純電動汽車設(shè)計(jì)論文

日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī)對汽車工業(yè)的開展提出了極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了汽車工業(yè)的可持續(xù)開展，以使用電能的電動機(jī)作為驅(qū)動設(shè)備的電動汽車能真正實(shí)現(xiàn)“零污染"，現(xiàn)已成為各國汽車研發(fā)的一個重點(diǎn)。在電動汽車研發(fā)的眾多技術(shù)選型之中，依靠輪邊驅(qū)動的電動汽車逐漸成為一種新穎的電動汽車選型方向。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有輪邊驅(qū)動電動車輛驅(qū)動系統(tǒng)的缺陷，本文設(shè)計(jì)了一種新型雙電機(jī)二級減速獨(dú)立驅(qū)動橋。該方案采用磷酸鐵鋰動力電池作為動力源，兩臺永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動裝置，依靠兩套減速齒輪組分別進(jìn)展減速，用短半軸來帶動車輪旋轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)的根底上，進(jìn)展了包括電動機(jī)、減速器和電池在內(nèi)的動力系統(tǒng)參數(shù)匹配和主減速器的設(shè)計(jì)。事實(shí)上，該驅(qū)動方案和匹法為新型動力系統(tǒng)開發(fā)提供了一定借鑒。關(guān)鍵詞：電動車輛；車輪獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)；構(gòu)型設(shè)計(jì)；電驅(qū)動車橋AbstractWiththeincreasinglyseriousenvironmentalpollutionandtheenergycrisis,theautoindustryisfacingseverechallenges.Tothesustainabledevelopmentoftheautomobileindustry,theword’smajorautomobilepaniesarestartingtoresearchvariousnewtypesofpollution-freeenvironmentallyfriendlyvehicles.Inalldevelopmentprojects,theuseoftheWheel-drivenmotorsforelectriccarscantrulyachieve“zeropollution",ithasbeeavehicleofresearchanddevelopmentfocus.Inawiderangeoftechnicaloptionsoftheelectricvehicles,theWheel-drivenelectricvehicleshavebeeanewresearchdirection.Inordertomakeuptheflawsofexistingin-wheelmotorsdrivingsystemforelectricvehicles,anewkindoftwo-motorindependentwheeldrivingaxlewithtwosetsofdecelerationgearclusters,hasbeendesigned.ThesystemusesLithiumironphosphatebatterytoprovidedrivingforce,twopermanentmagnetismsynchronousmotorsasdrivenequipment,dependsupontwosetsofdecelerationgearclusterstocarryonthedeceleration,leadswheelrevolvingwiththesemiaxles.Basedonthedesign,theparametersmatchingforelectricmotors,batteryandreductiongearshavebeencarriedon.Takeallabovefactorsintoconsideration,thisresearchprovidessomehelpforthedevelopmentofnewtypedrivesystems.KeyWords:electricvehicles;independentdrivingsystemofvehicles;configurationdesign;electricdriveaxl摘要IAbstractii第一章緒論1題目背景和意義1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和開展趨勢2.存在問題4第二章總體方案設(shè)計(jì)5蓄電池的選擇5電動機(jī)的選擇與布置方案5第三章電驅(qū)動性能和動力性能匹配計(jì)算10驅(qū)動輪所需的功率和轉(zhuǎn)速10驅(qū)動電機(jī)參數(shù)確定11減速比確實(shí)定12.動力性分析12.電池組參數(shù)的選擇16第四章主減速器的根本設(shè)計(jì)17減速比的分配17主減速器齒輪的根本設(shè)計(jì)17軸的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算17軸直徑的初算和軸承的初步選擇18齒輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算19第五章主減速器的主要校核29輸入軸強(qiáng)度、軸承與鍵的強(qiáng)度校核29中間軸強(qiáng)度、軸承與鍵的強(qiáng)度校核33輸出軸強(qiáng)度、軸承與鍵的強(qiáng)度校核39第六章設(shè)計(jì)總結(jié)44致謝45附錄46驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖源程序46爬坡度曲線源程序46加速度時(shí)間計(jì)算源程序47參考文獻(xiàn)49第一章緒論1.1.題目背景和意義電動汽車是一種以電力為動力源，以電控代替機(jī)械傳動，以控制電動機(jī)方式改變車速的無軌運(yùn)輸車輛。它孕育于19世紀(jì)30年代，至今已歷時(shí)一百余年。它在20世紀(jì)初曾一度被廣泛采用，但是，鑒于當(dāng)時(shí)的歷史條件，蓄電池容量小、體積大、短，因而逐步讓位于內(nèi)燃機(jī)汽車。一直到20世紀(jì)70年代世界第一次能源危機(jī)出現(xiàn)，才重新為人們所重視。20世紀(jì)70年代末，隨著石油價(jià)格回落，能源危機(jī)緩和，內(nèi)燃機(jī)性能不斷完善，相比之下，電動汽車動力性差，蓄電池不高，因而不斷降溫。然而到了20世紀(jì)90年代，由于人們?nèi)找骊P(guān)注空氣質(zhì)量和溫室效應(yīng)所產(chǎn)生的影響，電動汽車的開展再次獲得生機(jī)［1］。電動汽車經(jīng)過百余年實(shí)踐，證明它具有污染少、噪聲低、振動小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于操作維修、能綜合利用能源等優(yōu)點(diǎn)，特別是近年來人們所從事研究的充電裝置的開發(fā)和充電方法的開展和改良，以與電控技術(shù)與電動機(jī)性能的新突破和改善，所有就導(dǎo)致了80年代末和90年代初第二次電動汽車熱的出現(xiàn)。近些年，汽車制造商在不斷推動電動汽車技術(shù)的開展，并開始將電動汽車商業(yè)化。在世界X圍內(nèi)，尤其在美國、日本和歐洲，許多汽車生產(chǎn)商開始生產(chǎn)電動汽車或者涉與電動汽車領(lǐng)域。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速開展，汽車工業(yè)進(jìn)入迅猛開展階段，汽車保有量的劇增給環(huán)境和能源帶來了巨大的壓力。為了減輕能源消耗和環(huán)境污染，國家出臺的汽車排放法規(guī)和能耗標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)，汽車使用本錢越來越高，汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)開展面臨新的挑戰(zhàn)。研發(fā)一種最高車速在100km/h以上，整車性能和燃油車相仿，價(jià)位適中，操作簡單，使用維修費(fèi)用低廉的小型四輪純電動汽車，可成為緩解我國能源危機(jī)和解決環(huán)境污染的重大舉措。其意義主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1） 落實(shí)保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排國策研發(fā)的小型純電動汽車能僅為燃油汽車的1/5~1/4,且使用過程零污染，是中國汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排的重要措施。2） 對國家能源戰(zhàn)略安全將發(fā)揮重大作用我國是石油資源相對貧乏的國家，2007年原油進(jìn)口量達(dá)1.68億噸，對外依存度過高，給國家整個經(jīng)濟(jì)安全帶來嚴(yán)重不穩(wěn)定因素，假如有20%的家庭用車改為小型純電動汽車，每年節(jié)省的燃油消耗是巨大的。3） 實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)可持續(xù)開展縱觀我國汽車工業(yè)，近幾年出現(xiàn)了井噴式增長，汽車年產(chǎn)量近期有望突破1000萬輛。但我們也應(yīng)當(dāng)看到，在傳統(tǒng)燃油汽車領(lǐng)域，我國與世界興旺國家的差距依然巨大，在發(fā)動機(jī)、變速箱與汽車電控等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域仍受制于人。從可持續(xù)開展和技術(shù)跨越的角度大力開展小型純電動汽車對于提升我國汽車尤其是乘用車產(chǎn)業(yè)核心競爭力具有重要的戰(zhàn)略意義。4） 可回收利用的能量多［2］對電動汽車而言，很容易利用電動機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電的功能回收制動或下坡時(shí)的能量，從而使汽車的續(xù)駛里程增加、經(jīng)濟(jì)性提高。近年新開發(fā)的電動汽車都具有下坡、制動或減速時(shí)的能量回收系統(tǒng)，具有能量回收系統(tǒng)的電動汽車的續(xù)駛里程可增加10%~15%。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和開展趨勢1991年美國三大汽車公司簽訂協(xié)議，合作研究電動汽車用的先進(jìn)電池，成立美國先進(jìn)電池聯(lián)合體USABC〔UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium），同年7月美國電力研究院EPRI（ElectricPowerResearchInstitute）參加了美國先進(jìn)電池聯(lián)合體，10月布什總統(tǒng)批準(zhǔn)了2.26億美元撥款資助此項(xiàng)研究。通用汽車公司與1990年在洛杉磯展出“沖擊〔Impact）"牌電動轎車，該車采用鉛酸電池與高新技術(shù)。從此掀起了一個以高新技術(shù)為根底、得到各國政府大力支持的、世界性的電動汽車研發(fā)熱潮［2］。