燃油汽车的改装 - 图文

兰州工业高等专科学校毕业论文（设计）

摘要

本文改装的汽车为驾校训练使用的皮卡车。由于电动机与发动机的动力特性不同，改装涉及了多个方面，包括电机的选用、传动系的改制、转向助力的改制、油门踏板和电路的改制设计等。

原车装有长城GW491Q多点电喷汽油发动机，固定配有齿轮齿条式机械转向系，选装有使用GH0801A转向油泵的助力转向，行车制动形式为双管路真空助力液压制动，感载比例阀控制。电气设备方面，采用负极搭铁，额定电压为12v。

关键词：电动汽车；汽车该装；皮卡车

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Abstract

Electric vehicle refers to the power driven vehicles. The environmental and energy issues of concern. In order to solve these problems, electric car showing accelerated development trend. This paper modified car for driving training in the use of the pickup truck. Because the motor and the engine dynamic characteristics of different modified, involving many aspects, including the selection of motor, transmission system, steering system, the accelerator pedal and the circuit system design.

The original car was fitted with a the Great Wall GW491Q multi-point EFI gasoline engine, fixed with a gear rack type mechanical steering system, optional use of GH0801A steering pump power steering, brake is in the form of dual vacuum assisted hydraulic brake, the load sensing valve control. Electrical equipment, using the negative electrode, rated voltage 12V. Key words: electric vehicle；vehicle mounted；the pickup truck

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目录

第1章 绪论 ......................................... 4

1.1 引言 ................................................ 4 1.2 本课题的目的及意义

1.3 国内外电动汽车的发展现状与展望

第2章 长城皮卡车改纯电动汽车数据准备及方案比较 ...... 7

2.1改装要求 .............................................. 8 2.2原车整车参数 .......................................... 8 2.3各档总传动比 .......................................... 9 2.4课题的设计内容、研究方法以及设计方案 .................. 9 2.4.1关于燃油汽车改为电动教练车主要有以下几个研究的内容 ........................................................... 9

2.4.2燃油汽车改为电动教练车的研究方法 ................ 9 2.4.3燃油教练车改为电动教练车的方案选择范围 ......... 11

第3章 电动机的选择 ................................ 14

3.1 电动机功率的初步估算 ................................ 14 3.2 根据最大爬坡度计算电机的扭矩 ........................ 15 3.3 用最设计最高车速估算电机最大转速 .................... 16 3.4 电动汽车用电动机的要求 .............................. 16 3.5 电动机确定 .......................................... 17 3.6 电动机的安装 ........................................ 18

第4章 蓄电池的选择 ................................ 19

4.1电池容量的计算 ....................................... 19 4.2电动汽车电池的要求 ................................... 19

第5章 转向系助力的改制 ........... 错误！未定义书签。 第6章 经济性分析 ................................... 34

6.1电动车改装的成本估计 ................................. 35 6.2装后的电动车经济性能 ................................. 35

总结 ................................................ 36 致谢 ................................................ 39 参考文献 ............................................ 39

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第1章 绪论

1.1 引言

汽车给人们带来了方便、 舒适的生活条件， 随着人们日益增长的物质文化需要，渐渐对环境问题、能源危机重视。

现在社会中大气污染情况成了一大公害，在交通越发达的国家，汽车排放的尾气对环境污染物越严重，根据检测分析，汽车尾气排放量已占大气污染源的 85%，治理大气污染，减少汽车尾气排放是重中之重。化石能源资源非常有限，根据预测，未来石油可用年限仅 40 年、天然气 67 年、煤炭 190 年。化石能源会排放大量空气污染物与温室气体，造成严重环境污染和温室效应。核能则使用环境限制苛刻，聚变难以控制，目前还不能直接使用于汽车。为了促进能源长久利用，人们须要开发新能源并提升能源使用效率。电能来源丰富，如风能、水能、太阳能、核能等，使用后不产生污染环境的有害气体，是清洁能源同时电能方便存储，可将其转变为化学能或机械能的方式储存，如铅酸电池、锂离子电池、飞轮电池等。故利用电能做化石能源的替代品是目前很好的选择，电动汽车便是未来汽车的发展方式。

1.2 本课题的目的及意义

如今发达国家的车身设计和机械、传动设计已经相当成熟。我国在这方面的技术远远落后，而且开发成本很大，小则几亿，大则几百亿。国内很少有公司能承受如此巨大的开发费用，09 年东风汽车开发费用为 19.64 亿元，相比大众 390.5 亿元的开发费少之又少。故国内在汽车设计行业主要采取逆向开发，如 BYD F5 逆向的丰田卡罗拉，力帆 320 逆向的 Mini Cooper 等。国内一般没有花多大精力在车身结构上，在电动汽车也是如此，其他发达国家也一般在已有车型上做改动， 故在电动汽车研发上， 国内外基本处于同一起跑线上。其研究重心主要在驱动电池、驱动电机、速度控制器上。

本题是直接利用一成品车为例，将其改装成纯电动车，其中的数据处理做理论分析，而进行推广。其中包括，设计动力性匹配并确定电机功率和型号，电池容量计算与选型，速度控制器理论控制范围与选型。涉及

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的参数设计都与整备质量、时速设计、续航里程和成本控制相关。在最基本的功能实现后，适当加入了我国电动汽车使用发展情况的简要介绍。 本题初衷在于能根据本文内容，能使更多的人重视环境污染问题，让更多人知道汽车发展趋势，也了解电动汽车的基本原理。如今国家需需更多专业人才响应发展电动汽车的号召，加大电动汽车产业发展步伐，为节能减排事业、可持续发展战略多做贡献。

1.3国内外电动汽车的发展现状与展望

1.3.1 国外电动汽车发展现状

近几年来，外国汽车巨头都不约而同地把目光聚集到电动汽车的开发上,纷纷投入大量的人力、物力和财力，进行电动汽车相关技术的研究，相应地，各国政府也制定了一些相关的政策、法规来推动电动汽车的发展。

