电动三轮车结构设计说明书

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毕业设计(论文)
电动三轮摩托车结构设计
院（系）名称工学院机械系专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名魏华瑞
指导教师曲伟石
2009年5月5日
电动三轮车结构设计
摘要
本文简要介绍了电动三轮车的分类、用途以及各个类型的电动三轮车的优缺点。

并根据我对电动三轮车的市场调查的情况进行分析研究，并对电动三轮车的某些结构做了简要的介绍、改进和整合。

首先，就电动车的发展过程发展前景以及电动车在发展过程中存在的问题做了简要的介绍和分析，并对世界上其它国家电动车的发展状况做了简要的叙述。

其次，本文对目前市场上的所具有的电动三轮车的类型做了一个详细的介绍，并对各个类型的电动三轮车的配置、用途、适用人群、优缺点做了简要的介绍。

最后，经过认真总结和对市场的分析并利用四年来所学的知识，在指导老师和任课老师的指导和其他同学的帮助下，对电动三轮车的整车参数、外形尺寸、前叉结构、驱动系统和制动系统做了简单的设计和改进。

关键词：电动三轮车，前叉结构，驱动系统，制动系统
The structural design of electric tricycle
Author:weihuarui
Tutor:quweishi
Abstract
This 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
目录
1绪论 (1)
1.1 课题背景及目的 (1)
1.2 国内外研究状况 (1)
1.3 课题研究方法 (2)
1.4 论文构成及研究内容 (2)
2 电动三轮车结构设计方案对比分析 (3)
2.1 目前国内外常见的电动三轮车后桥的结构样式 (3)
2.1.1 单侧电机、外置车架型 (3)
2.1.2 中置电机带大轴型 (4)
2.2 电动三轮车根据用途不同的分类 (4)
2.2.1 休闲型电动三轮车 (4)
2.2.2 客运型电动三轮车 (5)
2.2.3 客货两用型电动三轮车 (6)
2.2.4 货运型电动三轮车 (6)
2.3 电动三轮车设计方案的确定 (7)
3 电动三轮车整车设计简介 (9)
3.1 电动三轮车的参数选择 (9)
3.2 电动三轮车外形简介 (9)
4电动三轮车前叉设计 (11)
4.1 前叉转向轴设计 (12)
4.2 前叉连扳设计 (12)
4.3 前叉筒管设计 (12)
5电动三轮车驱动系统的设计 (14)
5.1 电动三轮车后桥设计.................................. .. (14)
5.2 电动三轮车后桥半轴的设计 (22)
5.2.1 后桥半轴的材料和最小直径的选择 (23)
5.2.2 后桥半轴各段长度的确定................... (24)
6 电动三轮车制动系统的设计 (25)
6.1 电动三轮车前轮制动系统的设计 (25)
6.2 电动三轮车后轮制动系统的设计 (26)
6.3 电动三轮车驻车系统的设计 (27)
结论 (28)
致谢 (29)
参考文献 (30)
附录 (31)
附录A 有刷和无刷电机的区别 (31)
附录B 我国电动自行车的发展史 (32)
1 绪论
1.1课题背景及目的
目前电动车已经成为城乡主要的交通工具之一，为了顺应时代的潮流和人民生活的需要，我早已想对电动车做进一步的开发，通过和指导老师讨论决定对电动三轮车进行进一步的研究和改进，设计出一款更为实用经济的电动三轮车产品。

由于能源价格的日益攀升，电动车具有方便,节能,环保等优点，国家倡导绿色能源，电动车将在世界各地逐渐普及，这对保护环境、节约资源和提升人们的生活质量有重要的作用。

针对掌握的资料知道电动摩托车是以蓄电池作为辅助能源，它虽然具有普通三轮摩托车的外表特征，但主要的是，它是在普通三行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把、闸把等操纵部件和显示仪表系统的、机电一体化的个人交通工具。

无论是国内销售,而是海外发展的电动三轮车.现在还是处于一个摸索中成长的阶段。

表现主要有以下几点:科技含量不够高，整体产业链上中下游问题百出，无具体的行业标准要求限制。

电动车行业经过05和06年“井喷”式增长，到07年整个行业产能已经达到了约6700万台，而08年市场需求只有2100万台左右，由于产能严重过剩，行业开始进入洗牌阶段，许多中小企业都陆续的退出了电动车行业，09年行业市场竞争会更加激烈。