截止到1998年底，全世界有9個大型汽車廠10種純電動汽車投入小規(guī)模生產(chǎn)，如表1-1所示：表1-1國外10種純電動汽車的根本情況［8］年份生產(chǎn)廠商車型1994日本大發(fā)汽車公司電動微型面包車Hi-JetEV1995法國標(biāo)致雪鐵龍公司電動4座小型轎車P106.SAXO與其客貨車1996美國通用汽車EV-11996日本豐田公司電動5座小型轎車RAV4EV（氫鎳）1996日本豐田公司電動4座小型轎車Plus（氫鎳）1996法國雷諾公司電動4座小型轎車Ctio（銘鎳電池）1997美國福特公司電動2座輕型皮卡（客貨車）Ramger1997美國克萊斯勒公司電動4座小型轎車Epic1997美國通用公司電動2座輕型皮卡S-101998日本日產(chǎn)公司電動4座輕型轎車Aitra近些年來，致力于純電動汽車研發(fā)活動中的企業(yè)，不僅有Heuliez、三菱、富士重工、通用這樣的汽車企業(yè)，也有屬于電力系統(tǒng)的法國電力公司、東京電力公司，以與東芝、日立、東洋電機(jī)、三洋電機(jī)、旭化成、NEC等機(jī)電跨國公司。2001年，法國電力公司和博洛爾集團(tuán)〔GroupBOLLORE）成立了一個聯(lián)合子公司BatScap，開發(fā)了采用高性能聚合金屬鋰蓄電池〔LMP）的電動藍(lán)色轎車〔Bluecar）；2005年5月，日本三菱公司推出了屬于世界首創(chuàng)的交流電動輪轎車〔第二代純電動轎車）一一運(yùn)動型小馬〔Colt）牌5人座的低中級電動輪轎車；通用在2007某某國際汽車工業(yè)博覽會推出新款雪佛蘭Volt概念車，采用了最新研發(fā)的E-Flex動力推進(jìn)系統(tǒng)。雖然我國汽車工業(yè)相對落后，但近些年也得到了飛速的開展。國內(nèi)企業(yè)從事純電動汽車研發(fā)、少量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與試運(yùn)營的有東風(fēng)、某某清源、理工科凌、比亞迪等企業(yè)。2006年，我國第一批純電動轎車取得了產(chǎn)品準(zhǔn)入公告。東風(fēng)公司是國內(nèi)最早從事電動汽車研發(fā)的汽車企業(yè)之一，開發(fā)了游覽車、多功能車、工業(yè)專用車和高爾夫球車等4大系列、近20個品種的純電動車，包括東風(fēng)純電動轎車〔EQ7160EV）、純電動富康轎車〔EQ7140EV）、純電動客車〔EQ6690EV）等；十五"期間，國家863計(jì)劃電動汽車重大專項(xiàng)項(xiàng)目中純電動轎車研制點(diǎn)之一在某某汽車。某某市電動車輛研究中心與某某一汽產(chǎn)品開發(fā)中心聯(lián)合眾多汽車技術(shù)研究中心與大學(xué)資源，組建某某清源電動車輛某某公司，承當(dāng)863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“XL-2純電動轎車”研發(fā)工作，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，全車總重1600公斤，最高時(shí)速達(dá)到140千米/小時(shí)，續(xù)駛里程超過260千米，。千米/小時(shí)?50千米/小時(shí)的加速時(shí)間6.8秒，被認(rèn)為是國內(nèi)水平最高又最接近產(chǎn)業(yè)化的電動車型；同時(shí)，理工大學(xué)作為整車總體單位承當(dāng)了863電動汽車重大專項(xiàng)“純電動客車項(xiàng)目”，作為技術(shù)依托單位承當(dāng)了市科技奧運(yùn)電動汽車特別專項(xiàng)“電動汽車運(yùn)行示X、研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”等項(xiàng)目。己完成純電動低地板公交車、純電動中巴客車、純電動旅游客車、純電動超低地板公交車等四種車型的整車開發(fā)、型式認(rèn)證和定型設(shè)計(jì)，并進(jìn)展了40余輛的小批量試生產(chǎn)，各項(xiàng)動力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)駛里程、噪聲等指標(biāo)己達(dá)到或接近國際水平；著名電池制造商比亞迪在動力電池方面的研究成果一直處于世界的前沿，該公司最新研發(fā)的車用產(chǎn)品的充電時(shí)間己縮短到8?9小時(shí)，最高續(xù)駛里程可達(dá)450?500公里，最高時(shí)速可達(dá)120-180公里/小時(shí)，。?100公里/小時(shí)加速時(shí)間小于13秒。圖1-1豐田純電動概念車AEV[” 圖1-2比亞迪e6純電動crossover車型[9]在電動汽車產(chǎn)品開發(fā)中，采用多電機(jī)進(jìn)展車輪獨(dú)立驅(qū)動相對于單電機(jī)驅(qū)動而言，簡化了機(jī)械傳動系統(tǒng)，提高了驅(qū)動效率，能夠充分利用車載能量來提高續(xù)駛里程；結(jié)構(gòu)緊湊，提高了空間利用率;可通過驅(qū)動輪的電子差速改善車輛的行駛性能，容易實(shí)現(xiàn)底盤的電子化和主動化。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，車輪獨(dú)立驅(qū)動已經(jīng)成為國內(nèi)外的一個研究熱點(diǎn)。近幾年，國內(nèi)外很多高校、科研院所和企業(yè)都陸續(xù)開展了這方面的研究，取得了一定的成果，相應(yīng)的概念車也已問世。在國外，日本的慶應(yīng)義塾大學(xué)、豐田、本田、日產(chǎn)、三菱等公司、美國通用公司、法國TM4公司、標(biāo)志雪鐵龍公司、德國大眾奧迪公司、西門子公司、英國貝姆勒公司等等，分別開發(fā)了多種形式的車輪獨(dú)立驅(qū)動汽車。在國內(nèi)，同濟(jì)大學(xué)、理工大學(xué)、某某工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、比亞迪汽車公司、三環(huán)通用電氣公司、中船總公司724研究所和藍(lán)天之星復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)研究所等單位也都進(jìn)展了類似電動汽車的開發(fā)。但是，由于車輪獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和控制策略不夠完善，各國目前所開發(fā)的高速乘用車都處于概念設(shè)計(jì)階段，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要是包括場地車和工程車在內(nèi)的低速車輛。在未來30年里，純電動汽車和混合電動汽車都將會市場化，并且會占有各自的市場份額。純電動汽車適合于特定的市場，如社區(qū)交通、電價(jià)廉價(jià)、使用方便的地區(qū)和零排放管制的城市；而混合電動汽車如此適合于長途運(yùn)輸。純電動汽車和混合電動汽車市場化的速度最終主要取決于它們各自的價(jià)格。在未來20年中燃料電池車的商業(yè)化速度也會加快，因?yàn)橹挥腥剂想姵剀囕d續(xù)駛里程和性能方面與燃油車相媲美[1]。1.3.存在問題[1][4]1、 初始本錢高目前純電動汽車的價(jià)格一般為同級燃油汽車的2~5倍。當(dāng)然生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大后，會有一定幅度的降低，但仍難以達(dá)到燃油汽車的水平?；旌蟿恿ζ噧r(jià)格明顯高于同級別的燃油汽車。為了降低電動汽車的本錢，人們正在努力改善電動汽車的各個子系統(tǒng)，比如電動機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器，電子控制器、能量管理系統(tǒng)、充電器、電池以與其他輔助設(shè)施，同時(shí)對電動汽車整車系統(tǒng)進(jìn)展綜合和優(yōu)化。當(dāng)然，除了對電動汽車各個子系統(tǒng)進(jìn)展改良和整車系統(tǒng)進(jìn)展優(yōu)化外，我們應(yīng)該努力提高全球的電動汽車水平，集中東西方的力量共同解決有關(guān)電動車的一些問題，尤其是生產(chǎn)本錢問題。東方一些國家如中國、印度、泰國和馬來西亞能提供廉價(jià)的勞動力，而西方一些國家如美國、德國和法國能提供資金和高新的技術(shù)。因此，如果我們能綜合廉價(jià)利用廉價(jià)勞動力和高新技術(shù)的優(yōu)勢，電動汽車的生產(chǎn)本錢就會大大降低。2、 續(xù)駛里程短能量密度低是除混合電動汽車外的電動汽車存在的最大問題。目前實(shí)際使用的電池有鉛酸電池、鎳基電池、常溫鋰電池、金屬空氣電池等，常見的蓄電池比能量的X圍為35~110Wh/kg，而汽油的低熱值為44MJ/kg，可見汽油的能量密度約為蓄電池的110~340倍，即使把電動機(jī)的工作效率高于發(fā)動機(jī)這一因素考慮在內(nèi)，兩者之差也相當(dāng)懸殊。為解決這一問題，現(xiàn)在各國都在積極研發(fā)一些先進(jìn)的電池，并采用了其他輔助設(shè)施來改善電動汽車的續(xù)駛里程。3、 必須重新建設(shè)根底設(shè)施為了克制蓄電池充電時(shí)間長的問題，需要在停車場或車庫建設(shè)類似燃油汽車加油站的快速充電站，氫燃料電池汽車如此需要解決氫的來源問題和建設(shè)加氫站等設(shè)施。第二章總體方案設(shè)計(jì)純電動汽車的組成如圖2T所示。純電動汽車主要由三個子系統(tǒng)組成：電力驅(qū)動系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。電力驅(qū)動子系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電機(jī)、機(jī)械傳動裝置。能源子系統(tǒng)包括能源與能量管理系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)包括助力轉(zhuǎn)向單元、溫控單元和輔助動力供應(yīng)單元等。圖中，雙線表示機(jī)械連接，粗線表示電氣連接，細(xì)線表示控制連接。每根線上的箭頭表示電能或控制信息的流向。圖2-1純電動汽車的根本結(jié)構(gòu)2.1.蓄電池的選擇蓄電池作為電動汽車的能量源，要求其具有高的比能量和比功率，滿足車輛動力性和續(xù)駛里程的需要，還應(yīng)具有與車輛使用相當(dāng)?shù)难h(huán)、高效率、良好的性能價(jià)格比與免維護(hù)性?？捎糜陔妱悠嚨男铍姵貧w類為鉛酸電池、鐐基電池、金屬空氣電池、鈉B電池和常溫鋰電池等。在眾多電池中，磷酸鐵鋰電池由于它超常的使用、安全性、大電流快速充放電、耐高溫、大容量、無記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為動力電池的佼佼者，表2T為磷酸鐵鋰動力電池性能與與其他電池性能的比擬。因此，此設(shè)計(jì)采用磷酸鐵鋰動力電池作為其能量源。電動機(jī)的選擇與布置方案純電動汽車是利用電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動的。電機(jī)的種類多、用途廣、功率覆蓋面非常大。車輛行駛的路面工況較復(fù)雜，所以作為純電動汽車用的電機(jī)的功率必須要適應(yīng)這種復(fù)雜工況的要求。其性能要求有:①較大的起動轉(zhuǎn)矩來保證純電動汽車的良好的起動和加速性