在美国看好纯电动汽车和燃料电池电动汽车的发展前景, 大力推动纯电动汽车和燃料电池电动汽车的研究和推广应用工作，早在1993年，联邦政府能源部就与通用、福特和戴克三大汽车制造商签署协议联合开发燃料电池电动汽车。现在, 美国已有7个州加入了汽车尾气零排放计划,到规定的年限后这些地区销售的汽车必须为零排放,即只能为纯电动汽车和燃料电池电动汽车。2010年，通用和福特两家汽车公司分别发布了各自的“全球电气化”计划，宣布将逐步转向生产混合动力电动汽车和纯电动汽车。2009年，通用汽车公司的纯电动汽车“Vlot”下线，该车的最高时速可达140 km/h，除此之外，通用还推出了装有以纯电动模式为主的Voltec动力系统（由1.4L汽油发电机组、16Ah锂离子动力电池和110kw驱动电机组成）的plug-in电动汽车，纯电动模式下的续驶里程超过60公里，最高时速可达161km/h。福特汽车公司也正在加紧纯电动汽车的研究工作，计划称，明年将在北美和欧洲分别推出林肯和全顺两款纯电动车。在混合电动汽车方面，Escape和Fushion两款混合动力汽车已经实现量产并在全球销售。戴克汽车公司开发了一款道奇纯电动运动型轿车，其百公里加速时间小于45s，最高时速可达192km/h，采用220v的充电电源4个小时即可完成充电，续驶里程可达420公里。

在日本的丰田汽车公司很早就曾推出社区纯电动汽车e-com以及装有22V镍氢电池和水冷永磁同步电机的EV-RAV4，并于今年推出了Plug-in版的Prius。在混合电动汽车方面，1997年12月，丰田汽车公司推出了世界

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上第一款批量生产的混合动力电动汽车“Prius”，预计今年底，该车型在全球的累计销售量有望突破130万辆；2001年，丰田公司又相继推出了“ESTIMA”混合动力汽车和搭载软混合动力系统的“皇冠”轿车。本田汽车公司目前已经有 “Insight”和“Civic”两款混合动力电动汽车在销售，其中，“Insight”和丰田的“Prius”被公认为当今世界最成功的混合动力汽车。本田汽车公司在普及混合动力技术的基础上，也加快了纯电动汽车开发的步伐，很快将在在日本和北美市场推出纯电动汽车。日产汽车公司今年在北美市场推出了“Leaf”纯电动汽车，明年登陆中国市场，而且日产公司计划2013年推出电动版的英菲尼迪。

在德国大众汽车公司2010年在欧洲市场推出了基于Jetta的Plug-in混合动力电动汽车和“UP”纯电动汽车。宝马汽车公司计划在美国加利福尼亚州出租500辆“MINI”纯电动汽车，用于宣传宝马的环保理念。同时，2010年12月，宝马公司在中国举办“MINI”纯电动汽车的试驾活动，在中国推广其环保理念。奔驰汽车公司推出的“SMART”纯电动汽车搭载了30KW电动机和锂离子动力电池，其最高时速为113Km/h,0-60Km/h加速时间为5.7s，续驶里程为115Km，百公里能耗仅为12Kwh。

1.3.2国内电动汽车发展现状 比亚迪汽车公司的“E6”纯电动汽车配有自己生产的磷酸铁锂电池，采用220V电源15分钟内可充电80%，其百公里能耗为20Kwh，最高时速超过160Km/h。

上海汽车集团以“荣威750”为车型平台推出了“上海牌”纯电动汽车，利用220V电源6-8小时可完成充电，最高时速可达150Km/h，续驶里程超过200Km。

奇瑞汽车公司的“S18”纯电动汽车于2009年下线，该车配有40Ah的磷酸铁锂电池，利用220V电源4-6小时课完成充电，0.5小时可充电80%，最高时速为120Km/h,续驶里程超过120Km。

为迎接北京奥运会的召开，北京理工大学等单位设计开发了具有自主知识产权的纯电动公交车，并在北京奥运期间成功运营，随之，该车型在上海世博会和广州亚运会上继续推广使用，取得了良好的经济和社会效益。

1.3.3 展望

作为未来汽车的发展趋势，电动汽车的开发已经受到各国的重视。世

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界上的主要汽车产业大国都在电动汽车领域投入大量的人力、财力和物力进行相关的科技攻关，并且取得了一些可喜的进步，但是，目前电动汽车的技术指标还不能完全满足用户的需求，各项关键技术的研究尚待取得突破，相信在不远的将来电动汽车必将会得到广泛的应用，为保护我们日益脆弱的生态环境发挥重要作用。

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第2章 长城皮卡车改纯电动汽车数据准备及方案比较

图2-1 长城皮卡（CC1021S）

2.1改装要求

要求：最高车速30km/h左右； 最大爬坡度i>10%； 续航时间>8小时。

2.2原车整车参数

经测量、查阅得到CC1021S车型的数据如表2-1。

长城CC1021S车型参数表2-1

车型 外型尺寸 轮距（前/后） 轴距

最小转弯直径 载重量 整车整备质量 前桥载荷 后桥载荷

CC1021S

4940×1690×1580 (mm) 1374/1355 (mm) 2580mm 12m 500kg 1380kg 740kg 640kg

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整车总质量 满载前桥载荷 满载后桥载荷 发动机型号 变速器型号

