毕业设计（论文）-新款电动滑板车的开发

题目新型电动滑板车的开发III第1章绪论1.1引言进入21世纪以来，汽车拥有量是逐年攀升。随着社会经济的发展，汽车会变得越来越大众化，会有更多的人有买车的需求，汽车的数量也会在未来的一段时间内快速的提高。这样也就导致了城市的交通也变得越来越拥堵，堵车也已经成为诸多城市的通病。因此，电动滑板车的风靡很大程度上也是由于越来越拥堵的交通状况。电动滑板车的特点包括：体积小，重量轻，便于携带，环保等。1.2发展进程电动滑板车最早是起源于欧美，并且在出现后便在欧美迅速的掀起了一波浪潮，成为一款新型的代步工具，并在进入新世纪以后发展的更为迅速。我国知道20世纪末才出现电动滑板车，但当时的中国市场还不是对这款新型事物特别感兴趣，也没有意识到电动滑板车未来的发展潜力，所以，电动滑板车在初期并不普及。在随着时间的推移，并且经过机械工程师的改良以后，电动滑板车已经形成了一个产业化的发展，新产品也层出不穷，种类也越来越多。先后就有几十款电动滑板车先后投入市场，已经初步形成了规模化的发展，仅仅在中国就有数百家工厂生产各种各样的电动滑板车，其产品质量也达到了一些欧美国家的行业标准，好多产品也都出口到欧美等发达国家。随着全球化的进程，电动滑板车也得到了越来越多的人的喜爱。而且，在环境问题已经成为全球关注性问题的情况下，最为一款十分环保的便利的电动滑板车在一定程度上能够为缓解全球性环境问题提供了一些解决方案。1.3市场分析电动滑板车是一款新型的代步工具，它的速度大概可以达到25KM/h，是一款新生运动产品。特别是许多青少年，年龄不大的人群对于这种电动滑板车特别喜欢。此外，伴随着科技的发展，电动滑板车的更新换代也变得越来越快，产品的淘汰率也更高。生产效率的提升，技术的进步，以及日益激烈的竞争这三种因素导致了电动滑板车价格迅速的下降，也正是这种原因，这也让更多的人选择了这种新型的代步工具，其目标人群也不仅仅局限于青少年当中，更多的上班族以及一部分的老年人也都成为了电动滑板车的新的爱好者。随着目标受众的增多，人们对于电动滑板车的需求也越来越大。当前的一些电动滑板车已经不在满足这些人群的需求。人们希望电动滑板车的造型更加丰富，更加的符合现在的时代潮流以及更加舒适的愉悦的驾驶乐趣。所以，在现阶段，许多厂家都已经看到了电动滑板车的巨大的市场，这个市场内的人消费潜力十分的巨大。所以，大多数厂家都纷纷加大研发投入，努力的通过创新来丰富电动滑板车的造型，结构，功能等。希望通过这样的方式能够让自己在这个广阔的市场当中占有自己的一席之地，获得更大的收益。1.4研究本课题的意义及内容现在的生活节奏是越来越快，尤其是在一些大城市，因为工作压力的加重，人们的生活进入了一种快节奏的生活方式。而且，在国内，随着个人生活水平的提高，人们手里的余钱也变得多了起来，随之而来的就是消费欲望的增加，在这其中，汽车的消费就是十分强劲的一块。因此，我们可以发现汽车拥有量的增加让我们的城市交通变得越来越拥挤，与此同时也带来了环境的污染。日益拥堵的交通也让人们的心情变得越来越糟糕，政府虽然出台了各种各样的限制措施来缓解拥堵的交通，但成效也不是特别的明显。而且，即使我们放弃汽车出行而去选择公共交通工具比如说地铁，公交车，但对于那些上班路途需要转车的人们来说也不是特别的方便。所以，在这个时候，电动滑板车就可以帮助人们解决好多的问题。而且外观时尚，驾驶方便的新型的电动滑板车也符合人们对于时尚的追求。对于那些追求时尚的人来说这是一个非常好的选择。因此，面对社会的不断变化，我们要紧紧抓住时代的变化。通过设计上的创新，思维上的转变来满足越来越多的人对于这种新款电动滑板车的需求。对于一些造型简单，功能较为单一的电动滑板车早就已经不在符合人们的需求了。针对这样的一些变化，我们要设计一款新型的电动滑板车。首先，在车体的材料上面，我们可以选择碳纤维材料最为我们本次设计的材料，这样可以尽可能的让车身的重量减轻，减少行车过程中的阻力，增加续航能力。另外，要通过Solidworks对零件进行装配，这样可以来判断我们的设计是否有问题。最后我们所想达到的效果应该是一款便捷，舒适，承载能力强而且在外观上要时尚的新型电动滑板车。