表2-1磷酸鐵鋰動力電池性能與與其他電池性能的比擬-OrST電池裸惠子動力電池闞掐喉襟動J」畦泄糠富電池單位箱II標(biāo)祗電氏3,6或3」3.6或3.T3.21.2V3.0-4.23.0-123.0-13V單1明13013080Mh如單伸耕踞90T106卜邙60-75國湖ffii/kg卑位怵積能屋280-300220-240220-240200-220咐電率0.50,5-1.00.5-1.5C工作岬幸1220.DCiA國趟電率L55100CuA膜破電覦沖210203Cni.k(10s)督環(huán)膈訥100次8的300ft豌沃<50%50SCzA充電CnAt電大電0（電時(shí)-6Q130啾>m<50161歐13A克電5ChA故電站有可能觀、勒桐能嫩、就不麟枷-泄亂醐賴漏、損傷-能;②較寬的恒功率X圍，保證純電動汽車具有高速行駛的能力，電機(jī)的過載系數(shù)應(yīng)達(dá)到2-3倍;③較大X圍的調(diào)速功能，在低速時(shí)具有較大的轉(zhuǎn)矩，在高速時(shí)具有高功率，能夠根據(jù)駕駛員對加速踏板的控制，隨即地調(diào)整純電動汽車的行駛速度和相應(yīng)的驅(qū)動力;④電機(jī)的外形尺寸要求盡可能小，質(zhì)量盡可能輕:⑤電機(jī)的可靠性好，耐溫和耐潮性能強(qiáng)，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作，運(yùn)行時(shí)噪音低，維修方便。電動機(jī)的選擇驅(qū)動電機(jī)的性能直接決定著驅(qū)動系統(tǒng)性能。目前純電動汽車普遍采用的電機(jī)主要有直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)四種，總的開展趨勢是由通用電機(jī)向?qū)Ｓ秒姍C(jī)開展，由直流電機(jī)向交流電機(jī)開展。通過對純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的效率進(jìn)展比擬，直流電機(jī)的傳動效率最低，感應(yīng)電機(jī)的傳動效率較高，永磁同步電機(jī)的傳動效率為最高。采用數(shù)字評分的方法來比擬上述幾種電機(jī)的性能，主要對電機(jī)的六個方面的性能加以評價(jià)，每個性能的得分為1-5分，表2-2給出了比擬結(jié)果。表2-2各種驅(qū)動電機(jī)性能比擬直流電動機(jī)感應(yīng)電動機(jī)永磁無刷電動機(jī)開關(guān)磁阻電動機(jī)功率密度2.53.553.5功率2.53.553.5可控制性5443可靠性3545成熟性5544本錢4534綜合22262523由表2-2可知，永磁無刷電機(jī)和感應(yīng)電動機(jī)的綜合性能較好。雖然感應(yīng)電動機(jī)具有體積較小、本錢較低、調(diào)速X圍寬、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，但是由于永磁無刷電動機(jī)沒有傳統(tǒng)電動機(jī)的電刷和換向器，因此永磁無刷電動機(jī)幾乎可與感應(yīng)電動機(jī)競爭媲美，而且具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）由于電動機(jī)由高能永磁材料勵磁，對于給定的輸出功率，它的質(zhì)量和體積能夠大大減小，

使得功率密度提高；2） 由于轉(zhuǎn)子無繞組，無銅損，其效率高于感應(yīng)電動機(jī)；3） 電動機(jī)發(fā)熱主要集中在定子上，易于采取措施散熱；4） 永磁勵磁不受制造缺陷、過熱或機(jī)械損壞的限制，因而可靠性較高；5） 轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù)小，動態(tài)性能好。綜上所述，此設(shè)計(jì)初步選用永磁無刷電動機(jī)。在永磁無刷電動機(jī)中，由于永磁同步電機(jī)（PMSM）在效率、功率密度和低速轉(zhuǎn)矩方面的突出優(yōu)點(diǎn)使它非常適合應(yīng)用于多電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，故初步定為永磁同步電機(jī)。電動機(jī)的布置方案在電動汽車中，一種是采用單個電動機(jī)驅(qū)動車輪，另一種是采用多個電動機(jī)一起單獨(dú)驅(qū)動每一個車輪。單電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：由于只用一個電動機(jī)，它能最大限度的減小型相應(yīng)的體積、質(zhì)量與本錢。而多電機(jī)結(jié)構(gòu)能減小單個電機(jī)的電流和功率的額定值，并能均衡電動機(jī)的尺寸和質(zhì)量。單電機(jī)和雙電機(jī)結(jié)構(gòu)的比擬如表2-3所示。表2-3單電機(jī)和雙電機(jī)結(jié)構(gòu)的比擬單電機(jī)結(jié)構(gòu)雙電機(jī)結(jié)構(gòu)本錢較低較高體積笨重分散質(zhì)量集中分散效率較低較高差速方式機(jī)械式電子式因此，本設(shè)計(jì)采用雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動方案。電動機(jī)的減速裝置通常對于電動汽車的減速裝置分為固定速比和可變速比變速傳功兩種，它們的優(yōu)缺點(diǎn)如下表2-4所示。表2-4固定速比與可變速比變速傳動的比擬固定速比可變速比電動機(jī)額定值較高較低逆變器額定值較高較低本錢較低較高體積較小較大質(zhì)量較低較高效率較高較低可靠性較高較低由表2-4可知，固定速比變速器性能優(yōu)良，是可變速比變速器不能比擬的，實(shí)際上，現(xiàn)在幾乎所有的電動汽車都采用固定速定齒輪減速器。因此，此設(shè)計(jì)也采用固定速定齒輪減速器。電驅(qū)動的結(jié)構(gòu)形式

雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，且電機(jī)軸與驅(qū)動軸相互平行的電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案主要有如下幾種形式:1） 雙電機(jī)整體驅(qū)動橋式，如圖2-2所示。2） 直接驅(qū)動式電動輪，如圖3所示。3） 帶輪邊減速器式電動輪，如圖4所示。圖2-4帶輪邊減速器式電動輪上述三種方案各具優(yōu)缺點(diǎn)，由于此車橋的設(shè)計(jì)只對匹配車型進(jìn)展小X圍的改動，電驅(qū)動車橋性能和基型轎車驅(qū)動車橋保持兼容性〔傳動軸與車輪局部根本不變），所以選擇第一種方案。這種獨(dú)特的驅(qū)動系統(tǒng)可以有效解決空間布置難題，適合裝備獨(dú)立懸架的汽車，減少傳統(tǒng)汽車的電動化改型的難度；車橋采用斷開式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用雙電機(jī)相向布置型式，雙減速器成為大單一總成，結(jié)構(gòu)緊湊；在具備雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，電機(jī)和減速器固定到車架〔身）上，全部變?yōu)榛奢d質(zhì)量，防止了輪轂電動機(jī)驅(qū)動所帶來的缺陷，有利于改善車輛的動力學(xué)性能；采用二級減速器，能有效減小傳動部件尺寸，方便整車布置，且可以選用高速電機(jī)，降低電機(jī)本錢和質(zhì)量，并提高系統(tǒng)可靠性；可以比擬方便的在減速器中參加防滑裝置，提高車輛在復(fù)雜路面的通過性，并可減少雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制的復(fù)雜程度；容易擴(kuò)展為四輪驅(qū)動，充分發(fā)揮車輪的路面附著能力。圖2-5車橋總體方案示意圖綜上所述，最終方案如圖2-5所示，采用兩臺永磁同步電機(jī)作為動力源，依靠兩套減速齒輪組分別進(jìn)展減速，用短半軸驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)，以高能量鋰離子動力電池作為電源。采用中間齒輪減速器，在獲得較大的減速比的同時(shí)縮小傳動系統(tǒng)尺寸，可以為電機(jī)和半軸的合理布置提供足夠的空間，也有利于提高最小離地間隙。該系統(tǒng)非常適合作為前輪驅(qū)動裝置，對于電動車輛而言，轉(zhuǎn)彎時(shí)采用前輪驅(qū)動比后輪動力系統(tǒng)驅(qū)動效率可以提高20%以上，能夠充分利用電動車輛的車載能量，提高續(xù)駛里程，節(jié)約本錢［30］；此外，還可以利用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛的車身結(jié)構(gòu)，在對傳統(tǒng)前置前驅(qū)內(nèi)燃機(jī)車輛進(jìn)展改裝時(shí)，原如此上只要移除現(xiàn)有驅(qū)動系統(tǒng)，用所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)展替換即可。由于電動機(jī)和減速器安裝在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，使其全部變?yōu)榛奢d質(zhì)量，有利于改善車輛的操縱性和平順性，方便整體布置和車身造型設(shè)計(jì)，降低開發(fā)本錢。第三章電驅(qū)動性能和動力性能匹配計(jì)算電動車輛驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)匹配不僅要根據(jù)給定的車型、預(yù)期性能和目標(biāo)工況，而且要根據(jù)根本的控制策略，在保證整車動力性的前提下，以經(jīng)濟(jì)性為主要目標(biāo)進(jìn)展優(yōu)化計(jì)算［31］。目前，由于適用于電動汽車的電機(jī)種類較少，所以，應(yīng)首先確定驅(qū)動輪應(yīng)提供的功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，再進(jìn)展電機(jī)的選取，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速特性確定減速器的減速比，最后進(jìn)展電池組參數(shù)的選擇。表3-1是電驅(qū)動性能和動力性能匹配計(jì)算的參數(shù)選擇。表3-1根7K參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值整車質(zhì)量m/kg 1100車輪滾動半徑r/m0.283風(fēng)阻系數(shù)CD0.33滾動阻力系數(shù)f0.015旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)S1.03迎風(fēng)面積A/m21.95傳動系統(tǒng)機(jī)械效率門0.9412電動機(jī)與其控制器效率n mc 0.90蓄電池的平均放電效率n0.953.1.驅(qū)動輪所需的功率和轉(zhuǎn)速從保證車輛預(yù)期的最高車速來確定需求功率1,mgfCAP =—(——V +—D—V2)(3-1)-max門'3600max76140max*式中，P一驅(qū)動輪應(yīng)提供的最大功率；eV一車輛最高速度；maxm—整車質(zhì)量；g一重力加速度，取9.8；f—滾動阻力系數(shù)；cd一空氣阻力系數(shù)；A一迎風(fēng)面積。驅(qū)動輪應(yīng)提供的最大功率P 要滿足車輛起動、加速、最高車速、最大爬坡度的綜合要求。MAX當(dāng)v=138km/h時(shí)maxP =30.182kW如此取P =32kW每個驅(qū)動輪所需的最大功率為16kW，相應(yīng)轉(zhuǎn)速為n=11294.14r/minp驅(qū)動輪應(yīng)提供的轉(zhuǎn)矩可以由應(yīng)提供的功率和轉(zhuǎn)速求得。圖圖3-1電動機(jī)功率特性曲線驅(qū)動電機(jī)參數(shù)確定由上可知，電機(jī)的最大功率為16kW。電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為T=9549P/n=9549~^=90N-m(3-2)max maxp 1700 '結(jié)合現(xiàn)在試驗(yàn)車中所裝的電動機(jī)技術(shù)參數(shù)并考慮最高車速v對應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速n 為其最高轉(zhuǎn)速n的90%?95%。初步確定電動機(jī)的根本技術(shù)指標(biāo)，如5表3-2所示。 ‘財(cái)max表3-2電動機(jī)的根本技術(shù)指標(biāo)最大轉(zhuǎn)矩(Nm)90額定轉(zhuǎn)矩(Nm)30峰值功率^kW)16額定功率^kW)8最高轉(zhuǎn)速(rPm)6300額定轉(zhuǎn)速(rpm)2550電動機(jī)功率特性曲線，見圖3-1。( )電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線，見圖3-2。電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性圖3-2電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線3.3.減速比確實(shí)定由公式v=0.377max得max ii=0.377ZmxL=0.3776100x0.283=4.689（3-3）v 138.8 'max電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩還要滿足地面附著條件的要求，即- mg^r1100x9.8x0.6x0.283T< = =207.38N-m（3-4）max2i] 2x4.689x0.9412 （ ）max式中，中為地面附著系數(shù)，取9=0.6。3.4.動力性分析驅(qū)動力：廠Tb] 4.689x0.9412TF= = m=15.5946T（3-5）0.283、r 0.283 m（ ）0.283行駛速度:v=0377￥=0.377端=°.0228膽（3-6）行駛阻力計(jì)算如下:滾動阻力：F=G-f=1100X9.8X0.015N=161.7N（3-7）空氣阻力:F=E=0.33X1.95v2=0.03043v2（3-8）w21.15 21.15 '爬坡度:F—G+F）i=tan[arcsin f ]（3-9）G加速度：a=華=-^[F—（F+F）（3-10）dt omtfw1）驅(qū)動力一行駛阻力平衡圖，見圖3-3。圖3-3驅(qū)動力一行駛阻力平衡圖結(jié)論：由圖可知，最高車速為138.67km/h。2）爬坡度曲線，見圖3-4。圖圖3-5a加速度倒數(shù)曲線爬坡度圖曲線圖圖3-4爬坡度曲線結(jié)論：由圖可知，最大爬坡度為25.31%。3）加速時(shí)間計(jì)算與加速度倒數(shù)曲線，見圖3-5a、圖3-5b、圖3-5c。加速度倒數(shù)曲線數(shù)倒度速加圖圖3-5c1700-6000r/mir時(shí)加速度倒數(shù)曲線轉(zhuǎn)速從0到1700r/min時(shí)加速度倒數(shù)曲線圖3-5b0-1700r/min時(shí)加速度倒數(shù)曲線轉(zhuǎn)速從1700到6000r/min時(shí)加速度倒數(shù)曲線結(jié)論：0?50km/h的加速時(shí)間為5.9916s；50?80km/h的加速時(shí)間為6.7037s。電動汽車在平均車速下，克制行駛阻力的單位里程消耗的能量為:v-v] (v-vn-1 n+7.72X10-5mn_1 n3.6x36001 2 ) { 2(3-11)如此續(xù)駛里程;e-0.096586kWh/kmEx103x3600HHx^x0.7S ^—mc——q (3-12)式中，n一電動機(jī)與其控制器效率；mcn一蓄電池的平均放電效率；qF一汽車勻速行駛情況下總的驅(qū)動力。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1700r/min時(shí)，汽車達(dá)到經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速38.68km/h,F-207.223N，汽車以此速度勻速行駛時(shí)，續(xù)駛里程為EX103X3600nnX0.7nS mc qkm(3-13)16x103x3600x0.9412x0.9x0.7x0.95207.223km-156.58km3.5.電池組參數(shù)的選擇:整車電壓：V=144V單位質(zhì)量容量：c-80Wh/kg單位里程消耗：e-0.096586kWh/km要求：續(xù)駛里程：S>150km如此，電池充滿后的總能量為E-S-e>0.096586x150kW-h-14.4879kW-h(3-14)取 E-16kW-h能量源的容量為E16cc=—=Ah-111.11Ah(3-15)V144 (電池重量為E16,m=—=kg-200kg(3-16)c80第四章主減速器的根本設(shè)計(jì)I4.1.減速比的分配如圖4T所示的二級圓柱齒輪減速器的傳動比最優(yōu)分配模型四。總傳動比為，，設(shè)齒輪分度圓直徑依次為d、d、d、d,且i?i=io12 3 4 1 2圖4-1二級圓柱齒輪減速器的傳動比最優(yōu)分配模型中心距：A=-［(d+d)+(d+d)］(4-1)2i并給定條件d3=adi,這在結(jié)構(gòu)中常常這樣選定，而強(qiáng)度由模數(shù)和齒寬來調(diào)整。因i=d/d，i=d/d如此：1 ］2 1 2 4 3A=—d(i+ai+a+1)(4-2)211 2 '因i2=i/〈，故:,1ai,A=—d(i+丁+a+1)(4-3)1當(dāng)i2=ai時(shí)，A取得最小值，減速器結(jié)構(gòu)最為緊湊。但在實(shí)際設(shè)計(jì)齒輪的過程中d和d不1 1 3可能恰好相等，故可將二者設(shè)計(jì)的近可能相近。因此，此處可使i=i=2.16541 24.2.主減速器齒輪的根本設(shè)計(jì)［17］［21］LLLL""軸的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速1.本章所需查找的圖表和參數(shù)均出自文獻(xiàn)［17」。=n(4-4)mnm—(4-5)