2205kg 790kg 640kg 491Q HC-162

2.3各档总传动比

各档传动比由主减速器传动比和各档减速比乘积示。

表2-2 CC1021S各档传动比

档位 i 倒档 i0×ig， 如表2-2所

4.218 2.637 1.646 1 0.845 4.295 4.54 18.12 传动比 2 2.67 11.17 8.85 5.375

2.4课题的设计内容、研究方法以及设计方案

2.4.1关于燃油汽车改为电动教练车主要有以下几个研究的内容 （1）了解电动汽车在环境、能源等方面的意义。

（2）了解驾校行业用教练车的使用环境条件及特点，结合电动汽车的优缺点，对两者进行比较，对改装的可行性进行分析。

（3）查出燃油汽车所需要改动的地方，如转向助力源，真空助力伺服制动的真空源，电路的变化等。

（4）提出多种改制设计方案并且进行比较选择。

（5）对改动的部件进行设计，并进行必要的计算及制图。 （6）完成设计说明书，并进行设计总结。 2.4.2燃油汽车改为电动教练车的研究方法

纯电动教练车是专为驾驶员培训行业发明的一种节能驾训工具， 从结构上讲，纯电动教练车与燃油教练车的不同之处仅在动力系统，纯电动教练车的动力系统是蓄电池电源、电机及调速系统组成的制动系统，而燃油教练车的动力系统是汽油发动机或柴油发动机，除动力部分外，车辆的

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其它部分完全一样；从供电方式上讲，由于国家规定的驾驶员场内驾驶各科目训练的范围不大，可采用车载电源供电模式，这种车载电源供电方式，保证了其自身的环保性、可靠性、经济性和实用性。

驾校用的教练车被学员用于桩考、坡道定点停车和起步、侧方停车、通过单边桥、曲线行驶、直角转弯、限速通过限宽门、通过连续障碍、百米加减挡、起伏路驾驶等训练。其中，桩考、侧方停车、通过单边桥、曲线行驶、直角转弯、通过连续障碍等科目要经常使用转向，在低速时，若没有助力转向，将会十分困难。而坡道定点停车、侧方停车等科目对制动的使用也较频繁，要求有可靠的制动助力。坡道定点停车和起步、百米加减挡等科目对离合器、变速器的使用十分频繁。

总之，教练汽车因为其功能的不同有以下几个特点 1、动力性要求不高

因为教练车是在场地供驾校学员学习驾驶技术的车辆。其使用范围有限，只在一定路况较好的场地行驶，上下坡时，坡度也不大，那么教练汽车的坡度阻力就很小。另外，教练汽车的行驶速度相对来说很低。这样，汽车的空气阻力就很小，而汽车的滚动阻力也处在较小的一个范围内。由此可知，教练汽车主要克服汽车的加速阻力，其次是滚动阻力。，教练汽车对其驱动力的要求不高。

2、经济性不佳

教练汽车的行驶车速很低，常不处于经济车速范围内。并且，教练汽车的车速变化频率很高，走走停停，在匀速工况下工作的机率很小。另外，教练汽车经常使用低档，倒档等。在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但在低档和倒档时，汽车的后备功率较大，发动机的负荷率就低，燃油消耗率自然就高。最后，由于教练车是提供给驾驶学员学习的，学员的操作大多不附和规范，加上学员的不停地更换，对教练汽车的伤害很大，教练汽车的保养和调整没有到位，这样汽车的经济性就更差。

3、学员对教练车的操作频繁

驾校学员对教练汽车的操作十分频繁，尤其是转向和制动。教练车转向在驾校“倒库”、“场地”等科目中使用十分频繁，加之汽车车速很低，转向负荷较大。这就要求教练汽车应设有助力转向或动力转向，以减轻学员在控制汽车转向时加在转向盘上的手力和提高行驶安全性。教练车的制动操作的使用同样很频繁。这就要求汽车的伺服制动系或动力制动系工作

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可靠，且在动力或伺服制动系工作失效时，还可全靠驾驶员供给。 2.4.3燃油教练车改为电动教练车的方案选择范围

现在市场上，已有电动教练汽车的使用，如杭州某些驾校使用的有线电源教练车，俗称“辫子”教练车。 从结构上讲，有线电源教练车与燃油教练车的不同之处仅在动力系统，即有线电源教练车的动力系统是电机及调速系统组成的“电气发动机”，而燃油教练车的动力系统是汽油发动机或柴油发动机，除动力部分外，车辆的其它部分完全一样。该电动车受“辫子”约束，使用范围仅限于倒桩训练中。现在毕业设计改装课题中考虑用蓄电池取代了“辫子”，使电动车可用于所有场地训练科目。

毕业设计改装的原车是长城CC1021S教练车，原车装有长城GW491Q多点电喷汽油发动机，固定配有齿轮齿条式机械转向系，选装有使用GH0801A转向油泵的助力转向，行车制动形式为双管路真空助力液压制动，感载比例阀控制。电气设备方面，采用负极搭铁，额定电压为12v。现对需要改动的地方的改制方案选择范围做一简要概述。

1、传动系的改制设计

传动系位于发动机与驱动轮之间，它可使发动机输出的动力特性适合于在各种工况下汽车行驶的需要，使汽车能正常行驶。最常见的是机械式传动系，液力机械传动系用于大型客车。高级轿车和各类工程车辆上。电力传动比 ...燃油教练车的动力来自发动机。现在改为电动汽车，就要把发动机换为电动机。然后就要考虑传动系的变化。

2、转向系助力的改制与设计

目前，轿车上配置的助力转向系统大致分为三类：机械液压助力转向系统、电子液压助力转向系统和电动助力转向系统。采用不同助力转向系统，对于汽车行驶的安全性、舒适性和经济性具有不同的影响。 （1）机械式液压动力转向系统

机械式的液压动力转向系统一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、V型传动皮带、储油罐等部件构成。液压泵靠发动机皮带直接驱动，无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力，在一定程度上浪费了能量。驾驶这类车，尤其是低速转弯时，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。一般经济型轿车使用机械式液压助力系统的较多。

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（2）电子液压助力转向系统

主要由储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器等构成，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构。电子液压转向助力系统克服了传统的液压转向助力系统的缺点。它所采用的液压泵不再靠发动机皮带直接驱动，而是采用一个电动泵，动力来自于蓄电池。它所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态。简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不至于影响高速打转向的需要同时，节省一部分发动机功率。电子液压助力转向系统是目前采用较为普遍的助力转向系统。

