车辆工程毕业设计（论文）-威驰汽车电器实验台设计【全套图纸】 .doc

本科学生毕业设计 威驰汽车电器实验台的设计 院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职 称： 高级实验师 the graduation design for bachelors degree electric appliances experiment of the vios car pedestal design candidate： specialty：vehicle engineering class：b07-10 supervisor：senior experimental division. heilongjiang institute of technology ii 摘 要 本设计的目的是用威驰汽车的车身电器制作一个实验台，此实验台可以模拟电源 及起动系、照明系、信号系统及辅助电器系统的实际工作情况。通过实际的演示和排 除故障的过程使学生对每个电器元件和整个电器系统更加深刻的理解，从而达到理论 联系实际的目的。 本设计首先在符合本次设计基本要求的基础上，确定了总体设计方案。采用威驰 汽车电器系统，电动机和蓄电池为实验台提供电源。本次设计中，主要完成了台架及 板面的设计、充电系统动力源设计、元件布局、实验台电器元件接线等工作。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 关键词：电器；实验台；设计；模拟；故障 iii abstract this design with the purpose of making a carriage with the electronic of the corolla car, the function of this set is that imitate the actual work circumstance of the charging system, the illumination system, the signal system and the meter system .by practice demonstrate and the process of expel breakdown, student can deepen the knowledge of each electronic component and entire electronic system, thereby attain the goal of integrate theory with practice. this design is based on the basic requirements first,and then confirm the total design project.adopt the electric appliances system of the corolla car, electric motor and storage battery to provide power supply for the experiment pedestal.in this design,mainly complete the design of experiment pedestal and flat piece, charging system , the composition of component and the connection of electric appliances component. keywords: electric appliances；design；calculation；imitate；material 目 录 摘 要i abstract.ii 第 1 章 绪论1 1.1 电器实验台设计的目的和意义1 1.1.1 目的1 1.1.2 实验台设计的意义1 1.2 研究和发展现状1 1.3 设计的主要内容2 第 2 章 威驰汽车电器系统应用及工作原理.3 2.1 威驰汽车电气系统及原理3 2.1.1 电器系统的组成3 2.1.2 工作原理.3 2.2 电路的读图和实验台线路分析6 2.2.1 汽车线路遵循的一般原则6 2.2.2 丰田威驰汽车电路图的读法实例7 2.3 本章小结9 第 3 章 电器实验台的设计10 3.1 实验台的总体设计要求10 3.2 威驰汽车电器实验台的设计10 3.2.1 台面设计10 3.2.2 台架的选材10 3.2.3 台架的设计11 3.3 实验台面板设计12 3.4 附属件的定位与设计13 3.4.1 电动机的选择13 3.4.2 v 带及带轮的设计.13 3.4.3 键的选择.20 3.5 本章小结20 第 4 章 电器实验台的故障检修.21 4.1 基本测量技术21 4.1.1 电阻检测法21 4.1.2 电压检测法21 4.2 汽车电路检修方法22 4.2.1 直观诊断法22 4.2.2 断路法22 4.2.3 短路法22 4.2.4 试灯法22 4.2.5 仪表法22 4.3 本章小结22 第 5 章 威驰电器实验台的功能开发.23 结论25 参考文献.26 致谢27 附 录 1:英文文献.28 1 第 1 章 绪 论 1.1 电器实验台设计的目的和意义 1.1.1 目的 随着轿车产量和保有量日益增大，相关的使用与维修问题也接踵而来，而现代轿 车是以广泛采用电子技术为标志的,其结构比较复杂,且汽车运行中电器故障所占的比 重远远高于其他故障,约占 40% 60% ,这对从事汽车工程相关专业的人员提出了更 高的要求1。