电动螺丝刀的设计研究

关键词： 粉尘 日益

电动螺丝刀的设计研究（精选十篇）

电动螺丝刀的设计研究 篇1

随着生活水平的提高, 人们日益关注自己的健康问题, 而无论是作为教育事业的工作者还是作为学生, 每天都要吸入大量由粉笔形成的粉尘, 这在无形中影响着他们的身体健康问题。保护环境日益已成为我们关注的热点问题, 粉尘无疑是影响环境的一重要因素。由擦黑板过程中产生的粉尘飘入空气中, 造成了环境的污染。而电动吸尘器能够在擦黑板的过程中吸收产生的粉尘, 避免其飞入空气中, 从而使环境得到改善, 使教师和学生有一个良好的工作学习环境, 能够有一个健康的身体。

而现有黑板擦功能单一无法满足教师在教学过程中的需求, 一、其长度无法调节, 每次擦除的面积固定, 有时教师板书需要将整个黑板都写满文字, 使用现有技术的黑板擦擦除粉笔屑时, 由于其一次性擦除的面积有限, 需要来回反复的擦除, 较为麻烦;二、现有技术的黑板擦缺乏手持机构, 教师擦黑板时, 粉笔屑直接落在教师手上, 造成不便;三、现有技术的黑板擦功能单一, 部分教师尤其是英语教师需要经常在黑板上划四线格, 有时还需要教杆或者激光笔指出黑板或者投影银幕上的教学内容, 现有技术的黑板擦并不能实现以上功能。

为此, 我们研究的新型黑板擦很好地解决了上述问题。

1 功能简介

在原有黑板擦基础上添加一个负压机构, 经过电动机的工作将粉尘吸入收集盒内, 通过过滤后在出风口排出清静空气。这样就方便地完成了吸收产生粉尘的功能, 待粉尘积满时, 可将过滤器抽出倒掉。在黑板擦主体部分及手柄均设有伸缩杆, 能够随时调节黑板擦长度, 并且具有可供手持的伸缩纵臂, 还可以实现四线格划线和激光笔照射的功能。

2 “电动吸尘黑板擦”的主要结构

“电动吸尘黑板擦“的主要结构见下图1。

3 “电动吸尘黑板擦”的物理原理

3.1 电动吸尘黑板擦吸尘部分

由电机、风扇、电源在手柄末端构成负压系统, 粉尘经擦布部分小孔吸入, 进入纵向伸缩杆, 聚集在纵向伸缩杆底部的集尘袋中。此结构完成了擦黑板过程中产生粉尘的吸引、收集, 避免产生粉尘飘洒、滑落, 污染环境或对教师产生影响。

3.2 可调节黑板擦大小部分

擦布一端与擦布固定盒固定, 另一端使用活动夹臂, 可将擦布加紧, 黑板擦横向设有可伸缩的横杆, 通过横向伸缩随意调节黑板擦大小, 同时配合擦布的调节, 完成了黑板擦横向调节大小的功能。纵向设有第一纵杆及第二纵杆, 通过滑动可调节纵杆长短, 并通过螺丝的松紧随意固定纵杆长度。

3.3 其他新型功能

黑板擦擦布固定盒部分为空心结构, 开有一条稍大于一只粉笔的缝, 可实现储存粉笔的功能。在固定盒底部设有四个等间距等大的空, 插入粉笔, 可完成四线格的绘制工作。在可调擦布部分设有激光笔, 通过物理按键可实现激光照射功能, 方便教师教学过程中对知识点的指引。

4 “电动吸尘黑板擦”的使用说明

(1) 本实用新型使用前, 拧松所述第一旋紧螺栓, 并转动所述辊筒以调节所黑板擦布的长度, 旋紧所述第一旋紧螺栓使所述固定夹臂、活动夹臂将所述黑板擦布夹紧, 然后通过第二旋紧螺栓调节所述伸缩横臂的长度, 直至将所述黑板擦布绷紧即可, 本实用新型通过调节所述黑板擦布的长度可以调节本实用新型擦除粉笔屑的范围。

(2) 教师手持所述伸缩纵臂, 并将所述黑板擦布地接在黑板上来回摩擦即可将粉笔屑擦除, 按压所述开关, 使所述电机带动风扇旋转从而产生负压, 飘散在空气中的粉笔屑经过第二纵杆后进入第一纵杆内, 避免粉笔屑直接落在教师手上。

(3) 本实用新型还可以将粉笔插设在所述划线孔内, 从而方便的在黑板上画出四线格。

(4) 本实用新型还可以通过激光笔指出黑板上或者投影银幕上的教学内容。

5 相关拓展

随着人们生活水平的提高, 健康和环境日益成为我们关注的两大热点。而在教学过程中由擦黑板引起的粉尘严重危害教师及学生的健康, 同时也污染了空气, 影响环境。降低擦黑板过程中飘散到空气中的粉尘成了解决这一问题的关键问题。电动吸尘黑板擦能够很好的解决这一问题。

电动吸尘黑板擦在擦黑板过程中, 利用负压结构将产生的粉尘吸收, 收集到一个集尘盒中, 有效减少了飘散到空气中的粉尘, 从而减少空气污染, 减小对教师及学生的危害。

在解决粉尘问题的基础上, 此款新型黑板擦还具备了现有黑板擦不具有的新型功能。此款黑板擦可随意调节黑板擦的大小, 提高了擦黑板的效率。黑板擦设有的纵向伸缩杆, 对于高处不易于擦除的地方也便于擦除。此款黑板擦具备了绘制四线格及激光照射功能。满足了当下教师教学大部分需求。

电动螺丝刀的设计研究 篇2

关键词：家用电动工具 设计特征 比较研究

从工业设计角度讲，电动工具是功能、形态、安全、人机工程、产品识别因素的统一体。电动工具的设计由于考虑因素多且各设计要素本身又相互制约，工具类产品适用人群广泛而显得任务艰巨。而好的电动工具设计是其品牌存活的必要条件，导致电动工具产品的设计成为了设计师的考验。满足技术与安全条件，形成产品系列风格，人机要素的充分考虑，品牌的易识别性，只有将这些因素紧密结合起来，才能设计出真正满足市场需求的家用电动工具产品。

一、中西家用电动工具设计产业的现状对比

家用电动工具产品在欧美市场早几年前就已经十分受广大消费者欢迎，而国内家庭对DIY文化的接受程度以及市场相关产品的准备都还不充分，大部分渠道销售的电动工具产品还是以工厂型和专业人员为主的，人机造型和外观审美性并不能满足家庭用户的需要。现在部分国内电动工具品牌也开始将注意力集中在电动工具产品的设计上。但是这项设计产业若想在国内形成成熟的市场还需要企业和设计人员继续探讨努力。

我国家用电动工具市场现存问题主要体现在咨讯方面，建材市场的工具配件型号种类并不齐全，很多产品缺乏详细的说明材料。消费者对电动工具产品的主要了解渠道仅限于工具专卖店、展销会、洽谈会、业务员推荐。这就造成消费者对产品的品牌缺少考量，盲目选择购买和使用后才对电动工具的品牌质量有所了解。这一点国外的电动工具公司十分值得我们学习，例如美国品牌百得（Black&Decker）、德国品牌博世（BOSCH）等一些国际知名的电动工具品牌将工具的材料、尺寸型号配合、安全技术等资讯清晰的展现给广大用户，还附有详尽的说明书，工具的配件有多种购买渠道，为消费者提供方便。

综上，我国家用电动工具设计行业在保证设计的高质量基础的同时也要提高相关产品的配套设计质量，从而建立高品质的电动工具品牌。

二、家用电动工具设计特征的比较

1.色彩设计

目前在电动工具产品的开发上，西方国家的企业都比较注重色彩设计。一般来说有名的电动工具企业都有着自己的品牌色。比如，得伟的黄和黑的搭配；博世公司的整体色彩采用其公司的代表色即“博世蓝”，商标采用红字，与机壳的蓝色更加协调。而在国内，许多企业则是依照外商来样或是国外的热销产品的色彩来设计生产。

中国本土的电动工具色彩设计呈现两种截然相反的特征。一种过于循规蹈矩，不敢做任何变化，使得产品色彩单调，没有精彩的视觉效果，也没有自己产品设计的色彩风格；另一种却是随意将几种颜色拼凑在一起而忽视产品本身的协调感。

相比而言，国外电动工具企业给予设计师自由发挥的空间，大胆运用夸张的表现手法给电动工具产品以生命力，让使用者远离沉闷。欧美电动工具企业在追求功能的同时，更追求一种个性，一种物质享受。

