是負極采用金屬鋰，經循環(huán)后產生枝晶，致使短路，出現燃燒爆炸；而正極材料采用鈷酸鋰或鎳鈷鋰等，其化學活潑性較高，在石墨負極的配合下，一旦出現高溫，容易發(fā)生爆炸燃燒。盡管實際發(fā)生的概率在十萬分之一或百萬分之一黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 17 頁以上，但由于以手機及筆記本電腦等為主的電子消費品數量極大，使用范圍極廣，因此累計發(fā)生的安全事故絕對數量使人們感覺很多。由于這些電子消費品是人們日常生活經常相伴，不可或缺的用品，一旦發(fā)生安全問題，影響很大，致使人們“談鋰電池色變”。這種在電子數碼產品中使用的鋰電池的安全問題形成一種成見，開始影響電動助力車用鋰電池。之所以說這是一種“ 成見性 ”的特點，是因為在技術創(chuàng)新的推動下，這一問題已經得到解決。目前，多家研究機構和企業(yè)通過技術創(chuàng)新采用改性錳酸鋰或磷酸鐵鋰為正極材料，其氧化性呈惰性狀況，并具有很強的承受大電流、高電壓的能力，配以新型電解質和耐高溫隔膜，制作的鋰電池經過非常苛刻的測試，可以說，完全解決了安全性問題。以浙江振龍電源股份有限公司（以下簡稱“振龍公司” ）生產的動力型聚合物鋰電池為例，過充達到 3C15V，熱濫用達到 150 攝氏度，高溫 95 攝氏度擱置 48 小時，短路、針刺、振動，反復多次測試，無一爆炸燃燒?？梢哉f，這是一種與傳統(tǒng)鋰電池在基本性質上不同的鋰電池，它具有很好的安全性。但是，仍然在發(fā)生著的某些鋰電池安全事故，以及人們已經形成的成見，至今仍嚴重影響鋰電池用于電動助力車的進一步推廣，這也是我們不得不重視的一個關鍵特點。 這是鋰電池具有戰(zhàn)略發(fā)展意義的關鍵特點。 當鋰電池采用錳酸鋰正極材料以后；當聚合物鋰電池改革了電解質膜制作的特殊工藝以后，在技術創(chuàng)新的持續(xù)推進下，鋰電池進入了完全綠色環(huán)?？稍偕茉窗l(fā)展的嶄新階段。從社會發(fā)展宏觀層面和政府政策導向層面，采用這種全環(huán)保無污染的二次化學電源替代鉛酸蓄電池，生產成千萬輛甚至上億輛電動助力車供中國廣大老百姓作為基本代步交通工具，其重大戰(zhàn)略意義是不言而喻的。從操作層面把握，關鍵是政策力度在什么時候逐步到位。以上四個方面是決定現階段鋰電池用于電動助力車發(fā)展狀況以及發(fā)展趨勢和空間的關鍵特點。針對這些特點，采取積極的應對措施和主動有力的策略，是全行業(yè)的當務之急。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 18 頁我們目前的任務是將鋰電池這種綠色環(huán)保的可再生能源用于電動助力車行業(yè)，并推動其得到盡可能廣泛的發(fā)展。對此，我們首先應該分析并把握電動助力車的行業(yè)本質。無輪從我國自行車發(fā)展的歷史背景看，還是從我國人多地少，石油能源匱乏及經濟尚不發(fā)達的國情特點看，電動助力車是一種基本的、數量最多的代步交通工具。隨著經濟發(fā)展，人民生活水平提高，及對傳統(tǒng)自行車更新換代改進的需要，電動助力車的迅速發(fā)展具有必然的性質。對這一新興的、正處于快速發(fā)展中的行業(yè)的本質，筆者的初步認識是：高技術與低成本相結合，以滿足普通的代步交通工具需要。對這一行業(yè)本質的把握，主要有三個層面的要點：（1）高技術：電動助力車是一個高技術密集的產品，包括設計、電機、車身材質、電池和騎行控制系統(tǒng)，無一不是最新的高技術的成果。任何一個方面的技術含量欠缺不到位，都會使整個產品的性能和穩(wěn)定性大大下降；（2）低成本:電動助力車在中國是自行車的更新產品，其歷史價格參照物是自行車；而且購買電動助力車的主體是收入較低的普通老百姓，其年可支配收入一般在 1 萬元～2 萬元。因此，低成本是一個重要前提；（3）普通代步交通工具；這也就是說，電動助力車使用密度較高，騎行頻次較高，騎行的道路狀況可能不好，同時必然要求帶人載物。因此，消費者對電動助力車的騎行距離、循環(huán)壽命、充電時間、牢固可靠性及對路面的適應性等要求較高。