先进的汽车实验台可以培养学生实践动手能力，分析处理问题能力，工 程实践能力和创新能力及商品意识，很好的满足专业技术人才培养的要求。因此，设 计出的汽车电器系统实验台作为实验设备，在教学的过程中可以为学生及汽车专业技 术人才营造良好的学习氛围，起到理论联系实际的一个纽带，为实验教学提供了有利 的条件，在满足教学实验的基础上提高了学生及汽车故障诊断、维修能力。学生掌握 汽车电器的故障诊断这项技能，对学生未来的发展是有很大帮助的。如何设计一个使 学生容易理解、操作简单、经济、方便维修的实验台是这次设计的主要目的。 1.1.2 实验台设计的意义 、先进的汽车实验、实训台设计与制作可以培养学生实践动手能力、分析处理 问题的能力、工程实践能力和创新能力及商品意识,满足专业技术人才培养的要求。 可以提高汽车的使用寿命和经济效益,推动汽车工业及国民经济的发展。 、与实践相结合,提高学生的实际操作能力。 、伴随汽车电器技术的进步,实验台还可以进行更新换代,节约研制经费。 、对实验台的开发和设计,可以建立一种科研环境,给学生营造良好的学习氛围。 在设计过程中,需要对以往学过的知识进行复习,还有很多的理论需要深入的研究,以便 同实际操作结合。 1.2 研究和发展现状 随着汽车工业的发展，汽车作为一种代步工具，已经进入普及时代。目前，平均 每辆汽车上的电子装备已经占到整车成本的 20%30%，一些高档轿车上电器产品 所占比重更高，电器产品的费用已经占到整车成本的 50%以上。据美国汽车工业界的 预测，2003 年全球汽车电器产品的总销售额将达 800 亿美元。 汽车电器是汽车的重要组成部分，其自身的性能对汽车的动力性、 经济性、可 靠性、安全性、操纵性、舒适性、娱乐性等各种性能 都会产生直接而重要的影响。 现代汽车已不再是传统的机电产品， 其中汽车机械部分的发展已经达到了极致，汽 2 车电器还有广泛的发展空间，汽车上 70%的革新来自汽车电子技术及产品。汽车电子 属于典型的高技术、高附加值、高增长的新兴产业，具有巨大的市场容量和很强的技 术渗透性与产业带动性，是我国占领产业技术制高点、大力推进高新技术产业化的良 好机遇。在发达国家，汽车已经进入电子时代，汽车电器技术已经成为当代汽车技术 领域关注和研究的重点问题。 在教学中，汽车电器课不同于一般的理论课, 它不是通过在黑板上进行理论证明、 公式推导所能够解决的。因此，学生很难真正理解汽车电器的组成、工作原理，要解 决电器设备的故障更加困难。只有设计一个直观的实验台才能满足教学的需要,目前 市场上销售的电器实验台，虽然可以满足教学要求，但是价格都比较昂贵、维修困难 不适合中小型学校教学。 1.3 设计的主要内容 由以上论述可知，威驰电器实验台主要由台架和台面组成。主要内容如下： 、电器实验台总体设计：要求实验台可以演示汽车电器系统（起动，充电，照 明，仪表，音响，刮水器等辅助电器系统）的工作原理，电器元件依据丰田威驰轿车 实际元件布局，实验台可以实现汽车电器系统功能演示，并可以设置不同教学故障。 、台架及面板的设计：方便实验教学，具有便于实验测试操作。预留出汽车电 器故障检测诊断接口。 、元件布局：符合汽车电器系统工作要求，具有规范性，方便理解汽车电器系 统结构原理。 、充电系统动力源设计：实现对汽车发电机的工作驱传动，完成他激到自激过 渡。 3 第 2 章 威驰汽车电器系统应用及工作原理 2.1 威驰汽车电气系统及原理 2.1.1 电器系统的组成 1）电源系 包括蓄电池、发电机及其调节器，二者并联，提供汽车用电设备所需的电能 2）启动系 主要由起动机及其控制电路组成 3）点火系 汽油机所使用，是指在气缸内产生电火花的全部设备，左右是在气缸内形成高压 电火花，以点燃混合气 4）照明与信号系统 由各种照明灯和信号灯及声音信号装备组成，完成各种照明任务和向环境发出行 车信号，保障行车安全。 5）仪表和报警系统 包括各种仪表和报警装置，用来检测汽车、发动机的工作情况。 6）电子控制系统 包括发动机电子控制系统、电子控制系统、汽车悬挂系统等，主要由相应的传感 器、电子控制单元、执行器组成，完成相应对象或过程的控制。 7）辅助电器 车身电器及其他辅助电器。 2.1.2 工作原理 导线 表 2.1 导线颜色 b-黑l-蓝r-红br-棕lg-浅绿v-紫 g-绿o-橙w-白gr-灰p-粉红y-黄 第一个字母表示基色 第二个字母表示条纹颜色 例如导线颜色编号为 l-v，则在实际电路中，导线的基本颜色为蓝色，条纹颜色 为紫色。 4 汽车电气系统的导线采用低压导线，随着汽车用电设备的增加,安装在汽车上的 导线也越来越多,为了便于识别和检修汽车电器设备,通常将电线束中的低压线采用不 同颜色组成，不同的车系导线的颜色不同。