摩托车光导前位置灯结构设计Word格式文档下载.docx

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随着科技的发展，各种各样的交通工具使现代人的生活发生了巨大的变化。

汽车、飞机等交通工具的发明减少了出行所花费的时间。

摩托车作为一种新型的交通工具，对于我们的出行是非常方便的。

首先跟汽车相比较，1、摩托车比较灵活，如果在路上遇到堵车时，汽车是无法快速通过的，但是摩托车却可以自由出入，因为它的体积小，无论是大街小巷都可以穿梭自如。

2、在世界上，环保问题一直是人们所关注的焦点问题，但是随着汽车的日益增多，汽车所排放的尾气会造成许多污染，不仅污染了城市的环境，而且还会危害人们的健康，造成呼吸道疾病等一系列问题。

而摩托车因为体积小，所以排放的气体少，对环境污染小，而且消耗的汽油少，可以节约资源，对于现在日益枯竭的宝贵资源是非常重要的，而相比较于自行车，它的速度比自行车快很多，能有效缩短移动时间，能为我们节约很多在路上的时间。

正因为如此，摩托车在现在非常受到人们的喜爱。

车灯作为车辆的照明工具，它发挥了非常大的作用。

它不但能够为车辆在夜间行驶时提供照明，而且也可以发出许多指示信息，像转向灯可以告诉旁边车辆自己将要往哪个方向移动，刹车灯用来提示后方车辆自己正在减速，以避免发生追尾事故。

但在人们的一般印象中，前大灯似乎是比较重要的，因为它能够在黑夜里把前方的道路变亮，可以保证驾驶员安全前行。

但事实上，位置灯对于车辆的重要性也是非常关键的。

位置灯又称“示宽灯”、“示位灯”，安装在车辆前面、后面，在傍晚或清晨时，光线较暗又不用大灯照明时，位置灯将会发亮，以标志车辆的形位，来表示车的宽度以提示对方和后车，给行人或其他车辆起警示作用，避免看不见而发生危险，其功率一般为5－20W。

前后位灯俗称“小灯”，前位置灯光色为白色，后位灯光色为红色。

据交通部的数据显示，70%的车祸发生在夜间，因为那时候光线暗，驾驶员的视野受到很大的限制，所以驾驶员在夜间行驶时要比白天更加小心。

由于相比于汽车的体积，摩托车体积小了很多，因此在夜间时，摩托车不容易被其它车辆发现，这就造成了很多事故，所以为了要求其他车辆能够注意到自己，而且保持一定的距离是非常重要的，因此在这里位置灯发挥了很大的作用。

它能让其他司机意识到自己与他人车辆之间的距离。

传统的摩托车位置灯采用的是卤素灯，卤素灯是通过钨丝发光，但它具有流明度不高，亮度不够，易耗电，寿命只有600个小时等缺点。

因此现代的摩托车前位置灯大多采用LED车灯，利用LED颗粒发光，将光传导给光导管，最终实现前位置灯的发亮，LED位置灯与传统的摩托车位置灯相比较而言，它具有单色性好、方向性好、亮度高、相干性好等优点。

当然LED位置灯也具有其局限性，首先，在散热方面，LED发光通过光导管传导输出的光其实只有LED颗粒初试发光的50%左右，因此损耗极大。

而其它的能量将以热量的形式散发出来，这就会造成LED电路板在点亮后持续发热，因为前位置灯的内部空间是非常有限的，当温度接近或甚至超过LED颗粒自身的结温时，LED电路板的光输出会大幅度下降，甚至会造成光导管因温度过高而损坏。

因此对于如何在使光导管散热显得尤为重要。

1.2毕业设计主要内容及结构

本文是设计一种新型的摩托车位置灯，采用的是LED发光通过光导管传导输出光，通过使用光导技术，有效的解决位置灯使用灯泡时造成的发光不均匀、效率低、外形差等缺点，然后通过实验及查找资料的基础上进一步改进了内部结构，及通过在光导技术上采用铝基板和驱动电路板分离，热量分散，从而可以取消以往设计上的散热器模块，极大的节省了位置灯内部的空间，有效的控制了LED颗粒在发光时产生的节温问题，最大限度的降低了内部热量对LED颗粒造成的影响，通过热模拟软件分析出新位置灯结构能够满足GB17510-2008《摩托车光信号装置配光性能》要求。