（3）电动助力转向系统(EPS)

电动助力转向系统(Electronic Power Steering)，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。EPS的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转向传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。汽车在转向时，转向传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。在电子控制单元控制下，汽车能容易地实现可变助力功能，即在车速较低的时候助力能量大，方向盘轻，车速高时助力能量小，方向盘重，这样给安全行车带来好处。如果不转向，则本套系统就不工作，处于休眠状态等待调用。由于电动助力转向的工作特性，你会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。又由于它不转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。考虑到教练车的转向需要助力，仍需保留原车的转向油泵，作为转向助力高压油液的来源，但转向油泵原来是由发动机用皮带带动的，现在发动机已经被驱动电动机取代，就要考虑转向油泵的驱动。以下是转向油泵驱动改制的几种方案：

（4） 选一个独立电动机来驱动转向油泵

这种方案的特点是，虽然油泵电机要占用一定的空间，且布置也变的较为复杂，但是，不会影响驱动电机动力的输出，不会对传动系统造成

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影响。

（5）转向油泵由驱动电机驱动

这种方案的优点是结构较简单，油泵由驱动电机用皮带轮或联轴器直接驱动。不用另选驱动油泵的电机，节省了空间。但是要求驱动电机的功率除了能驱动汽车行驶外，还要能驱动油泵根据转向要求发出足够的动力。同时，要求电机最好是两轴输出，即一轴驱动传动系，一轴驱动转向油泵。

3、制动系真空助力的改制设计

原车采用真空助力伺服制动系，真空来自于发动机进气管。现在发动机已经被拆掉，要想使真空助力伺服制动系继续产生作用，就要解决真空源的问题。方法是寻找一个电动真空泵，继续产生真空，向真空助力器输送真空。利用真空助力器的助力作用产生制动力。另外真空泵到真空助力器还应装有真空罐，以储存真空供真空助力器用。

4、电路的初步改制设计

相对于传统燃油教练汽车，电动教练车拆掉了发动机及其控制部分、燃油系统等，保留了蓄电池作为辅助电池，原车照明、车身电器及配电系统保持不变，但增加了动力电池、电动机及其控制器，真空泵及其开关，报警等。故其电路系统要做一定的改制。

5、油门踏板的初步改制设计

原来燃油教练车的油门踏板是控制发动机节气门的开度，以此来控制发动机的转速及其功率、扭矩的输出。现在油门踏板则要控制驱动电机的转速等，则要使油门踏板位置的改变来产生类似于燃油汽车的油门信号。一个方法是去掉原来的油门踏板，然后安置现成的变速踏板来控制电动机的调速控制导线。而电动机的调速一般是通过可变电阻或差动变压器来实现的。另一个方法是保留原油门踏板，另选一个发动机节气阀总成，利用安装在节阀总成上的节气门位置传感器产生油门踏板信号。

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第3章 电动机的选择

3.1电动机功率的初步估算

电动汽车的电机的工作原理与内燃机汽车不同，但是功率估算方法相同，可以用最高车速大小初步估计电动机功率。

根据汽车所要求的最高车速V（km/h）,可用下式估算发动机最大功率。

t

magfrCDA3?pemax= 1?vmax?vmax???360076140??公式中

（1）

pemax——电动机最大功率

（2）

?t ——传动效率

动力从发动机输出到驱动轴要经过变速器、主减速器、差速器、传动轴万向节、离合器等机械部件，中间会有一定的机械损失因此估计变速器机械效率为0.95；传动轴万向节机械效率为0.98；主减速器机械效率为0.97。

故此 ?t??变?传?主=0.95×0.98×0.97=0.90

（3）ma ——汽车总质量

由于该车为电动教练车，不做载货用处，而且根据经验估计原车发动机的质量与改装后电动车的电动机与控制器质量大约相当，故此处可以用整车整备质量与预估蓄电池总质量之和代替汽车总质量。整车整备质量m=1380kg，预估蓄电池总质量为400kg。故此ma=1780kg

（4）

g——重力加速度

（5）对乘用车

fr——滚动阻力系数

fr=0.0165×[1+0.01(va-50 )]；对货车去0.02。由于本车

速度较低，可按货车取值

（6）

fr=0.02

vmax——最高车速

根据设计要求取

vmax=30km/h。

CD大小比同样型号的内燃机车要小一些。

（7）CD——空气阻力系数 由于电动汽车不用进气格栅，故在此处可以选CD=0.4

（8）A——汽车正面投影面积

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其大小一般用汽车前轮轴距B与汽车最大高度H估计

Ttqi0i1 ×H=1.347×1.580=2.128m3 Ft ?A=Br将以上各数值带入公式3-1 得到电动机的需要功率大约为：5.5kw

3.2根据最大爬坡度计算电机的扭矩

（1）道路阻力Ff

Ff?Gf （3-2）

式中 G——汽车总重量，对本车取1780kg f——滚动阻力系数，由上取0.2 将上述数据带入式（3-2）得到Ff?Gf=350N

(2)坡度阻力Fi

Fi?Gi （3-3）

式中i——设计要求最大爬坡度取10% 将i=10%带入（3-3）得到Fi=1744.4N （3）空气阻力Fw

C 2

DAuaFw?21.15

（3-4）

式中CD——空气阻力系数 已经确定取0.4

A——汽车迎风面积一般用前轮轴距B乘以最大高度H确定 B×H=1374×1580=2.18m

2ua——设计最高车速 ua=30km/h

将上述数据带入式（3-4）

（4）Fj——加速阻力 = 37.11N

2CDAua0.4*2.18*302? 37.11N F w ? ?