导线颜色用字母代号表示，字母代号的含 义见下表。 汽车线路由于车型结构、电气设备的数量、安装位置和接线方法的不同而各有差 异，但其线路都应遵循一定的原则，了解这些原则对读图是很有帮助的。 (1)汽车线路为单线制。单线连接是汽车线路的特殊性，它是指汽车上所有电气 设备的正极均采用导线互相连接，而所有的负极则分别与车架或车身金属部分相连， 即搭铁。任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发经导线流入用电设备后，由电 器设备自身或负极导线（全车有统一的颜色标识）搭铁，通过车架或车身流回电源负 极而形成回路6。 (2)各用电设备均采用并联。汽车上的两个电源（蓄电池与发电机）之间以及所 有用电设备之间，都是正极接正极，负极接负极，并联连接。 (3)汽车线路为负极搭铁。一般说来，汽车线路都是负极搭铁，负极搭铁对车架 或车身的化学腐蚀较轻，对无线电干扰较小。 (4)汽车线路有颜色和编号特征。为了便于区别各线路的连接，汽车所有低压导 线，必须选用不同颜色的单色或双色线，并在每根导线上编号，编号由生产厂家统一 编定。 (5)将导线做成线束。为了不使全车电线零乱，便于安装和绝缘保护，将导线做 成线束。一辆车可以有多个线束。 1、熔断器 熔断器俗称保险管，在电路中起保护作用。当电路中流过超过规定的过大电流时， 熔断器的熔丝自身发热而熔断，切断电路，以防止烧坏电路连接导线和用电设备，并 把故障限制在最小范围内。通常情况下，将很多熔断器组合在一起安装字熔断器盒内， 并在熔断器盒盖上注明熔断器的名称、额定容量和位置。 一般情况下，环境温度在 180320c 时，当流过熔断器的电流为额定电流的 1.1 倍时，熔断器不熔断；达到 1.35 倍时，熔丝在 60s 内熔断；达到 1.5 倍时，20a 以内 的熔丝在 15s 内熔断，30a 以内的熔丝在 30s 内熔断。 熔断器在使用中应注意一下几点： (1)熔断器熔断后，必须真正找到故障原因，彻底排除故障。 (2)更换熔断器时，一定要与原规格相同。 2、连接器 5 连接器就是通常所说的连接插头和插座，用于线束或导线与导线间的相互连接。 为了防止连接器在汽车行驶中脱开，所有的连接器均采用了闭锁装置。 要拆开连接器时，不允许在未解除闭锁的情况下用力拉导线，这样会损坏闭锁或 连接导线。正确的拆卸方法是先压下闭锁，再把连接器拉开。 本次设计用到的连接器如图 2.13. c9、组合开关 j1、j2、j22、j28、j29、j34、j35、j37、j38、j39、中继接线器 图2.1 连接器图 3.继电器 一般用于操纵开关的触点电容量较小，不能直接控制工作电流较大的用电设备， 常采用继电器来控制它的接通和断开4。 汽车上的继电器有很多，常见的有三类：常开继电器、常闭继电器和常开、常闭 混合型继电器。 常开继电器平时触点是断开的，继电器动作后触点才接通；常闭继电器平时触点 是闭合的，继电器动作后触点断开；混合型继电器平时常闭触点接通，常开触点断开， 如果继电器线圈通电，则变成相反状态。 4、电源及起动系统电路 电源及起动系统由蓄电池电路、发电机工作电路、仪表板中的发电机警报灯电路 及起动机工作电路组成。 发电机是汽车上的主要供电设备，它与蓄电池并联。其作用是：在汽车正常行使 时，向各用电设备供电，并及时对蓄电池进行补充充电。 5、辅助电器系统 (1) 电动刮水器 威驰轿车电动刮水器采用了电动三连杆机构，并没有多个球头活结，转动和换向 非常自如。 刮水器电机由一个永磁直流电机和一个蜗轮蜗杆减速器组成。为了确保摆杆与雨 6 刷器能在正常工作结束后回到前风窗玻璃下边沿，在减速器蜗轮输出轴的 背面装有 自动复位导电片，并在减速器盖板上带有与导电片相接触的导电触点，再通过刮水器 开关的关闭档位，共同完成刮水器的自动复位功能。 2.2 电路的读图和实验台线路分析 2.2.1 汽车线路遵循的一般原则 汽车线路由于车型结构、电气设备的数量、安装位置和接线方法的不同而各有差 异，但其线路都应遵循一定的原则，了解这些原则对读图是很有帮助的。 1、汽车线路为单线制。单线连接是汽车线路的特殊性，它是指汽车上所有电气 设备的正极均采用导线互相连接，而所有的负极则分别与车架或车身金属部分相连， 即搭铁。任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发经导线流入用电设备后，由电 器设备自身或负极导线（全车有统一的颜色标识）搭铁，通过车架或车身流回电源负 极而形成回路6。 2、各用电设备均采用并联。汽车上的两个电源（蓄电池与发电机）之间以及所 有用电设备之间，都是正极接正极，负极接负极，并联连接。 3、汽车线路为负极搭铁。一般说来，汽车线路都是负极搭铁，负极搭铁对车架 或车身的化学腐蚀较轻，对无线电干扰较小。 4、汽车线路有颜色和编号特征。为了便于区别各线路的连接，汽车所有低压导 线，必须选用不同颜色的单色或双色线，并在每根导线上编号，编号由生产厂家统一 编定。 