i2.1654( )innn-—m-一—(4-6)3i4.689( )式中，n為電動機(jī)轉(zhuǎn)速。m各軸輸入功率P-Pn-16上W(4-7)P-々?"門2-16x0.99x0.98kW-15.5232W(4-8)P=Pn-n.2F；=16x0.992x0.982kW-15.0606kW(4-9)式中，n一軸承傳動效率，取門-0.99；1 1n一齒輪嚙合傳動效率，取n-0.98。2 2各軸輸入轉(zhuǎn)矩PT-9549—(4-10)1pT-9549—(4-11)2〃P氣-9549—(4-12)3軸直徑的初算和軸承的初步選擇1、軸徑的初步選擇初選軸的材料為40Cr。1）第一軸：7T6~d>A^1-97x3, mm—20.48mm(4-13)1 。3n31700、1由于此軸同一截面上開有一個鍵槽，軸徑應(yīng)加大3%，如此:d-20.48x(1+3%)mm-21.09mm

1考慮到與電機(jī)輸出軸的配合情況，圓整得:d=30mmi2） 第二軸：d>A'?—2=97x3："232x2.1654mm=26.23mm（4-14）o3n31700、2由于此軸同一截面上開有兩個鍵槽，軸徑應(yīng)加大7%，如此：d=26.23x（1+7%）mm=28.07mm2圓整得：d=30mm23） 第三軸：d>AJ土=97x3」5°6°6乂4.629mm=33.59mm（4-15）03% 31700 （由于此軸同一截面上開有一個鍵槽，軸徑應(yīng)加大3%，如此：d=33.59x（1+3%）mm=34.6mm3圓整得：d=35mm32、初選軸承初定選用圓錐滾子軸承。第一、二、三軸所用圓錐滾子軸承型號分別為30206、30206和30207。齒輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算[17]減速器要求結(jié)構(gòu)緊湊，故采用硬齒面齒輪傳動；由于短時(shí)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，輪齒彎曲疲勞極限應(yīng)力應(yīng)乘以0.9。〔一）高速級齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算選齒輪材料、熱處理方法并確定許用應(yīng)力參考表4-1初選材料小齒輪：17CrNiMo6，滲碳淬火，齒面硬度54-62HRC；大齒輪：17CrNiMo6，滲碳淬火，齒面硬度54~62HRC。根據(jù)小齒輪齒面硬度58HRC，大齒輪齒面硬度58HRC，按圖4-6ME曲線查得齒面接觸疲勞極限應(yīng)力如下：氣lim1=1650MPa，◎Hlim2=1650MPa。根據(jù)圖4-7ME曲線查得輪齒彎曲疲勞極限應(yīng)力如下：Im Im◎ef1=1050MPa，◎ef2=1050MPa根據(jù)圖4-8a查得接觸系數(shù)為：Z=0.92Z=0.96N1 N2根據(jù)圖4-8b查得彎曲系數(shù)為：Y=0.89,Y=0.92N1 N2其中：N=60ynt=60x1x6000x10x260x8=7.488x109,,般、1h （4-16）N=60ynt=60x1x6000x10x260x8/2.1654=3.46x109,2h （4-17）再查4-3,取安全系數(shù)如下：SHlim=1.1、SFlim=1.4，于是t]=%?1Z=1650x0.92MPa=138CMPa（4-18）TOC\o"1-5"\h\zH1SN11.1 （ ）Ht]="Hlim2Z=165°x0.96MPa=1440MPa（4-19）H2SN21.1 （）Ht]=少丫=1050x0.89x0.9MPa=600.75MPa（4-20）EF1SN11.4 （Ft]=ZiFxZ=10犯x0.92x0.9MPa=607.5MPa（4-21）EF2SN21.4EF分析失效、確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)如此由于要設(shè)計(jì)的齒輪傳動是封閉在減速器箱體內(nèi)的，屬閉式傳動，且為硬齒面齒輪，最大可能的失效是齒根疲勞折斷；也可發(fā)發(fā)生齒面疲勞。因此，本齒輪傳動可按輪齒的彎曲疲勞承載能力進(jìn)展設(shè)計(jì)，確定主要參數(shù)，再驗(yàn)算齒面接觸疲勞承載能力。按輪齒的彎曲疲勞承載能力計(jì)算齒輪主要參數(shù)設(shè)計(jì)式為：■2KTcos2pYm>3, 1 」（4-22）TOC\o"1-5"\h\zn3 ^z2 [t]d1 F確定計(jì)算載荷小齒輪轉(zhuǎn)矩T=9549%=9549xN-m=89.87N-m（4-23）1n 1700 （ ）1KT=KKKKT（4-24）1Aapv1查表4-7初選，考慮本齒輪傳動是斜齒圓柱齒輪傳動，電動機(jī)驅(qū)動，載荷有輕微沖擊，軸承相對齒輪不對稱布置。取載荷系數(shù)K=1.4KT=KKKKT=1.4x89.87N-m=125.818N-m1Aapv1查齒寬系數(shù)查表4-11，硬齒面取巾=牛=0.31dd1初選七=17，丁Z/1=Zg17=37,卜28。，如此z1=17「cos30=17,《cos328。=24.698(4-25)z1=37/cos30=37/cos328。=53.76(4-26)查圖4-16，得兩輪復(fù)合齒形系數(shù)為七=4.17,Yf2=3.97由于二=瘁二=0.0069＞二=^397=0.0065，將齒輪1參數(shù)代入計(jì)算，[◎]600.75 [◎]607.5F1 F2■2KTcos20Ym>3， 1 f—n3中z2g]d1 F■2x103x125.818xcos228。4.17: 0.31x172 600.75mm=2.477mm由表4-10取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5mm，如此nm/ 、 2.5a= (z+z)= (17+37)mm=76.45mm(4-27)2cos01 22cos28。取中心距a=76mm如此0=arccos^n(z+z)=arccos?，二。7+37)=27.357?！?-28〕4.選擇齒輪精度等級d=mz/cos0=2.5x17/cos27.357。=47.85mm(4-29)齒輪圓周速度兀dnv= ^-1—60x1000兀x47.85x6000-60x1000-m/s=15.025m/s(4-30)查表4-9，并考慮該齒輪傳動用途，選擇6級精度。5.準(zhǔn)確計(jì)算計(jì)算載荷KT=KKKKT1Aa0v1K=KAKK0K查表4-4，KA=1.25；查圖4-9，K=1.06；齒輪傳動嚙合寬度 Vb=巾d=0.31x47.85=14.8mm(4-31)d取b=15mm=313x100N/mm(4=313x100N/mm(4-32)47.85x10-3x15查表4-6,K=1.1a查表4-5,巾=0.31，減速器軸剛度較大，K=1.02；d g~ gK查表4-6,K=1.1a查表4-5,巾=0.31，減速器軸剛度較大，K=1.02；d g~ gK=KAKKgK=1.25x1.06x1.02x1.1=1.48665KT1=KAKKgKT1=1.48665x89.87N-m=133.605N-m2x133.605=5.58KN(4-33)2KTKF= 1t1d16.