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本科學生畢業(yè)設計 花冠汽車電器實驗臺的設計 系部名稱： 汽車工程系 專業(yè)班級： 車輛工程 B05-17班 學生姓名： 李 智 指導教師： 鮑 宇 職 稱： 高級實驗師 黑 龍 江 工 程 學 院 二○○九年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Electric Appliances Experiment of the Corolla Car Pedestal Design Candidate：Li Zhi Specialty：Vehicle engineering Class：B05-17 Supervisor：Senior Experimental Division. BaoYu Heilongjiang Institute of Technology 2009-06·Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 本設計的目的是用花冠汽車的車身電器制作一個實驗臺，此實驗臺可以模擬電源及起動系、照明系、信號系統(tǒng)及輔助電器系統(tǒng)的實際工作情況。通過實際的演示和排除故障的過程使學生對每個電器元件和整個電器系統(tǒng)更加深刻的理解，從而達到理論聯(lián)系實際的目的。 本設計首先在符合本次設計基本要求的基礎上，確定了總體設計方案。采用花冠汽車電器系統(tǒng)，電動機和蓄電池為實驗臺提供電源。本次設計中，主要完成了臺架及板面的設計、充電系統(tǒng)動力源設計、元件布局、實驗臺電器元件接線等工作。 關鍵詞：電器；實驗臺；設計；模擬；故障 ABSTRACT This design with the purpose of making a carriage with the electronic of the Corolla car, the function of this set is that imitate the actual work circumstance of the charging system, the illumination system, the signal system and the meter system .by practice demonstrate and the process of expel breakdown, student can deepen the knowledge of each electronic component and entire electronic system, thereby attain the goal of integrate theory with practice. This design is based on the basic requirements first,and then confirm the total design project.Adopt the electric appliances system of the corolla car, electric motor and storage battery to provide power supply for the experiment pedestal.In this design,mainly complete the design of experiment pedestal and flat piece, charging system , the composition of component and the connection of electric appliances component. Keywords: Electric appliances；Design；Calculation；Imitate；Material II 第1章 緒 論 1.1 電器實驗臺設計的目的和意義 1.1.1 目的 隨著轎車產(chǎn)量和保有量日益增大，相關的使用與維修問題也接踵而來，而現(xiàn)代轎車是以廣泛采用電子技術為標志的,其結構比較復雜,且汽車運行中電器故障所占的比重遠遠高于其他故障,約占40% ～60% ,這對從事汽車工程相關專業(yè)的人員提出了更高的要求[1]。先進的汽車實驗臺可以培養(yǎng)學生實踐動手能力，分析處理問題能力，工程實踐能力和創(chuàng)新能力及商品意識，很好的滿足專業(yè)技術人才培養(yǎng)的要求。因此，設計出的汽車電器系統(tǒng)實驗臺作為實驗設備，在教學的過程中可以為學生及汽車專業(yè)技術人才營造良好的學習氛圍，起到理論聯(lián)系實際的一個紐帶，為實驗教學提供了有利的條件，在滿足教學實驗的基礎上提高了學生及汽車故障診斷、維修能力。學生掌握汽車電器的故障診斷這項技能，對學生未來的發(fā)展是有很大幫助的。如何設計一個使學生容易理解、操作簡單、經(jīng)濟、方便維修的實驗臺是這次設計的主要目的。 1.1.2 實驗臺設計的意義 １、先進的汽車實驗、實訓臺設計與制作可以培養(yǎng)學生實踐動手能力、分析處理問題的能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力及商品意識,滿足專業(yè)技術人才培養(yǎng)的要求?？梢蕴岣咂嚨氖褂脡勖徒?jīng)濟效益,推動汽車工業(yè)及國民經(jīng)濟的發(fā)展。 ２、與實踐相結合,提高學生的實際操作能力。 ３、伴隨汽車電器技術的進步,實驗臺還可以進行更新?lián)Q代,節(jié)約研制經(jīng)費。 ４、對實驗臺的開發(fā)和設計,可以建立一種科研環(huán)境,給學生營造良好的學習氛圍。在設計過程中,需要對以往學過的知識進行復習,還有很多的理論需要深入的研究,以便同實際操作結合。 1.1.3 實驗臺解決的工程實踐問題 １、先進的汽車實驗臺設計與制作可以培養(yǎng)學生實踐動手能力、分析處理問題的能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力及商品意識，很好的滿足專業(yè)技術人才培養(yǎng)的要求。這對于提高汽車的使用壽命和經(jīng)濟效益，推動汽車工業(yè)及國民經(jīng)濟的發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。 ２、與實踐相結合，提高學生的實際操作能力。在本實驗臺上，便于學生親手操作，在理論學習與動手實踐之間架起一座溝通的橋梁。 ３、對實驗臺的開發(fā)和設計，可以建立一種科研環(huán)境，給學生營造良好的學習氛圍。在設計過程中，需要運用很多的專業(yè)知識，如汽車理論、汽車技術、機械設計、機械制圖，金屬工藝等等，這就需要對以往學過的知識進行復習，還有很多的理論需要深入的研究，以便同實際操作結合。在教材不能滿足需要時，還要搜集資料，去圖書館找文獻，查期刊，請教老師、同學，上網(wǎng)查找本課題的前沿動態(tài)。 1.2 研究和發(fā)展現(xiàn)狀 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車作為一種代步工具，已經(jīng)進入普及時代。目前，平均每輛汽車上的電子裝備已經(jīng)占到整車成本的20%——30%，一些高檔轎車上電器產(chǎn)品所占比重更高，電器產(chǎn)品的費用已經(jīng)占到整車成本的50%以上。據(jù)美國汽車工業(yè)界的預測，2003年全球汽車電器產(chǎn)品的總銷售額將達800億美元。 汽車電器是汽車的重要組成部分，其自身的性能對汽車的動力性、 經(jīng)濟性、可靠性、安全性、操縱性、舒適性、娛樂性等各種性能 都會產(chǎn)生直接而重要的影響?，F(xiàn)代汽車已不再是傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品， 其中汽車機械部分的發(fā)展已經(jīng)達到了極致，汽車電器還有廣泛的發(fā)展空間，汽車上70%的革新來自汽車電子技術及產(chǎn)品。汽車電子屬于典型的高技術、高附加值、高增長的新興產(chǎn)業(yè)，具有巨大的市場容量和很強的技術滲透性與產(chǎn)業(yè)帶動性，是我國占領產(chǎn)業(yè)技術制高點、大力推進高新技術產(chǎn)業(yè)化的良好機遇。在發(fā)達國家，汽車已經(jīng)進入電子時代，汽車電器技術已經(jīng)成為當代汽車技術領域關注和研究的重點問題。 在教學中，汽車電器課不同于一般的理論課, 它不是通過在黑板上進行理論證明、公式推導所能夠解決的。因此，學生很難真正理解汽車電器的組成、工作原理，要解決電器設備的故障更加困難。只有設計一個直觀的實驗臺才能滿足教學的需要,目前市場上銷售的電器實驗臺，雖然可以滿足教學要求，但是價格都比較昂貴、維修困難不適合中小型學校教學。 1.3 設計的主要內(nèi)容 由以上論述可知，花冠電器實驗臺主要由臺架和臺面組成。主要內(nèi)容如下： １、電器實驗臺總體設計：要求實驗臺可以演示汽車電器系統(tǒng)（起動，充電，照明，儀表，音響，刮水等輔助電器系統(tǒng)）的工作原理，電器元件依據(jù)豐田花冠轎車實際元件布局，實驗臺可以實現(xiàn)汽車電器系統(tǒng)功能演示，并可以設置不同教學故障。 ２、臺架及面板的設計：方便實驗教學，具有便于實驗測試操作，方便移動的功能。預留出汽車電器故障檢測診斷接口。 ３、元件布局：符合汽車電器系統(tǒng)工作要求，具有規(guī)范性，方便理解汽車電器系統(tǒng)結構原理。 ４、實驗臺電器元件接線：符合汽車電路接線圖要求，顯示各電器系統(tǒng)工作過程直觀形象。 ５、充電系統(tǒng)動力源設計：實現(xiàn)對汽車發(fā)電機的工作驅(qū)傳動，完成他激到自激過渡。 第2章 花冠汽車電器系統(tǒng)應用及工作原理 2.1 花冠汽車電氣系統(tǒng)及原理 １、導線 汽車電氣系統(tǒng)的導線采用低壓導線，采用銅質(zhì)多心軟線[2]。 （１）低壓導線 １）導線的截面積 導線的截面積主要根據(jù)其工作電流選擇，但是對于一些工作電流較小的電器，為保證具有一定的力學強度，汽車電器中導線截面積一般不小于0.5mm2。各種低壓導線標稱截面積所允許的負載電流見表2.1。 表2.1 低壓導線截面積允許負載電流值 導線標稱截面積/mm2 1.0 1.5 2.5 3.0 4.0 6.0 10 13 允許電流/A 11 14 20 22 25 35 50 60 所謂標稱截面積是經(jīng)過換算而統(tǒng)一規(guī)定的線心截面積，不是實際線心的幾何面積，也不是各股線心幾何面積之和。電氣系統(tǒng)主要線路導線標稱截面積如表2.2。 表2.2 電器系統(tǒng)主要線路導線截面積 標稱截面積/mm2 用 途 0.5 尾燈、頂燈、儀表燈、刮水器等 0.8 轉向燈、制動燈、停車燈、斷電器等 1.0 前照燈、電喇叭（3A 以下） 1.5 電喇叭（3A 以上） 1.5-4.0 其他5A以上電器 6.0-25 電源電路 25-95 起動電路 ２）導線顏色 汽車線路所用的低電壓導線用顏色加以標識。在使用單色線的基礎上，為了區(qū)分多種低電壓導線，采用雙色線的顏色由兩種顏色配合組成，雙色線的主色所占比例大些，輔助色所占比例小些。