下面介绍一些阅读整车电路图的基本方法： 1、按整车电路系统的各功能及工作原理把整车电气系统划分成若干个独立的电 路系统，分别进行分析。这样化整体为部分，可以有重点地进行分析。为了阅读方便， 现在多数汽车的电路原理图是按各个电路系统进行绘制的。 2、在分析某个电路系统前，要清楚该电路中所包括的各部件的功能、作用和技 术参数等。例如电路中的各种自动控制开关在什么样的条件下闭合或断开等等。 3、在阅读电路图时，应掌握回路原则，即电路中工作电流是由电源正极流出， 经用电设备后流回电源负极。电路中只有当电流流过用电设备时，用电设备才能工作。 4、按操纵开关的功能及不同工作状态来分析电路的工作原理。如点火系供电， 点火开关应处于点火挡或启动挡。在标准画法的电路图中，开关总是处于零位，即开 关处于断开状态；电子开关的状态则视具体情形而定。所说的电子开关主要包括晶体 管及晶闸管等具有开关特性的电子元件。 7 5、阅读电路图时，把含有线圈和触点的继电器看成是由线圈工作的控制电路和 触点工作的主电路两部分。主电路中的触点只有在线圈电路中有工作电流流过后才能 动作。在电路图中画出的是继电器线圈处于失电状态。 6、读接线图时，要正确判断接点标记、线型和色码标志。相关知识已介绍。需 指出的是，标记颜色的字母因母语不同而有区别，美国、日本及我国采用英文字母； 德国采用德语字母；前苏联采用俄语字母。 总之，掌握这些读图的基本方法，只是为读图打下一定基础。要达到快速准确的 读图，还需要不断学习和实践。 2.2.2 丰田威驰汽车电路图的读法实例 下面以威驰汽车刮水器和洗涤器、转向灯电路为例，介绍威驰轿车电路的读图。 分析电路之前，首先要弄清以下内容，在进行分析。 （1）元件的安装位置 拿到电路图首先要找到该系统的主要电器元件，然后再进行线路分析，可以避免 盲目性。例如刮水器电机 f7、洗涤器电机 w1、刮水器和洗涤器组合开关 c9、点火 开关 i11 等配合元件的位置图就能知道这些电器元件在实验台上的安装位置。 （2）继电器位置 在各系统的工作电路中经常出现一些继电器，这些继电器的位置可通过继电器位 置图获得。如图 3-2 所示。 在了解以上内容的基础上，就可以进行电路分析了7。 1、刮水器和洗涤器工作电路 （1）刮水器低速工作 如电路图，点火开关打至点火挡，刮水器和洗涤器开关处于低速挡位置，刮水器 低速工作电流通路为：蓄电池正极-fl main 2.0l 熔断器-接线盒 1a 插头的 1 号 端子-100a 熔断器-接线盒 1d 插头的 1 号端子-接线盒 2b 插头的 1 号端子- 25a 熔断器-接线盒 2q 插头的 1 号端子-点火开关 i11 的 am1 端子-点火开关 i11 的 ig1 端子-接线盒 2q 插头的 7 号端子-继电器 ig1 的 1 端子-继电器 ig1 的 2 端子-接线盒 2f 插头的 11 号端子-中继线连接器 j2 的 a 端子-负极搭铁， 此时继电器 ig1 吸合，电流经继电器 ig1 的 5 号端子-继电器 ig1 的 3 号端子- 25a 熔断器-接线盒 2q 插头的 9 号端子-刮水器和洗涤器开关 c9 的 8 号端子- 刮水器和洗涤器开关 c9 的 7 号端子-配线连接器 id4 的 7 端子-刮水器电机 f7 的 1 号端子（l-b 线）-刮水器电机 f7 的 5 号端子（w-b 线）-负极搭铁。 （2）刮水器高速工作 8 点火开关打至点火挡，刮水器和洗涤器开关处于高速挡位置，刮水器低速工作电 流通路为：蓄电池正极-fl main 2.0l 熔断器-接线盒 1a 插头的 1 号端子- 100a 熔断器-接线盒 1d 插头的 1 号端子-接线盒 2b 插头的 1 号端子-25a 熔断 器-接线盒 2q 插头的 1 号端子-点火开关 i11 的 am1 端子-点火开关 i11 的 ig1 端子-接线盒 2q 插头的 7 号端子-继电器 ig1 的 1 端子-继电器 ig1 的 2 端子- -接线盒 2f 插头的 11 号端子-中继线连接器 j2 的 a 端子-负极搭铁，此时继电器 ig1 吸合，电流经继电器 ig1 的 5 号端子-继电器 ig1 的 3 号端子-25a 熔断器- 接线盒 2q 插头的 9 号端子-刮水器和洗涤器开关 c9 的 8 号端子-刮水器和洗涤器 开关 c9 的 9 号端子-接线盒 2q 插头的 4 号端子-接线盒 2h 插头的 5 号端子- 刮水器电机 f7 的 4 号端子（l-r 线）-刮水器电机 f7 的 5 号端子（w-b 线）-负 极搭铁。 （3）刮水器间歇工作 点火开关打至点火挡，刮水器和洗涤器开关处于间歇速位置，刮水器间歇工作电 流通路为：蓄电池正极-fl main 2.0l 熔断器-接线盒 1a 插头的 1 号端子- 100a 熔断器-接线盒 1d 插头的 1 号端子-接线盒 2b 插头的 1 号端子-25a 熔断 器-接线盒 2q 插头的 1 号端子-点火开关 i11 的 am1 端子-点火开关 i11 的 ig1 端子-接线盒 2q 插头的 7 号端子-继电器 ig1 的 1 端子-继电器 ig1 的 2 端子- -接线盒 2f 插头的 11 号端子-中继线连接器 j2 的 a 端子-负极搭铁，此时继电器 ig1 吸合，电流经继电器 ig1 的 5 号端子-继电器 ig1 的 3 号端子-25a 熔断器- 接线盒 2q 插头的 9 号端子-刮水器和洗涤器开关 c9 的 8 号端子-刮水器和洗涤器 开关 c9 的 7 号端子-配线连接器 id4 的 7 端子-刮水器电机 f7 的 1 号端子（l-b 线）-刮水器电机 f7 的 5 号端子（w-b 线）-负极搭铁。