国外工具类产品色彩的应用遵循以下四个特点：一是均衡，两种以上的色彩搭配在一起时，色彩的明度、色调、面积等在视觉感受上要稳定；二是色彩调和，在电动工具产品的色彩中加入共通性的色彩，使产品部件视觉上达到统一调和；三是律动，电动工具产品色彩通过律动可以使产品视觉信息更丰富，造型更精致；四是层次清晰，产品上对比效果最强烈的色彩为主色调，以主色调区域为中心随着电动工具的结构变化色彩排列有渐次移动的效果。

2.造型设计

电动工具产品的造型对产品结构、形态组合、功能形态分区以及材质运用的设计要求很高，使其产品拥有科技感和精致感，好的设计更是能够提供给用户观赏的乐趣，体现品牌的高档感和品位。同时造型也可以表现出该品牌一定的个性、理念和风格：是大气还是细致，是轻巧还是稳重。

博世（BOSCH）作为德国著名的电动工具品牌，秉承了德国产品的一贯设计风格，强调理性的设计，坚持人体工程原则和功能性原则。其产品的造型有两个特点：

一是通过产品造型符号来体现某些特定的指示性特征，暗示用户该产品的操作使用步骤及方法。例如通过造型本身的关联性设计的按钮的造型，根据按钮的大小和材质、按钮位置所在机体的比例、凹凸形式等视觉信息来传达按钮的操作方式和功能种类；通过造型的相似性，对手柄的造型、材质及肌理纹的设计能够暗示手的抓握方式。

二是针对不同区域的人群使用习惯对产品造型进行调整的人性化特征。以电圆锯手柄为例，美国惯用左手的人比例较高，所以美国市场的电圆锯手柄及其扶手位置同样适用于惯用左手的人（图1）。

以手电钻为例，美洲产品的主手柄一般设计在工具的中部（图2）。而欧洲市场通常是将主手柄后置（图3）或使用“D”型手柄（图4），而亚洲市场对电动工具手柄的造型设计有独特的要求，例如手柄的尺寸相比欧美电动工具的手柄尺寸而言要小。

相较之下，中国的家用电动工具设计并没有体现出具有明确中国特色的设计观念。

三、中西家用电动工具品牌设计特征的对比分析

1.中西家用电动工具品牌系列化设计

西方家用电动工具的设计都趋向于系列化，系列化设计之所以如此受重视是因为其三大特点：一是灵活，洞察市场需求后灵活推出多种相应的产品以达到适应更广泛市场的目的。二是迅速，为了适应市场竞氧要求生产厂家推出产品要快。系列化设计可以缩短开发适应市场的产品所用的时间，从而迅速占领市场。三是提升产品品质，主要是在色彩、材质、外观结构等方面进行统一的设计，使产品整齐美观增强视觉效果，给用户强烈的视觉冲击力（图5）。

中国的电动工具产品设计行业并不成熟，缺乏长远规划和足够的设计储备。大部分企业仍然停留在照单设计的阶段，种类繁多的工具并没有明显的风格联系，很难形成自身产品系列。而其他中小型企业甚至仿制国外的某些单一热销产品，以此来降低设计成本和开发风险。

综上，国内电动工具企业必须向专业的产品设计师寻求帮助，系统的进行整套工具开发，这样才能提高市场竞争力并建立自身的产品系列与企业品牌识别。

2.电动工具的品牌特征与识别设计

设计要素服务于品牌特征，能够最直接体现产品品质的便是产品商标的品质。电动工具经常在恶劣的环境下工作，因此要特别注意商标的材料、贴放位置结构处理。颜色是品牌识别系统的另一个要素，例如得伟的黄和黑、博世的蓝、灰和作为辅助色的红。在进行产品设计时，为了体现同家族产品的特征和系列化、增强品牌识别度，同系列产品通常有规律的使用一些标志性的构造符号元素。

国际上很多著名的家用电动工具品牌如德国BOSCH、SKIL美国BLACK&DECKER、DeWalt等等通过设计将自己品牌的产品理念以及设计概念注入具有代表性产品，都来加深用户对品牌的印象，提高品牌知名度。所以在历年的国际工业设计大奖上，不难看到电动工具荣获殊荣。

我国是电动工具的生产大国，但电动工具的设计并不领先。多是定牌生产，自创品牌相对较少。而我国出口的电动工具，除外资企业及部分企业生产的产品外，绝大多数是定牌生产、“中性包装”，很少有采用自己品牌出口的产品，更没有名牌产品。

造成这种情况的原因是多方面的，其中最主要的原因是国外尤其是欧美等发达国家电动工具的市场相当繁荣，国内市场相对落后；另外企业缺少电动工具的设计人员，特别是工业设计师。

四、总结

新型轧机压下螺丝设计及优化 篇3

在初轧机, 板轧机、万能轧机等轧机上, 几乎每一道轧制都需要调整辊缝, 以保证轧件按给定压下量轧出所要求的断面尺寸。在轧制过程中要辊缝的调整直接影响板厚误差, 因此轧机压下装置所能控制精度显得格外重要[1]。

在轧制过程中, 有很多因素会引起轧件的厚度偏差。这些因素都与轧件和轧机有关[2]。轧件方面的因素有:轧件厚度不均匀、轧件沿长度方向温度或机械性能不均匀等。轧机方面的因素有:轧制速度和张力的变化、轧辊热膨胀和磨损及轧辊偏心、轧制过程中机架的变形等[3]。

轧机参数的变动将使辊缝发生周期性的变化, 因而导致轧件厚度发生变化, 为了提高轧件的厚度精度, 在现代化轧机上, 往往设置厚度自动控制装置, 使轧机在轧制过程中能调整辊缝, 以控制和减小轧件纵向厚度偏差[4]。

压下控制系统辊缝的控制最后都是由轧机的压下机构来执行的, 选择合理的压下机构, 及合理的设计压下机构以调整辊缝。

2压下螺丝及螺母设计

压下螺丝、辊缝调节速度快且承载能力大安全可靠, 控制精度高和作业性稳定好。四轴双向调节柔性精密轧机主要应用于型材轧制的精轧部分, 其中的压下机构是轧机精度控制的重要部分, 而压下螺丝和压下螺母是压下机构的核心部件。轧机的精度能否达到所需要的控制精度主要取决于压下螺丝和螺母。

假定轧制力为P, 压下螺丝的直径为d, 压下螺丝许用应力[σy], 压下螺母的高度H, 压下螺母的螺纹圈数n, 压下螺母的外径D。螺纹牙型采用锯齿形。螺纹牙型的设计参考机械设计手册中的螺纹牙型设计。

压下螺丝的直径可有下式求得

因此在已知轧制力, 可确定压下螺丝的直径。

在正常工作状态下, 螺纹要具有自锁性。在润滑良好时静摩擦系数为0.005。

f=tanθ

f-摩擦系数;θ-螺纹升角

许用螺纹升角。由自锁条件和螺纹升角的几何关系知螺纹升角θ和螺距t满足:

可求得螺距t。

螺母外径D选择可依据下式:

D-螺母的外径;d-螺母内径;E1-螺丝的弹性模量;E2-螺母的弹性模量。

螺母选用低碳钢, 一般钢铁的弹性模量E=2.07×1011Pa。可得到螺母的内径和外径的关系从而确定螺母的内外径尺寸。

螺母的高度为H, 内部的螺纹圈数为N, 所以螺母的高度

H=Nt

螺纹圈数达到一定数值以后, 再增加螺纹圈数对降低螺纹上的负载效果已经不明显, 一般螺母的螺纹圈数N取20-30圈, 以20圈为宜。另外采用锯齿形螺纹对降低螺纹的负载有一定的好处。压下螺丝和螺母的参数如表1所示。

3压下螺丝及螺母的理论分析

在压下螺丝机构理论设计完成, 考虑到轧机实际工作情况需要对压下机构的设计尺寸进行校核。

3.1压下螺母与轧机牌坊接触面的强度校核

对压下螺丝螺母机构进行强度校核, 受轧制力示意图如图1。总轧制力P为600T, 轧机牌坊接触面的应力用下式计算:

[σ]-轧机牌坊与螺母的许用应力, 取100-180MPa;D1-压下螺母的外径;D2-牌坊上的孔的直径;σ-螺母与牌坊间的应力

3.2螺纹的强度校核

螺纹受力面上的单位挤压应力:

[p]-螺母材料需用挤压应力;δ-螺母的外径与螺丝的内径差

3.3螺纹的弯曲应力校核

h1-载荷相对于固定端的力臂, h1取D1-d1/2;b-螺纹根部厚度;[σw]-许用弯曲应力, 取100MPa-180MPa。

3.4螺纹的剪切强度校核

[τ]-材料的许用剪切强度, 取80MPa-120MP

通过理论校核设计的压下螺丝机构理论上满足实际应用所需的参数。而实际能否达到实际应用的要求还需要进一步的利用仿真软件仿真验证。

4 ANSYS静力学分析

利用Pro/E三维仿真软件进行三维仿真设计, 再利用ANSYS仿真软件等对设计的压下螺杆和螺母进行静力学有限元分析。

将装配好的压下螺丝导入ANSYS在螺丝底部和螺母的上部施加力如图1所示。

分析结果如下:如图2所示, 最大应力部位位于螺杆压下端, 最大应力为:310MPa-380MPa。

如图3所示, 最大变形部位在螺杆与交叉梁接触部位, 最大应变量为0.04-0.045mm。

螺母应力图如图4所示, 最大应力部位位于螺母两端, 最大应力为图1压下螺丝螺母受力示意图80MPa-120MPa左右;应变图如图5所示, 最大形变部位在远牌坊接触端, 最大变形量0.010-.015mm。

总结经过有限元软件的仿真结果, 验证了之前的理论计算的准确性以及该压下螺丝设计方案的可行性。软件仿真结果显示该设计满足了实际生产中的强度和刚度, 可实现较为精确压下。但是考虑实际工况还需要增加安全系数。

5结束语

文章基于机械设计理论对压下螺丝机构的设计, 利用软件建模、仿真分析以及优化, 可以节约成本, 提高设计的科学性。考虑实际精度需要可对不合理的部位进行优化设计, 优化该部位的部位以达到实际需要的精度需求。

另外利用ANSYS软件对压下螺丝和压下螺母的分析也说明了压下螺丝和压下螺母受力与普通的螺丝螺母受力不同。验证了该四轴双向调节柔性精密型材轧机压下机构设计的可行性, 此外为该机构的液压系统改造提供了一定的研究理论和对比数据。

摘要：文章课题来源于河北省钢铁联合基金项目, 基于一种四轴双向调节柔性精密型材轧机的研究, 该新型轧机可实现在线精确调节, 效率高, 投资少, 精度高, 而压下机构的设计是保证精度的关键, 所以压下机构的研究具有重要意义。通过对电动压下机构中的压下螺丝和压下螺母的设计, 进行理论上的计算和建模, 并且进行理论分析, 利用ANSYS对螺丝和螺母进行仿真, 研究分析应力应变, 最终考虑生产实际需求以及设计要求进行优化。研究设计出的长寿命的压下螺丝螺纹机构, 可以实现各辊的双向调节, 实现一机多用, 同时使轧件同一断面的各部位得到主动压缩和延伸, 使金属变形和轧件组织性能显著提高。基于此研究, 可以为压下机构液压系统改造奠定一定的理论基础。

关键词：柔性精密型材轧机,压下机构,优化

参考文献

[1]邹家祥.轧钢机械理论与结构设计[M].北京:冶金工业出版社, 1993.

[2]刘庭舜.轧钢机压下螺丝和螺母的改进[Z].重庆钢铁公司设计处.

[3]连家创.压下螺称和螺母的参数选择及刚度计算[Z].轧钢教研室.

低身位电动摩托车的造型设计与研究 篇4

关键词：人机工程学 造型设计 流线型设计 低身位

中圈分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2015）10-0122-02

近几年来，电动摩托车以其方便快捷、经济实惠和环保等特点深受广大工薪阶层的青睐。以往的电动摩托车几乎都是中高驾驶身位，而低身位的电动摩托车是一种驾乘姿态的全新体验，它增强驾驶者的舒适感和行驶中的安全性。基于人机工程学对这款低身位电动摩托车进行造型设计与研究可以使其以良好的外观、独特的身位设计等优势，受到城市中低收入年轻人们的青睐。

1低身位电动摩托车的人机工程学分析

1.1人机工程学的分析

根据国家标准GB 10000-88《中国成年人人体尺寸》数据，我们可以分析低身位电动摩托车的人机尺寸：

（1）根据人体手臂的均值就可以设计出适合驾驶员驾乘过程中，身体与车把手之间的适合手臂运动的距离。

（2）人力推电动摩托车前进时，一般都是从手功能高到肘高的尺度范围内进行活动的，我们在设计车把手的时候，要根据手功能高这个均值，设计出适合人在推电动车时，车把手距离地面之间的垂直距离高度。

（3）设计车座椅时要根据坐姿肩高的数据设计出靠背的高度。

（4）设计车座椅时要根据人的大腿和小腿长度来设计出座椅距地面的高度和长度。

（5）根据人的肩宽比例图，能设计出适合车两个把手之间的最佳距离。

1.2确定低身位电动摩托车人机尺寸

（1）研究中国六个区域人体尺寸的均值和标准差

中国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大，故按人体测量尺寸资料将全国分为六个区域，各区域的名称人体尺寸的均值和标准差如下：（如图-1所示）

各个城市身高体重的平均数据都不同，根据这些数据，我们既要设计出符合大众又可以符合偏离均值比较多的某城市。针对这一现象有一个设计思路，电动摩托车可以像人的衣服一样，分款式和大小两个型号，大号适合百分位比较高的群体，小号则适合百分位比较低的群体，这样的设计更加符合人机工程学当中“以人为本”的设计标准。

（2）人体参数计算方法

根据人体参数计算方法，人体体积和表面积虽然因为人的体形和胖瘦的不同而不同，但作为社会人群来考虑，可以以体重、身高为基本依据，用经验公式进行计算，根据这些人的体积来设计出适合低身位电动车的空间大小。

（3）确定低身位座椅高度

根据我国男性平均身高定，并经过测量得出男装摩托车座包到地面的高度为700mm，当人坐在车上时两腿微微分开其下阴到地面也就是座包到地面的高度700mm。由于我们所设计的属于低身位的车型，那么座椅及其人的身位都将要比其他普通电动摩托车的数据要低，所以座椅距离地面高度大概在400mm至500mm之间，这样才能既符合人机尺寸，叉能突出低身位的设计理念。

（4）整个车身比例

根据调查显示，电动摩托车的外形尺寸一般是：长是1840mm，宽是460mm，高是1100mm左右，我们要根据这个尺寸来设计低身位的电动摩托车的外形尺寸，这款电动摩托车的外形是大小两个型号来设计，根据我国成年人人体尺寸的数据把电动车设计成两个大小的型号，如图-2

①长是1750mm，宽是400mm，高是900mm

②長是1900mm，宽是500mm，高是1150mm

2低身位电动摩托车的功能需求和造型设计分析

在功能上，加入了以下设计：

①座椅可拉伸调节结构，适合大多数人驾乘。座椅的调节机构有前后、高度、角度等调节，前后调节采用滑轨机构。

②把手两端下方增设置物箱，方便搁置车钥匙或者贵重物品。

由于此款电动摩托车是—种不同于传统摩托车的全新驾乘姿态，该车架乘身位较低，前部有较大的设计空间，可将置物箱放在前部把手下方的。

③车尾增加一个体积较大的置物箱，较好地利用座椅后面的容量。

④前后轮的距离与车身的比例完美，整体功能分区造型的形式和尺寸应该适应人的习惯和需要，从而增加整体造型的流线型和曲线美。

⑤良好的减震特性，增强了低身位的舒适感和安全感。

如图-3的电动摩托车在设上符合人机工程学的概念，良好地利用了车尾面积，增加了大面积的后置置物柜；在前挡风的造型上，突破了以往的设计理念，增强了低身位电动摩托车减震特性，唯一的缺点就是在设计外形上应增强流线型特点，给人以更加舒适的曲线美感。