第2章滑板车设计综述2.1滑板车工作原理启动电源后，滑板车的控制器就会启动。这是，驾驶员就可以转动右边的调速车把，这时，控制器就会收到调速转把所传递的信号就会控制电动机的旋转。电动机旋转就会带动车轮的旋转，这样就可以驾驶电动滑板车上路了。在需要紧急制动的时候，驾驶人可以捏紧左边的刹车把，闸把会将信号也传递到控制器当中，这是控制器接收到闸把所传来的信号就会让电动机停止供电，与此同时，闸把所控制的闸线会控制制动器来进行紧急刹车。其原理图如下：图12.2电动滑板车基本组成我们选用的这款电动滑板车是将直流电机作为该车的动力，然后通过传动部分将其传递到车轮，继而带动整车的行驶。（1）动力装置：直流轮毂电机（2）行车部分：主要包括车架，悬架，车轮（3）操纵部分：车把以及车把上面的调速装置和闸把2.3滑板车驱动部分滑板车的电池组是整个电动滑板车的动力源。这款电动滑板车采用直流轮毂电机，它将电池的化学能转化为机械能，从而带动车轮转动。控制器会识别出驾驶员在行车过程中通过自己的动作所传递的信号，从而进行各种命令的执行包括车速的调节，方向的变化。充电器会将交流220V转化为电动滑板车所需要的电压。2.4电动滑板车设计方案综合以上几点，我们可以初步拟定设计方案：在整个设计过程中主要考虑两个方面：车身的主体结构以及驱动系统。最终的设计应该是一款驱动稳定可靠，轻便性好，承重量较大，较为舒适的驾驶。整个车体的重量尽可能的轻。车把具备可以伸缩的功能，这样可以让电动滑板车的使用人群更为广泛。续航能力强，电池提供的动力要充足。2.5电动滑板车主要设计参数我们参考了市场上主要的电动滑板车以及搜索了一些电子商务平台上的电动滑板车的结构以及各种数据参数，大致拟定设计这样一款电动滑板车：首先传动装置选择35V的直流轮毂电机。为了增加续航里程尽可能的减轻车身的重量因此决定选择碳纤维材料作为车体的主要材料。转向机构则采取车把与车架垂直的方式，这样可以便于驾驶。考虑到驾驶的舒适度，在后轮应该装有减震装置，驱动方式也采用后轮驱动。根据电动滑板车的实际设计，确定电动滑板车的主要设计参数：设计类别主要设计参数最大速度25KM/H前后车轮直径20CM电机参数35V200W整车尺寸930*550*900驱动方式后轮驱动电池12Ah锂电池保护20V欠电压保护图2

第3章电动滑板车结构3.1概论电动滑板车的机构主要有以下几个部分车把、车架、前轮及后轮，踏板，主杆，悬架，制动盘以及相应的驱动装置等组成。整体来看，从在生活中所看到的各种电动滑板车，大多数的这种滑板车都比较容易上手，操作也是很简单，驾驶也是轻松愉悦的。从人体的舒适性以及结构设置的合理性，我们决定将本次设计采用后轮驱动的方式，市场上的大多数滑板车也都是采用这种的这种驱动方式。同时，我们也应该安装减震机构，这样就可以提升人们在驾驶过程中的舒适性也能提高驾驶的安全性。在整个结构上，前轮以及后轮通过车架来连接，同时前轮可以安装一个转向的机构，这样前轮就是可以进行转向，后轮就作为驱动轮。在车架后部会有悬架以及减震装置，这两个机构会与后轮来连接。在车的上部，驾驶员操作车把就可以掌握车的方向，通过旋转调速车把来控制滑板车的速度。刹车制动则是可以通过后轮上的制动器来实现。此外，我们也应该进行三维建模。因为这样的滑板车的零部件较多，需要这些零部件的参数都合理才能进行组装成一辆完整的滑板车。而三维建模则可以通过装配来检验我们的设计是否合理。这样就可以让我们的设计少走弯路。3.2滑板车材料选用目前的汽车领域，汽车制造商都在努力的加大研发的投入来增加车辆的续航里程。对于电动滑板车没有油耗的限值，那么要想增加滑板车的行驶路程，那就必须要把整个车身的重量降到最低，这样就可以减少行驶过程中的所遇到的阻力。从参考目前市场上的主流电动滑板车以及相关的文献，我们决定选择铝合金材料来作为我们这款电动滑板车的车身材料。选用铝合金材料，可以大大减轻整个车身的重量，来满足我们对于滑板车续航里程需求。铝合金材料质量轻，强度高，耐腐蚀。3.3滑板车驱动系统目前，在电动滑板车市场上面，驱动电机的选择都是使用的直流电机。而综合考虑，直流轮毂电机时最佳的选择。直流电机优点主要有调速性能佳，范围较广，启动，停止速度快，便于控制等。直流电机主要是由定子，转子和机座组成。而由直流电机的工作原理，我们选用一款有刷直流电机，这种电机的实用性较好，符合这款电动滑板车的设计要求。