21.1521.15

duFj??m（3-5） dt在计算最大爬坡度时候 即 Fj?0

du?0 由汽车行驶方程 Ft=Ff+F+F+Fidtwj（3-6）

将各阻力值带入（3-6）得到 Ft=356+1744.4+37.11=2137.51N

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又驱动力 （3-7） 式中

Ttq——电动机驱动扭矩

i0ig——档传动比 由表4-2取22.67

r——车轮行驶半径 取0.35m

将数据带入（3-7）得到 Ttq?32.1N.m ?23.29N3.3 用最设计最高车速估算电机最大转速

电机转速与汽车行驶速度之间有如下关系

（3-8）

22.67*0.35rnua?0.377i0ign即

?uai0ig0.377r式中 n——电动机最高转速

i0ig——汽车传动比 此处取最高档传动比0.845

3?192.r2/min将数据带入式（3-8）得到 n? 872.2rpm

0.377*0.35ua——汽车设计最高车速 取

30km/h

3.4 电动汽车用电动机的要求

由于受到车辆空间限制和使用环境的约束，电动汽车用电机驱动系统不同于普通的电传动系统，它要求更高的性能、更高的体积/重量密度以及更高的可工作环境温度，用于普通电传动的电力电子与电机技术已经不能适应其要求。电动汽车的驱动电机通常要求能够频繁的启动/停车、加速/减速，在低速或爬坡时要求高转矩，高速时要求低转矩，并且变速范围要大，能在任何电压下稳定工作。而工业驱动电机通常优化在额定工作点。因此，电动汽车驱动电机比较独特，应该单独归为一类。它们在负载要求，技术性能以及工作环境等方面的主要区别归纳如下：

（1）电动汽车驱动电机去要有4到5倍的过载以满足段时间加速与最大爬坡要求

（2）电动汽车驱动电机应根据车型与驾驶员驾驶习惯进行设计

（3）电动汽车驱动电机要求有高的功率个好的效率图。从而降低车重，延长续航里程。为了使电机协调运行，要求电动汽车驱动电机被装在车上，

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空间小，工作在高温、坏天气以及频繁震动等的恶劣条件下

表3-1 ZYCD系列电机列表

3.5电动机确定

电动机电源电压的的选择主要根据控制器的电压控制电路导线的截面积以及电压降等因素来选择。高电压会在同样负载电流的情况下提供高功率，但是电压不能过高，否则会对电路导线、控制器等的耐压程度要求提高。参考国内外电动汽车电压应用实例，在直流电动机驱动与控制器的电动车辆上一般使用100V---120V电压。

电动机选择要保证满足（1）最大功率大（2）最大扭矩大于 (3)最高转速要大于（4）电动机额定电压也是有要求的，电动机功率一定的情况下，电压越高，电流就越小，线路上的损失减小，在电池以小时电流放电时，可发挥出较大能量，但是电压过高，对电器件的安全能力性要求提高，经济性下降。根据经验一般电压选择100v到140v之间为宜。

根据以上四条选择了ZYCD-5.5型号电动机，保证电动机可以稳定运行并且有较大过载量。

该电机参数为：额定功率5额定电压；电源电压额定转速；最大功率9kw；最大扭矩：45N.m。完全满足改装的要求而且能保证电机有较大的过

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载量，和稳定的工作环境。

3.6电动机的安装

电动机的布置采用中央驱动布置方式，与原内燃机的布置位置基本相同，即将电动机放在原来发动机的大体位置。其动力经减速器、差速器传至驱动轴及车轮。中央驱动电机布置的特点是只需要一台驱动电机，控制电路简单，车辆的结构与传统布置相近，可以在内燃机车辆基础上改装，其传动装置和技术比较成熟。

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第4章 蓄电池的选择

4.1电池容量的计算

主电机的功率为5.5kw，由电机的功率公式

即 （4-1）

PUcos?式中 I——为电动机额定电流

I?P——电动机额定功率 P=5.5kw

cos?——电机的功率因数 该电机功率因数为0.9

将数据带入（4-1）得到 A 连续行驶8小时需要的能量

5500I??61.11

100*0.9为61.11×8=488.88AH。同理可以得到副电机 ， 续航8

2500I??耗27.78小时需要能量为 27.78×8=222.24AH。续航8小时共需要消能A量为100*0.9711.12Ah。

（1）电压要求：要满足电动机的要求即电池输出电压应为120v； （2）容量要求：电池组的总容量要大于711.12Ah。

4.2电动汽车电池的要求

（1） 比能量

比能量是保证EV能够达到基本合理的行驶里程的重要性能，2h放电率时电池的比能量至少不低于44Wh/kg。

（2） 充电时间

电池对充电技术没有特殊要求，能够实现感应充电。电池的正常充电时间应小于6h，电池能够适应快速充电的要求，电池快速充电达到额定容量50％时的时间为20min左右。

（3） 连续放电率和自放电率

电池能够适应快速放电的要求，连续1h放电率可以达到额定容量的70％左右。

（4） 运行环境

电池能够在常温条件下正常稳定地工作，不受环境温度的影响，不需要特殊的加热、保温热管理系统，能够适应EV和HEV行驶时振动的要求。

（5） 安全可靠性

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电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱、外壳。应不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。废电池能够回收处理和再生处理，电池中有害重金属能够集中回收处理。电池组可以采用机械装置进行整体快速更换，线路连接方便。

（6） 寿命和维护

电池的循环寿命不低于1000次，在使用寿命限定期间内，不需要进行维护和修理.