电动车行业由于门槛低，技术含量不高，产品仿冒层出不穷，大多数企业在新品开发上放弃了自主研发而采取市场跟进策略，即市场上什么车型畅销就上什么车型。

电动车市场消费者的不成熟，对新鲜外观的追逐喜好的特点使得电动车新品更新换代过于频繁，企业要想投其所好吸引这些消费者，就必须加快新品开发的速度，可见电动车新品开发得重要性。

1.2国内外研究状况
纵观全世界，我国的电动车行业用了最少的政府财政支持和行业监管，已经发展成为最大的电动车生产基地。

原始设备制造商的工业增长从1998年的10增长到了2005年的481。

根据非官方网站估计的数目，原始设备的增张从1000到了5000个。

电动车制造厂的年生产辆从1000辆每年增加到了300000辆每年。

多数自行车生产厂家的年产量在10000到50000辆，但有6家企业年产量超过了20万辆。

造成这样的局面的重要原因是在这个行业里，部分企业的技术不够成熟，供应商的网络是巨大的，制造电动车相对简单。

8个原始设备厂供应的零件的利润率只有6%。

此外，和大公司的管理人员访谈时得知，相当多的中小企业盗窃知识产权的现象严重（IP）。

由于进入这一行业的门槛太低和知识产权保护意识太差，有许多无牌的电动自行车制造
厂销售劣质电动车，但是成本相当低。

一些原始设备制造商预测，在未来几年，电动自行车生产厂家数量将大幅下降并且保持相对稳定的厂家数目。

该公司说明。

目前，制造电动自行车的厂家背景各种各样。

有些成立的电动车厂家是摩托车厂家，电器厂，甚至是玩具车厂家根据目前的电动车市场的需要的增加而转产的。

其中一些公司已经成立60多年的大公司，但是直到2000年才开始制造电动自行车。

许多公司甚至没有一点制造业的经验就直接进入制造电动自行车的行业。

德、日、法、美这几个汽车工业发达国家，到目前为止都已研制出实用的电动汽车，其中包括大客车、轿车、摩托车等。

美国几大主要汽车制造商已广泛深入的开展了电动车的研究。

其中通用汽车公司是电动汽车行业的领导者。

通用与美国能源部合作，用MH-Ni电池取代铅蓄电池，使电动车一次充电行使距离达到160km，他们计划在2004年开始生产燃料电池的电动汽车。

1.3课题研究方法
通过网上资料的搜集和对市场的亲身调查发现现在电动三轮车的发展状况和技术水平，然后通过对资料的整合和自身大学四年学到的知识的运用和指导老师的帮助，把各项新的技术运用到设计的新产品中。

1.4论文的构成及研究内容
论文由任务书、开题报告、文献综述、外文文献、目录、正文、附录、图纸、参考文献和心得体会等文件组成。

内容主要是电动三轮车的整车简介、电动三轮车前叉的设计、电动三轮车驱动系统的设计和电动三轮车制动系统的设计等组成。

2电动三轮车结构设计方案对比分析
2.1目前国内外常见的电动三轮车后桥的结构样式
2.1.1 单侧电机、外置车架型
单侧轮电机，外置车架（车架在车轮外边），这种结构的车没有大轴，稳定性不好，后两轮不同步，载重量轻，车架易变形。

这种电动三轮车的优点是制造工艺简单车身轻便，耗电量相对较小，没有差速器，驱动系统相对简单，成本低。

缺点就是使用范围比较狭小，不适合在路况不太好的乡下使用。

一般情况下此种车型车速较低，车子容易掌控，可作为老年人、残疾人代步用车。

如图表一所示
图表1
2.1.2 中置电机带大轴型
要选择中置电机带大轴的车，（大轴又称后桥、后梁，是连接三轮车后两轮之间的车轴，三轮车的重要部件）这种车稳定性好，中置电机同时驱动后两轮，启动平稳。

而且这类车不用外置车架，整车外观也好看。

这种类型的车成本比较高、车身比较重、承载能力强，适合城市货运和路况比较差的城乡使用。

随着使用范围的扩大，还出现了电动三轮出租车，电动三轮环卫车等。

2.2 电动三轮车根据用途不同的分类
2.2.1休闲型电动三轮车
休闲型电动三轮车以自用为主，通常作为老年人休闲娱乐、接送儿孙上学或者买菜走亲戚所用。

老年人可以用来作为结伴去钓鱼、逛公园、健身等的代步工具。

车身比较轻，车速比较低，比较省电，还有助理脚踏，可以作为低电或者没电时应急所用，也可以作为老年人锻炼身体的工具。

图（1）休闲型电动三轮车
2.2.2客运型电动三轮车
客运型电动三轮车以城镇客运为主，他的主要特点就是承载能力强，可以坐五到六人，电池容量比较大，车身比较重比较长，一般采用中置电动机或者是采用差速电机的方式作为后桥的驱动方式。