为此，我们参考了各种信息之后，决定采用一款35V的直流电机，驱动功率为180W。3.4滑板车的车轮车轮电动滑板车用来承重，行驶的装置，是滑板车一个及其重要的零部件。为了行车的安全性，滑板车的车轮的强度以及弹性都要满足相关的要求。车轮的直径也要合理，轮径太大太小都不行，都会导致驾驶危险系数的增加。而由2.3我们所选用的电机为外转子的形式。因此，我们所选用的电机将会决定车轮的相关参数。后轮参数如图所示图3图4后轮主要尺寸参数如表所示：轮胎直径断面宽度轴径轴径总长200mm50mm14mm194mm前轮与后轮的径向尺寸应该相同，所以前轮参数如下图：图5图5前轮尺寸如下表：轮胎直径断面宽度轴径轴径总长200mm50mm14mm130mm3.5车把结构车把是电动滑板车的控制方向的装置，它有三个作用：通过转动车把掌握滑板车的行驶方向。右边车把可以调节速度。左边车把可以紧急制动。这款电动滑板车的一个亮点就是车把可以伸缩。我们设计的调节范围是在900mm--1250mm，这样可以因人而异来适应不同人群的身高。另外，车把与车身我们将其设计为垂直的方向，这样可以便于控制方向。车把具体的零件二维图如图所示：图7：车把3.5车架结构车架是一款电动滑板车的主要装置，其作用就是将滑板车连接成一个整体。车架要承受所有的重量。而且，在行车的过程中如果遇到颠簸，也会对车架产生影响。所以，车架要具有较强的刚度与硬度来面对这样的冲击。从第二点对于滑板车材料的选用，我们依然选择铝合金材料来作为我们车架的结构材料。在结构上面，由于车架是连接前后两个轮子的装置，而且还要涉及到电池的安装。所以，我们设计将车架的中间作为电池的存放的地点，同时可以在车架的上面设计一个踏板盖在这上面。这样不仅起到了一个盖板的作用而且也可以将踏板设计的稍微大点可以拓展整个空间。那么，车架与踏板的具体零件图如图所示：图8：车架图9：踏板3.7悬架结构悬架是将车架与车轮连接起来的装置，它就是保证滑板车的正常行驶。而且，在悬架上面我们应该安装一个减速弹簧的装置，这样可以提升滑板车在行驶的过程中的一个稳定性。为此，我们在参考了相关的文献以及目前市场上的一些主流的电动滑板车，决定设计一种纵臂式悬架，来增加车辆行驶过程中的稳定性。这样，也可以增加驾驶的舒适性。具体的结构如下图所示：图10：悬架二维图图11：悬架装配图3.8制动机构设计制动装置是行车安全最为重要的部分。在设计电动滑板车的过程当中，对于制动装置的选择必须要仔细考虑。在市场上我们了解带盘式制动器的效果最好，性能最佳。因此，综合考虑，我们选择将制动器固定在后轮的设计方法。具体的制动机构参数如下图所示：图12：制动器零件图制动器主要参数制动盘直径D制动盘厚度摩擦衬块平均作用半径R120mm3mm50mm3.9总结本节就是研究设计这款电动滑板车的车身结构的，从车身的主要结构入手，设计出满足自己设计要求的滑板车结构。总体的要求就是结构设计上要尽量的美观，时尚，要能够吸引人们的目光。其次，就是要提升车辆的驾驶的舒适度和安全性。第4章电动滑板车驱动系统4.1电机调速4.1.1直流有刷电机原理由相关的文献知，直流有刷电机为外转子的形式，转子与车轮是一体的。它们是通过电流的磁效应来进行工作的，线圈得电后产生的磁场会与定子磁场相互排斥，这样就会迫使电机转动。另外直流有刷轮毂电机可以进行无极调速。4.2电池的选择电池是电动滑板车的动力源。在设计之初我们就希望设计一款续航能力较强的电动滑板车，前文以及决定采用碳纤维材料来作为滑板车车身的材料以此来减轻滑板车的重量以达到增加续航里程的目标。那么，在电池的选用上面我们也想选择一款使用时间较长的电池。在某宝的商品店铺中我们发现现在市场上的电池应用最为广泛的就是锂电池。这种电池非常适合我们这种规格较小的电动滑板车。所以，我们选择一款市场上常用的锂动力电池。规格参数如图所示：设计规格具体参数电压35V充电电流3.5A工作电流10-20A重量5kg容量10Ah过充保护电压48V尺寸230*58*145mm图13：电池实物图4.3电动滑板车控制器电动滑板车的相应控制主要就是：通过右车把上的调速转把来进行速度控制；通过左边车把的闸把来进行断电控制进行紧急刹车；同时还需要整个电路的保护。所以，参考了相关的资料以后决定选用35V的有刷直流控制器。