把握電動助力車行業(yè)本質，根據現階段鋰電池運用的關鍵特點，我們才能夠設計應對策略和實現路徑，通過電動助力車用鋰電池整個供應鏈共同的努力，克服瓶頸，盡快把這個事業(yè)做大。對此，本文就以下對策進行初步探討：對策一：節(jié)能環(huán)保政策加大落實力度，加快落實步伐這是需要整個社會和政府做的事情。大量生產鉛酸蓄電池用于電動助力車，從微觀看，目前的性價比無出其右，低廉的成本是其他電池無法與之競爭的；但是從社會成本看，酸霧、鉛粉（鉛煙塵）和污水對環(huán)境的影響和社會支付的代價是很大的，而黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 19 頁且是需要長期支付的。一個負責任的社會主體，一個負責任的政府應該盡快阻止這種污染的繼續(xù)延續(xù)，盡快鼓勵支持節(jié)能環(huán)保產品的發(fā)展。這一對策的落實，是鋰電池用于電動助力車發(fā)展必要的前提和環(huán)境。對策二：以較高的整體性價比應對高成本就絕對的成本比較，鋰電池不可能做到與鉛酸蓄電池一樣；也就是說，單純以放電功率的性價比而言，目前鋰電池無法與鉛酸蓄電池競爭。但是整體性價比，是鋰電池與鉛酸蓄電池進行成本競爭的主要取勝之道。這包括兩個方面：一方面，以技術創(chuàng)新為基礎，不斷降低成本，提高性價比。鋰電池的核心是通過鋰離子脫嵌與嵌入的轉移來實現電能與化學能之間的轉換?？梢詫崿F并且更高效率的實現這一核心的鋰電池材料、制作工藝及其相關技術存在非常廣闊的創(chuàng)新空間。例如，研發(fā)創(chuàng)新采用錳酸鋰為鋰電池正極材料，既解決了安全性問題，又使正極材料的成本大幅度下降；由 60 多萬元一噸的鈷酸鋰下降為 5 萬多元一噸的錳酸鋰。另外，通過研發(fā)和技術創(chuàng)新，使目前鋰電池所需要的部分材料得以國產化，打破日本美國企業(yè)的壟斷，從而大幅度降低成本。這方面的工作已經取得了積極的進展?？梢猿醪焦烙嫞涍^ 1～2 年的努力，用于電動助力車的鋰電池的制造成本可以下降 30%以上。在鉛酸蓄電池的鉛資源價格不斷上漲的背景下，鋰電池的相對性價比將會大幅度提高。另一方面，通過整車的設計改進和消費理念的引導，提高使用鋰電池的電動助力車的“感受性價比 ”。所謂 “感受性價比”，是指消費者在消費過程中主觀體驗產品舒適度、便利度、新奇度及各種精神享受與其支付的價格的比較。例如，采用智能控制設計的電動助力車以騎行使用的力度為控制主體，充分發(fā)揮鋰電池倍率放電特性，騎行者越是用力，放電功率越大，速度越快并且騎行效率越好；這可以使騎行者獲得一種特別的感受。鋰電池具有較高的比能量，具有快充的技術條件，聚合物鋰電池又有非常好的設計柔性，這些都可以更好的利用來提高“感受性價比” ，彌補低層次的功率性價比的不足。對策三：加大產業(yè)鏈整合力度，充分發(fā)揮鋰電池的優(yōu)勢性能 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 20 頁從目前的實際情況看，由于鋰電池剛剛進入電動助力車行業(yè)，基本上采取的是就著鉛酸蓄電池軌跡走的路徑，按鉛酸蓄電池原有的設計套入鋰電池。例如電壓模式，因為鉛酸蓄電池是以 2V 單體為基礎進行串聯而成的，所以目前絕大多數電動助力車采用的電壓是 24V、36V 和 48V 等。而實際上，配合電機、載重、速度等等整車整體設計最佳的電壓、電流及放電功率卻未必如此。既然鋰電池有非常好的比能量、循環(huán)壽命、快充條件、倍率放電能力等等優(yōu)勢性能，那么電動助力車生產廠商在進行整車設計的時候，在制造過程安排的時候，在考慮售后服務維修的時候，將鋰電池制造企業(yè)更緊密的整合在一起，從而更好地發(fā)揮鋰電池的優(yōu)勢特性。例如放電功率，如果充分考慮鋰電池有效工作電壓在 3.0V～4.2V 之間，則可以用緊設計方式，在充分發(fā)揮電機功能的前提下，將鋰電池做的更小、更輕；再譬如，如果進一步完善技術創(chuàng)新，克服磷酸鐵鋰目前存在的弱點，將鋰電池循環(huán)壽命做到 1500 次以上，則在整車設計的時候，特別是電機壽命、材質壽命和控制系統(tǒng)壽命等，加大使用壽命延長的設計，推出 5 年以上的保質期，同時在商務策略和售后服務策略上進行調整，打造一種全新的概念車。