驗(yàn)算輪齒接觸疲勞承載能力；KF(u+1)r,■—=——<[o](4-34)dbu H1區(qū)域系數(shù)查圖4-13,標(biāo)準(zhǔn)齒輪Zh=2.26；彈性系數(shù)查表4-8，Zh=189.8、,，'MPa；=i：'cosg=0.9424；因?yàn)樾↓X輪的許用齒面接觸疲勞應(yīng)力值較小，故將0]=1380MPaZg代入，于是H2:KF3+1o=ZZZ，—t HEHg\dbu5.58x103x(2.1765+1) MPa2.1765x15x47.85=1362.18MPa<[o]=1380MPaH2=2.26x189.8x0.9424結(jié)論：齒面接觸疲勞強(qiáng)度足夠。7.驗(yàn)算齒輪彎曲疲勞承載能力KF____一一bm^YFY.~[°f】(4-35)bsing15sin27.357。=0.878(4-36)3.14x2.5 (查圖4-19，得Yg=0.79KF 5.58x103 一一一一o=t1xYxY= x4.17x0.79=490.19MPa<[o]=600.75MPaF1bmF1g15x2.5 F1KF 5.58x103◎=dxYxY= x3.97x0.79=466.68MPa<[◎]=607.5MPaF2bmF2P15x2.5 f2n結(jié)論：輪齒彎曲疲勞承載能力足夠。8.齒輪傳動幾何尺寸計(jì)算見圖4-1。表4-1低速級齒輪的根本幾何尺寸名稱計(jì)算公式小齒輪大齒輪法向模數(shù)m/mmn2.52.5法向壓力角a20。20。螺旋角P27.357。27.357。分度圓直徑d/mmd=巴4=丑丑=47.861cosP 0.8882d=g=25^=104.142 cosP 0.8882齒頂高h(yuǎn)/mmah1=h，m=1x2.5=2.5h=h，m=1x2.5=2.5齒根高h(yuǎn)f/mmhf1=G*+c*▲=(1+0.25)x2.5=3.125hf2乂*+c見=(1+0.25)x2.5=3.125齒全高h(yuǎn)/mmh=h、+h.=(2ha*+c*)m二5.625h=h+h=(2ha*+c*)m二5.625齒頂圓直d/mmad=d+2hal 1 al=47.85+2x2.5=52.85d=d+2ha2 2 a2=104.14+2x2.5=109.14齒根圓直徑df/mmd=d-2hfi i fi=47.85-2x3.125=41.6d=d-2hf2 2 f2=104.14-2x3.125=97.89頂隙c/mmc=c*m=0.25x2.5=0.625標(biāo)準(zhǔn)中心距a/mmm , 、 2.5 r,a= (z+z)= (17+37)mm=76mm2cosP1 2 2cos27.357。節(jié)圓直徑d，/mmd『=d1=47.85d；=d2=104.14傳動比ii=乂=2.1765/ 2〔二）低速級齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算選齒輪材料、熱處理方法并確定許用應(yīng)力參考表4-1初選材料小齒輪：17CrNiMo6，滲碳淬火，齒面硬度54-62HRC；大齒輪：17CrNiMo6，滲碳淬火，齒面硬度54~62HRC。根據(jù)小齒輪齒面硬度58HRC，大齒輪齒面硬度58HRC，按圖4-6ME曲線查得齒面接觸疲勞極限應(yīng)力如下：◎ =1650MPa，◎ =1650MPa。根據(jù)圖4-7ME曲線查得輪齒彎曲疲TOC\o"1-5"\h\zHlim3 Hlim4勞極限應(yīng)力如下：◎ =1050MPa，◎ =1050Pa根據(jù)圖4-8a查得接觸系數(shù)為:Z=0.96Z改=0.98N3 N4根據(jù)圖4-8b查得彎曲系數(shù)為：Y=0.9,Y=0.91N3 N4其中：N=60ynt=60x1x6000x10x260x8/2.1765=3.44x109（4-37）3hN=60ynt=60x1x6000x10x260x8/4.689=1.6x109（4-38〕4h再查4-3,取安全系數(shù)如下：、旬皿=1.1、、刊皿=1.4，于是]="Hlim3Z=1650乂0.96MPa=144CMPa（4-39）H3SN31.1 （）H]="Hlim4Z=165"x0.98MPa=1470MPa（4-40）H4SN41.1 （）H]=Wy=i^x0.9x0.9MPa=607.5MPa（4-41）EF3SN3 1.4F]=Xz=^05^x0.91x0.9MPa=614.05MPa（4-42）EF4SN41.4EF分析失效、確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)如此由于要設(shè)計(jì)的齒輪傳動是封閉在減速器箱體內(nèi)的，屬閉式傳動，且為硬齒面齒輪，最大可能的失效是齒根疲勞折斷；也可發(fā)發(fā)生齒面疲勞。因此，本齒輪傳動可按輪齒的彎曲疲勞承載能力進(jìn)展設(shè)計(jì)，確定主要參數(shù)，再驗(yàn)算齒面接觸疲勞承載能力。按輪齒的彎曲疲勞承載能力計(jì)算齒輪主要參數(shù)設(shè)計(jì)式為■2KTcos2pYm乙 2 」（4-43）n3qz2 [◎]（ ）1d3 F確定計(jì)算載荷小齒輪轉(zhuǎn)矩P 15.5232T=9549—=9549x x2.1765N-m=189.779N-m(4-44)2n 1700 ( )2KT=KKKKT(4-45)2Aapv2查表4-7初選，考慮本齒輪傳動是斜齒圓柱齒輪傳動，電動機(jī)驅(qū)動，載荷有輕微沖擊，軸承相對齒輪不對稱布置。取載荷系數(shù)K=1.4KT=KKKKT=1.4x189.779N-m=265.69N-m2Aapv2查齒寬系數(shù)查表4-11，硬齒面取巾=牛=0.35dd3初選z=19，z=iz=2.1544X19=41,p=30。，如此3 4 23z=19.'cos3p=19.COS330。=21.94(4-46)v3 'z=41/cos3p=41/cos330。=47.34(4-47)查圖4-16，得兩輪復(fù)合齒形系數(shù)為七=4.06,Y^2=3.96由于=黑6=0.00668>W=空客=0.00645,將齒輪3參數(shù)代入計(jì)算，于[◎]607.5 [◎] 614.05TOC\o"1-5"\h\zF3 F4是2KTcos2pY ,'2x103x265.69xcos230。4.06m>. 2 j=3 mm=2.495mmn\qz2 g]\ 0.475x192 607.5*d3 F由表4-10取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5mm，如此nm, 、 2.5a= (z+z)= (19+41)mm=86.605mm(4-48)2cosp3 4 2cos30。取中心距a-85mm如此p-arccos^^(z3+z)=arccos?，*(19+41)=28.07。(4-49)如此選擇齒輪精度等級d-mz/cosp-2.5x19/cos28.07。-53.83mm(4-50)齒輪圓周速度兀dn 兀x53.83x6000v 1— m/s-7.83m/s(4-51)60x100060x1000x2.1579 ( )查表4-9，并考慮該齒輪傳動用途，選擇7級精度。準(zhǔn)確計(jì)算計(jì)算載荷

