独轮电摩机电结构设计(附件)
现代交通工具的发展经历了一个从最初笨重的机械，向更加小型化，易操作化，更加的民用化发展的过程。在环境问题日益严重的现在，现代交通工具的发展更加注重环保节能，便捷易用，更加符合人体工程学，更加注重把人的操作感作为设计的理念。独轮电摩车作为一种新型的代步工具，以其自身的特点而越来越受到重视。本科题来自于科研，电摩独轮车和其他代步工具相比,它与地面接触点数目最小,是一种典型的非线性、非完整、静不平衡系统。本课题主要运用机电一体化的相关知识，运用三维CAD软件，对独轮独轮电摩车的结构进行合理设计。关键词 独轮电摩车，计算机辅助设计，机电一体化，结构设计目 录
1 引言1
1.1 课题简介1
1.2 独轮电摩车及其原理简介1
1.3 独轮电摩车分类及其特点1
1.4 本课题的要求以及设计方法2
2 计算机辅助设计（CAD）3
2.1 计算机辅助设计简介及特点3
2.2 CAD技术的发展趋势4
2.3 SolidWorks软件的特点4
3 总体设计4
3.1 车轮模型4
3.2 车架设计7
3.3 车架材料的选择8
3.4 支撑柱直径的计算10
3.5 车座与车架连接方式的设计11
3.6 电池位置的设计12
3.7 控制主板位置的设计13
3.8 刹车的设计13
4 有限元分析14
4.1有限元分析简介及其特点15
4.2 有限元分析的一般步骤15
4.3 利用有限元分析校核脚踏板16
4.4 车架支撑柱的Simulation应力分析20
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
现代交通工具的发展经历了从最初笨重的机械，向更加小型化，易操作化，更加的民用化发展的过程。在环境问题日益严重的现在，现代交通工具的发展更加注重环保节能，便捷易用，更加符合人体工程学，更加注重把人的操作感作为设计的理念。独轮电摩车作为一种新型的代步工具，以其自身的特点而越来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
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结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
现代交通工具的发展经历了从最初笨重的机械，向更加小型化，易操作化，更加的民用化发展的过程。在环境问题日益严重的现在，现代交通工具的发展更加注重环保节能，便捷易用，更加符合人体工程学，更加注重把人的操作感作为设计的理念。独轮电摩车作为一种新型的代步工具，以其自身的特点而越来越受到重视。
1. 1 课题简介
本课题来自于科研，随着自平衡技术的发展，独轮自平衡车取得快速的发展。独轮自平衡车是一种结构简单的轮式移动机器人,类似于倒立摆,由车身与一个由电机驱动的车轮组成,车身上半部分的挡板可以在水平方向转动,通过挡板的转动可以改变车体的重心,以此来控制小车运动的方向。独轮车结构小巧，节省能源，外观时尚，得到年轻人的追捧。它有运动灵活、结构简单、适合在狭小和危险的空间内工作等特点,在军用、民用、教学领域上有一定的应用前景。
1. 2独轮电摩车及其原理简介
独轮电摩车，又称为体感车。顾名思义，它可以根据身体姿态的改变小车的运动状态。独轮自平衡车与其他代步交通工具相比，它与地面接触点数目最小，减小了外界扰动, 可以高速运行,是一种典型的非线性、非完整、静不平衡系统。
独轮电摩车的运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，实时检测当人的姿态变化时，车体姿态由此改变，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持独轮车的平衡。独轮自平衡车是可以类比于一个简单的轮式移动机器人模型，类似于倒立摆。由车身和一个由电机驱动的车轮组成，车身上半部分的挡板可以在水平方向转动，通过挡板的转动可以改变车体的重心。以此控制小车运动的方向。
1. 3 独轮电摩车分类及其特点
两种独轮车的结构目前应用的较广泛。其一是基于陀螺仪原理的机构，其二是基于倒立摆机构。国外研究时多采用基于倒立摆模型的独轮车，采用这种模型方便有效的进行稳定控制。而另一种陀螺仪结构的独轮机器人，在内置配重平衡装置的作用下，忽略旋转轴变化，利用线性控制算法实现二维空间的稳定运动。