控制器主要参数：规格参数额定电压35V额定功率250W欠压保护31.5V限流15±1A电机35V250W刹车低电位刹车尺寸长7.5cm，宽5.3cm，高2.1cm4.4总结电动滑板车的驱动系统是我们本次的设计当中需要解决的难点问题，电动滑板车的性能的好坏，很大程度上要依靠电机所提供的动力，这将直接决定这款滑板车的续航里程。另外，控制器对于我们驾驶的安全性以及舒适性也是至关重要的第5章性能分析5.1动力分析在电动滑板车的行驶过程当中，加上人的重量会形成比较大的阻力。我们要分析在遇到各种阻力的过程当中对于电动滑板车动力性能的影响以此来检验该款电动滑板车的续航里程的判断。5.1.1驱动力电动滑板车的前进过程当中，电机会提供一个向前的驱动力与此同时也会有一个阻力，这两个力的比较将会决定滑板车的行驶状态。行驶过程中，滑板车可以建立一个动态的等式：=++（1）是总的驱动力；是车轮的摩擦阻力；是空气阻力；是上坡加速的阻力。我们假设人的重量为50KG，当道路较为平坦是，就可以暂时不做考虑，所以：=+（2）=*gg为滑板车总重量，f取0.015，所以：=0.015*(50+10)*9.8=8.82N在考虑空气阻力后，查阅相关文献将空气阻力设定为7.5N，所以=8.82+7.5=15.32N5.1.2输出功率本次的设计采用的是轮毂电机，因此输出扭矩等于驱动扭矩,由相关公式：=/r(3)r是后轮的半径因此=*r=15.32*0.1=1.532N*m根据=（4）n为电动机转速；p电动机为输出功率。可得滑板车以25KM/h前进，则n=530所以p=*n/9549=0.15KW=150W。所以，我们可以看出，在以最高的速度行驶的时候，电动滑板车也有足够的而外功率来进行上坡。5.2续航里程分析蓄电池的容量可以用A来表示，则A=I*t（5）其中I为放电电流；t为放电时间。有由公式P=U*I（5）其中，P为电机的功率；当P等于150w的时候，I=P/U=150/35=4.2A由公式（5）（5）的，t=A/I=10/4.2=2.4h。综上所述，当滑板车以最高的25KM/h的速度行驶的时候，续航里程可以达到50KM。基本上符合我们对于电动滑板车续航里程的需求。5.3滑板车制动性计算滑板车在匀速行驶时会受到滚动阻力与空气阻力的阻碍，但为了使其尽快停止，必须对其施加一地面制动力FXb，但它的值不能超过附着力FφFXb≤滚动与抱死是制动时车轮的两种运动状况，在制动器制动力Fφ比较小的时候，制动器的摩擦力矩远远小于地面制动力FXb而使车轮为滚动状态，此时若制动器制动力再增长，地面制动力也会随着而增长，其最大值FXbmax=FZ为地面对车轮的法向反作用力当刹车力Fp增加到某一值时，FXb会与Fφ相等，此时车轮为抱死状态，FXb不会再增加。由此可见，要想获得足够的地面制动力FXb图21制动过程中FXb、Fμ及5.4本章小结本章节就是对我们所设计的电动滑板车进行相关性能的分析，通过我们对于电机的动力性的分析计算以及电动滑板车续航里程的分析计算，可以基本判断本次毕业设计的电动滑板车满足了在设计之初我们对于其性能方面的相关需求。可以这样说，此次设计的电动滑板车已经初步完成了。

总结在这一段的时间里面，从最开始的对于题目的茫然，不知从何下手，到慢慢的通过查阅相关的文献资料，完成开题报告，然后渐渐对于本次的设计题目开始有一些自己的想法到最后完成整个毕业设计。此次的毕业设计总结主要如下：首先对于整体进行一个总体的设计，包含车把，车架等结构，车轮参数的选择以及减震的设置。当然要完成这些要查阅一定的资料，参考市场上的一些主流电动滑板车的车身结构，也查阅以一些专门的设计网站，了解典型的结构。设计要逐步推进，分部完成。包含电动滑板车的车体结构，驱动系统，三维建模及相关的性能分析。在设计的过程当中，有时会担心设计参数的是否合理，这是就可以通过三维实体建模，来进行零部件的装配以此来判断设计是否合理。设计的目标就是在最后设计出一款便捷，时尚，车把可以伸缩的新型电动滑板车。最后，在进行相关电动机动力和电动滑板车的续航里程进行分析，判断电动滑板车是否符合我们的实际需求。

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