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环保无动力汽车设计与制作

2015-06-02 16:47 来源:汽车设计论文 人参与在线咨询

1项目的意义

环保无动力汽车项目是指车身利用环保材料,车架利用金属物品电焊铆接而成的无动力汽车。近年来汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断进步。汽车已经是机械、电子、材料等学科的综合产物。传统汽车虽然加快了人类的生活节奏,但也引发的环境污染问题,保护好人类生存的环境已经受到全世界的关注。汽车的结构复杂、种类繁多。目前汽车仍然是以活塞式内燃机为动力的传统结构,由此燃烧排放的尾气避免不了对环境的影响,现计划设计制造出一辆由太阳能板提供汽车用电,脚踏驱动的环保无动力汽车,通过科研创新,把汽车结构设计,材料选择与绿色环保健康的三者融为一体。本课题研究是设计制造一辆环保无动力小车。利用无动力汽车的设计理念,通过材料选择、结构强度受力分析定设计方案,试制出样车。本设计的环保无动力汽车是可以实际操作行驶的,其特点是:体积小,占用空间少;安全可靠;节能环保,零污染;结构简单,便于理解操作;适用人群广,也用于娱乐及教学实训。

2项目论证及设计方案

本项目对无动力汽车的转向、制动、车架、车轮和照明装置的设计原理、设计方案、制作工艺以及对小车行驶使用的说明:

(1)为了达到相对布置合理,整齐美观,操作及检测维修方便,工作稳定的目的,我们根据设计车型的初衷,同时参考许多无动力车、汽车的结构等,最终选择人力机械制动、脚踏驱动、太阳能光伏发电系统提供照明系统及辅助用电。

(2)车架设计所选择的材料是Q235钢管,质量轻,有弹性,车架底座离地面的距离能达到15cm,便于汽车的行驶通过。底座长宽的尺寸根据转向系机构的长度所占位置决定的,方向盘在上端,传动轴在中间位置。具体尺寸为:底座长度900mm,宽710m。

(3)车架强度校核:转向装置转动的总质量约为90kg,F1=90kg×9.8n/kg=882N,F2=60kg×9.8n/kg=588N,其中F1是转向系自身的作用力,F2是实训人员操作时所给转向系的作用力。

1)定位机构钢板的应力分析:

应力公式:σ=FN/A因为定位机构主要是由定位机构的角钢受力,所以FN=588+882=1470N,钢板横截面的长a=4.5mmb=4.5mm,所以面积A=20.25×10-6m2由此计算得:σ=43.46×106Pa,根据查表,可得Q235钢的屈服点σs=240MPa,因σ<σs,所以定位机构的钢板符合要求,不会导致钢板断裂。

2)定位机构钢板的的变形分析:

判断钢板的变形能力,主要是讨论它的抗拉和抗压能力,根据抗拉(压)公式:σ=EA(E为弹性模量),EA值越大,抗拉能力越大,钢的变形就越小。通过查表,得出Q235钢的E=200GPa,把数值代入抗拉公式里,得到:σ=200×109×20.25×10-6=4.05MPa,通过查表,可知道Q235钢的抗拉强度范围在375~460MPa之间,而就算转向系整体的重量都加在任何一个支撑点上,都没有超过Q235钢的抗拉范围,所以车架完全安全。

(4)设计出没有转向器的机械轴承转向系统,使得汽车占用空间小,结构简便。机械转向系的能量来源是人的体力,主要组成为转向盘、转向轴、转向管柱、转向直拉杆、转向横拉杆等。

(5)制动系统采用人力制动——手刹,利用制动杆的摩擦力迫使汽车减速。此方案设计避免了制动器的复杂、维修难等问题。由于课题的小车速度和驾驶员的驱动力有一定的关联,最高速度为15码,所以这套装置可以满足驾驶员的安全制动。

(6)设计选取的车轮为充气轮胎,结实耐用,减少与地面的摩擦,使车速有所提高。后轴宽度为16mm,并配有后轴带轴承,安全可靠。

(7)设计的转向灯、喇叭、大灯等照明装置利用太阳能板、蓄电池、逆变器供电,实现能源充分利用,环保。

3项目的特色与创新点

(1)设计将休闲小车与太阳能光伏发电系统进行结合,在满足人的出行需求的同时,将绿色环保健康理念引入。

(2)设计出太阳能电池板不仅为驾驶人遮风挡雨,而且可为汽车提供基本的照明、喇叭、转向灯电力,系统中的逆变器输出的交流220V电源可为手机、笔记本电脑充电,实现环保多功能化。

(3)整套光伏系统采用新的PWM控制器,在低成本控制范围内,对系统的充放电进行智能全自动控制,为系统的正常工作保驾护航。

(4)机械转向,结构简便,使用方便。

(5)车架采用中梁式车架,使车轮有较大的运动空间,减少整车质量,降低重心,增加行驶稳定性。

(6)结构简单,便于理解操作;适用人群广。

4总结

本项目来源于大学创新训练课题:环保无动力汽车的设计与制作。该课题主要包括整车的设计、底盘的设计、电路的设计、制造工艺设计等几个部分的内容,在设计中又包括:整车设计图的绘制、材料的选择、整车的制作及试车等。在车辆的行驶系统设计制作部分中,通过不断的计算校核后,最终选用了前主中梁后双边副梁的底盘设计方案,该方案在一定的范围内可以最大的提升转向半径,提高车辆的灵活性,但同时,车辆的抗弯曲能力有所下降,车辆载荷有所减少,如采用新型的高强度材料可以解决上述问题;在光伏系统设计中,受限于成本原因,选用的控制器以及逆变器都仅仅能满足系统初步需要,但自身的能量消耗过大,这部分能量并没有用于对外的输出,如采用价格较高的产品,可以提高系统的能量利用率;另外的,选用的铅酸蓄电池,如替换成锂电池,那么系统的蓄电能力以及系统重量都可以进一步的优化;由于车型较小,为了方便驾驶员上下车没有设计车身,如车架设计的足够宽敞,安装上车身会提高小车的审美观、减少行驶振动、提高舒适的乘坐条件以及装载货物等。

作者:曾清德 田飞 孔德就 单位:广西科技大学

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