此时，刮水器电机 f7 的 3 号端子内线路吸合，前刮水器电机 f7 停止工作，如此反复达到间歇刮水的目的。 （4）洗涤器工作 点火开关打至点火挡，刮水器和洗涤器开关处于洗涤挡位置，洗涤器工作电流通 路为：蓄电池正极-fl main 2.0l 熔断器-接线盒 1a 插头的 1 号端子-100a 熔 断器-接线盒 1d 插头的 1 号端子-接线盒 2b 插头的 1 号端子-25a 熔断器-接 线盒 2q 插头的 1 号端子-点火开关 i11 的 am1 端子-点火开关 i11 的 ig1 端子- 接线盒 2q 插头的 7 号端子-继电器 ig1 的 1 端子-继电器 ig1 的 2 端子-接线盒 2f 插头的 11 号端子-中继线连接器 j2 的 a 端子-负极搭铁，此时继电器 ig1 吸 合，电流经继电器 ig1 的 5 号端子-继电器 ig1 的 3 号端子-15a 熔断器-接线盒 2h 插头的 21 号端子-喷洗器电机-刮水器和洗涤器开关 c9 的 4 号端子-刮水器 9 和洗涤器开关 c9 的 5 号端子-中继线连接器 j14 的 a 端子-负极搭铁5。 2、转向信号灯工作电路 (1)左转向灯工作 点火开关打至点火挡，转向信号开关处于左转向位置，工作电流通路为：蓄电池 正极-fl main 2.0l 熔断器-接线盒 1a 插头的 1 号端子-100a 熔断器-接 线盒 1d 插头的 1 号端子-接线盒 2b 插头的 1 号端子-25a 熔断器-接线盒 2q 插头的 1 号端子-点火开关 i11 的 am1 端子-点火开关 i11 的 ig1 端子-接线 盒 2q 插头的 7 号端子-继电器 ig1 的 1 端子-继电器 ig1 的 2 端子-接线盒 2f 插头的 11 号端子-中继线连接器 j2 的 a 端子-负极搭铁，此时继电器 ig1 吸合，电流经继电器 ig1 的 5 号端子-继电器 ig1 的 3 号端子-10a 熔断器- 接线盒 2p 插头的 5 号端子-中继线连接器 j33 的 e 端子-转向信号闪光器继电 器 t4 的 1 号端子-转向信号闪光器继电器 t4 的 7 号端子-中继线连接器 j2 的 a 端子-负极搭铁，同时，蓄电池正极-fl main 2.0l 熔断器-接线盒 1a 插 头的 1 号端子-10a 熔断器-接线盒 1 插头-接线盒 2h 插头的 19 号端子- 接线盒 2t 插头的 4 号端子-转向信号闪光器继电器 t4 的 4 号端子-转向信号闪 光器继电器 t4 的 3 号端子-各左转向灯-负极搭铁。 (2)右转向灯工作 点火开关打至点火挡，转向信号开关处于右转向位置，工作电流通路为：蓄电池 正极-fl main 2.0l 熔断器-接线盒 1a 插头的 1 号端子-100a 熔断器-接 线盒 1d 插头的 1 号端子-接线盒 2b 插头的 1 号端子-25a 熔断器-接线盒 2q 插头的 1 号端子-点火开关 i11 的 am1 端子-点火开关 i11 的 ig1 端子-接线 盒 2q 插头的 7 号端子-继电器 ig1 的 1 端子-继电器 ig1 的 2 端子-接线盒 2f 插头的 11 号端子-中继线连接器 j2 的 a 端子-负极搭铁，此时继电器 ig1 吸合，电流经继电器 ig1 的 5 号端子-继电器 ig1 的 3 号端子-10a 熔断器- 接线盒 2p 插头的 5 号端子-中继线连接器 j33 的 e 端子-转向信号闪光器继电 器 t4 的 1 号端子-转向信号闪光器继电器 t4 的 7 号端子-中继线连接器 j2 的 a 端子-负极搭铁，同时，蓄电池正极-fl main 2.0l 熔断器-接线盒 1a 插 头的 1 号端子-10a 熔断器-接线盒 1 插头-接线盒 2h 插头的 19 号端子- 接线盒 2t 插头的 4 号端子-转向信号闪光器继电器 t4 的 4 号端子-转向信号闪 光器继电器 t4 的 2 号端子-各右转向灯-负极搭铁8。 2.3 本章小结 本章首先确定了全车线路中的基本元件，全车线路中的基本元件与实车一致，以 10 方便学生与实车对照。实验台电路连接方式与实车一致，并分析了丰田威驰汽车电路 图的读图方法。 第 3 章 电器实验台的设计 3.1 实验台的总体设计要求 电器实验台的设计要满足教学的需要, 即具有良好的示教效果以及便捷的操控性 能。同时进行相关辅助功能的开发, 从而锻炼学生的工程实践应用能力。具体要求体 现以下几个方面： 、选型。在选择参照车型时应充分考虑它的代表性，因此要使所选择的电器系 统在实际工作性能上能够反映现代汽车技术的先进性，体现发展的趋势和潮流，同时 具有普及性，便于汽车工程相关专业实践教学环节的展开；并且所选择车辆具有鲜明 技术特色。 、服务教学。