3低身位电动车摩托的设计方法

从产品设计的本质来说，追求人性化的设计理念，设计符合技术和审美要求的低身位流线型概念，应遵从以下设计方法：

（1）在造型上，将原先复杂的结构简洁化，尽量避免锐利僵硬的细节，采用流畅的线条，低身位的结构。

（2）在颜色上，应该具有城市气息的时尚感和与众不同的个性特点，适合年轻人热情奔放的活力，色彩基本趋于暖色调为主。

（3）使用人群：设计出的两款不同尺寸的低身位电动摩托车，一款适合娇小的女性或者身材矮小的群体，一款适合身材庞大的群体，使其更加贴合人性化设计和人机需求。

（4）风格定位：低身位的简约风格，设计中以低身位流线型为主要设计元素，内置空间设计和外形设计都要遵循“形式追随功能”的设计理念。

4低身位电动摩托车的造型设计准则

4.1安全准则

（1）安全措施：现如今安全成为人们在驾驶交通工具时最重视的问题，人们在驾乘汽车出事故时，因系安全带保住了驾驶者的生命高达70%，因此低身位电动车设计安装了安全带，在驾乘中人们应提高佩戴安全带的意识，加强在行进中的自我防范的安全措施。如图-4为C1-E 2009年电动概念摩托车，此款电动摩托车在设计上加入了安全带措施，增强了驾驶者在驾乘中的安全保障。

（2）安全颜色：据统计，在雾天、雨天或每天清晨、傍晚时分，黄色汽车和浅绿色驾乘车时最容易被人发现，发现的距离比发现一般深色汽车要远3倍左右。浅淡且颜色鲜艳不仅使低身位电动摩托车的外形轮廓看上去增大了，使驾乘者有较好的可视性，而且使反向开来的驾驶员精神振奋，精力集中，有利于行车安全。因此，低身位电动摩托车在设计上采用明亮醒目的颜色。

（3）功能安全：很多人都认为四轮的车身是最稳定的，事实上这不是绝对的。初中的时候我们学到，三角形的结构是最稳定的，但三个轮子的车身也是存在安全问题，在转弯的时候摇摆动作更大，因此我们在要遵循三角最稳定原理的基础上，总结适合低身位电动摩托车车轮的位置。

4.2造型准则

（1）电动摩托车的上下造型面的轻重关系，反映出它的稳定性。稳定性有基本条件，重心越低，越靠近地面，其稳定性就越高。在造型设计上多用正方形和梯形，颜色上多采用渐变的色彩，给人以轻巧灵动的美感。

（2）由于此款车身位较低，尺寸较小巧，要将尾部与中部结合起来。车尾向后延伸，后排座位可叠起来以便放置较多或较长的物品。因为这种车型的尾部造型较呆板，所以在置物箱的设计上要新颖大胆。

（3）根据流线型的设计，车前端应尽量低矮，尾部需要加厚加高且斜度趋于平缓，腰线前低后高，形成所谓的“半斜背式”形状。

4.3结构准则

（1）低身位电动摩托车的车身前、中、后结构三段比例设计中，整体车身的高与宽的比例应为1：3左右。在处理局部结构时，往往利用对比去衬托主要的成分为主，从而达到造型主调所需要的效果。

（2）设计中三角形的设计结构最为稳定，在车架结构设计中，以三角结构拼接为主，利用多个三脚结构理念堆积出一个最稳定的车身结构。

（3）低车位电动摩托车的设计中驾乘者的整体身位降低，这要求我们在设计车外形结构时要掌控好适合低身位的各个角度，加强驾乘者驾驶的舒适度。据测定，膝部伸展角度在130°至150°之间脚的蹬力最大且最为舒适，实际设计中是我们要根据这个数据进行结构研究与改造。

4.4人机准则

（1）在设计中要以改善驾驶员的舒适性为核心，以人的安全、健康、舒适为目标，力求使整个电动摩托车的总体造型和结构达到最优。对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体表面积等参数，根据特征残数的均值来设计出最适合驾驶员乘坐的低身位电动摩托车。

（2）对于低身位车座椅的设计，采用桶形设计，对人体进行全方位有效的支撑，可以调节来以适应不同人群。座椅采用近似弧面设计，当人坐下时对全身进行有效支撑，尤其是大腿及身体两侧，头枕设计确保颈椎自然，防止长时间驾驶带来颈部不适。电动摩托车的低身位设计可以减少静态疲劳，有利于身体健康和工作质量和劳动效率的提高。

如图-5此款低身位电动摩托车在装饰效果上才用了多颜色的设计，在造型上以流線型为主，座椅重心较低并采用人机的弧面设计，设计新颖大胆。但其在颜色设计上多采用黑白灰等颜色，其颜色选择不够鲜艳醒目，不能增强驾驶者、反向开来的驾驶员和行人的视觉效果力和注意力；在座椅设计上未采用靠背式造型，未在设计上增加安全带的装置，大大提高了驾驶员在驾乘中的危险系数。

5结论

电动平车设计技术方案研究 篇5

电动平车是一种有轨电动运输车辆, 主要用于车间之间以及车间内部工序间的产品转运运输, 适用于远距离的运输数量多、重量大的工件。KPX系列电动平车是蓄电池供电的电动平车。采用直流牵引电机, 在电动平车上装有蓄电池, 地面有与蓄电池配套使用的智能充电机。整车靠蓄电池给无刷直流牵引电机提供电力, 通过可编程控制器、调速器等, 控制直流无刷电机前进、后退、加速、减速等。由于不用电缆, 故安全可靠、不怕烫, 不怕砸, 不妨碍交叉运输, 易实现遥控和自动化, 给厂区运输布置以很大方便, 适用于长距离运输。

2 设计依据

电动平车产品严格按照规定程序批准的图样和技术文件进行制造, 所选用材料、标准件、配套件均执行国家有关标准, 执行以下标准进行生产制造, 如表1所示。

3 主要技术参数

主要技术参数如表2所示。

4 主要配置

主要配置如表3所示。

5 设备组成及功能

本设备为蓄电池电动式平车, 由平车构架、行走机构、驱动装置、控制系统、供电系统等5部分组成。

5.1 平车构架

平车的钢结构, 根据起重机的原理, 全部采用箱型梁的设计结构, 箱型结构是根据起重机的箱型梁原理结合平板车的标准设计的, 检修方便, 便于拆装, 承载能力强, 使用寿命长, 台面变形小。可以有效的保证台面钢板的平整度, 保证称重的安全系数不低于150%。

采用优质钢材, 车架材料的机械性能不得低于GB700中Q236—A或Q235—A.F的性能。主梁采用结构用矩形钢结构, 面板为δ10钢板铺设。

5.2 行走机构

行走机构为两轴四轮结构。其中, 一个轮对为主动轮, 一个轮对为从动轮。主动轮对与输出动力的减速机之间设有离合器装置。以便在驱动装置失灵的情况下, 能断开驱动装置与主动轮对的联系。使电动平车能用外力推动。

5.3 驱动装置

电机采用无刷结构, 不产生火花, 不需要更换炭刷, 防护等级:IP44, 水、泥、土不会进入电机内部, 结构紧凑、过载能力强, 使用寿命长。负载特性优异, 低速性能好, 启动转矩大, 启动电流小, 适应轨道车频繁起动的需要, 节省电能。电机在整个速度范围内均高效运行, 电机采用插入式稀土磁钢, 特别适合有颠簸、反复启动、高速、大力矩起动、正反转运行的需要。有效地解决了单相电容电机的弊端。减速机采用起重机专用的硬齿面减速机, 机械传动效率高、运行平稳、噪音极低、安装维修方便、各级轴转动灵活, 输入输出轴采用双层密封, 中间轴采用“O”型密封圈。

5.4 控制系统

控制系统控制电路、安全保护系统等构成。可实现以下功能:

(1) 手持控制器可以控制平车的前进、后退和停止。

(2) 电平车的安全保护系统设有超限位保护、短路保护、电机超负荷过载保护等功能。通过平台车上的接近开关和在轨道两端预埋的感应装置实现超限位保护;电平车的两端还设有声光报警器, 在电平车运行时发出声、光报警。

(3) 随车控制箱设在平车的侧面, 采用嵌壁密封式安装。控制箱采用钢板制作, 美观实用, 表面做喷塑防腐处理, 箱体板厚部2 mm, 有良好的散热装置, 门锁牢固可靠, 使用方便, 不干涉。各电气元气件在车上安装牢固, 运行不松动;车架内配线穿管, 管子与车架用管夹紧固;穿线管的弯曲半径部小于管径的1.5倍;管内导线无接头;选用铜芯橡胶绝缘电线;电动机及其他元件的温升不超过80℃。

5.5 供电系统

蓄电池箱组由两组170 Ah/48 V蓄电池组串联组成。由于平车电源由蓄电池供给动力, 平车上配有车载充电专用插头、外接智能充电机。智能充电机将220 V电源经电力线连接智电能充电机, 通过充电机, 插入平车给平车蓄电池箱组充电。完成充电后自动断电。

