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：
１、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。
２、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。
３、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1800×1000×60（单位：mm）。 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。
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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；8．ECU； 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。
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
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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=1600×850×850（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 mm×850 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：
k?12.5?cos50???cos50??0.80322
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：
LL2.5?G?cos50???50kg?9.8N/kg??612.5N222
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
M1?F1?L1?F1?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
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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:?????S/3.5?5。
?????s/4?235/4?58.75MpaG?m?g?50?9.8?490N求得:F1?L1?F?L(L1?1.25m,L?2.5m)
?F?G?cos50?490?0.643?314.97N 1
解得螺栓受力剪切力：
F?F1?L1/L?314.97?1.25/2.5?157.485N
??F157.485157.48526???12.54N/MM?8.35?10Pa?8.35MPa???22Sd4????44
对合叶的剪切校核。合叶所受合力为：
F?sin37??G?sin50?189.55?375.36F???0.71MPa????6?6100?8?10100?8?10
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=285×165×170（单位：mm）；轴伸尺寸：D×E=19×40（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
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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 顶宽b 节宽bp 高度h 楔角 Y 6 5.3 4.0 40 Z 10 8.5 6.0 A 13 11 8.0 B 17 14 11 C 22 19 14 D 32 27 19 E 38 32 23 每米质量q/(kg/m) 0.02 0.06 0.10 0.17 0.30 0.62 0.90 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。
图3.4 带的结构图 图3.5 带的受力图
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