独轮电摩车作为一种环保的交通工具，区别于传统的以燃烧化石燃料作为动力来源的例如汽车的交通工具，它使用清洁的电能作为自身动力。它配备蓄电池，电池组不但提供车轮前后转动的动力，还要提供动力使电机来保持姿态的平衡。马戏团的独轮脚踏车与独轮电摩车是比较类似的。所不同的是，当人在骑独轮脚踏车时，其操作是十分复杂。人在骑行的同时需要同时控制前后平衡、两侧平衡、独轮自行车的速度、航向等。这些都由人的大脑很快的计算出并控制人的四肢产生相应的动作。而对于独轮电摩车，而是小车由电机驱动车轮转动，传感器、微处理器等协调保持车身的平衡。小车驾驶者只需最简单的前倾即可令小车加速。
独轮电摩车并没有太大的体积，可以单手携带。这意味着它运动起来将十分灵活。小巧的体积令它在一些空间狭小的地方使用起来游刃有余。在军用、民用、教学领域上有一定的应用前景。它的非线性、非完整、静不平衡特点使它具有较强的研究价值。由此电摩独轮车的特点总结如下：
首先，独轮电摩车采用情节能源，碳排放量明显优于汽车等交通工具。并且独轮电摩车采用电力驱动，所产生的噪音也较低。其次，和常见的笨重电动自行车相比，独轮电摩车重量轻，体积小，便于携带，使用方便。这极大地丰富了它可以使用的场所。最后独轮电摩车以其简便的操作，适用的人群范围也大于传统交通工具，在军用和民用领域都将会有着广阔的应用。如图1-1所示的就是在北京奥运会期间，我国安保警察所使用的两轮平衡警用巡逻车。随着自平衡技术的发展，独轮电动车取得快速发展，独轮车结构小巧，节省能源，外观时尚，受到青年人的追捧。图1-2展示了一种独轮电动摩托产品。
图1-1 警用巡逻车
图1-2 一种独轮电动摩托
1. 4 本课题的要求以及设计方法
?要求设计一款独轮的电动摩托，要求符合国家电动车技术要求，时速<20km/h,刹车距离可靠。续航里程大。材料选择上合理，选择已经标准化的材料。结构上满足满足一般机械设计对强度、刚度、寿命等要求。外观设计尽量合理，同时对人的使用感觉等进行合理考虑。最后对成本进行合理考量，选择一些价格合理的材料，尽量结节约成本。
设计方法：?结合机电一体化相关知识，运用三维CAD软件绘制模型。绘制各个零部件模型并装配成整车。利用solidworks的Simulation Xpress分析向导对结构的材料选择进行校核，通过对结果分析，对选择的材料进行修改，并最终满足要求。
2 计算机辅助设计（CAD）
2. 1 计算机辅助设计简介及其特点
进入新世纪，信息化已经成为一个不可绕开的话题。而制造业作为传统工业的支柱，与信息化的融合也是大势所趋，制造业信息化将赋予制造业新的活力。信息技术的发展构建了全新的电子信息产品制造业，传统的以机械为代表的制造业在信息化的辐射下更具生机。
传统的产品设计方法在设计周期，设计流程等方面存在着许多不足。一个产品往往由多个部件组成，每个部件都需要一份图
1 引言1
1.1 课题简介1
1.2 独轮电摩车及其原理简介1
1.3 独轮电摩车分类及其特点1
1.4 本课题的要求以及设计方法2
2 计算机辅助设计（CAD）3
2.1 计算机辅助设计简介及特点3
2.2 CAD技术的发展趋势4
2.3 SolidWorks软件的特点4
3 总体设计4
3.1 车轮模型4
3.2 车架设计7
3.3 车架材料的选择8
3.4 支撑柱直径的计算10
3.5 车座与车架连接方式的设计11
3.6 电池位置的设计12
3.7 控制主板位置的设计13
3.8 刹车的设计13
4 有限元分析14
4.1有限元分析简介及其特点15
4.2 有限元分析的一般步骤15
4.3 利用有限元分析校核脚踏板16
4.4 车架支撑柱的Simulation应力分析20
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
现代交通工具的发展经历了从最初笨重的机械，向更加小型化，易操作化，更加的民用化发展的过程。在环境问题日益严重的现在，现代交通工具的发展更加注重环保节能，便捷易用，更加符合人体工程学，更加注重把人的操作感作为设计的理念。独轮电摩车作为一种新型的代步工具，以其自身的特点而越来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
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结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
现代交通工具的发展经历了从最初笨重的机械，向更加小型化，易操作化，更加的民用化发展的过程。在环境问题日益严重的现在，现代交通工具的发展更加注重环保节能，便捷易用，更加符合人体工程学，更加注重把人的操作感作为设计的理念。独轮电摩车作为一种新型的代步工具，以其自身的特点而越来越受到重视。
1. 1 课题简介