影响电动汽车发展的蓄电池性能比较

蓄电池是电动汽车的动力源泉。目前，制约电动汽车发展的关键因素是动力蓄电池不理想。电动汽车蓄电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等。要使电动汽车能与内燃机汽车相竞事，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的蓄电池。

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总结

本次设计主要从传动系的改制、转向助力的改制、制动助力的改制、油门踏板和电路的改制等几个方面对长城皮卡（CC1021S）进行改装。 1、传动系的改制

本次设计采用ZYCD-6电机对原车发动机进行替换，电动机的布置采用中央驱动布置方式，与原内燃机的布置位置基本相同，即将电动机放在原来发动机的大体位置。其动力经减速器、差速器传至驱动轴及车轮。中央驱动电机布置的特点是只需要一台驱动电机，控制电路简单，车辆的结构与传统布置相近，可以在内燃机车辆基础上改装，其传动装置和技术比较成熟。

2、转向助力的改制

由于拆除了发动机，转向油泵没有的动力源，所以需要用电机来驱动转向油泵。有两种方案可供选择：

（1） 选一个独立电动机来驱动转向油泵

这种方案的特点是，虽然油泵电机要占用一定的空间，且布置也变的较为复杂，但是，不会影响驱动电机动力的输出，不会对传动系统造成影响。

（2）转向油泵由驱动电机驱动

这种方案的优点是结构较简单，油泵由驱动电机用皮带轮或联轴器直接驱动。不用另选驱动油泵的电机，节省了空间。但是要求驱动电机的功率除了能驱动汽车行驶外，还要能驱动油泵根据转向要求发出足够的动力。同时，要求电机最好是两轴输出，即一轴驱动传动系，一轴驱动转向油泵。

综合上述两种方案，认为选一个独立电机来驱动转向油泵的方案比较合理。原车发动机及其附属部件都已拆除，所留空间足以安装独立的电机。 3、制动助力的改制

原车采用真空助力伺服制动系，真空来自于发动机进气管。现在发动机已经被拆掉，要想使真空助力伺服制动系继续产生作用，就要解决真空源的问题。方法是寻找一个电动真空泵，继续产生真空，向真空助力器输送真空。利用真空助力器的助力作用产生制动力。另外真空泵到真空助力器还应装有真空罐，以储存真空供真空助力器用。 4、油门踏板的改制

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原来燃油教练车的油门踏板是控制发动机节气门的开度，以此来控制发动机的转速及其功率、扭矩的输出。现在油门踏板则要控制驱动电机的转速等，则要使油门踏板位置的改变来产生类似于燃油汽车的油门信号。一个方法是去掉原来的油门踏板，然后安置现成的变速踏板来控制电动机的调速控制导线。而电动机的调速一般是通过可变电阻或差动变压器来实现的。另一个方法是保留原油门踏板，另选一个发动机节气阀总成，利用安装在节阀总成上的节气门位置传感器产生油门踏板信号。 5、电路的改制设计

相对于传统燃油教练汽车，电动教练车拆掉了发动机及其控制部分、燃油系统等，保留了蓄电池作为辅助电池，原车照明、车身电器及配电系统保持不变，但增加了动力电池、电动机及其控制器，真空泵及其开关，报警等。故其电路系统要做一定的改制。

根据所选驱动电动机控制要求，对点火开关原接线做了调整，开关第一档（ACC档）接通电动机控制器和车用电器电源，第二档（ON档）接通驱动电动机主电源。

为了监控动力电池工作状态，仪表板上安装了一块直流电压表和一块直流电流表，用来显示当前动力驱动系统的工作电压和电流。仪表板上还布置了制动助力泵真空不足报警蜂鸣器检查按钮以及点火开关两档电源指示灯。

控制用电源和车辆、车身电器系统电源接原车蓄电池，而该蓄电池的充电电流则通过一只直流/直流转换器由动力电池组提供，在电动汽车运行期间使其始终保持充电状态。

真空泵电路除了接有真空不足报警开关，还接有真空开关，一方面在测得真以节省电能，另一方面，在测得真空罐真空不足时，真空开关闭合，使真空泵继续工作，以产生真空。

通过此次设计，让我对以前所学的知识加深了记忆与理解。但也让我意识到对很多知识的欠缺。

在设计过程中，不能很好的计算数据，对制图工具autoCAD也不能很好的运用，不能独立的完成设计要求的很多内容。

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致谢

这次毕业设计得到了很多老师、同学和同事的帮助，其中我的导师王彦老师对我的关心和支持尤为重要，每次遇到难题，我最先做的就是向王老师寻求帮助，而王老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。

另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示感谢。

感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，把一个庞大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。

最后，感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人。

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参考文献

[1]陈家瑞 《汽车构造》,人民交通出版社,1994年6月

[2]邓星钟《机电传动控制》,华中科技大学出版社,2004年7月

[3]吴克坚 于晓红 钱瑞明 《机械设计》,高等教育出版社,2003年3月 [4]龚桂义 潘沛霖 陈秀 严国良《机械设计课程设计图册》,高等教育出版社,2004年5月

[5]数字化手册系列(软件版)编写委员会《机械设计手册(软件版)R2.0》,机械工业出版社，2005年6月

[6]哈尔滨工业大学理论力学教研组《理论力学》,高等教育出版社,2003年3月

[7]李兴虎《电动汽车概论》，北京理工大学出版社，2005年8月

[8]陈全世《先进电动车技术》，化学工业出版社，2007年7月 [9]陈清全孙逢春 祝嘉光《现代电动汽车技术》，北京理工大学出版社，2002年11月

[10]王望予《汽车设计》，机械工业出版社，2004年8月

[11]边焕鹤 蹇小平《汽车电器与电子设备》，人民交通出版社，1997年2月

[12]栾琪文《国产皮卡汽车维修手册》，辽宁科学技术出版社，2006年4月

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第5章 转向系助力的改制

考虑到教练车的转向需要助力，仍需保留原车的转向油泵，作为转向助力高压油液的来源，但转向油泵原来是由发动机用皮带带动的，现在发动机已经被驱动电动机取代，就要考虑转向油泵的驱动。以下是转向油泵驱动改制的几种方案：

（1）选一个独立电动机来驱动转向油泵

这种方案的特点是，虽然油泵电机要占用一定的空间，且布置也变的较为复杂，但是，不会影响驱动电机动力的输出，不会对传动系统造成影响。

（2）转向油泵由驱动电机驱动

这种方案的优点是结构较简单，油泵由驱动电机用皮带轮或联轴器直接驱动。不用另选驱动油泵的电机，节省了空间。但是要求驱动电机的功率除了能驱动汽车行驶外，还要能驱动油泵根据转向要求发出足够的动力。同时，要求电机最好是两轴输出，即一轴驱动传动系，一轴驱动转向油泵