KT=KKKKT2Aapv2K=KAKKpK查表4-4,KA=1.25；查圖4-9,K=1.07；齒輪傳動嚙合寬度 Vb=巾d=0.475x53.83=25.569mm(4-52)d取b=25mmKF——A_t-b=352.55x100N/mm(4-53)1.25xKF——A_t-b=352.55x100N/mm(4-53)查表4-6,K偵=1.2查表4-5,巾=0.475,減速器軸剛度較大，K=1.02；d PK=KKKK=1.25x1.07x1.05x1.2=1.6371AapvKT=KKKKT=1.6371x189.779N-m=310.687N-m2Aapv2KFt32KT

KFt32KT

2

d32x310.687

-53.83-=11.54KN驗(yàn)算輪齒接觸疲勞承載能力:KF(u+1)——3 p丫dbu' 3:KF(u+1)◎=ZZZ，—3 HEHpdbu' 3區(qū)域系數(shù)查圖4-13,標(biāo)準(zhǔn)齒輪Zh=2.23；彈性系數(shù)查表4-8，Zh=189.8jMPa；:KF(u+1)◎=ZZZ，—3 HEHpdbu' 3,11.54x103x(2.1579+1)=2.23x189.8x0.93936 MPa2.1579x25x53.83=1408.44MPa<[◎]=1440MPaH4結(jié)論：齒面接觸疲勞強(qiáng)度足夠。7.驗(yàn)算齒輪彎曲疲勞承載能力KF◎二F=床YFYP<QF](4-55)

bsinP25sin28.07?！癝= =p 兀mn =1.499(4-56)3.14x2.5 (查圖4-19,得Yp=0.74KF 11.54x103◎= 6xYxY= x4.06x0.74=554.73MPa<[◎]=607.5MPaF3bmf3P25x2.5 f3nKF 11.54x103◎= 4xYxY= x3.96x0.74=541.07MPa<[◎]=614.05MPaF4bmf4P25x2.5 f4n結(jié)論：輪齒彎曲疲勞承載能力足夠。8.齒輪傳動幾何尺寸計(jì)算，見表4-2表4-2高速級齒輪的根本幾何尺寸名稱計(jì)算公式小齒輪大齒輪法向模數(shù)m/mmn2.52.5法向壓力角a20。20。螺旋角p28.07。28.07。分度圓直徑d/mmd=^nZ^=2.5*19=53.833 cosP 0.8824d=耳=2^=116.164 cosP 0.8824齒頂高h(yuǎn)/mmah3=h*m=1x2.5=2.5h4=h*m=1x2.5=2.5齒根高h(yuǎn)f/mmy=G*+c*]n=(1+0.25)x2.5=3.125hf4=(i*+c*ln=(1+0.25)x2.5=3.125齒全高h(yuǎn)/mmh=h+h=(2ha*+c*)m=5.625h=h+h=(2ha*+c*)m=5.625齒頂圓直d/mmad=d+2ha3 3 a3=53.85+2x2.5=58.85d=d+2ha4 4 a4=116.16+2x2.5=121.16齒根圓直徑df/mmd=d-2hf3 3 f3=53.85-2x3.125=47.85d=d-2hf4 4 f4=116.16-2x3.125=109.91頂隙c/mmc=c*m=0.25x2.5=0.625

第五章主減速器的主要校核?5.1.輸入軸強(qiáng)度、軸承與鍵的強(qiáng)度校核1.輸入軸強(qiáng)度輸入軸的結(jié)構(gòu)如圖5T所示。圖5-1小齒輪軸的結(jié)構(gòu)圖（1）計(jì)算齒輪受力E入…pc… 16 …轉(zhuǎn)矩T=圖5-1小齒輪軸的結(jié)構(gòu)圖（1）計(jì)算齒輪受力E入…pc… 16 …轉(zhuǎn)矩T=9549-=9549x^0-N-m=89.87N-m（5-i）圓周力Ft1=2T了i2X89.87kN=3.756kN（5-2）47.86 （ ）徑向力Fr1Ftana 3.756xtan20。，切時(shí)=cos27.357kN=1539kN（5-3）軸向力Fa1(2)計(jì)算軸承支反力水平面=FtitanP=3.756xtan27.357。=1.943kN（5-4）FHR1F…「命=技39x24邸-L943x盤93kN=—0.1033kN（5-5）L °，* 、，AC83.25=F+F=（1.539+0.0988）kN=1.6423kN（5-6）r1 HR1F:HR2 r1水平面軸承受力如圖5-2所示。圖5-2軸承水平面受力圖垂直面FL—MFL—M LACFVR2tlVR1垂直面軸承受力如圖5-3所示。3.756x24.625, 1111, kN=lAllkN（5-1）83.25 '=F-F=（3.756-1.111）W-2.645kN（5-8）/IEFtiLFvri圖5-3軸承垂直面受力圖(3)畫出水平面彎矩Mr圖和垂直面彎矩My圖齒輪中間剖面左側(cè)水平彎矩為M=F-L=0.1033x58.625N-m=6.056N-m（5-9）CHLHRAB齒輪中間剖面右側(cè)水平彎矩為M=F-L=1.6423x24.625N-m=40.4416N-m（5-10）CHR HR2BC水平面彎矩圖見圖5-4。齒輪中間剖面處的垂直彎矩為M=F-L=1.111x58.625N-m=65.1324N-m（5-11）CV VR1 AB垂直面彎矩圖見圖5-5。(4)按下式合成彎矩齒輪中間剖面左側(cè)彎矩

644251M644251ML齒輪中間剖面右側(cè)彎矩M=.\M2+M2=，'（40.4416?+（65.1324?N-m=76.6665N-mR"CHRCV圖5-6合成彎矩圖(5)畫出軸的轉(zhuǎn)矩T圖〈=89.87N-m（5-13）轉(zhuǎn)矩T圖，如圖5-7所示。(6)按下式求當(dāng)量彎矩并畫當(dāng)量彎矩圖=、；M2+（a"（5-14）在這里，取a=0.6，aT=0.6x89.87N-m=53.922N-m。由當(dāng)量彎矩圖，見圖5-8，可知，在齒輪中間剖面左側(cè)的當(dāng)量彎矩為M=腫；+(叫)=(65.41332+53.9222N-m=84.7731N-m94.2307圖5-8當(dāng)量彎矩圖(7)選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力。軸材料選用17CrNiMo6，［◎「=70MPa。