本课题来自于科研，随着自平衡技术的发展，独轮自平衡车取得快速的发展。独轮自平衡车是一种结构简单的轮式移动机器人,类似于倒立摆,由车身与一个由电机驱动的车轮组成,车身上半部分的挡板可以在水平方向转动,通过挡板的转动可以改变车体的重心,以此来控制小车运动的方向。独轮车结构小巧，节省能源，外观时尚，得到年轻人的追捧。它有运动灵活、结构简单、适合在狭小和危险的空间内工作等特点,在军用、民用、教学领域上有一定的应用前景。
1. 2独轮电摩车及其原理简介
独轮电摩车，又称为体感车。顾名思义，它可以根据身体姿态的改变小车的运动状态。独轮自平衡车与其他代步交通工具相比，它与地面接触点数目最小，减小了外界扰动, 可以高速运行,是一种典型的非线性、非完整、静不平衡系统。
独轮电摩车的运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，实时检测当人的姿态变化时，车体姿态由此改变，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持独轮车的平衡。独轮自平衡车是可以类比于一个简单的轮式移动机器人模型，类似于倒立摆。由车身和一个由电机驱动的车轮组成，车身上半部分的挡板可以在水平方向转动，通过挡板的转动可以改变车体的重心。以此控制小车运动的方向。
1. 3 独轮电摩车分类及其特点
两种独轮车的结构目前应用的较广泛。其一是基于陀螺仪原理的机构，其二是基于倒立摆机构。国外研究时多采用基于倒立摆模型的独轮车，采用这种模型方便有效的进行稳定控制。而另一种陀螺仪结构的独轮机器人，在内置配重平衡装置的作用下，忽略旋转轴变化，利用线性控制算法实现二维空间的稳定运动。
独轮电摩车作为一种环保的交通工具，区别于传统的以燃烧化石燃料作为动力来源的例如汽车的交通工具，它使用清洁的电能作为自身动力。它配备蓄电池，电池组不但提供车轮前后转动的动力，还要提供动力使电机来保持姿态的平衡。马戏团的独轮脚踏车与独轮电摩车是比较类似的。所不同的是，当人在骑独轮脚踏车时，其操作是十分复杂。人在骑行的同时需要同时控制前后平衡、两侧平衡、独轮自行车的速度、航向等。这些都由人的大脑很快的计算出并控制人的四肢产生相应的动作。而对于独轮电摩车，而是小车由电机驱动车轮转动，传感器、微处理器等协调保持车身的平衡。小车驾驶者只需最简单的前倾即可令小车加速。
独轮电摩车并没有太大的体积，可以单手携带。这意味着它运动起来将十分灵活。小巧的体积令它在一些空间狭小的地方使用起来游刃有余。在军用、民用、教学领域上有一定的应用前景。它的非线性、非完整、静不平衡特点使它具有较强的研究价值。由此电摩独轮车的特点总结如下：
首先，独轮电摩车采用情节能源，碳排放量明显优于汽车等交通工具。并且独轮电摩车采用电力驱动，所产生的噪音也较低。其次，和常见的笨重电动自行车相比，独轮电摩车重量轻，体积小，便于携带，使用方便。这极大地丰富了它可以使用的场所。最后独轮电摩车以其简便的操作，适用的人群范围也大于传统交通工具，在军用和民用领域都将会有着广阔的应用。如图1-1所示的就是在北京奥运会期间，我国安保警察所使用的两轮平衡警用巡逻车。随着自平衡技术的发展，独轮电动车取得快速发展，独轮车结构小巧，节省能源，外观时尚，受到青年人的追捧。图1-2展示了一种独轮电动摩托产品。
图1-1 警用巡逻车
图1-2 一种独轮电动摩托
1. 4 本课题的要求以及设计方法
?要求设计一款独轮的电动摩托，要求符合国家电动车技术要求，时速<20km/h,刹车距离可靠。续航里程大。材料选择上合理，选择已经标准化的材料。结构上满足满足一般机械设计对强度、刚度、寿命等要求。外观设计尽量合理，同时对人的使用感觉等进行合理考虑。最后对成本进行合理考量，选择一些价格合理的材料，尽量结节约成本。
设计方法：?结合机电一体化相关知识，运用三维CAD软件绘制模型。绘制各个零部件模型并装配成整车。利用solidworks的Simulation Xpress分析向导对结构的材料选择进行校核，通过对结果分析，对选择的材料进行修改，并最终满足要求。
2 计算机辅助设计（CAD）
2. 1 计算机辅助设计简介及其特点
进入新世纪，信息化已经成为一个不可绕开的话题。而制造业作为传统工业的支柱，与信息化的融合也是大势所趋，制造业信息化将赋予制造业新的活力。信息技术的发展构建了全新的电子信息产品制造业，传统的以机械为代表的制造业在信息化的辐射下更具生机。
传统的产品设计方法在设计周期，设计流程等方面存在着许多不足。一个产品往往由多个部件组成，每个部件都需要一份图
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