第二章位置灯的材料

2.1引言

摩托车作为主要的交通工具，正越来越受到人们的青睐。

本章节选择合适的材料用作灯壳和灯罩的制作，使它能够满足GB17510-2008《摩托车光信号装置配光性能》要求。

2.2CATIA软件

CATIA是法国著名飞机制造公司达索公司开发的一款集设计、分析、模拟、组装的3D软件，它起源于航空企业，并且在汽车生产、机械创造、航空航天、电器及其他一些生产行业发挥着重大的作用。

CATIA软件的集成化基本能够满足所有的产品设计和制造方案，能够很大程度上解决了工业领域中各大中小企业的数字化设计需求[1]。

2.3材料的选择

2.3.1灯罩材料的选择

摩托车车灯常用的灯罩材料是PC（聚碳酸酯）和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。

PC是Polycarbonate的简称，中文名是聚碳酸酯，PC的分子链中拥有多个基团，所以它所表现的宏观性能是各个基团性能的呈现

羟基，增加材料刚性；

亚苯基，提高了PMMA的力学性能；

酯基，吸水性好、绝缘性弱；

氧基，增加材料韧性。

现在制造PC的常用方法是熔融酯交换法（双酚A和碳酸二苯酯通过酯交换和缩聚反应合成）。

其反应方程式如图2-1所示:

图2-1PC的制造方法

因为PC大分子主链的体积和刚性效应，导致其的结晶能力很差，使它成为无定形聚合物，从而其具有优异的透明性，所以常常用来制作灯罩及一些透明物品。

PC的力学性能很好，拥有很好的韧性。

在一般的环境中都表现出优异的材料性能。

因为PC是弱极性混合物，这导致它的绝缘性一般。

其的环境适应性强，可耐有机酸等一些恶劣环境[3]。

但是其作为灯罩的材料任然有不足的地方。

首先，第一点，PC的价格比较昂贵，如果是用在一般的摩托车位置灯上，其生产成本是非常高的，而这一切最终是要消费者来承担的，显然无形中会增加消费者的负担，对于摩托车的销售会有较大的影响。

第二点，PC的硬度低，其的耐磨性较差，如果长时间的使用，会使车灯的表面产生许多刮痕，导致车灯表面模糊，这不利于灯光的散发。

因此本位置灯采用的是PMMA用作灯罩的材料。

PMMA是Polymethylmethacrylate的简称，其中文名是聚甲基丙烯酸甲酯，俗称“有机玻璃”、“亚克力”或“亚加力”，是到目前为止合成的透明材料中价格较便宜，质地又很好的品种。

PMMA开始是由美国的CIC公司在1933年进行大规模生产的，现在依旧是世界上最大的制造商家；

还有一些制造商包括三菱人、住友及协和等；

当然在中国也有一些的制造商，包括江苏安利化公司、上海珊瑚化公司和浙江有机玻璃公司等。

PMMA的结构如图2-2所示：

图2-2PMAA的结构

PMMA的优点很多，尤其是它的透光率优异，可以高达93%-95%，跟无机玻璃的透光率相差不大；

除此之外，它的表面硬度高、耐侯性好以及综合性能优良；

主要用来制作光学透明制品。

PMMA是具有很高透明度的热塑性塑料，它质轻而坚韧，在普通环境中表现出较好的压缩强度、弯曲强度。

PMMA的氧指数是17.3%。

容易燃烧，燃烧时会产生花果臭味。

PMMA的耐久性好，用它制造的灯罩产品可以很好的保护内置光源，能够有效的延长灯具的使用寿命；

其的透光性能优异，因此可以减少灯具的数量，降低了制造时的生产成本,提高了效益。

PMMA的具体性能数据见表2-1。

表2-1PMMA的性能

性能

数据

性能

相对密度

拉伸强度/MPa

吸水率/%

弯曲强度/MPa

压缩强度/MPa

断裂伸长率/%

洛氏硬度

缺口冲击强度/（kj/㎡）

拉伸模量/MPa

1.17-1.19

55-77

2

110

130

2.5-6

M118

18-24

2400-2800

长期使用温度/℃

热变形温度（1.82MPa）/℃

热导率/[W/（m*K）]