5.5.1 蓄电池

牵引用铅酸牵引电池 (以下简称电池) 是根据中华人民共和国标准GB/T7403.1—1996《牵引用铅酸蓄电池》研制生产, 主要用于工矿企业、仓库、码头及车站使用的搬运车、叉车等作为直流电源, 亦可作其它方面的配套电源。

5.5.2 智能充电机

DC系列充电机采用大功率绝缘栅型晶体管IGBT为主功率器件。控制部分采用智能控制技术, 动态跟踪电池可接受电流, 应用du/dt和di/dt技术。充电系统由充电机与被充电池组成二元闭环回路, 充电机根据电池的状态确定充电工艺参数, 充电电流从始至终处在电池的可接受充电电流曲线附近, 充电机采用恒流恒压充电+浮充充电+均衡充电方式。

6 设备制造方式及质量保证措施

该设备综合运用先进的机电一体化技术, 可用手控板和遥控操作电动平车的运行, 严格保证电动平车运行的可靠性。设备采用整体焊接, 组成整体框架, 并进行去应力退火, 确保质量和刚度。

对零部件的表面处理如法兰、镀铬、涂漆等按照图纸要求和国家有关标准进行工艺过程控制, 对颜色、厚度、光泽等严格按国家有关标准进行控制把关。

按照产品的结构编制合理的设备装配工艺流程, 组装时要按照先进行部件及中小总成进行组装、尺寸检验和功能测试, 确认无误方可进入整体装配。

参考文献

[1]丁长红.电动平车供电方式改造[J].设备管理与维修, 2009 (6)

[2]梁志力.蓄电池直流电动转运平车的设计[J].叉车技术, 2001 (2)

电动螺丝刀的设计研究 篇6

在钢铁冶金行业的冷却设备中,电动水阀的使用很广泛,它是整个控制的核心部件,用来实现对被控对象的调整和控制。高压水除鳞一直是中厚板轧钢工艺中不可缺少的一道重要工序,除鳞效果的好坏直接影响钢板的质量。在整个高压水除鳞过程中,水流压力的控制至关重要,因此对水阀的压力调节特性有很高的要求。市场上现有的电动水阀,一般采用锥阀芯来实现节流调压。实际使用过程中发现,在压力特性要求较高的场合,这种通用水阀就很难满足控制要求,压力调节线性度差,尤其对高压小流量的控制十分困难,常常导致阀门在小开度频繁抖动,加剧阀门的磨损,容易引起控制过程振荡,甚至出现阻塞现象。

根据现场工作需要,建立了高压水除磷喷嘴特性测试试验台,用来检测喷嘴和电动水阀的性能。试验台高压泵出口处安全阀的设定压力为20MPa,此值为除磷喷嘴测试的最高压力。系统的实际流量和压力由电动水阀进行调节,通过测试得到喷嘴在不同压力下的打击力分布情况和电动水阀的压力调节特性。该试验台使用的电动水阀结构图如图1所示,主要由阀体和阀芯两大部分组成,采用的是锥形阀芯,阀芯最大行程为21.3mm,压力工作范围为0～20MPa,公称流量为100L/min。通过试验测试,得到水阀的初始压力调节特性如图2所示,线性度很差,因此需要对电动水阀的阀芯进行局部结构优化,以满足控制要求。

2 阀芯结构设计

2.1 密封形式

由于水的粘度很低,水压节流阀的阀口开度比等型号和规格的油压节流阀小很多,同时水介质的粘度低导致泄漏损失会增大,在间隙和压差相同时,同样规格的水压控制阀的泄漏损失为油压控制阀的数十倍。因此可以在阀体与阀芯之间添加一个阀套,阀体与阀套、阀套与阀芯行程末端均采用直接密封的形式,可以变传统的间隙密封为直接密封,使得部件之间的配合公差较小,实现微量或零泄漏。从使用情况来看,橡胶类密封件非常适合于水压控制阀中的密封,O形圈、U形圈、阶梯形圈和方形圈等密封件都是较好的选择,这种形式的密封性能可靠。

2.2 进出口压差

在工作过程中,节流阀进出口压差△p是随着系统中执行元件负载的变化而在很大范围内变化。在试验台测试系统中,喷嘴出口处的压力可近似为零,电动水阀的出口直接回水箱,压力也近似为零,所以△p可近似为系统的实际调定压力,其变化范围为0～20MPa。

2.3 节流口通流面积

对于薄壁锐边孔口来说,节流口的流量特性公式为:

式中,Q-流量,m3/s;Cq-节流口的流量系数;A0-节流口的通流面积,m2;△p-节流口的进出口压差,Pa;ρ-液体密度,kg/m3;m-节流口的特性指数。

由式(1)得节流口的通流面积为:

根据改造后的阀芯与阀套配合方式以及节流口的结构特点,取流量系数Cq=0.85,指数m=0.6,水的密度ρ=1000kg/m3,得到节流系数K=0.038。系统提供的是定量泵,所以流量Q=100L/min为恒定值,将数值带入式(2)得到不同压差下的通流面积,如表1所示。

该系统的通流面积A0由水阀和喷嘴两部分组成,喷嘴的通流面积一般为2mm2,所以对应压差下水阀阀芯节流口的通流面积A0′为两者之差(表1所示)。

2.4 确定几何尺寸

2.4.1阀芯尺寸

在阀芯原有尺寸基础上,取阀芯直径d=12mm,长度为23mm,前端和末端倒角分别取C1=0.5×45°,C2=1×45°,阀芯圆周上开有4个对称的扇形花键槽,键槽的起始端开口圆心角θ=45°(如图3)。

2.4.2键槽尺寸

水阀的压力调节范围为0～20MPa,为了达到线性调节的目的,取阀芯的有效行程为20mm,即阀芯上节流口加工长度为20mm,对应的压力变化为1MPa/mm。阀芯任意行程对应的通流面积为阀芯与阀套瞬时截面上4个相同节流口的通流面积之和:

根据节流口的形状特性,每个节流口的通流面积可近似认为是截面上小扇形的面积S0(图4所示),由式(3)得:

依据扇形面积计算方法,可近似得到如下计算公式:

式中L为小扇形的弧长,h为高(即节流口的径向深度),在图5中可以看出节流口的边缘曲线近似为三角形,所以阀芯任意行程处节流口的弧长也是按比例变化,得到弧长L为:L=πdθ(1-△p/20)/360(6)

将数值带入式(5)和式(6),得到阀芯对应行程处键槽的深度值h,如表1所示。从表1中可以看出,在阀芯的中间位,即调定压力为10MPa时,键槽的深度已经很小,10MPa以后的变化范围更小。根据加工工艺要求,在阀芯上先铣一个斜面,起始端开口圆心角为45°,斜面铣削的轴向距离为20mm(如图3)。结合计算值和加工工艺,取键槽的轴向加工长度为5mm、深度为不规则的样条曲线。为了便于加工,将曲线近似为圆弧加相切直线的形式,得到深度曲线如图5所示。阀芯的最终成型结构如图6所示。

3 阀套结构设计

根据阀芯结构尺寸,确定阀套的内径d=12mm,外径D由阀体孔径的实际尺寸确定,总长L=30mm。为了便于拆装,阀套没有加工成通孔,而是做成深度为25mm的沉孔,底端开有拆装螺纹孔。阀套的径向孔数为4,同时开有高度为10mm、宽度为1mm的环形槽(图7所示)。

根据计算和分析结果,优化后阀芯与阀套的装配形式如图8所示,并由试验得到水阀的压力调节特性曲线如图9所示。

4 结语

经过结构优化设计,该型号电动水阀的压力调节特性得到明显改善,很好地满足了工作需求。该阀存在15～20MPa的高压工作区域,所以对阀芯阀套的加工精度,同轴度以及两者的装配精度都有很高的要求,既要保证阀芯能相对阀套平稳滑动,又要保证两者的装配间隙足够小,能在阀芯行程的后半部分维持很小的通流面积形成高压。

参考文献

[1]陈奎生.液压与气压传动[M].武汉:武汉理工大学出版社,2001.

[2]铁华,杨友胜,等.二级圆锥式节流阀口的设计及实验研究[J].液压与气动,2001(11):12-15.