现在尝试第一种方案，即另选用一个独立电动机来驱动转向油泵。 转向油泵仍是原燃油车上GW491Q发动机使用的的GH0801A转向油泵。

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其参数如下所示：

1助力排量V 9.6ml/r 2最大工作压力P 8Mpa

3转速范围n 500-7500r/min 4流量Q 7L/min 另外转向油泵的总效率?总：查阅资料其范围为0.6~0.85，此处取?总=0.85，其容积效率?v=0.9，机械效率?m=0.88。

转向油泵的输出功率所需满足的要求：

即使在发动机处在怠速转速时，转向油泵向转向油缸的供给油压必须达到此时汽车最大转向负荷的要求，这时转向盘的转动速度要达到1.5n/s的要求。

由于转向油泵并没有发生改变，也不需重新设计，只是其动力源发生了改变，所以只需知道原燃油教练车发动机与转向油泵的速比关系及发动机怠速时，发动机的功率及扭矩输出情况，就可以大致确定驱动转向油泵电动机的功率，及其与转向油泵之间的速比关系。

为此，对原来的燃油皮卡车发动机的皮带轮和转向油泵的皮带轮尺寸进行了粗略的测量：

主动轮（发动机皮带轮）的外径尺寸da发为da发=160mm 从动轮（转向油泵皮带轮）的外径尺寸da油为da油=129mm

该发动机的怠速转速大致为800r/min

da油129i?? ? 0.816 所以，发动机与转向油泵的传动比大致为

da发160n发800发动机怠速时，转向油泵的转速n油= = ? 980r/min

0.816i此时，转向油泵的理论流量Qth为：

其实际流量Qac?Qth??v?9.4?0.9?8.46L/min

Qth?n油?v?980?9.6?10?3?9.4L/min

在这个流量下，其输出的功率Po Qac?p8.46?10?3?8?106Po???1.128kw6060

转向油泵此时所需输入的功率Pin

Pin?Po?总?1.128?1.41kw0.8- 22 -

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5.1电机的选择

5.1.1方案1、采用一个独立电动机来驱动转向油泵

若所选的电机与转向油泵之间采用皮带传动，查阅《机械设计手册》得知皮带传动的机械效率为?带?0.96。

则电机的输出功率至少为

Po电?Pin?带?1.41?1.470.96改制后的电动教练车上，使用动力电池和辅助电池供电，都为直流电源。所以所选的驱动转向油泵的电机最好为直流电机。根据以上所计算出转向油泵对其驱动电机的基本功率要求，选用包头长安电机厂的ZYCD—2.5型直流电机来驱动转向油泵。

所选ZYCD—2.5型直流电机的性能参数如下：

额定功率 2.5Kw 电源电压 120V 额定电压 100V 额定转速 3000r/min

另外，所选电机的输出轴长度为50mm，轴径?为24mm，采用单圆头平键连接，型号为键C8?36GB1096—79

如果采用皮带轮来传递动力，现对电动机和油泵的皮带轮及皮带进行设计。

根据实测，测得原燃油汽车的发动机皮带轮的外径da发?160mm，转向油泵的皮带轮的外径da油?129mm

n发dd油?皮带传动的实际传动比i1= n油dd发?1???

因为滑动率?很小，可不予考虑，故

n发dd油?传动比 i1?n油dd发da油129轮的节圆直径dd油和dd发，故传动比再次近似取为i1? ==0.816

da发 160

发动机怠速时，转向油泵为满足转向助力要求，所要达到的转速n油为

n发800n 油= = =980r/min i10.816

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汽车往往在低速（包括怠速）时，转向负荷较大，需要较大的转向助力。而在高速时，所需转向助力相对减小，为的是使转向不致发飘，且有较好的路感。在本次课题中所改装的汽车是教练车，其往往在低速工况下行驶（如驾校要求的最高车速仅为30kw/h），故需要油泵电机在额定转速下稳定地向转向油泵输出动力（功率），这就要求转向油泵的转速至少为980r/min。

初步计算油泵电机与转向油泵之间的传动比i2满足以下关系：

3000i2 ? =3.06

980

129a油即i2? = ?3.0

dda电da电129则da电? =42.6mm

3.06

又根据转向油泵的输入功率要小于等于电机经皮带传输之后的功率

即 ?2500?96%

n油?v??v?p?总 n 9.6?10?6?0.9?8?106油?2500?96% 60?0.8

解得n油?1779r/min

n电da油根据i2= ? ，把以上算得的n油?1779r/min代入得

n油da电

da电?76.5mm

由此从而确定了电机皮带轮的尺寸范围 42.6mm?da电?76.5mm

带传动设计的原始数据及设计内容:

带传动设计的原始数据为：传动功率P，转速n电、n油或传动比i，传

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动的位置要求及工作条件等。设计的内容包括：确定带的截面形状即带型、长度、根数、传动中心距、带轮基准直径及结构等。

设计步骤如下： 1、确定计算功率Pca

Pca=KA?P

Pca 计算功率 kw

P 传递的额定功率（如电动机的额定功率） kw

KA 工作情况系数 在《机械设计基础教程》表8—6中选为KA=1.2 kw

Pca=KAP=1.2?2.5=3kw

2、选择带型

根据计算功率Pca和小带轮的转速由《机械设计基础教程》中图8—10选为spz型。

3、确定带轮的基准直径dd电和dd油

1)初选小带轮（电机带轮）的节圆直径dd电

根据V带截型，参考《机械设计基础教程》表8—3及表8—7选取

dd电?ddmin=63mm，为了提高V带的寿命，宜选用较大的直径。此时，结合

以上确定出的电机皮带轮的尺寸范围，在表中选为dd电=71mm。

2）验算带的速度V

根据《机械设计基础教程》8—3来计算带的速度，并应使v?vmax 对于窄V带vmax=35~40m/s

?dp电n电 ?71?3000?dd电n电3.14? =11.1m/s<35m/sv电 = V=

60?100060?100060?1000

由上式可知，带速满足要求。

3）确定从动轮（油泵皮带轮）的基准直径dd油

根据实测的油泵皮带轮的外径da油=129mm，并按V带轮的基准直径系列表8—7

可以选定。dd油=125mm。

那么，主动皮带轮（电机皮带轮）与从动皮带轮（油泵皮带轮）之间的速比为：

n电dd油125i2????1.76n油dd电71- 25 -

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4、确定中心距a和带的基准长度Ld

根据传动的结构需要初定中心距a0，取 0.7（dd电+dd油）

即 0.7（71+125）

a0取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算所需的基准长度L'd：

L?2a0+ (dd电'd?