线膨胀系数/（x10^-5K^-1）

介电常数（10^6Hz）

体积电阻率/Ω*㎝

介电强度/（kV/mm）

介电损耗角正切值介电损耗

耐电弧/s

80

115

0.14-0.2

7

2.2-2.5

10^15

20

0.02-0.08

不漏电

经过PC和PMMA的两者之间的性能比较，对于制造摩托车位置灯，我将采用的是PMMA作为灯罩的材料，因为相较于PC，PMMA的价格便宜，它所制造的灯罩成本就比较低，适合消费者；

PMMA的透光性比PC高，对于透明的灯罩来说是非常重要的，可以省电；

PMMA的耐候性好，用作户外产品时不容易损坏，尤其适合暴露在外的摩托车车灯。

2.3.2灯壳材料的选择

摩托车车灯常用的灯壳材料是PP（聚丙烯）和ABS树脂

PP是Polypropylene的英文简称，其中文名是聚丙烯。

它是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物，因其的疲劳强度好而被称为百折胶。

PP的力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中是最好的；

其拉伸屈服强度和拉伸强度超过ABS，另外在经拉伸和压缩后还能较大的增强；

它的力学性能受环境温度的影响比较弱，即使周围的温度为100℃时，它的拉伸强度仍有50%；

聚丙烯的抗弯曲性是非常优秀的，其制品在常温下可弯折一百多次而不损坏。

它的热学性能优异，所制造的产品能忍受100℃的热水，可以在沸水中消毒，而且因为它能在100℃-120℃的水温中长期使用，常常用于热水输送管道。

但是其的耐低温性能不行，在低于零下摄氏度时，PP制品容易脆化，因此在低温环境下，不宜使用聚丙烯制品。

但是选作位置灯的材料，我会选择ABS塑料，因为它的性能更加优良。

ABS是AcrylonitrileButadieneStyreneplastic的英文简称，中文名是ABS塑料，它是由丁二烯（10%-30%）、丙烯腈（23%-41%）、苯乙烯（29%-60%）三种单体共聚而成的聚合物，ABS共聚物中三种单体的一般比例是20：

30：

50，但是如果改变三种单体之间的混合比例、聚合的方法、颗粒的大小，就可以创造出许多种不同性能的ABS塑料。

如ABS中丁二烯的含量达到50%以上，就把它称为高胶粉，常常有作于ABS的增韧改性。

ABS塑料的结构如图2-3所示：

图2-3ABS塑料结构

ABS的结构主链是由三种单体连接形成。

不同的单体给了ABS不同的特性：

丁二烯能够使塑料具有很好的韧性；

丙烯腈使其的表面强度好、耐腐蚀性优良；

苯乙烯增加了塑料的透光性、绝缘性及制造性。

由此三种单体组成在一起，就造就了ABS塑料的坚韧、硬质和刚性[4]。

虽然ABS的看起来是且呈象牙色的，但是用它所制造的制品可以着色成各种颜色，一般灯壳的颜色是黑色的，本次所制造的摩托车位置灯也不例外，采用的黑色。

由于ABS跟其他材料的粘合性优异，所以对于表面的涂层、镀层非常方便。

ABS的力学性能也是比较好的，它的拉伸强度虽然不及PP，但是两者之间的差距并不是很大，但是它可以在极低的环境温度下使用，这是PP等其他材料所不能比的；

ABS的耐蠕动性比PC及PP都要好。

ABS受环境的影响比较小，几乎不受水、无机盐及多种酸的影响，因此对于温度、湿度和频率产生变化时，ABS所制造的灯壳仍能正常使用。

ABS的具体性能见表2-2：

表2-2ABS的具体性能

高抗冲型

耐热型

中抗冲型

氧指数/%

1.02-1.05

35-44

0.2-0.45

52-81

49-64

5-60

R65-109

2.4-3.8

4.8*10^16

14-20

65-83

21

1.06-1.08

45-57

70-85

65-71

3-20

R105-115

5*10^16

1.05-1.07

42-62

69-72

73-88

5-25

R108-115

通过PP与ABS相比较，PP所具有的优点，ABS都能够满足，但是ABS所具有的一些优点，PP是不具备的，比如韧性方面，ABS塑料的强度明显高于PP,而且在环境温度低时，PP所制造的产品容易脆化。