總之，加大產業(yè)鏈整合力度，盡快采用總體設計模式，實現產業(yè)流程再造，以充分發(fā)揮鋰電池優(yōu)勢性能，是鋰電池大規(guī)模用于電動助力車發(fā)展的必由之路。對鋰電池用于電動助力車的發(fā)展作為一次產業(yè)轉型來對待，是一個龐大的系統(tǒng)工程；但是，以上述四個方面為抓手，從點的突破開始，以點帶面，綱舉目張，我認為是比較有效率的關鍵之處。在將鋰電池用于電動助力車的過程中，以振龍公司為代表的一些鋰電池生產廠商開發(fā)出具有更為高端技術的動力型聚合物鋰電池，這與電動助力車的需要更為契合。針對上述鋰電池應用于電動助力車的特點，振龍公司開發(fā)的動力型聚合物鋰電池具有更為明顯的優(yōu)勢特性：1、具有非常好的比能量特點，尤其是重量比能量聚合物鋰電池采用復合鋁塑膜為電芯外殼，因此在同樣技術和材料的情況下具有更好的重量比能量，見下表：在保持鋰電池工作電壓平臺最高的前提下，聚合物鋰電池的重量比能量是最好的；因黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 21 頁此在消費者的實際使用中，聚合物鋰電池是最輕便的；從目前正在緊鑼密鼓地制定行業(yè)政策和標準的角度看，聚合物鋰電池更適合用于電動助力車。2、具有更好的安全性能，因此聚合物鋰電池可以完全消除“安全性成見”聚合物鋰電池在被發(fā)明出來時，就是以其較高的安全性能為典型特征。聚合物鋰電池獨特的電解質配方和制作工藝方式，優(yōu)化了極性材料與電解質的結合關系，屏除了電池內部產生較大氣體壓力的源頭因素。同時，鋁塑膜外殼的軟包形式使得可能的內部壓力可以得到緩解。因此，聚合物鋰電池可以較好的避免液態(tài)鋰電池常見的爆炸與燃燒現象。目前的動力型聚合物鋰電池均采用錳酸鋰或磷酸鐵鋰為正極材料，這為徹底解決安全性問題奠定了基礎。3、具有獨特的柔性設計特點，因此聚合物鋰電池更適合產業(yè)流程整合聚合物鋰電池的極片規(guī)格、外形尺寸、極耳位置、連接方式等都具有很好的設計柔性，可以在較短的時間內，以較低的成本，盡可能貼近客戶的需要設計出新的款式、尺寸、規(guī)格、品種。這為推進產業(yè)流程整合，適應綜合設計需要提供了更好地條件，同時也為電動助力車更多個性化設計提供了較大的空間，為電動助力車生產廠家短平快地爭奪市場提供較好的支持。4、具有高倍率放電優(yōu)勢，因此聚合物鋰電池更顯強勢瞬間動能聚合物鋰電池在航模、玩具、電動工具等市場拓展過程中呈現出無可比擬的高倍率放電優(yōu)勢，相關技術已經比較成熟。因此當聚合物鋰電池用于電動助力車時，這一特性為電動助力車動力設計和智能控制系統(tǒng)設計提供了特別的技術支持；在電動助力車啟動、爬坡、瞬間加速等關鍵點和騎行中使用的力度大小，聚合物鋰電池的倍率放電性能可以提供非常到位的動能支撐，從而發(fā)揮獨到的效率作用。5、由于鋁塑膜和工藝的特點，聚合物鋰電池更具成本下降空間目前聚合物鋰電池的成本與液態(tài)鋰電池相當，但是，其在兩個方面具有更為確定的成本下降空間：一是鋁塑膜外殼，目前國產產品的研發(fā)已經取得階段性成果，估計黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 22 頁近一兩年可以有適用的批量化的產品供應。屆時，鋁塑膜外殼的成本將會有較大的下降幅度；二是制作工藝成本下降。目前聚合物鋰電池成本較高的一個重要方面是比較復雜的工藝過程和較高的制作成本。隨著工藝技術研發(fā)創(chuàng)新的進一步深化和簡化，聚合物鋰電池的制造工藝成本預期有較大的下降空間。電動助力車在實際使用過程中對快速充電性能有比較強烈的需求。針對此需求，振龍公司特別在材料匹配及特殊的工藝設計方面加大力度，開發(fā)的聚合物鋰電池具有很好的充電電流寬度。目前已經可以批量生產 1C 電流充電的聚合物鋰電池，可以使充電時間縮短到 1 小時。