輔助色條紋占主色條紋沿周圍表面的比例為1：3至1：5，雙色線的標注第一色為主色，第二色為輔助色。導線顏色用字母代號表示，字母代號的含義見表2.3。 表2.3 導線顏色 B-黑 L-藍 R-紅 BR-棕 LG-淺綠 V-紫 G-綠 O-橙 W-白 GR-灰 P-粉紅 Y-黃 例如，線路圖中導線顏色編號為R，則說明在實際電路中，導線顏色為紅色。如果導線為雙色，則第一個字母表示配線基本顏色，第二個字母表示配線的條紋顏色。例如導線顏色編號為L-Y，則在實際電路中，導線的基本顏色為藍色，條紋顏色為黃色。 ３）線束 汽車用低電壓導線除蓄電池導線外，都用絕緣材料如薄聚氯乙烯帶纏繞包扎成束，避免水、油的侵蝕及磨損。 （２）高壓導線 汽車點火線圈至火花塞之間的電路使用高壓點火線，簡稱高壓線。高壓導線的耐壓一般應在1.5kV以上，因電流較小，其截面積很小，但絕緣層很厚，多采用橡膠絕緣。高壓導線分為普通銅芯高壓線及高壓阻尼點火線。帶阻尼的高壓線可抑制和衰減點火系產(chǎn)生的高頻電磁波，降低對無線電設備及電控裝置的干擾， ２、熔斷器 熔斷器俗稱保險管，在電路中起保護作用。當電路中流過超過規(guī)定的過大電流時，熔斷器的熔絲自身發(fā)熱而熔斷，切斷電路，以防止燒壞電路連接導線和用電設備，并把故障限制在最小范圍內(nèi)。通常情況下，將很多熔斷器組合在一起安裝字熔斷器盒內(nèi)，并在熔斷器盒蓋上注明熔斷器的名稱、額定容量和位置。 一般情況下，環(huán)境溫度在180～320C時，當流過熔斷器的電流為額定電流的1.1倍時，熔斷器不熔斷；達到1.35倍時，熔絲在60s內(nèi)熔斷；達到1.5倍時，20A以內(nèi)的熔絲在15s內(nèi)熔斷，30A以內(nèi)的熔絲在30s內(nèi)熔斷。 熔斷器在使用中應注意一下幾點： （１）熔斷器熔斷后，必須真正找到故障原因，徹底排除故障。 （２）更換熔斷器時，一定要與原規(guī)格相同。 （３）熔斷器支架與熔斷器接觸不良會產(chǎn)生電壓降和發(fā)熱現(xiàn)象，安裝時要保證良好接觸。 ３、連接器 連接器就是通常所說的連接插頭和插座，用于線束或?qū)Ь€與導線間的相互連接。為了防止連接器在汽車行駛中脫開，所有的連接器均采用了閉鎖裝置。 要拆開連接器時，不允許在未解除閉鎖的情況下用力拉導線，這樣會損壞閉鎖或連接導線。正確的拆卸方法是先壓下閉鎖，再把連接器拉開。 本次設計用到的連接器如圖2.1[3]. C9、組合開關 J1、J2、 J22、J28、J29、J34、J35、J37、J38、J39、中繼接線器 圖 2.1連接器圖 ４、繼電器 一般用于操縱開關的觸點電容量較小，不能直接控制工作電流較大的用電設備，常采用繼電器來控制它的接通和斷開[4]。 汽車上的繼電器有很多，常見的有三類：常開繼電器、常閉繼電器和常開、常閉混合型繼電器。 常開繼電器平時觸點是斷開的，繼電器動作后觸點才接通；常閉繼電器平時觸點是閉合的，繼電器動作后觸點斷開；混合型繼電器平時常閉觸點接通，常開觸點斷開，如果繼電器線圈通電，則變成相反狀態(tài)。 ５、電源及起動系統(tǒng)電路 電源及起動系統(tǒng)由蓄電池電路、發(fā)電機工作電路、儀表板中的發(fā)電機警報燈電路及起動機工作電路組成。 發(fā)電機是汽車上的主要供電設備，它與蓄電池并聯(lián)。其作用是：在汽車正常行使時，向各用電設備供電，并及時對蓄電池進行補充充電。 ６、輔助電器系統(tǒng) （１） 電動刮水器 花冠轎車電動刮水器采用了電動三連桿機構，并沒有多個球頭活結，轉動和換向非常自如。 刮水器電機由一個永磁直流電機和一個蝸輪蝸桿減速器組成。為了確保擺桿與雨刷器能在正常工作結束后回到前風窗玻璃下邊沿，在減速器蝸輪輸出軸的 背面裝有自動復位導電片，并在減速器蓋板上帶有與導電片相接觸的導電觸點，再通過刮水器開關的關閉檔位，共同完成刮水器的自動復位功能。 ７、儀表 花冠轎車采用的組合儀表主要包括：車速里程表、水溫表、燃油表、轉速表等，在實驗臺上有一些儀表不能工作，如車速里程表，但為了保持系統(tǒng)的完整性，在這里也未做刪減。 （１）車速里程表[5] 車速里程表由三部分組成，即車速表、里程表和單程里程計。車速表用來指示汽車行駛的瞬時速度；里程表是一個累計計數(shù)器，可記錄汽車行駛過的總里程；單程里程計是用來記錄某次行車所駛過的里程，在所記錄數(shù)據(jù)不需要時，可用按鈕清零。 （２）水溫表 水溫表指示的是發(fā)動機冷卻水的溫度。點火開關打至點火檔，水溫表便開始工作。表盤上有兩個指示區(qū)域，一個是低溫區(qū)，一個是正常溫度區(qū)，在低溫區(qū)應避免發(fā)動機高速或大負荷工作。 （３）時鐘 時鐘用來表示時間。通過按動表中的按鈕來對表。 （４）燃油表 燃油表指示的是油箱中燃油量。點火開關在點火檔，燃油表便開始工作。表盤上有一個備用油量區(qū)，指針指到該位置時，油箱內(nèi)大約還有10L左右的燃油。 （５）指示燈 指示燈可分為信號指示燈和警報指示燈。警報指示燈一般采用紅色，信號指示燈則采用綠、黃、藍等不同顏色。指示燈在儀表上是用符號來表示的。在行車過程中，當表中標有stop項的燈亮時，必須立即停車并讓發(fā)動機熄火，檢查故障所在。 （６）轉向信號燈 轉向信號燈工作時，該指示燈閃亮。如果某側有一個轉向信號燈不亮時，指示燈的頻率將明顯加快。 （７）遠光指示燈 打開前照燈遠光或使用前大燈閃光發(fā)出超車信號時，遠光指示燈亮。 （８）發(fā)動機警報燈 發(fā)動機警報燈也就是所說的電源警報燈。在發(fā)動機打開點火開關時，該燈亮，發(fā)動機起動后熄滅，屬于正常。如果在行車中此燈亮起來，說明發(fā)電機不發(fā)電，應停車檢查。 （９）機油壓力警報燈 機油壓力警報燈和發(fā)電機警報燈一樣，打開點火開關，警報燈亮，發(fā)動機起動后應熄滅。如果發(fā)動機起動后該燈不滅或行車中亮起，應停車檢查發(fā)動機潤滑系故障。 （10）制動報警燈及手制動指示燈 制動報警燈及手制動指示燈是在手制動器拉起或制動液液面過低時點亮。在解除手制動后，此燈仍亮必須停車檢查制動液量。 （11）冷卻液溫度及冷卻液液面警報燈 冷卻液溫度及冷卻液液面警報燈。發(fā)動機未起動，打開點火開關，該警報燈閃亮進行功能自檢，發(fā)動機起動后熄滅，屬于正常。如果該指示燈在發(fā)動機起動后不熄滅或者在行駛時閃亮，說明冷卻液不足或溫度太高，應停機檢查發(fā)動機冷卻系。 2.2 電路的讀圖和實驗臺線路分析 2.2.1 汽車線路遵循的一般原則 汽車線路由于車型結構、電氣設備的數(shù)量、安裝位置和接線方法的不同而各有差異，但其線路都應遵循一定的原則，了解這些原則對讀圖是很有幫助的。 １、汽車線路為單線制。單線連接是汽車線路的特殊性，它是指汽車上所有電氣設備的正極均采用導線互相連接，而所有的負極則分別與車架或車身金屬部分相連，即搭鐵。任何一個電路中的電流都是從電源的正極出發(fā)經(jīng)導線流入用電設備后，由電器設備自身或負極導線（全車有統(tǒng)一的顏色標識）搭鐵，通過車架或車身流回電源負極而形成回路[6]。 ２、各用電設備均采用并聯(lián)。汽車上的兩個電源（蓄電池與發(fā)電機）之間以及所有用電設備之間，都是正極接正極，負極接負極，并聯(lián)連接。 ３、汽車線路為負極搭鐵。一般說來，汽車線路都是負極搭鐵，負極搭鐵對車架或車身的化學腐蝕較輕，對無線電干擾較小。 ４、汽車線路有顏色和編號特征。為了便于區(qū)別各線路的連接，汽車所有低壓導線，必須選用不同顏色的單色或雙色線，并在每根導線上編號，編號由生產(chǎn)廠家統(tǒng)一編定。 ５、將導線做成線束。為了不使全車電線零亂，便于安裝和絕緣保護，將導線做成線束。一輛車可以有多個線束。 ６、接線盒如圖2.2. 2.2.2 電路讀圖的基本方法 由于各國汽車電路圖的繪制方法、符號標識以及文字、技術標準等的不同，各國汽車電路圖有很大差異，甚至同一國家不同公司的汽車電路圖也存在著較大差異，這就給我們讀圖帶來許多麻煩。要想完全讀懂一種車型的整車電路圖，特別是較復雜的進口轎車的電路圖并非是一件輕松的事，因此掌握汽車電路讀圖的基本方法是十分必要的[6]。 1—IG1繼電器，2—喇叭繼電器，3—配線連接器ID4，4—尾燈繼電器，5—前霧燈繼電器，6--前照燈繼電器，7--轉向信號燈繼電器，8--2H主配線黑色，9--2K地板配線，10—2F儀表配線，11—2A主配線灰色，12—1A發(fā)動機配線，13—2B主配線，14—1B發(fā)動機配線，15--100A主保險絲，16--100A ALT保險絲，17、18、19--10A保險絲，20--25A保險絲，21--30A保險絲，22、23、24、25、26--15A保險絲27--5A保險絲，28--1C發(fā)電機室主配線，29—1D發(fā)電機室主配線，30—2T儀表板配線，31—2S儀表板配線，32--2R儀表板配線，33--2Q儀表板配線，34—2P儀表板配線，35—2O儀表板配線，36--2N儀表板配線，37--2M儀表板配線，38--2G儀表板配線，39—2C儀表配線 圖 2.2接線盒 下面介紹一些閱讀整車電路圖的基本方法： １、按整車電路系統(tǒng)的各功能及工作原理把整車電氣系統(tǒng)劃分成若干個獨立的電路系統(tǒng)，分別進行分析。這樣化整體為部分，可以有重點地進行分析。為了閱讀方便，現(xiàn)在多數(shù)汽車的電路原理圖是按各個電路系統(tǒng)進行繪制的。 ２、在分析某個電路系統(tǒng)前，要清楚該電路中所包括的各部件的功能、作用和技術參數(shù)等。例如電路中的各種自動控制開關在什么樣的條件下閉合或斷開等等。 ３、在閱讀電路圖時，應掌握回路原則，即電路中工作電流是由電源正極流出，經(jīng)用電設備后流回電源負極。電路中只有當電流流過用電設備時，用電設備才能工作。 ４、按操縱開關的功能及不同工作狀態(tài)來分析電路的工作原理。如點火系供電，點火開關應處于點火擋或啟動擋。在標準畫法的電路圖中，開關總是處于零位，即開關處于斷開狀態(tài)；電子開關的狀態(tài)則視具體情形而定。所說的電子開關主要包括晶體管及晶閘管等具有開關特性的電子元件。 ５、閱讀電路圖時，把含有線圈和觸點的繼電器看成是由線圈工作的控制電路和觸點工作的主電路兩部分。主電路中的觸點只有在線圈電路中有工作電流流過后才能動作。在電路圖中畫出的是繼電器線圈處于失電狀態(tài)。 ６、讀接線圖時，要正確判斷接點標記、線型和色碼標志。相關知識已介紹。需指出的是，標記顏色的字母因母語不同而有區(qū)別，美國、日本及我國采用英文字母；德國采用德語字母；前蘇聯(lián)采用俄語字母。 總之，掌握這些讀圖的基本方法，只是為讀圖打下一定基礎。要達到快速準確的讀圖，還需要不斷學習和實踐。 2.2.3 豐田花冠汽車電路圖的讀法實例 下面以花冠汽車刮水器和洗滌器、轉向燈電路為例，介紹花冠轎車電路的讀圖。 分析電路之前，首先要弄清以下內(nèi)容，在進行分析。 （１）元件的安裝位置 拿到電路圖首先要找到該系統(tǒng)的主要電器元件，然后再進行線路分析，可以避免盲目性。例如刮水器電機F7、洗滌器電機W1、刮水器和洗滌器組合開關C9、點火開關I11等配合元件的位置圖就能知道這些電器元件在實驗臺上的安裝位置。 （２）繼電器位置 在各系統(tǒng)的工作電路中經(jīng)常出現(xiàn)一些繼電器，這些繼電器的位置可通過繼電器位置圖獲得。如圖3-2. 在了解以上內(nèi)容的基礎上，就可以進行電路分析了[7]。 １、刮水器和洗滌器工作電路 （１）刮水器低速工作 如電路圖，點火開關打至點火擋，刮水器和洗滌器開關處于低速擋位置，刮水器低速工作電流通路為：蓄電池正極----FL MAIN 2.0L熔斷器----接線盒1A插頭的1號端子----100A熔斷器----接線盒1D插頭的1號端子----接線盒2B插頭的1號端子----25A熔斷器----接線盒2Q插頭的1號端子----點火開關I11的AM1端子----點火開關I11的IG1端子----接線盒2Q插頭的7號端子----繼電器IG1的1端子----繼電器IG1的2端子----接線盒2F插頭的11號端子----中繼線連接器J2的A端子----負極搭鐵，此時繼電器IG1吸合，電流經(jīng)繼電器IG1的5號端子----繼電器IG1的3號端子----25A熔斷器----接線盒2Q插頭的9號端子----刮水器和洗滌器開關C9的8號端子----刮水器和洗滌器開關C9的7號端子----配線連接器ID4的7端子----刮水器電機F7的1號端子（L-B線）----刮水器電機F7的5號端子（W-B線）----負極搭鐵。 （２）刮水器高速工作 點火開關打至點火擋，刮水器和洗滌器開關處于高速擋位置，刮水器低速工作電流通路為：蓄電池正極----FL MAIN 2.0L熔斷器----接線盒1A插頭的1號端子----100A熔斷器----接線盒1D插頭的1號端子----接線盒2B插頭的1號端子----25A熔斷器----接線盒2Q插頭的1號端子----點火開關I11的AM1端子----點火開關I11的IG1端子----接線盒2Q插頭的7號端子----繼電器IG1的1端子----繼電器IG1的2端子----接線盒2F插頭的11號端子----中繼線連接器J2的A端子----負極搭鐵，此時繼電器IG1吸合，電流經(jīng)繼電器IG1的5號端子----繼電器IG1的3號端子----25A熔斷器----接線盒2Q插頭的9號端子----刮水器和洗滌器開關C9的8號端子----刮水器和洗滌器開關C9的9號端子----接線盒2Q插頭的4號端子----接線盒2H插頭的5號端子----刮水器電機F7的4號端子（L-R線）----刮水器電機F7的5號端子（W-B線）----負極搭鐵。 （３）刮水器間歇工作 點火開關打至點火擋，刮水器和洗滌器開關處于間歇速位置，刮水器間歇工作電流通路為：蓄電池正極----FL MAIN 2.0L熔斷器----接線盒1A插頭的1號端子----100A熔斷器----接線盒1D插頭的1號端子----接線盒2B插頭的1號端子----25A熔斷器----接線盒2Q插頭的1號端子----點火開關I11的AM1端子----點火開關I11的IG1端子----接線盒2Q插頭的7號端子----繼電器IG1的1端子----繼電器IG1的2端子----接線盒2F插頭的11號端子----中繼線連接器J2的A端子----負極搭鐵，此時繼電器IG1吸合，電流經(jīng)繼電器IG1的5號端子----繼電器IG1的3號端子----25A熔斷器----接線盒2Q插頭的9號端子----刮水器和洗滌器開關C9的8號端子----刮水器和洗滌器開關C9的7號端子----配線連接器ID4的7端子----刮水器電機F7的1號端子（L-B線）----刮水器電機F7的5號端子（W-B線）----負極搭鐵。此時，刮水器電機F7的3號端子內(nèi)線路吸合，前刮水器電機F7停止工作，如此反復達到間歇刮水的目的。 （４）洗滌器工作 點火開關打至點火擋，刮水器和洗滌器開關處于洗滌擋位置，洗滌器工作電流通路為：蓄電池正極----FL MAIN 2.0L熔斷器----接線盒1A插頭的1號端子----100A熔斷器----接線盒1D插頭的1號端子----接線盒2B插頭的1號端子----25A熔斷器----接線盒2Q插頭的1號端子----點火開關I11的AM1端子----點火開關I11的IG1端子----接線盒2Q插頭的7號端子----繼電器IG1的1端子----繼電器IG1的2端子----接線盒2F插頭的11號端子----中繼線連接器J2的A端子----負極搭鐵，此時繼電器IG1吸合，電流經(jīng)繼電器IG1的5號端子----繼電器IG1的3號端子----15A熔斷器----接線盒2H插頭的21號端子----噴洗器電機----刮水器和洗滌器開關C9的4號端子----刮水器和洗滌器開關C9的5號端子----中繼線連接器J14的A端子----負極搭鐵[5]。 ２、轉向信號燈工作電路 （１）左轉向燈工作 點火開關打至點火擋，轉向信號開關處于左轉向位置，工作電流通路為：蓄電池正極----FL MAIN 2.0L熔斷器----接線盒1A插頭的1號端子----100A熔斷器----接線盒1D插頭的1號端子----接線盒2B插頭的1號端子----25A熔斷器----接線盒2Q插頭的1號端子----點火開關I11的AM1端子----點火開關I11的IG1端子----接線盒2Q插頭的7號端子----繼電器IG1的1端子----繼電器IG1的2端子----接線盒2F插頭的11號端子----中繼線連接器J2的A端子----負極搭鐵，此時繼電器IG1吸合，電流經(jīng)繼電器IG1的5號端子----繼電器IG1的3號端子----10A熔斷器----接線盒2P插頭的5號端子----中繼線連接器J33的E端子----轉向信號閃光器繼電器T4的1號端子----轉向信號閃光器繼電器T4的7號端子----中繼線連接器J2的A端子----負極搭鐵，同時，蓄電池正極----FL MAIN 2.0L熔斷器----接線盒1A插頭的1號端子----10A熔斷器----接線盒1插頭----接線盒2H插頭的19號端子----接線盒2T插頭的4號端子----轉向信號閃光器繼電器T4的4號端子----轉向信號閃光器繼電器T4的3號端子----各左轉向燈----負極搭鐵。 （２）右轉向燈工作 點火開關打至點火擋，轉向信號開關處于右轉向位置，工作電流通路為：蓄電池正極----FL MAIN 2.0L熔斷器----接線盒1A插頭的1號端子----100A熔斷器----接線盒1D插頭的1號端子----接線盒2B插頭的1號端子----25A熔斷器----接線盒2Q插頭的1號端子----點火開關I11的AM1端子----點火開關I11的IG1端子----接線盒2Q插頭的7號端子----繼電器IG1的1端子----繼電器IG1的2端子----接線盒2F插頭的11號端子----中繼線連接器J2的A端子----負極搭鐵，此時繼電器IG1吸合，電流經(jīng)繼電器IG1的5號端子----繼電器IG1的3號端子----10A熔斷器----接線盒2P插頭的5號端子----中繼線連接器J33的E端子----轉向信號閃光器繼電器T4的1號端子----轉向信號閃光器繼電器T4的7號端子----中繼線連接器J2的A端子----負極搭鐵，同時，蓄電池正極----FL MAIN 2.0L熔斷器----接線盒1A插頭的1號端子----10A熔斷器----接線盒1插頭----接線盒2H插頭的19號端子----接線盒2T插頭的4號端子----轉向信號閃光器繼電器T4的4號端子----轉向信號閃光器繼電器T4的2號端子----各右轉向燈----負極搭鐵[8]。 2.3 本章小結 本章首先確定了全車線路中的基本元件，全車線路中的基本元件與實車一致，以方便學生與實車對照。實驗臺電路連接方式與實車一致，并分析了豐田花冠汽車電路圖的讀圖方法。 第3章 電器實驗臺的設計 3.1 實驗臺的總體設計要求 電器實驗臺的設計要滿足教學的需要, 即具有良好的示教效果以及便捷的操控性能。同時進行相關輔助功能的開發(fā), 從而鍛煉學生的工程實踐應用能力。具體要求體現(xiàn)以下幾個方面： １、選型。在選擇參照車型時應充分考慮它的代表性，因此要使所選擇的電器系統(tǒng)在實際工作性能上能夠反映現(xiàn)代汽車技術的先進性，體現(xiàn)發(fā)展的趨勢和潮流，同時具有普及性，便于汽車工程相關專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)的展開；并且所選擇車輛具有鮮明技術特色。 ２、服務教學。因為設計是為教學服務的，因此在設計實施的具體過程中，首要的問題就是要保證電器系統(tǒng)的工作性能以及每一個器件的工作原理均得到體現(xiàn)，表達要力爭簡單、明了，使用起來方便快捷，設置故障診斷功能有利于提高學生的工程實踐運用能力。 ３、實驗臺布局。在考慮布局合理、結構緊湊的同時, 還要便于教學并注意各個電器元件在工作時相互之間功率的匹配。 此外，要求實驗臺具有直觀形象的教學演示功能以及良好的操縱控制性能。 3.2 花冠汽車電器實驗臺的設計 電器實驗臺的設計要實現(xiàn)良好的操控性能及示教效果,要求臺架可以實現(xiàn)折疊, 并考慮到電器系統(tǒng)構件的支撐及定位緊湊、臺面質(zhì)量分布均勻度、臺面的整潔度、臺面穩(wěn)定性、運動件與固定件是否發(fā)生干涉等因素。 3.2.1 臺面設計 電器實驗臺的板面設計和制作主要依據(jù)花冠轎車的車身線束進行布置,同時也參照了花冠車身的各電器元件的布置情況。板面尺寸的確定主要依據(jù)各個電器元件的形位尺寸和位置尺寸,根據(jù)線束的布置及幾個主要元件的形位尺寸,然后初步估算板面的大小,把布置在板面輪廊上的元件的位置確定下來，初步估算板面采用1800×1200×30（單位：mm）。 3.2.2 臺架的選材 臺架的材料選用45鋼,強度、價格均可行。臺架的各連接處均采用焊接,其強度不低于材料的強度,可以達到支撐臺面及固定、穩(wěn)定的作用。 3.2.3 臺架的設計 臺架的制作方案：為了更好地達到汽車電器系統(tǒng)實驗臺的設計目的和完成預期的效果，為教學提供更直觀、生動的教學模具，完成發(fā)動機各工況的模擬，實驗臺的工作原理及故障演示，初步選擇臺架為如圖3-1所示，電器實驗臺臺架的設計是根據(jù)板面的布置情況和大小,以及某些元件的傳動需要來進行設計的,以45鋼的角鐵和方鋼為主,各連接處采用焊接和螺栓聯(lián)接,其強度不低于原材料的強度,可以達到支撐臺面以及固定、穩(wěn)定性的作用。為了移動方便,采用橡膠輪,這樣可以起到減震的作用。臺架的尺寸：長*高*寬=1500×700×780（單位：mm）。 圖3.1 臺架圖 3.2.4 臺架的校核 板面與板面上零件的總質(zhì)量大約在50千克左右，由此可知支撐臺架需承受的力不是很大。由于支撐臺架采用鋼管制成，鋼本身是抗壓材料，并且承受的力不大，所以支撐臺架的剛度完全能滿足要求；本實驗臺是一種箱式實驗臺，所以控制面板的質(zhì)量均勻分布在支撐臺架上，所受的力也是均勻的，有此可知，支撐臺架上沒有應力集中不會產(chǎn)生彎曲、斷裂和損壞，因此，支撐臺架的強度也是完全能滿足要求的。 3.3 附屬件的定位與設計 3.3.1 電動機的選擇 因花冠汽車的車用發(fā)電機的額定功率為0.6kw,額定轉速為：4000r/min，所以要求選用的電動機的額定功率應大于發(fā)電機的額定功率。考慮到電動機的工作環(huán)境, 選用Y系列的三項鼠異步電動機。 （１）電動機的型號：Y801-2。 （２）電動機的基本參數(shù)：額定功率為:0.75kw；滿載轉速為：2825r/min；質(zhì)量為：16kg；電動機外型：長×寬×高=285×165×170（單位：mm）；軸伸尺寸：D×E=19×40（單位：mm）；電動機中心高H為：80（單位：mm）。 3.3.2 V帶及帶輪的設計 為實現(xiàn)可靠的傳動, 依據(jù)設計目的, 考慮到實驗臺是用于教學, 工作時間短, 且周期性工作。