因为设计是为教学服务的，因此在设计实施的具体过程中，首要 的问题就是要保证电器系统的工作性能以及每一个器件的工作原理均得到体现，表达 要力争简单、明了，使用起来方便快捷，设置故障诊断功能有利于提高学生的工程实 践运用能力。 、实验台布局。在考虑布局合理、结构紧凑的同时, 还要便于教学并注意各个 电器元件在工作时相互之间功率的匹配。 此外，要求实验台具有直观形象的教学演示功能以及良好的操纵控制性能。 3.2 威驰汽车电器实验台的设计 电器实验台的设计要实现良好的操控性能及示教效果,要求台架结构稳定, 并考虑 到电器系统构件的支撑及定位紧凑、台面质量分布均匀度、台面的整洁度、台面稳定 性、运动件与固定件是否发生干涉等因素。 3.2.1 台面设计 电器实验台的板面设计和制作主要依据威驰轿车的车身线束进行布置,同时也参 照了威驰车身的各电器元件的布置情况。板面尺寸的确定主要依据各个电器元件的形 位尺寸和位置尺寸,根据线束的布置及几个主要元件的形位尺寸,然后初步估算板面的 大小,把布置在板面轮廊上的元件的位置确定下来，初步估算板面采用 1800100060（单位：mm）。 11 3.2.2 台架的选材 台架的材料选用 45 钢,强度、价格均可行。台架的各连接处均采用焊接,其强度不 低于材料的强度,可以达到支撑台面及固定、稳定的作用。 3.2.3 台架的设计 图3.1 台架图 1前照灯；2雾灯；3刮水器；4喷水盒；5继电器；6仪表盘；7后视镜；8ecu； 9信号发生器；10尾灯；11门锁；12牌照灯；13喇叭；14玻璃升降机；15控制区。 12 图3.2 实验台台面布置图 台架的制作方案：为了更好地达到汽车电器系统实验台的设计目的和完成预期的 效果，为教学提供更直观、生动的教学模具，完成发动机各工况的模拟，实验台的工 作原理及故障演示，初步选择台架为如图 3.1 所示，电器实验台台架的设计是根据板 面的布置情况和大小,以及某些元件的传动需要来进行设计的,以 45 钢的角铁和方钢为 主,各连接处采用焊接和螺栓联接,其强度不低于原材料的强度,可以达到支撑台面以及 固定、稳定性的作用。为了移动方便,采用橡胶轮,这样可以起到减震的作用。台架的 尺寸：长*高*宽=1600850850（单位：mm） 。 3.3 实验台面板设计 实验台上合理的布置前照灯、尾灯、雾灯、仪表盘、传感器、继电器、开关、 ecu 等电器元件。各区域设计力争紧凑演示板尺寸为 1600 mm850 mm，台面中 部布置仪表盘，显示系统的工作信息，具体位置如图 3 .2 所示。 为了演示实验台的教学功能，需要设计电源系统（如图 3.3） 图3.3 电源与发电启动系统 台架的校核 台架有 2 个稳定的位置，即水平位置和水平方向呈 50夹角的位置。 （1）水平状态时，台架所受的重力对台架支撑点的作用力由面板的材料强度承 受，合力矩为零，此时台架处于稳定状态。 （2）水平呈 50夹角位置时（指翻转状态） ，整个板面的质心 g 向左边偏移， 偏移量为： 803 . 0 50cos 2 5 . 2 50cos 2 1 k 由于台架设计有增加翻转平衡度的附加支撑腿，将板的重力 g 分解成垂直板面 向下的力 f 和沿着板面向下的力 f 时（如图 3.1 所示） ，此时沿顺时针方向的回复力 矩： 13 nkgnkg l g l flfm 5 . 612 2 5 . 2 /8 . 950 2 50cos 2 1111 而逆时针反向的反转力矩 m=，由于 f 通过轴的中心，力臂 l=0,所以 m=0，故 板面只受到回复力矩 m 作用，而此时又有支撑臂阻挡，因此，能够保持稳定状态。 （3）对支撑杆的剪切校核。选取螺栓的材料为 q235 号钢，查表得知，因此装 配时不严格控制预紧力，在板面翻转的过程中螺栓的受力随角度的不同而改变，查表 得知切许用切应力:。 55 . 3/ s 求得: )5 . 2,25 . 1 1( 4908 . 950 75.584/2354/ 11 mlmllflf ngmg mpa s ngf97.314643 . 0 49050cos 1 解得螺栓受力剪切力： nllff485.1575 . 2/25. 197.314/ 11 mpapammn ds f 35 . 8 1035 . 8 /54.12 4 4 485.157 4 485.157 62 22 对合叶的剪切校核。合叶所受合力为： mpa gf f71 . 0 108100 36.37555.189 108100 50sin37sin 66 满足条件。同时为实现板面的翻转功能，连接板面的曲柄连杆机构上臂短、下臂 长，保证板面展开处在最大角度位置，使板面保持在与水平呈50的位置上，板面的 质心在附加腿的范围内，从而实现稳定控制。 3.4 附属件的定位与设计 3.4.1 电动机的选择 因威驰汽车的车用发电机的额定功率为 0.6kw,额定转速为：4000r/min，所以要 求选用的电动机的额定功率应大于发电机的额定功率。考虑到电动机的工作环境, 选 用 y 系列的三项鼠异步电动机。 (1)电动机的型号：y90l-2。 (2)电动机的基本参数：额定功率为:0.75kw；满载转速为：2825r/min；质量为： 16kg；电动机外型：长宽高=285165170（单位：mm） ；轴伸尺寸： de=1940（单位：mm） ；电动机中心高 h 为：80（单位：mm） 。 3.4.2 v 带及带轮的设计 为实现可靠的传动, 依据设计目的, 考虑到实验台是用于教学, 工作时间短, 且 14 周期性工作。选择带传动, 皮带的工作表面在短期内不会过量磨损, 而使用寿命能够 足够长,无需经常更换9。 1、设计的主要技术参数 电动机的转速 n1=2825r/min 发电机的 n2=4000r/min 发电机的输入功率 p=0.6kw 2、v 带的结构与规格 普通 v 带已经标准化有 y、a、b、c、d、e 七种型号。七种型号的普通 v 带截 面尺寸依次增加，截面大的普通 v 带在同样条件下可传递的功率也大，带的尺寸见 表 3.1 所示。 表 3.1 v 带截面尺寸（gb/t11544-1997） 型 号 yzabcde 顶宽b 6101317223238 节宽bp 5.38.51114192732 高度h 4.06.08.011141923 楔角 40 每米质量q/(kg/m) 0.020.060.100.170.300.620.90 v 带分为普通 v 带、窄 v 带、联组 v 带、齿形 v 带等多种类型，其中普通 v 带 应用最广。本次设计选用普通 v 带。 (1)带的结构由强力层、压缩层和包封层组成，见图 3.4。承受负载拉力的主要是 强力层，由橡胶构成的上下部分压缩层承受弯曲时的拉伸和压缩，强力层由化学纤维 做成帘布芯或绳芯。绳芯结构的强力层柔软、易弯曲，寿命也长，可用于较小的带轮。 如图 3.5，当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的周线称为节线；由全部 节线构成的面称为节面。带的节面宽称为节宽（bp） ，节宽在带受纵向弯曲时其长度 是不变的。v 带轮上，与带轮轮槽的基准宽度相对应的带轮直径称为基准直径 d（见 表 3.8） 。 v 带在规定张紧力作用下，位于带轮基准直径上的周线长度为基准长度 ld。普 通 v 带的基准长度系列和带长修正系数如表 3.2。 15 图3.4 带的结构图 图3.5 带的受力图 表 3.2 v 带基准长度 ld 和带长修正系数 kl 基准长度普通v带 ld/mmyzabc 4000.960.79 4501.000.80 5001.020.81 5600.82 6300.840.81 7100.860.83 8000.900.85 9000.920.870.82 10000.940.890.84 11200.950.910.86 12500.980.930.88 14001.010.960.90 16001.040.990.920.83 18001.061.010.950.86 20001.081.030.980.88 (2)单根普通 v 带的许用功率 在传动过程中，一旦带在带轮上打滑或带发生疲劳损坏（如脱层、撕裂或拉断） ， 带传动就无法完成运动不能传递动力。因此带传动的设计准则应同时考虑这两方面的 因素，既保证带不打滑，又具有一定的疲劳寿命。 为了保证带传动不出现打滑，单根普通 v 带能传递的功率 1000 ) 1 1 ( 1000 ) 1 1 ( 110 v e a v e fp ff (3.1) 式中：a 为单根普通 v 带的横截面积。 为了使带具有一定的疲劳寿命，应使 (3.2) 1max cb 故紧边拉应力 16 (3.3) cb 1 式中：为带的许用应力。 将(3.3)代入公式（3.1）得带传动在既不打滑又有一定寿命时，单根 v 带能传递 的功率 kw av e p f cb 1000 ) 1 1)( 0 (3.4) 影响带传动工作情况的因素有很多，用(3.4)算出的功率 p0 为单根 v 带的某一特 定条件下的功率。这一特定条件是：载荷平稳、包角、带长 ld 为特 1 = （即 = 1) 定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构的条件下，这一特定条件下的单根普通 v 带所 能传递的功率 p0 为基本额定功率。见表 3.3。 表 3.3 单根普通 v 带的基本额定功率 p0 型号 小带轮 基准直 径 d1/mm 小带轮转速n1/(r/min) 20002400280032003600400050006000 500.200.220.260.280.300.320.340.31 560.250.300.330.350.370.390.410.40 630.320.370.410.450.470.490.500.48 710.390.460.500.540.580.610.620.56 800.440.500.560.610.640.670.660.61 z 900.480.540.600.640.680.720.730.56 表 3.4 包角修正系数 k 包角/(0) 1 180170160150140130120110 k1.000.980.950.920.890.860.820.78 表 3.5 单根普通 v 带 i 1 