顺槽用防爆电动胶轮车的设计研究 篇7

关键词：防爆电动顺槽车,锂电池,无污染,低噪声,双向驾驶

顺槽车主要用于煤矿井下顺槽巷道辅助运输, 为综采工作面运送小型设备和物料, 顺槽巷道的特点是通道狭窄, 上下坡道多, 路面条件差。目前国内应用于顺槽运输的无轨胶轮车宽度通常在1.4m以上, 难以适应非常狭窄的巷道, 而且, 全部以防爆柴油机为动力, 由于顺槽巷道中通风差, 发动机排放的废气严重污染了巷道环境, 危害井下职工的身体健康。为解决这些问题, 我们研制了一种以防爆锂电池为动力的顺槽胶轮车, 车体宽度为1.2m, 其具有零排放、无污染、低噪声的特点, 外形尺寸小, 可应用于非常狭窄的巷道。

1 设计方案

该车以防爆锂电池为动力源, 采用矿用隔爆变频牵引电机驱动, 行车制动采用液压湿式制动器, 驻车制动为失效安全型, 液压助力转向。我们充分考虑了顺槽巷道的特点, 该车外形尺寸小, 轴距小, 转弯半径小, 转向灵活, 驱动方式为四轮驱动, 采用双向驾驶结构, 车辆到达迎头工作面后可以直接换向驾驶, 无需调头。整车防爆安全可靠, 适用于有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井, 主要技术参数见表1。

1.2 车体。

车体以高强度钢板制成, 前后各有一个驾驶室, 布置着仪表台、控制箱、方向盘等部件, 每个驾驶室都可独立操作。

1.3 车架。车架以高强度方管焊接而成, 承载着司机室、车厢、电源箱等部件, 通过钢板弹簧与车桥相连。

1.4 驱动系统。

整车由隔爆型变频牵引电机驱动, 两台电机分别固定在集成了减速箱的前后驱动转向桥上, 省去了变速箱、传动轴等中间环节, 传动效率很高。电机功率11k W, 直接带动驱动转向桥, 不需换档, 操控简单。四轮驱动, 动力强劲, 轮胎选用大花纹充填式实心胎, 耐磨性好, 可适应顺槽巷道的复杂路况。

1.5 车厢。

车厢布置在两个驾驶室之间, 为侧开门结构, 设有侧向举升装置, 操纵液压阀可实现车厢的自动举升, 卸料效率高。

1.6 电气系统。

电气系统由防爆电源箱、控制器箱、操作箱、自动保护装置、防爆充电机等组成。电源箱容量为32k W·h, 可以保证车辆续航能力不低于60km, 完全可以满足顺槽巷道的运输要求;防爆充电机可以在井下为车辆充电, 充电时间短, 可以在工作间隙完成充电。每个驾驶室都设有控制箱和操作箱, 可以实现互锁, 避免误操作。当车辆发生故障或外部环境不适合车辆运行时, 自动保护系统可以及时报警或自动断电, 保证了行车安全。

1.7 制动系统。

制动系统包括行车制动和驻车制动 (紧急制动) 两套各自独立的系统。行车制动为液压制动和电回馈制动共同起作用, 液压制动系统由湿式制动器、制动阀、蓄能器、液压胶管等组成, 湿式制动器安装在四个车轮上, 通过脚踏式液压阀控制制动力大小, 蓄能器保证车辆在电机停止工作的状态下仍具备十次以上的有效制动能力, 保证了行车安全;电回馈制动可以避免液压制动器过热, 同时可以为电池充电, 提高车辆续航里程。驻车制动器为失效安全型, 安装在集成于车桥的减速箱上, 保证车辆在液压系统发生故障或电机停止工作时仍具备足够的制动能力。整车制动平稳可靠, 制动力大, 制动距离短, 可满足安全行车要求。

1.8 转向系统。转向为液压助力式, 由电机带动转向泵提供动力, 转向轻便灵活, 操控性好。

2 技术创新点

2.1 小尺寸驱动转向桥的设计。

由于整车尺寸限制, 要求车桥安装轮胎后的宽度不超过1.2m, 我们设计了专用窄型车桥, 具备足够的承载能力, 具有驱动和转向功能, 集成了大速比减速箱和湿式制动器。

2.2 双向驾驶电气控制技术。

该车为双向驾驶, 在每个驾驶室都可完成所有操作, 同时实现了两个驾驶室之间的部分操作功能互锁, 以避免误操作, 保证车辆运行安全。

2.3 双向驾驶转向技术。

由于前后两个车桥都具备转向功能, 要保证在一侧驾驶时, 另一侧的转向不影响车辆运行。我们在每个车桥上都设计了转向锁止机构, 操作方便, 当用前桥转向时, 后桥转向功能锁止, 不再转向, 对车辆运行无干扰。在转弯空间很小时, 也可控制两车桥同时转向, 减小了回转半径, 方便转弯。

2.4 窄型整体式车架的设计。在具备足够承载能力的前提下, 尽量减小车架外形尺寸。

结语

顺槽电动胶轮车是一种技术领先的新型车辆, 相对于防爆柴油机顺槽车, 其具有节能环保、低噪声、安全性高的优点, 该车外形尺寸小、动力强劲、续航里程长、运输效率高, 可广泛应用于煤矿井下顺槽巷道的设备和物料运输, 市场前景广阔, 可为企业带来较大的经济效益和社会效益。

参考文献

电动螺丝刀的设计研究 篇8

随着目前国内商务车销量日益上升的趋势,不少客户也将其作为购车选择。而侧滑门则是商务车典型的标志之一。侧滑门最大优势在于开启后相对拥有更佳便捷性,方便乘客出入车厢以及便于往车厢里的装卸货物等,较之于旋转外开的车门更加节省泊车时对周围空间的要求。

传统的侧滑门,后排乘客进出车厢时需要通过人力讲将滑门拉动使侧滑门滑开或关闭。乘客在车外面拉一下车门把手,车门解锁后人力拖拽车门使车门滑开,乘客上车后在车内再拉动内侧门把手使车门关上,此过程还需要一定的力度来使车门达到全关的位置。

电动滑门系统的应用使后排乘客进出车厢的车门为电动侧向滑开或关闭。乘客在车外面拉一下车门把手,车门会电动滑开,乘客上车后在车内再拉下内侧门把手,车门就会自己关上。不仅后排乘客可以控制电动侧滑门,司机可以通过操作遥控钥匙和驾驶员上方的按钮来进行打开或关闭侧滑门。电动滑门系统已经成为高端商务车型的标志性配置之一,它能够大幅度提升车辆的品质感和舒适性。

1、电动滑门系统的控制逻辑的设计与研究

1.1 系统组成及原理框图

1.1.1 系统组成

如图1所示,电动滑门系统由门驱动机构、门锁系统、电动系统和辅助系统组成。电控单元通过检测各电机状态、各类信号机把手开关的状态来判断并驱动各类电机及电磁离合来带动侧滑门移动以实现电动功能。

1.1.2 原理框图

如图2所示根据电动滑门的系统组成,分析出电动滑门控制模块所需要的输入输出,控制模块根据输入的信号状态来对判断系统状态和系统需求,并通过控制相应的继电器来实现滑门的电动动作。

1.2 接口设计分析

在上述系统原理框图基础上,下文将对接口部分的输入输出进行分配设计。

1.2.1 电源分配

如表1所示。

1.2.2 网络接口设计

根据系统逻辑及功能的要求,系统需要在CAN网络上进行收发信号,CAN网络的信号有:车速信号、制动信号、换挡杆状态、点火开关状态、门锁状态、中门遥控开关、故障信息等,如表2所示。

1.2.3 开关输入接口设计

开关状态为电动滑门系统的一个重要输入环节,它是直接反应驾驶员是否对电动滑门系统进行操作的依据,下面对开关量的输入情况进行设计分析。

1.2.4 门锁状态接口设计

门锁状态包括以下四种:全锁信号SW (FUL)、半锁信号SW(HAF)、原先位置信号SW输入(LVR)、棘爪信号SW输入(PWL)。系统根据上述四种信号的工作状态来判断侧滑门的实际工作状态,用以控制模块对系统下一步的具体动作进行逻辑判断。四个信号的接口设计如下:

1.2.5 防夹条接口设计

通常状态下,防夹条的TSW和TSG之间的阻抗值是796Ω～1050Ω之间。

用ECU来监视TSW和TSG之间的阻抗值,阻抗值如低于120Ω,判断防夹检出。

1.2.6 电机接口设计

电机类接口设计根据电机特性参数进行设计,电机参数如下:

滑门电机主轴的公称直径为Φ62.1mm,也就是说电机主轴转一圈,皮带轮位移194.9mm。门的行程是880mm。

2.3 电动滑门系统功能逻辑

2.3.1 滑门电机控制模式切换要求

滑门电机有四种控制模式,分别为自动模式、持续刹车制动模式、断续刹车制动模式、断续刹车制动模式、手动模式。

自动模式:PSD根据开关命令控制门电机运动;

持续刹车制动模式:开关无效,不控制门电机,手动动作门速度超过一定值时,离合器一直ON;

断续刹车制动模式:开关无效,不控制门电机,门有动作时,离合器周期ON、OFF切换;

手动模式:开关无效,门电机不动作,只能手动关门。

四种模式的转换关系:

滑门全闭或全开位置时主开关OFF,切换到手动模式;

滑门非全闭或全开位置时主开关OFF,切换到持续刹车制动模式;

滑门自动运行过程中出现防夹时,反转到全闭或全开位置;2次防夹后进入断续刹车制动模式;

滑门自动运行过程中发生主开关OFF时,切换到持续刹车制动模式,主开关ON后把手开关操作无效,顶置开关和钥匙开关长按有效,门可以自动打开。

系统断电后再上电,进入断续刹车制动模式,滑门到达全闭位置,系统进入自动模式;

滑门在自动模式时,连续“停止-动作-停止”5次后此功能失效,进入断续刹车制动模式;待车门全闭或全开位置时恢复正常。

2.3.2 滑门系统自动模式控制设计

门在全闭状态,操作外把手开关、遥控开关、顶置开关执行开门动作;向开门方向操作内把手时执行开门动作;向关门方向操作内把手时不动作。

门在全开状态,操作外把手开关、遥控开关、顶置开关时执行开门动作;向开门方向操作内把手时不动作;向关门方向操作内把手执行关门动作。

门在运动过程中,操作外把手开关、遥控开关、顶置开关时均为车门停止;开门过程中,向开门方向操作内把手继续开门,向关门方向操作内把手,车门停止运动;关门过程中,向关门方向操作内把手继续关门,向开门方向操作内把手,车门停止运动。

门中途停止时,操作外把手开关、遥控开关、顶置开关时执行和停止前相反的动作;向开门方向操作内把手时执行开门动作;向关门方向操作内把手时执行关门动作。

遥控钥匙相关逻辑:滑门静止时长按1.5S遥控要是按键,遥控信号有效;

滑门动作时点动遥控钥匙按键该信号即可有效;IG ON时遥控信号无效。

驾驶席顶置开关相关逻辑:滑门静止时长按1S该开关,开关信号有效;滑门动作时点动该开关即有效。

自动模式下开关滑门的时序如下:

2.3.3 断续刹车制动模式控制设计

断续刹车制动模式:开关无效,电动滑门系统通过一定间隔(500ms)的离合器ON/OFF循环操作,降低车门速度,限制滑门动作。

2.3.4 持续刹车制动模式控制设计

车门速度超过一定值后继电器ON来降低速度;此时开关无效。

2.3.5 启动卸荷功能

车辆点火启动时,为保证启动电路使车辆顺利启动,系统需要控制滑门电机停止工作,若正在滑门处于运动过程中,短暂停止保障启动后继续动作。

2.3.6 滑门电机速度控制

关门时间4-5 s,开门时间4-5s(不同工况下有公差要求);车辆坡度15%内都能实现上述要求;

开门时先加速再匀速,接近全开100mm时减速;关门时先加速再匀速,接近全关300mm时减速,所有的滑门速度根据实车标定得到。

2.3.7 热保护控制

防夹时检测到热保护,应该继续动作;

进入热保护时,电动滑门系统忽略打开命令,执行关闭命令;

在室温下,热保护算法至少在电机运行10个循环后才能激活。

2.3.8 报警逻辑

全闭状态执行开门操作,长鸣1S后执行开门动作;

全开状态执行关门操作,长鸣1S后执行关门动作,关门过程中以1.5Hz频率鸣叫;

动作过程中操作开关、把手,鸣叫一声;

异物检出(防夹),异物检出快速鸣叫两声;两次异物检出后长鸣2S;

主开关OFF,操作顶置开关时快速鸣叫两声;

车门动作中主开关OFF时鸣叫2S。

2.3.9 防夹设计

防夹逻辑主要是检测障碍物,检测到以后执行相关动作:

通常状态下,防夹条的TSW和TSG之间的阻抗值是796Ω～1050Ω之间。用ECU来监视TSW和TSG之间的阻抗值,阻抗值低于120Ω以下的话,判断防夹检出;

门打开和关闭方向都有防夹保护,如果检测到发生防夹,反转到全开/全闭;

开门过程中前N个霍尔信号内无防夹功能,关门过程中门进入半锁后无防夹功能。

2.3.1 0 执行滑门动作注意事项

离合器断线时禁止电动滑门动作,这个状态下,如果可以进行电动的话不仅不发使滑门移动,而且滑门会变成自由状态,存在安全风险。

滑门电机异常时禁止电动滑门动作,这个状态下,如果发出电动命令的话滑门是无法动作的。

注:离合器和滑门电机的断线检测方式:检测离合器和滑门电机工作时电流,如果电流过小,判断为断线。

2.3.11执行关门动作注意事项

检测到防夹条断线时禁止电机执行关门动作,如果可以进行电动关门的话系统无法检测是否存在异物,存在安全风险。

电动门锁异常时禁止电机执行关门动作,这个状态下,关闭滑门后滑门无法固定在全闭位置,行驶中滑门会有打开的风险。

2.3.12执行开门动作注意事项

由于车辆行驶中滑门打开的话存在乘客掉出车外的风险,车辆在行驶过程中(含车辆行驶状态不明的情况)禁止滑门电机执行开门动作。当系统不能明确车辆是否处在行驶状态时也应禁止滑门电机开门动作。

2.3.13禁止操作事项

短时间内反复切换继电器,会导致继电器触点熔化;

离合OFF状态下,滑门正在移动过程中,禁止离合器切为ON状态;离合器改为ON时,必须确认车门不在动作;

禁止长时间向离合器输入高电压,会有起火的可能性。

2.3.14滑门控制器注意事项

在滑门电动上锁过程中,无论哪个开关触发为ON,判断有问题产生,必须将车门打开；

解锁电机控制电路设计时需要考虑避免由于一个故障而导致解锁电机误动作,则车门会随意打开;

离合器控制电路设计时需要考虑避免由于一个故障而导致离合器长时间处于ON状态;

滑门控制器没有供电时,将掉电前位置信息清除掉;

滑门电机组无防水设计,为避免接触到水,需要从结构上确保车辆侧的防水性。

2.3.15休眠唤醒条件

休眠唤醒条件如下:

休眠电流要求:<0.4mA(12V)休眠时要求:关闭无用IO、关闭开关采集。

3、结论

本论文从电动滑门系统的组成入手进行分析,总结出系统所涉及的输入输出信号,并根据此分析给出电动滑门系统原理框图。对原理图所涉及的每一个接口进行了设计,包括电源模块、启动开关、主开关、把手信号、闭锁电机、解锁电机、滑门电机、防夹条信号等。

在本次设计中,重点为控制逻辑部分,该部分对电动滑门系统的工作模式和工作模式之间的转换条件进行了设计。同时给出了自动模式下各种工况下,操作触发信号时滑门系统的动作,以及断续刹车模式的工作状态和持续刹车模式的工作状态。

参考文献

[1]李炎亮,汽车电子技术[M].北京:化学工业出版社,2005.6.

[2]汪立亮,现代电子控制原理与维修[M].北京:电子工业出版社,1998.9.

[3]魏春源,汽车电器与电子[M].北京:北京理工大学出版社,2004.7.