电池容量大、电机功率较大、电压较高、行程比较远。

同时也有助理脚踏，在低电、没电或者上坡、起步时使用。

这种客运型点动三轮车多用在城乡客运或者出租所用，车速比较高、车身比较大、轴距较长，稳定性比较好。

图（2）客运型电动三轮车
2.2.3客货两用型电动三轮车
客货两用型电动三轮车集合了客运和货运的长处，用途更多、应用范围更广泛。

一般也是采用的中置电动机或者差速电机作为后桥驱动系统，不仅可以载人，还可以载货，不管是城市还是农村都可以用。

它的电动机功率、电池容量、电池组电压更为高，这样车速更高、动力更强、行程更远、。

同时车身使用的钢材更厚、标号更高，同时那整车成本更高。

图（3）客货两用电动三轮车
2.2.4 货运型电动三轮车
货运型电动三轮车与客运型电动三轮车驱动形式相差不大，也是以中置电动机或者差速电动机为主要的驱动方式，只是电动机的功率更大，电池电压更高、电动机功率更高，电池容量更大而已。

主要作为城市的轻货的运输工具，与其他机动车相比居于价格低，操控简单，方便实用的特点。

货运型电动三轮车的钢材标号最高，钢板厚度更厚，成本也相应的会更高。

图（4）货运型电动三轮车
2.3电动三轮车设计方案的确定
综合所有电动三轮车的特点和用途，再经过我对本地区市场的需求，我决定设计一款新型的货运电动三轮车。

因为现在的货运型电动三轮车整体来说使用的是多块电车组和中置电动机。

这样呢就加重了车身的自重，还需要有链条的传动。

这样的电动三轮车的缺点呢有两点：一、电动三轮车的电池组的自重消耗了电池的电量，使得电动三轮车的行程缩短；二、用链条传动在功率的传递过程中也消耗了一部分电能。

那么我就想能不能在电动三轮车上使用一种新型的电池组呢？它既有同样的电池容量，也拥有比较低的自身重量。

再一个就是能不能也把货运型电动三轮车设计成后桥以差速电动机的形式为驱动方式呢？还有就是目前的货运型电动三轮车外观都是如图四所示的样式，千篇一律，虽说是用来拉货用的，但是总体来说还是不够美观，不能吸引人们的眼球。

那么我能不能在货运型的电动三轮车的外观上做点文章呢？
通过我认真的分析、导师的指点和通过搜集市场的资料和调研。

一个全新的货运型电动三轮车在我的脑海中应运而生。

那就是使用新型的电池组和差速电机做为驱动的
改进为方案，和更为讲究而且符合大众口味的电动三轮车。

不仅外观漂亮，而且车身自重更轻、行程更远，使用维护更为方便，噪音更低的电动三轮车将会在不久的将来展现在大家的面前。

图（5）
3 电动三轮车整车设计简介
3.1 电动三轮车的参数选择
外形尺寸：2910×1000×1210
额定功率：1500w
额定电压：72 v
电池容量：600Ah
最大行程：120km
最高车速：30 km/h
转弯半径：2.5m
爬坡能力：16°
车辆自重：200kg（含电池）
总承重：450kg
3.2电动三轮车外形简介
经过认真的调研和对目前市场的考察，经导师指点。

我设计了一款新型电动三轮车。

其外观如下：
图（6）改进型电动三轮车
车身效仿了原来比较流行的三轮摩托车的外观，整体比较协调，符合多数人的审美关，市场前景很好。

具体参数如下：前后轴距:1930mm 、后轮轴宽:810mm、整车长:2910mm、整车宽:1000mm、整车高:1210mm 。

车斗为三开门型新型设计方法，方便装卸货物，操作简单。

4电动三轮车前叉设计
前叉部件：前叉部件在电动三轮车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。

转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了电动三轮车的导向作用。

此外，还可以起到控制电动三轮车行驶的作用。

前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。

导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。

乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。

那么前叉又是连接车体和前轮的载体，起到非常重要的作用。

通常的前叉由前叉立管、下档、钢珠、下碗、车架子、上碗、钢珠、上档组成。

前叉总体设计如下图：
图（7）前叉总成
4.1 前叉转向轴的设计
轴的材料选择和最小直径估计：
根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。