選擇帶傳動, 皮帶的工作表面在短期內(nèi)不會過量磨損, 而使用壽命能夠足夠長,無需經(jīng)常更換[9]。 １、設計的主要技術參數(shù) 電動機的轉速n1=2825r/min 發(fā)電機的 n2=4000r/min 發(fā)電機的輸入功率P=0.6kw ２、V帶的結構與規(guī)格 V帶分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、大楔角V帶、汽車V帶等多種類型，其中普通V帶和窄V帶應用最廣。本次設計選用普通V帶。 （１）帶由抗拉體、頂膠、底膠、和包布組成，見圖3.2?？估w是承受負載拉力的主體，其上下的頂膠和底膠分別承受彎曲時的拉伸和壓縮，外殼用橡膠帆布包圍成型?？估w由簾布或線繩組成，繩芯結構柔軟易有利于提高壽命?？估w的材料可采用化學纖維或棉織物，前者的承載能力較高。 如圖3.3，當帶受縱向彎曲時，在帶中保持原長度不變的周線稱為節(jié)線；由全部節(jié)線構成的面稱為節(jié)面。帶的節(jié)面寬稱為節(jié)寬（bp），當帶受縱向彎曲時，該寬度保持不變。 普通V帶已標準化，按節(jié)面尺寸的不同，普通V帶有七種型號，見表3.1。 在V帶輪上，與所配用V帶的節(jié)面寬度bp相對應的帶輪直徑稱為基準直徑d（見表3.8）。 V帶在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準直徑上的周線長度稱為基準長度Ld。V帶長度系列見表3.2。 （２）單根普通V帶的許用功率 帶在帶輪上打滑或帶發(fā)生疲勞損壞（脫層、撕裂或拉斷）時，就不能傳遞動力。因此帶傳動的設計依據(jù)帶不打滑及具有一定的疲勞壽命。 為了保證帶傳動不出現(xiàn)打滑，單根普通V帶能傳遞的功率 (3.1) 式中：A為單根普通V帶的橫截面積。 為了使帶具有一定的疲勞壽命，應使,即 式中：[]為許用應力。 將上式代入公式（3.1）得帶傳動在既不打滑又有一定壽命時，單根V帶能傳遞的功率 (3.2) P0稱為單根V帶的基本額定功率。在載荷平穩(wěn)、包角α1=π（即i=1)、帶長Ld為特定長度、抗拉體為化學纖維繩芯結構的條件下，由公式(3.2)求得單根普通V帶所能傳遞的功率P0。見表3.3。 表3-1 V帶截面尺寸（GB/T11544-1997） 類型 節(jié)寬 頂寬 高度 單位長度質(zhì)量 普通V帶 窄V帶 bp/mm b/mm h/mm q/(kg/m) Y 5.3 6.0 4.0 0.04 Z 8.5 10.0 6.0 0.06 (SPZ) 8 10 8 0.07 A 11.0 13.0 8.0 0.1 0.12 (SPA) 11 13 10 B 14.0 17.0 11.0 0.17 0.2 (SPB) 14 17 14 C 19.0 22.0 14.0 0.30 0.37 (SPC) 19 22 18 D 27.0 32.0 19.0 0.60 E 32 38.0 23.0 0.87 表3.2 V帶基準長度Ld和帶長修正系數(shù)KL 基準長度 普通V帶 Ld/mm Y Z A B C 400 0.96 0.87 450 1.00 0.89 500 1.02 0.91 560 0.94 630 09.6 0.81 710 0.99 0.83 800 1.00 0.85 900 1.03 0.87 0.82 1000 1.06 0.89 0.84 1120 1.08 0.91 0.86 1250 1.11 0.93 0.88 1400 1.14 0.96 0.90 1600 1.16 0.99 0.92 0.83 1800 1.18 1.01 0.95 0.86 2000 1.03 0.98 0.88 表3.3 單根普通V帶的基本額定功率P0 型號 小帶輪基準直徑d1/mm 小帶輪轉速n1/(r/min) 2000 2400 2800 3200 3600 4000 5000 6000 Z 50 0.20 0.22 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.31 56 0.25 0.30 0.33 0.35 0.37 0.39 0.41 0.40 63 0.32 0.37 0.41 0.45 0.47 0.49 0.50 0.48 71 0.39 0.46 0.50 0.54 0.58 0.61 0.62 0.56 80 0.44 0.50 0.56 0.61 0.64 0.67 0.66 0.61 90 0.48 0.54 0.60 0.64 0.68 0.72 0.73 0.56 實際工作條件與上述特定條件不同時，應對P0值加以修正。修正后即得實際工作條件下，單根V帶所能傳遞的功率，稱為許用功率[P0]， (3.3) 式中：——功率增量，考慮傳動比i 1時帶在大輪上的彎曲應力較小，故在壽命相同條件下，可增大傳遞的效率。普通V帶的值見表3.4； ——包角修正系數(shù)，考慮時對傳動能力的影響，見表3.5 ——帶長修正系數(shù)，考慮帶長不為特定長度時對傳動能力的影響，見表3.2。 