22（dd电?dd油）?dd油）?4a03.14(125?71)2?2?(71?125)?=600

24?300=910.15mm

根据L'd由表8—2中选取和L'd相近的V带的基准长度Ld

Ld取为900mm，再根据Ld来计算实际中心距。

由于V带传动的中心距一般可以调整故可采用下式近似计算，即

Ld?L'd900?910.15?300??294.93?295 a ?a0?22

若考虑安装调整和补偿预紧力（如带伸长而松弛后的张紧）的需要，中心距的变动范围为：

amin=a?0.015Ld=295?0.015?900=281.5mm amax=a+0.03Ld=295+0.03?900=322mm 5、验算主动轮上的包角?1

dd油?dd电?1?180??57.5?a125?71?57.5?295

= 180??

=169.4?>120?

由此，可知主动轮上的包角?1满足对包角的要求。 6、确定带的根数

虽然已知改装前的燃油汽车的发动机与转向油泵之间只使用了一根V带，但此时对改装后的教练车所使用的V带的根数做一校核计算。

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皮带的根数

PcaZ= (P0??P0)K?Kl

K? 考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数，查《机械设计基础教程》表8—4得知K?=0.98

Kl 考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数，查《机械设

计基础教程》表8—2得知Kl=0.88

P0 单根V带的基本额定功率，查《机械设计基础教程》表8—5c

得知P0=3.26kw

?P0 计入传动比的影响时，单根V带额定功率的增量，查表8—5d

得知 ?P0=0.4

1.2?2.5Z= =0.95 (3.26?0.4)?0.98?0.88

由以上计算结果可知，只需一根V带即可。

7、确定带的预紧力F0

考虑离心力的不利影响时，单根V带所需的预紧力为

1000P其中，最大（临界）有效拉力 Fec? ca ，并考虑包角对所需预紧力

zv

1efv??1F0?Fecfv?qv22e?1的影响（略去推证过程），则

F0?500Pca2.5(?1)?qv2zvK?

q V带单位长度质量，kg/m， 查表8—9为 q=0.07

=218.2N

若是，非自动张紧的带传动，由于新带易松弛，安装新带的预紧力应

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F0?500?32.5(?1)?0.07?11.121?11.10.98兰州工业高等专科学校毕业论文（设计）

为上述预紧力的1.5倍。

8、计算带传动作用在轴上的力（简称压轴力）Fp

如果不考虑带两边的压力差，则Fp可近似地按带的两边的预紧力F0的合力来计算。即

??? F?2zFcos? p 0 = 2zF0cos(?1)?2zF0sin1

2222 =2?1?218.2?0.996 =434.5N

F0 单根带的预紧力

?1 主动轮上的包角 9、扭矩的验算

电机在额定转速下经输出轴所输出的扭矩为

9550?P9550?2.5电oT??? 7.96N?M 电o n 3000

电

经皮带轮增扭后，输入转向油泵的扭矩为

T油in?T电o?i2?7.96?

125?14.01N?M71转向油泵在转向负荷最大时需要的输出的转矩为

9550?P9550?2.18油oT???12.22N?M油o n油1704

T油in>T油o

10、主动轮（电机皮带轮）的轮槽尺寸

1)V带轮设计的要求

设计V带时应满足的要求有：质量小，结构工艺好，无过大的铸造内应力，质量分布均匀，转速高时要经过动平衡，轮槽工作面要精细加工（表面能粗糙度一般应为3.2）以减少带的磨损，各槽的尺寸和角度均应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀。 2)带轮的材料

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带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150或HT200,转速较高时应采用铸钢（或用钢板冲压后焊接而成），小功率时，可以用铸铝或塑料。这里采用HT150。 3)结构尺寸

铁制V带轮典型结构有以下几种形式： ①实心式 ②腹板式 ③孔板式 ④椭圆轮辐式

带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径来选择结构形式，根据带的截型来确定其轮槽尺寸。此时，因为电机皮带轮的节圆直径较小(dd?71)可采用实心式。根据《机械设计基础教程》表8—10来确定V带轮的轮槽尺寸。所确定的尺寸数据如下所示：

基准宽度（节宽）bd(bp) 8.5mm 基准线上槽深hamin 2.0mm 基准线下槽深hfmin 9.0mm 槽间距e 12mm 第一槽对称面至端面的距离f 9mm 最小轮缘厚?min 5.5mm 带轮宽B=(3-1)e+2f 42mm 外径da 75mm

轮槽角? 34? 其尺寸如图6-2所示：

图5-2 电机皮带轮

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11、从动轮（油泵皮带轮）尺寸的确定。

由于油泵皮带轮随油泵一块儿保留，其材料，尺寸实际上已经确定。但无法获知，因此，根据其外径尺寸，在表上查出其实际尺寸，如下所示：

基准宽度（节宽）bd油(bp) 8.5mm 基线上槽深ha油min 2.0mm 基线下槽深hf油min 9.0mm 槽间距e油 第一槽对称面至端面的距离f油 最小轮缘厚?油min 带轮宽B油=（1-1）+2f油 外径da油 轮槽角?油

其尺寸如图6-3所示：

图5-3 油泵皮带轮

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12mm 9mm 5.5mm 18mm 129mm

38?

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