按钮转强度法进行最小直径估
算，即： 0d A 电动三轮车额定功率：1500w 、最高车速：30 km/h 、电动三轮车总 承 重：450kg
经计算前叉轴径为直径为:45mm, 上下立管轴径为:30 mm,减震套筒为外径:40mm,内径为:33mm 的圆管状。

4.2 前叉连扳设计
根据前轮轴的长度可以确定前叉立管中心距为176mm,采用螺母夹紧增加摩擦力的方式来进行固定。

夹紧孔选择直径为34mm ，立管中心线到转轴中心线的垂直距离为22mm,连扳厚度为30mm 。

泥瓦安装孔到转轴的中心孔的垂直距离为62mm.
4.3 前叉筒管设计
据我了解，前叉目前有很多种设计方式，常见的有液压式，弹簧式，气压式等等。

气压式减震是通过气囊来完成其性能的气囊真正的作用有两点：
1、缓解内杆移动时产生的液压腔容积变化！
2、防空程作用，使液压阻尼能更好的工作！
第1点很容易理解，内杆虽然比较细，但是液体不能压缩，内杆压进去后内腔容积的一点点变小也足以产生高压是减震油泄露！一般民用车的减震是通过液压腔不注满，保留一部分气体用于适应这个容积变化，但是减震剧烈运动时，气体就可能使液压油产生气泡，气泡通过活塞时就会产生震动和不稳定！使用气囊的话就既可以通过收缩缓解这个容积变化，又把油气分离，避免减震油产生气泡影响减震效果！
第2点，如果没有气囊，减震快速压缩的时候，活塞下的空间很可能产生真空，减震再回弹的时候，产生真空的那一段行程内就是无阻尼的，影响了减震的效果，这个区域称为“空程”，这种情况在民用车上没多大关系，但用在减震器需要高速、剧烈运动的赛车上问题就大了！而气囊减震通过充入高压气体，相当与大大提升了液压腔的气压，可以有效的避免减震压缩时活塞下端产生真空的“空程”，也就改善了减震的效果！
可以看出气囊的作用，跟“使减震更硬”、“把车顶高一点”完全没关系，希望不要再有朋友们进入这样的误区！
气囊减震图如下：
图（8）气囊减震图
但是使用气囊式减震成本太高，一时还难以让消费者接受。

我决定还是使用弹簧式减震比较使用，用在电动三轮车上完全可以满足它的使用要求。

故在这里还是选用弹簧式前叉，前叉立管的最小长度选择为:320mm, 最大长度为:380mm。

车轴孔直径选择为:17 mm,两立管内沿的距离为:152mm。

这款减震器既经济使用，又完全能满足车辆的使用要求，并却在市场上也容易买到，便于零部件的购买与维修。

不是出现大的问题，一般情况下自己就可以处理和进行维护。

5电动三轮车驱动系统的设计
5.1电动三轮车后桥设计
电动三轮车后桥采用丁字型后桥：丁字型电动后桥具有结构紧凑、体积小、传动效率高、故障率低、适应能力强等优点，专门用于实用三轮、小四轮电动车。