而已經在實驗室研發(fā)成功，并制作出樣品的 3C 充電模式，可以使充電時間達到 20 分鐘，其容量效率仍保持在 86%以上。我們認為，一旦實現工業(yè)化批量生產，電動助力車的使用便捷將會發(fā)生革命性的變化。綜上所述，新一代動力型聚合物鋰電池具有更為鮮明的特點，更有利于應用于電動助力車新的發(fā)展階段，因此，在國家政策進一步落實支持的背景下，張揚這些特點，并使這些特點在更大規(guī)模的數量上得以實現，將有力地推動電動助力車盡快進入一個更高層次的新的發(fā)展軌道。項目指標 鉛酸蓄電池 鎳鎘電池 鎳氫電池 液態(tài)鋰電池 聚合物鋰電池重量比能量（Wh/kg） 35 50 65 130 160額定電壓（V） 2 1.2 1.2 3.7 3.7現階段鋰電池應用于電動助力車及其發(fā)展的特點是解決行業(yè)轉型的關鍵，也是規(guī)范電動助力車管理的重要條件，更是發(fā)展綠色代步交通工具，打造環(huán)保節(jié)能社會的一個方面努力的核心。博鰲（亞洲）論壇將建設綠色節(jié)能社會作為大會主題之一，并將發(fā)展可再生能源作為其中的一個重點?？梢灶A期，對污染產業(yè)的制約，對綠色環(huán)保產業(yè)的扶持和倡導，將越來越成為社會的共識，中國政府的政策也一定會逐漸加大落實力度，鋰電池的用途也會會越來越多。5.2 電動三輪車后橋半軸的設計黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 23 頁電動三輪車后橋尺寸需要根據電動三輪車的車架的各個尺寸來完成，要想設計后橋的尺寸，必須以車架為前提。車架尺寸參數如下：車架總長度為：2225mm、車前身長度為：1030mm、車斗部分長度為：1145mm車架總高為：635mm、車身最寬為：670mm電動三輪車的車架總成具體尺寸參數如下圖：圖（10）電動三輪車車架圖5.2.1 后橋半軸的材料和最小直徑的選擇黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 24 頁根據工作條件，初選軸的材料為 45 鋼，調質處理。按鈕轉強度法進行最小直徑估算，即： 。 30pdAn?電動三輪車額定功率：1500w 、車輛自重：200kg（含電池）電動三輪車額定功率：1500w 、最高車速：30 km/h 、電動三輪車總 承 重：450kg 初算軸時，最小直徑段開有鍵槽，還要考慮鍵槽對強度的影響。當該段截面上有一個鍵槽時，d 增大 5%-7%,兩個鍵槽時，d 增大 10%-15%。為了能和軸承相配合，那么可以確定后橋半軸的最小直徑為 25mm,其余軸徑為 30mm.5.2.2 后橋半軸的各段長度的確定軸的各段長度確定：安裝車輪段長度為:120mm半軸總長為:318mm與差速電機嚙合處的花鍵長為:50mm黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 25 頁6 電動三輪車制動系統(tǒng)的設計制動一般前輪制動由手捏閘把來控制，后輪制動由腳踩制動踏板來完成。電動三輪車的制動裝置有機械鼓式制動器和液壓盤式制動器兩種。鼓式制動器結構與汽車、拖拉機相似，制動蹄塊由鋁合金壓鑄成型，上面粘有摩擦制動片，通過制動臂轉動制動凸輪并推開制動蹄塊起到制動的目的。制動器由油箱、柱塞閥油泵（均在車把上） 、液壓油管、制動鉗、制動盤等組成。制動錯開與前叉導向近固定在一起，是制動裝置的固定部分。制動盤與車輪固定在一起，隨車輪旋轉。制動時，握緊閘把，柱塞閥移動，推動液壓油沿液壓油管進入制動鉗的兩個油缸。在壓力油的作用下，油缸推動摩擦片從兩邊緊夾住制動盤，產生很大的摩擦阻力，迫使車輪停止轉動。放松閘把時，液壓油路中的壓力迅速回降，油缸帶動摩擦片恢復原位，解除制動。6.1 電動三輪車前輪制動系統(tǒng)的設計電動三輪車前輪制動系統(tǒng)采用手捏閘形式:制動原理：通過電動三輪車前叉手柄——手柄拉線——剎車拉片——剎車轉軸——輪觳——剎車皮——剎車鍋達到剎車的作用。各部分參數：前輪制動總摩擦片面積為（單片）：1870 2m前輪制動總面積為：1870 2=3740?2前輪輪觳直徑為:95mm摩擦片的直徑為:93.5mm轉軸為一個:6 14(mm)的圓角長方體