时额定功率的增量 0 p 传动比i 小带轮轮 速 n1(r/min) 1.00- 1.01 1.02- 1.04 1.05- 1.08 1.09- 1.12 1.13- 1.18 1.19- 1.24 1.25- 1.34 1.35- 1.51 1.52- 1.99 2 4000.000.000.000.000.000.000.000.000.010.01 7300.000.000.000.000.000.000.010.010.010.02 8000.000.000.000.000.010.010.010.010.020.02 9800.000.000.000.010.010.010.010.020.020.02 12000.000.000.010.010.010.010.020.020.020.03 14600.000.000.010.010.010.020.020.020.020.03 z 28000.000.010.020.020.030.030.030.040.040.04 17 对于上述特定条件不同的工作条件，单根普通 v 带所能传递的功率是在单根普 通 v 带基本额定功率 p0 值的基础上加以修正得到的。修正后即得实际工作条件下， 单根 v 带所能传递的功率p0称为许用功率。 l kkppp )( 000 (3.5) 式中：功率增量，考虑传动比 i 1 时，带在大轮上的弯曲应力较小， 0 p 带在寿命相同条件下，可增大传递的效率。普通 v 带的值见表 3.4； 0 p 包角修正系数，考虑时对传动能力的影响，见表 3.5 k 0 1 180 带长修正系数，考虑带长不为特定长度时，带长度对传动能力的 l k 影响，见表 3.2。 3、v 带传动的设计 带传动设计的原始数据一般有：传动用途，载荷性质，传递的额定功率 p，带轮 的转速，带传动外廓尺寸的要求。 普通 v 带传动的设计任务主要是：选择合理的传动参数，确定 v 带型号，长度 和根数，确定带轮的材料和尺寸。普通 v 带的设计步骤如下. 表 3.6 工作情况系数 ka 原 动 机 电动机（交流启动、三角启动、 直流并励） 、四缸以上的 内燃机 电动机（联机交流启动、直流复 励或串励） 、四缸以下的内燃机 每天工作小时数/h 载荷性质工作机 16 16 载荷变动 很小 液体搅拌机、 通风机和鼓 风机、轻负 荷输送机 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 载荷变动 小 带式输送机、 通风机发电 机 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 载荷变动 较大 制砖机、往 复式水泵和 压缩机 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 载荷变动 很大 破碎机、磨 碎机 1.3 1.4 1.5 1.5 1.5 1.8 (1)计算功率 pc 已知电动机转速 n1=2825r/min,发电机转速 n2=4000r/min,发电机的输入功 p=0.6kw 18 查表 3.6 得 ka=1.0 故 pc= kap=1.00.6=0.6kw (2)选择 v 带型号 选择普通 v 带 根据计算功率 pc=0.6kw 和小带轮转速 n1=2825r/min 此坐标位于 z 型处，选用 z 型计算 (3)求大、小带轮基准直径 d1、d2 由表 3.7 d2 应不小于 50 现取 d2=75mm 得 mm n dn d10775 )015 . 0 1 (2825 4000 )1 ( 1 22 1 误差 故允许。 %5 1.44 |1.44-1.469| i 表 3.7 v 带轮基准直径系列 型 号yzabc 最小基准直径dmin/mm205075125200 注：v带轮的基准直径系列为20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118等。 (4)验算带速 v sm nd v/ 7 . 15 100060 400075 100060 22 带速在 525m/s 范围内，合适 (5)求 v 带基准长度 ld 和中心距 a 初步选取中心距 a0 a0=1.4(d1+d2)=1.4(108+75)=256.2mm 取 a0=300mm 0.7(d1+d2)=128mm60 - - - - 38 对 应 的 d - 80 118190 315 20 图3.4 v带轮图 4、v 带轮结构设计 根据表 3.8 d1=2d=219=38mm l=2d=219=38mm。 基准直径 dd=108mm da=dd+2ha=108+22=112mm b=8.5mm ha=2 hf=7.0 e=12 f=7 =5.5 b=2f=27=14 =340。 带轮如图 3.4 所示。 3.4.3 键的选择 由于 d=19mm 所以根据机械设计手册选择 a 型键 键 6638 gb/t1096-200310。 3.5 本章小结 本章首先设计了实验台的台架、台面，并确定了附属件的定位，着重论述了 v 带轮的设计与校核，最后确定了本实验台所能