表3.4 單根普通V帶i 1時額定功率的增量 型號 傳動比i 小帶輪轉速n1(r/min) 400 730 800 980 1200 1460 1600 2000 2400 2800 Z 1.35-1.51 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 1.52-1.99 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 2 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 表3.5 包角修正系數(shù) 包角/(0) 180 170 160 150 140 130 120 110 1.00 0.98 0.95 0.92 0.89 0.86 0.82 0.78 ３、V帶傳動的計算 已知電動機轉速n1=2825r/min,發(fā)電機轉速n2=4000r/min,發(fā)電機的輸入功 P=0.6KW （１）計算功率Pc 查表2.6 得 KA=1.0 故 Pc= KA×P=1.0×0.6=0.6KW （２）選V帶型號 選擇普通V帶 根據(jù)Pc=0.6KW，n1=2825r/min 此坐標位于Z型處，選用Z型計算 （３）求大、小帶輪基準直徑d1、d2 由表3.7 d2應不小于50 現(xiàn)取d2=75mm 得 誤差 故允許。 （４）驗算帶速V 帶速在5～25m/s范圍內(nèi)，合適 （５）求V帶基準長度Ld和中心距a 初步選取中心距a0 a0=1.5(d1+d2)=1.5×(108+75)=274.5mm 取a0=300mm 0.7(d1+d2)=128mm< a0<2(d1+d2)=366mm = 查表3.2 對Z型帶選用 Ld=900mm 計算實際中心距 （６）驗算小帶輪包角 合適 （７）求V帶根數(shù)Z 根據(jù)n2=4000r/min,d2=75mm 查表3.3 查表3.4得 =0.08KW 由查表3.5 =0.98 查表3.2 KL=1.03 = 取Z=1。 （８）求作用在帶輪軸上的壓力FQ 查表3.1得 q=0.06kg/m =30.364N 表3.6 工作情況系數(shù)KA 載荷性質(zhì) 工作機 原 動 機 電動機（交流啟動、三角啟動、直流并勵）、四缸以上的 內(nèi)燃機 電動機（聯(lián)機交流啟動、直流復勵或串勵）、四缸以下的內(nèi)燃機 每天工作小時數(shù)/h <10 10～16 >16 <10 10～16 >16 載荷變動很小 液體攪拌機、通風機和鼓風機、輕負荷輸送機 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷變動小 帶式輸送機、通風機發(fā)電機 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷變動較大 制磚機、往復式水泵和壓縮機 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 載荷變動很大 破碎機、磨碎機 1.3 1.4 1.5 1.5 1.5 1.8 表3.7 V帶輪最小基準直徑 型號 Y Z SPZ A SPA B SPB C SPC D E dmin/mm 20 50 63 75 90 125 140 200 224 355 500 注：V帶輪的基準直徑系列為20 22.4 28 31.5 40 45 50 56 63 71 75 80 85 90 95 100 106 等。 表3.8 V帶輪的輪槽尺寸 槽型 Y Z SPZ A SPA B SPB C SPC bd 5.3 8.5 11 14 19 hmin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 e 80.3 120.3 150.3 190.4 25.50.5 fmin 6 7 9 11.5 16 hfmin 4.7 7 9 8.7 11 10.8 14 14.3 19 min 5 5.5 6 7.5 10 32 對 應 的 d 60 - - - - 34 - 80 118 190 315 36 >60 - - - - 38 - >80 >118 >190 >315 ４、V帶輪結構設計 根據(jù)表3.8 d1=2d=2×19=38mm L=2d=2×19=38mm。 基準直徑dd=108mm da=dd+2ha=108+2×2=112mm b=8.5mm ha=2 hf=7.0 e=12 f=7 =5.5 B=2f=2×7=14 =340。 帶輪如圖3.4 圖3.4 V帶輪圖 3.3.3 鍵的選擇 由于d=19mm 所以根據(jù)機械設計手冊選擇A型鍵 鍵6×6×38 GB/T1096-2003[10]。 3.4 花冠汽車車身電器系統(tǒng)教學功能的設計 3.4.1 花冠汽車車身電器系統(tǒng)的選擇與功能實現(xiàn) 花冠汽車車身電器原理及組成,電器實驗臺的目的是模擬汽車車身電器的工作情況,由于板面有限并不能完全的把汽車上的電器元件布置出來,所以根據(jù)豐田花冠汽車車身電器原理及組成,對豐田花冠汽車電器進行了一系列的挑選,局部的做出替換如下： １、所選電器元件包括蓄電池、發(fā)電機、大燈、儀表盤、中控門、電動車窗等。 ２、元件的替換:從實用美觀考慮,對部分元件進行調(diào)整。例如,在汽車上的喇叭開關是方向盤的頂蓋,而在實驗臺上只有一個小開關替代;考慮到教學的針對性及臺架的整體布局,選用電動機代替發(fā)動機帶動發(fā)電機轉動。 ３、電動機的采用：實際的車中是用發(fā)動機帶動發(fā)電機工作的，但是考慮到教學的針對性及臺架的整體布局，我們這里采用電動機及帶輪組裝起來形成一個模擬的發(fā)動機，實現(xiàn)發(fā)電機工作時的供電。 ４、接線盒的增加：本實驗臺的主要作用之一就是故障診斷功能，為了能與外部設備相匹配，并且實現(xiàn)診斷功能，故增加了接線盒。 3.4.2 花冠電器常見故障列表 為實現(xiàn)對于實驗臺教學診斷功能,將常見的電器系統(tǒng)故障進行歸納總結,選取其中具有代表性的故障為參考點,進而實現(xiàn)相關故障的設置與診斷。電器系統(tǒng)常見故障如表3.9。 表3.9 電器系統(tǒng)常見故障 序號 故障名稱 1 起動機不工作