一把螺丝刀就能搞定的机器人 篇9

□文/记者秦勉

在各大展会上，机器人一直都是夺人眼球的亮点。能行走的机器人，有趣；能跳舞的机器人，精彩；能说话的机器人，绝妙。那么，如果一个机器人包括了这所有功能，集教学、比赛、娱乐于一身，它该有多“炫”？

金刚战士（metal fighter）是一个30多厘米高，2斤多重的“小家伙”。它不仅可以模拟人类的前进、后退、转弯、横向跨步，还能做出前滚翻、后滚翻、侧手翻、单腿支撑蹲起、倒立、做俯卧撑，伏地起身等高难动作。使用者通过无线传输，还可以令多个机器人同时进行表演，让一组“小战士”共舞一段“千手观音”，或是组织一场机器人足球赛。

金刚战士不仅娱乐性强，在锻炼使用者思维方面也有一套。整个拼装过程只需一把十字螺丝刀，像拼积木或拼图一样就可以亲手制作出一个迷你机器人。同时，用户还可以通过随机器人硬件提供的配套操控软件，进行二次开发，用软件平台创意编写出许多个性化的组合动作。试一试，你也是编程高手！

参展企业：韩国迷你机器人公司（MINI ROBOT CORP.）

更加适合中国人的乐Pad

□文/记者 张星海

平板电脑是时下最时髦的电子产品，乐Pad是联想推出的第一款平板电脑。它的重量只有760克，厚度为12.9毫米，高清宽屏10.1英寸。工作状态电池续航超8小时。通过应用预装和应用商店“乐园”，联想提供了符合中国用户需求的应用，例如它支持Adobe Flash Player 10.1，全面兼容rmvb、wma、mkv各种视频格式，看电影或电视剧无需转换格式。这些应用由中国顶级的互联网企业专门为乐Pad定制开发和优化。乐Pad具有强大的网络功能，同时支持EVDO和WCDMA两种3G制式，并支持WIFI。

参展企业：联想集团

匀动力洗衣机

□文/记者 胡珉琦

全自动洗衣机在给主妇们带来便捷的同时，却也常常让她们烦恼，洗涤不均匀，而且衣物缠绕得厉害。

这是因为传统全自动洗衣机采用的是水平漩涡式洗涤模式，内桶和波轮是左右旋转的。而最新的匀动力洗衣机采用的是上下翻滚的洗涤模式，上下翻滚的水流可以使衣物层层舒展，犹如置身“失重”的空间，不但能有效防止衣物缠绕，还能保持均匀洁净。

此外，环形悬浮的内桶设计，使得洗衣机在注水时，内桶会缓缓上升，悬浮在水中自由摆动，减少了衣物与内桶的摩擦，磨损率仅为0.02%。

电动螺丝刀的设计研究 篇10

通常车辆的工况分析包含了特征工况、典型循环工况、特殊适应性这三个主要内容 (如图1所示) 。其中特征工况是对最高车速、最大爬速、起步加速性能要求、超车等工况以及长时间上下坡等工况的分析, 典型循环工况是对电动车辆的典型使用循环相关工况的分析, 特殊适应性是对所设计的电动车辆其他使用需求的适应性分析。工况分析的主要目的是为了得到车辆的动力、能量需求, 并在此基础上获得整车对各个总成系统的动力性能、系统能量等的最低要求, 以对各个总成系统做好定型, 同时对动力系统的一些动态特征进行确定。

1 典型工况的分析

以我国基本市区的循环工况为例, 根据相关的车速时间历程和力时间历程得出其工况总时间为195 s, 停车工况时间为60 s, 加速工况时间为42 s, 等速工况时间为59 s, 减速工况时间为84 s;最高车速为50 km/h, 平均车速为18.77km/h, 最大加速度为1.04 m/s², 最小加速度为-0.97 m/s², 通过上述数据根据相关的计算公式计算出其最大驱动功率为148.6 k W, 最小制动功率为-162.3 k W, 纵向最大驱动力为20 067 N, 同时纵向的最大制动力为893 184 N。并在此基础上绘制出相应的功率时间历程、最大驱动功率与持续时间和最大制动功率与持续时间的示意图, 通过分析得出在驱动时Pmax=148.6 k W且持续时间为8 s;制动工况Pmax=162.3 k W且持续时间10 s。在驱动时总共需要的能量约为4 322 k J;在制动时所产生的总能量约为2 566 k J。在制动能量全部收回的情况下所需要的总能量约为1 755 k J。驱动工况的一次最大能量的需求约为2 551 k J且持续时间38 s。而后通过对基本市区的循环能量与功率的分析得出该循环当中制动工况一次所产生的最大能量约为893 k J且持续时间10 s, 最大功率变化率为102.3 k W/s。

根据同样的方法, 我们可对北京市的公共客车行驶的循环工况做出分析。通过相关数据计算出其行驶循环工况的最大驱动功率为96.73 k W, 最小制动功率为102.028 k W, 纵向最大驱动力为10.741 N, 且纵向最大制动力为10.672 N。而后通过绘制该循环工况的功率时间历程示意图并从中看出驱动时Pmax=96.73 k W且持续时间95 s, 制动工况Pmax=102.028 k W且持续时间12 s。且驱动时需要的总能量约为3331 k J, 制动时所产生的总能量约为1 214 k J, 并且在制动能量全部回收的情况下需要总能量约为2116 k J。驱动工况的一次最大能量需求约为2 237 k J且持续时间为95 s。在该循环当中, 制动工况一次所产生的最大能量约为663 k J且持续时间12 s。最大功率变化率为120 k W/s。

2 特征工况的分析

2.1 传动系统的速比分析

驱动电机的额定转速选择在关系到驱动电机恒转矩区与恒功率区调速范围大小的同时, 也对电机效率的分布情况产生了一定的影响, 此外还决定了驱动电机的峰值扭矩的大小, 从而对电机爬坡性能、加速性能产生影响。在电机额定转速是Nmorm (r/min) 的情况下, 恒功率的扩大系数为:。通常永磁电动力的值小于2, 交流感应电动机的β值是2~4, 开关磁阻电动机的β值可大于6。本文当中选用的是交流感应电机。

电动汽车和传统汽车的纵向动力学一样都可以用公式:Ft=F f+F w+F i+F j (其中Ft代表传动系统总传动比;Ff表示滚动的阻力, F w表示空气的阻力, Fi表示坡度的阻力, Fj表示加速阻力) 。由此可以根据相关计算公式进一步确定传动系统的速比范围。得出电机峰值功率、恒功率扩大系数、最大爬坡度对于传动比的范围有较大影响, 即传动系统的参数和电机参数有较大耦合关系这一结论。在电动车辆驱动电动额定转速取值较小而恒功率扩大系数较大的情况下, 其低速时稳定性差且恒扭矩调速范围较小。反之, 就会导致恒功率区调速范围过小且峰值扭矩过小。因此, 出于满足整车动力性能指标的需求, 使得传动系统的设计较为复杂。

2.2 电动车辆的电机和传动系统设计

纯电动车辆的加速性能受到驱动电机额定转速的影响, 使得驱动电机输出功率的选择也随着受到影响。在对电机的额定转速进行选择时, 必须对电动车辆的加速性能、传动系统档位数、速比大小进行全面、综合的考虑。根据对加速性能的分析我们可以得出电动汽车0~50 km/h加速时间的关系。要想满足0~50 km/h的加速时间小于8 s就必须有多个不同的电机峰值功率、电机额定转速对应车速组合来实现加速性能的要求。通常满足加速性能要求的参数便能符合电动车辆的爬坡性能需求。根据典型工况的分析结果, 在电机峰值功率为Pmax=35 k W的情况下只要电机额定转速对应车速小于43 km/h便可满足0~50 km/h加速时间小于8 s。在电动车辆的最大爬坡过程中稳定爬坡车速为15 km/h, 根据相关公式可得出传动系统的最大速比大于5.285, 同时在最高车速过程当中的传动系统最小速比小于5.3722, 可以看出传动系统在固定挡速比在这个范围内选择是能够满足整车动力性能的需求的。在固定挡速比取5.285的情况下可以得出不同爬坡车速下的需求扭矩, 并能看出车速低于35 km/h时爬坡的需求扭矩比电机输出的76.4 N·m额定扭矩小, 可满足爬长坡的能力, 且运行效率也比较高, 大大提高了整车的经济性。因此, 在[5.285, 5.3722]范围内选择传动系统的固定挡速, 可以在适应整车动力性能、经济性能需求的同时, 给齿轮速比的配齿留有一定的余量。

3 结语

在整车设计当中, 针对研发车辆的实际使用情况来进行工况分析具有十分重要的意义。本文在对典型工况下的电动车汽车负荷功率的分布情况做出研究的基础上得出了驱动电机额定功率、峰值功率的匹配方法, 并通过电动车辆的特征工况的分析获得了驱动电机、传统系统的耦合关系, 从而对传动系统的档位数、速比、驱动电机的恒功率扩大系数做出了进一步的确定, 给电动车辆的设计工作带来了数据支持。只有在电动车辆的设计工作当中合理地应用工况分析法, 才能更好地保证设计工作的高效率与精确度, 从而更好地设计出满足实际使用需求的电动车辆。

参考文献

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