它的应用重量应用使车辆重量减轻，机构布置合理、车辆控制操作简单、成本大幅下除、故障率明显减少，是低价位铅酸电池电动车的最佳配套产品。

为便于用户了解，现将其技术参数简述如下，以供使用前参考。

其宽度可根据用户定制
图（9）丁字形电动三轮车后桥
丁字型电动三轮车后桥采用的是差速电机的驱动形式，这样的后桥不用链传动，直接通过齿轮传动传到后轮上。

较少了功率在传动过程中的能量损失，也简化了后桥的工艺流程和加工难度。

既方便又实用美观，一定是未来电动三轮车的典范。

车架部件是构成电动三轮车的基本结构体，也是电动三轮车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。

电动三轮车电机的功率选择为1500w,那么就需要一种电容比较大的电池组来作为驱动电源。

随着电动助力车行业从2006年下半年开始进入行业整合与战略转型阶段，其动力电源配套产品也呈现出新的趋势特征。

典型的主流趋势是锂电池开始以产业化模式用作电动助力车动力电池，以替代铅酸蓄电池和镍氢电池等传统产品。

在政府政策规范和行业协会大力倡导下，以及消费升级和消费结构变化的推动下，电动助力车用锂电池的发展十分迅速，且呈现加速度的态势。

据估算，2007年电动助力车用锂离子电池出货量在25万组以上，较上年增长约110%；人们乐观预测2008年出货量可以达到50万组以上，再现翻番的增长速度。

经过2～3年的行业磨合，在电动助力车结构逐渐梳理清晰的背景下，电动助力车用锂电池的年出货量将可望达到100万组以上，占电动助力车电池整个市场的约5%以上。

锂电池由主要用于电子数码终端消费品的储能型二次电源向动力型二次电源发展，是其产业发展历程中一次质的飞跃。

由此推动锂电池行业扩张能力大幅度提升。

其中，锂电池用于电动助力车动力电源是其最具有划时代意义的行业拓展。

如果能够成功，则是锂电池自手机电池以后所开拓的最具发展潜力的市场空间。

对此，分析并把握现阶段锂电池用于电动助力车的关键特点显得尤为重要。

直接挑战铅酸蓄电池，较高的成本是用于电动助力车的锂电池的第一个关键特点。

较低的成本所决定的高性价比特点是铅酸蓄电池160多年长盛不衰的关键因素。

锂电池在没有任何中间过渡层产品的情况下用于电动助力车，直接与铅酸蓄电池竞争，主要是性价比竞争，因此产生非常大的压力。

相对于铅酸蓄电池来说，锂电池较高的成本主要由于以下原因：
第一、原材料价格较高。

锂电池的正极材料、负极材料、集流体、隔膜、电解质等主材价格比铅酸蓄电池高出很多，其组装辅材和外部电路系统成本则是铅酸蓄电池几乎没有的。

虽然锂电池由于能量远高于铅酸蓄电池，因此单位功率的原辅材料成本并没有表现出来的成本差距那么大，但是二者的材料成本差距确实存在，而且差距以倍数计；
第二、由于制作工艺的原因，锂电池的人工成本比较比例。

在制造成本中，锂电池的人工成本占40%以上，而铅酸蓄电池的人工成本一般为10%～20%；
第三、锂电池生产用的机器设备价值较高，单位功率的固定资产折旧金额较大；
第四、锂电池在生产中大部分过程是不可逆的，而铅酸蓄电池是可逆修复的，因此锂电池的总体合格率较低；
第五、铅酸蓄电池使用之后的回收价值在40%以上，而锂电池的回收价值几乎是零。

综上，相对于铅酸蓄电池，锂电池用于电动助力车的成本较高是一个突出的特点，也是影响锂电池大规模替代铅酸蓄电池用于电动助力车的关键特点。

对此，我们必须正视，不能回避。

锂电池是迄今所有商业化使用的二次化学电源中性能最为优秀的电池，这也是促进锂电池用于电动助力车的一个关键因素。

主要的可以概括如下：
（1）比能量高；无论是体积比能量，还是重量比能量，锂电池均比铅酸蓄电池高出三倍以上。

由此决定了锂电池体积更小、重量更轻，其市场消费感觉很好；
（2）循环寿命长；锂电池用于电动助力车的循环寿命一般在800次以上，采用磷酸铁锂正极材料的锂电池可以达到2000次左右，超出铅酸蓄电池1.5倍至5倍以上。

这大大降低了锂电池的使用成本，提高了消费者的使用便利程度；
（3）具有较宽的充电功率范围；这是锂电池具有的独特优势。

在需要时，可以1C～3C充电，使充电时间控制在20分钟～1小时，充电效率达到85%以上。

在进一步技术创新的基础上，这一特性得到更好的发挥，可以具有很好的商业价值；
（4）倍率放电性能好；锂电池的倍率放电可以达到10倍率以上，特殊制作可以达到30倍率。

这一特性非常有利于电动助力车的智能控制骑行技术的发展。

只是目前对这一特性尚未有很好的开发与利用。

在锂电池发展过程中，因为采用的正负极材料及其配方不同，出现过爆炸、燃烧等不安全现象。

主要是负极采用金属锂，经循环后产生枝晶，致使短路，出现燃烧爆炸；而正极材料采用钴酸锂或镍钴锂等，其化学活泼性较高，在石墨负极的配合下，一旦出现高温，容易发生爆炸燃烧。

尽管实际发生的概率在十万分之一或百万分之一以上，但由于以手机及笔记本电脑等为主的电子消费品数量极大，使用范围极广，因此累计发生的安全事故绝对数量使人们感觉很多。

由于这些电子消费品是人们日常生活经常相伴，不可或缺的用品，一旦发生安全问题，影响很大，致使人们“谈锂电池色变”。

这种在电。