此外，根据图2-4超声波熔接塑胶分析图所示：

图2-4超声波熔接塑胶分析图

从表中可以看出来，亚克力（PMMA）与ABS的熔接性是优良，而亚克力与PP的熔接性是普通，如果使用PP做灯壳的材料的话，那么它跟灯罩之间会有间隙，不利于喷漆处理，而且时间长了之后，间隙变大，会导致水的进入，容易损坏灯光，还会产生水雾，影响灯光的散发。

综合考虑之后，我将选择用ABS塑料作为摩托车位置灯的灯壳材料。

2.4本章小结

本章介绍了如何选用灯罩及灯壳的材料，通过每种材料之间的对比，我们可以发现材料的优缺点，再根据实际情况考虑的情况下，选用了PMMA用作灯罩材料，而选用ABS用作灯壳的制造。

第三章位置灯的结构设计

3.1引言

本章节是设计摩托车位置灯的内部结构，如何选用LED颗粒，以及光导管的摆放，设计如何释放位置灯内部热量，并检验是否满足GB17510-2008《摩托车光信号装置配光性能》要求。

3.2灯壳形状设计

3.2.1CAS面的制作

首先摩托车主机厂会提供一个初版的CAS面（A面）。

最开始的时候主机厂的设计人员会用草图绘制整个摩托车的大概形状，并画出一个逼真的效果图，但是很多细节是无法展示出来的，由此主机厂会制作实体模型。

一般是制作一个油泥模型，油泥模型是由油泥工按照1：

4或者1:

5的比例手工制作的，油泥模型比效果图更加真实形象。

然后主机厂会将制作好的油泥模型进行三维扫描打点处理，计算机会搜集得到的点云数据，最后由造型工程师逆向制作出来自由曲面，即可得到了初版的CAS面[5]。

如图3-1所示。

图3-1初版的CAS面

3.2.2LED颗粒选择

前位置灯的光度分度如图3-2所示：

图3-2发光强度分布范围

上图中格栅线相交处的数字为百分数，它的意思表明的是该方向发光强度最小值与基准轴线光强度最小值的比值。

在发光强度范围内，位置灯所发出的光应该均匀，表示的是格栅线所围成的范围内任意方向测定的发光强度不得小于该方向所有方向中的最小值。

位置灯在各测量点的亮度因不小于2cd/㎡，并且要求符合下列亮度公式要求：

式中：

B1和B2——任意两测量点之间的亮度，cd/㎡

B0——诸测量点的最小亮度，cd/㎡

L——B1和B2之间的距离，㎝

配光要求满足GB17510-2008《摩托车光信号装置配光性能》，所以选用两颗功率0.5WLED颗粒，它们散发的亮度能够满足要求。

通过图3-3所示：

在此处键入公式。

图3-3常用材料耐温距离标准

通过图3-3和先前提供的CAS面，设计出位置灯灯壳的外形如图3-4所示：

图3-4灯壳外形

3.2.3光导管的选择

光导管是采用光学级的亚克力材料，再用具有极强的反射率且不会吸收光源的高科技材料，在亚克力材料的底部位置采用UV印刷技术印上导光点。

亚克力材料会吸收LED颗粒所发出来的光，而当光线射到导光点上时，会往各个方向反射出去，通过那些大小不一、疏密不同的导光点可以使光导管均匀发亮[6]。

根据灯壳凹槽的长度以及0.5W的LED颗粒，为了满足GB17510-2008《摩托车光信号装置配光性能》，将选择长度为96㎜，直径为7.8㎜的光导管，如图3-5所示：

图3-5光导管

3.3铝基板

位置灯的内部空间相对较小，而LED发光通过光导管传导输出的光其实只有LED颗粒初试发光的50%左右，当温度接近或甚至超过LED颗粒自身的结温时，LED电路板的光输出会大幅度下降，出于以上考虑以往我们会在LED电路板后面布置铝制散热器。

铝基板是一种金属基覆铜板，拥有很好的散热功能，它一般由电路层（铜箔层）、金属基层和导热绝缘层组成，由于电路层具有较高的载流能力，所以将采用厚度较厚的铜箔，一般在35—300μm；

铝基板的核心组件是导热绝缘层，它是由特种陶瓷填充特殊聚合物而成，黏弹性能好、热阻小、可以承受机械热应力，而且它的抗热老化能力优秀。

金属基层作为铝基板的支撑结构，具有很好的高热导性[7]。

铝基板一般使用铝作为材料，当然也可以采用铜为材料，虽然铜的导热性好，但是由于铜比铝贵，出于成本的考虑，还是采用铝作为原料。

铝基板的绝缘层具有热阻小、散热良好、磁性低及机械强度好等优点。

铝基板产品的标准厚度为0.8、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5、3.0mm，根据功率为0.5W的LED颗粒发出的光强度，将选择2mm厚的铝基板。

铝基板的散热原理如图3-6所示：

图3-6铝基板散热原理

3.4集成电路

LED发光的电源采用的LM317，它是到目前为止应用最广的电源集成电路，它具有三端稳压电路形式，而且其的电压可以改变[8]。

LM317的稳压性能高，调压范围广，噪声小等优点。

LM317的实际应用原理图如图3-7所示：

图3-7LM317实际应用电路原理图

当然为了保证电路能够正常运作，需要安装二极管，目的是为了避免电路中的时产生的高压把LM317弄破。

选择TVS（TransientVoltageSuppressor）二极管，中文名是瞬态抑制二极管，它是一种新型高效电路保护器件，它的响应时间是非常快的，达到了亚纳秒级，而且还具有相当高的浪涌吸收能力。

当它的两端受到瞬间的高能量撞击时，TVS能够以10^-12S量级速度将两端间高阻抗变为低阻抗，同时吸收几千瓦的浪涌功率，从而使它的两端电压保持在一个安全范围，从而保护后面的电路元件受到破坏。

设计出如图3-8所示的位置灯：

图3-8位置灯结构

3.5本章小结

本章设计了位置灯的结构，为了满足GB17510-2008《摩托车光信号装置配光性能》要求。

光源采用的是两颗功率为0.5W的LED颗粒，通过将光传导给光导管，光导管发亮产生信号，而散热是通过添加铝基板来完成的，集成电路选用的是车灯常用的LM317，采用TVS二极管来保护电路。

第四章第一次热模拟试验

4.1引言

本章是要进行热模拟试验，确定设计的结构是否能够满足GB17510-2008《摩托车光信号装置配光性能》要求，在不同环境温度的情况下进行试验，检验位置灯内部产生的热量是否超过了其的最大限度。

4.2热模拟

热模拟主要是用来研究传热现象，借助热模拟软件来模拟位置灯的发热情况，测试设计的灯具结构是否能够满足散热要求，避免了机器会因为温度过高烧坏。

用热模拟软件可以及时的修改所设计的结构，快速的找出更加好的设计方案，可以节省了很多金钱和时间去做一大堆的实验。

4.3实验结果和结论

4.3.1环境温度为40℃

测试在环境温度为40℃时，在热模拟软件下，位置灯各机构的温度是否满足要求。

灯壳的温度分布如图4-1所示：

图4-1灯壳温度分布图

灯壳上的最高温度是106.77℃，高出了故障温度102℃

灯罩的温度分布图如图4-2所示：

图4-2灯罩温度分布图

从图中的数据可以看出，灯罩的温度最低处的为39.92℃，而最高的部位达到了82.72℃，由于灯罩的故障温度是98℃，所以低于故障温度。

光导管的温度分布图如图4-3所示：

图4-3光导管的温度分布图

光导管的温度分布是从39.9℃到107.47℃，最高处的温度大于故障温度105℃。

4