(8)校核軸的強(qiáng)度。取B截面作為危險(xiǎn)截面，B截面的強(qiáng)度條件MM 84.7731x103,◎=——e — MPa=11.7755MPa<[◎](5-15)W 0.1d3 0.1x41.63 -1'f結(jié)論：按彎扭合成強(qiáng)度校核齒輪軸的強(qiáng)度足夠安全。2.軸承的選擇和計(jì)算在軸的設(shè)計(jì)的同時(shí)，已經(jīng)選擇了軸承的類型為圓錐滾子軸承，軸承的型號為30205。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，其根本額定載荷Cr=43.2kN,Y=1.6,e=0.37。計(jì)算軸承的徑向載荷。FR1="2+F2=(0.10332+1.1112kN-0.3487kNFR1TOC\o"1-5"\h\z*HR1 VR1FR2=v''f2+F2-<1.64232+2.6452kN-3.1134kN(5-17)、HR2 VRFR2計(jì)算軸承的軸向載荷F-烏-1.1158kN-0.3487kN(5-18)d12Y2x1.6 (F3.1134F=f=—kN-0.9729kN(5-19)d2 2Y 2x1.6 (因?yàn)镕+F-(1.943+0.3487)kN-2.2917kN>F-0.9729kN，所以，右端軸承壓緊，左端軸承放松F-F-0.9729kN(5-20)A1 d2F-F+F-(1.943+0.3487)kN-2.2917kN(5-21)A2 a1 d1計(jì)算當(dāng)量載荷F0.9729 F2.2917因fa1=11158=0,8719>e；F2=31134=0.7361>e，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得:X-0.4,Y-1.6

i 1X-0.4,Y-1.622由P-XF+YF(5-22)R RA '得 p=(0.4xl.1158+1.6x0.9729)kN-2.003kNp=(0.4x3.1134+1.6x2.2917)kN-4.9121kN2p<p，所以只需校核右端軸承的。1 2(4)求右端軸承的。有輕微沖擊，取fp-1.0，fT-1.0。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為6000r/min，車輛以138.3km/h的車速行駛時(shí)，右端軸承的為Lhl10Lhl106ffC丫Tr60nIfPJP27106f43.2 )10360x6000[1.0x4.9121Jh-3900.2h(5-23)當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1700r/min，車輛以39.2km/h的車速行駛時(shí)，右端軸承的為106(fCYTr60n[fP\P27106 ( 43.2y360x1700[106(fCYTr60n[fP\P27106 ( 43.2y360x1700[1.0x4.9121Jh=13765.38h(5-24)結(jié)論：所選軸承滿足使用要求。3.鍵連接的選擇和強(qiáng)度計(jì)算由于漸開線花鍵聯(lián)接以齒側(cè)定心，有利于齒間均載，因而承載能力較大，故此處采用漸開線花鍵傳遞動力。內(nèi)花鍵INT24zxmx30Px5HGB/T3478.1-1995靜花鍵連接的主要失效形式為工作面壓潰，強(qiáng)度計(jì)算需要計(jì)算擠壓應(yīng)力，計(jì)算中假設(shè)應(yīng)力在工作面上均勻分布，合力作用在平均直徑處，強(qiáng)度條件為：2TV[◎](5-25)qzdlhPm式中，T一花鍵連接傳遞的扭矩(N-mm)；中一載荷分布不均勻系數(shù)，取0.7~0.8；Z一花鍵齒數(shù)；d—花鍵平均直徑(mm)，d=(D,+D)/2；l一花鍵工作長度(mm)；h—花鍵齒側(cè)工作高度(mm)，h=(D-D)/2-2C,C為花鍵齒倒角(mm)；eiie[◎]p—為許用擠壓應(yīng)力\MPa)。meiie如此2T2x89.87x103◎= —= (MPa)=2.93MPa<[◎]=100MPapqzdlh0.7x24x24.25x24x3.14x2 pm結(jié)論：花鍵的強(qiáng)度可以滿足使用要求。5.2.中間軸強(qiáng)度、軸承與鍵的強(qiáng)度校核中間軸結(jié)構(gòu)圖5-9中間軸結(jié)構(gòu)圖中間軸強(qiáng)度計(jì)算齒輪受力 P 15.5232_. 一一轉(zhuǎn)矩T=9549-=9549x x2.1765N,m=189.779N?m P 15.5232_. 一一轉(zhuǎn)矩T=9549-=9549x x2.1765N,m=189.779N?m(5-26)(。6)圓周力2T 2x189.779,,=―2= kN=3.6447kN(5-27)d104.14 ( )22T 2x189.779?=—3= kN=7.051kN(5-28)d53.83 '3徑向力F2tan氣=3.6447xtan20kN=1.4935kN(5-29)

cos27.357。 (Ftan以—t3——cos7.051xtan20°1 kN=2.9084kN(5-30)cos28.07。 '軸向力F=FtanB=3.6447xtan27.357。(kN)=1.8858kN(5-31)a2 t1F=FtanB=7.051xtan28.07。(kN)=3.76kN(5-32)a3 t1(2)計(jì)算軸承支反力

水平面FHR3F-L+F-L+Fd—F-4

r2CD r3 BDa32 a22LAD5383 104141.4937x22.375+2.9084x51.125+3.76x-1.8858x_ 2 2—kN99=1.8699kN(5-33)F=F-F-F=(1.8699-1.4935-2.9084)kN=-2.532kN(5-34)HR4HR3 r2 r3水平面受力如圖5-10所示。圖5-10軸承水平面受力圖垂直面廠F-L-F-L 7.051x51.125-3.6447x22.375,、99F= ~BD——僅~CD= kN=2.8175kN(5-35)99VR3 L MADF=F+F-F=（3.6447+2.8175—7.051）S=—0.5888S（5-36）VR4t2VR3/3垂直面受力如圖5T1所示。（3）畫出水平面彎矩Mr圖和垂直面彎矩圖齒輪中間剖面左側(cè)水平彎矩為d 53.83M=F—-F-L=（3.76x 1.8699x30.625）N-m=43.9347N-m（5一37）CHLBa32 HR3AB 2i.BFa圖5-11軸承垂直面受力圖dM=F-L+F—-F-LCHLC r3 BCa32 HR3 AC=2.9084x28.75+3.76x -1.8699x59.375（N-m）（5-38）=73.7916N-m齒輪中間剖面右側(cè)水平彎矩為dM=F?t+F-L-F-LCHRBa22 r2 BC HR4 BD_ 104.14 _ _____=1.8858x- +1.4935x28.75-2.532x51.125（N-m）（5-39）=11.6832N-mM=F-d2-F-L=1.8858x104.14-2.532x22.375（N-m）=41.5401N-m（5-40）CHRCa22HR4CD 2水平彎矩圖如圖5-12所示。齒輪中間剖面處的垂直彎矩為MCVLB=F-L=2.8175x30.625N-m=86.2859N-m（5-41）VR3ABMCVRB-L-F-L=0.5888x51.125-3.6447x28.75N-m=-74.6827N-mBCMCVLCMCVRC=FVR4 BD12=F-L-F-L

VR3AC 12（5-42）=2.8175x59.375-3.6447x28.75（N-m）=62.504N-mBC=F-L=0.5888x22.375（N-m）=13.1744N-m（5-44）VR4 CD（5-43）73.7916垂直彎矩圖如圖5T3所示。按下式合成彎矩M=^'M2+Mi(5-45)齒輪中間剖面左側(cè)彎矩M=、； +M2-=(43.93472+86.28562N-m=96.827N-m(5-46)TOC\o"1-5"\h\zCLB CHLB CVLBM=G ―+M2—=(73.79162+62.5042N-m=96.7055N-m(5-47)CLC 、CHLC CVLC齒輪中間剖面右側(cè)彎矩M=、:' +M2-=<11.68322+74.68272N-m=75.591N-m(5-48)CRB 、 CHRB CVRCM=、:' +M2~(41.54012+13.17442N-m=43.5792N-m(5-49)CRC 、CHRC CVRC合成彎矩圖如圖5-14所示。畫當(dāng)量彎矩圖由于T=0,所以當(dāng)量彎矩圖同合成彎矩圖，見圖5-14。選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力。軸材料選用40Cr調(diào)質(zhì)，[◎「=70MPa。校核軸的強(qiáng)度。取B、C截面作為危險(xiǎn)截面，B、C截面的強(qiáng)度條件◎=M=性^=96.827x103MPa=35.86MPa<[◎](5-50)2W 0.1d3 0.1x303 -1( )

M M———e———GLG-W 0MM M———e———GLG-W 0M9&8279&.7055圖5-14合成彎矩圖96.7055x1030.1x303MPa—35.82MPa<[◎「（5-51）結(jié)論：按彎扭合成強(qiáng)度校核齒輪軸的強(qiáng)度足夠安全軸承的選擇和計(jì)算在軸的設(shè)計(jì)的同時(shí)，已經(jīng)選擇了軸承的類型為圓錐滾子軸承，軸承的型號為30206。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，其根本額定載荷Cr=43.2KN,Y=1.6,e=0.37。計(jì)算軸承的徑向載荷F=、；F2+F2=寸1.86992+2.81752kN=3.3815kN(5-52)TOC\o"1-5"\h\zR3 HR3 VR3F=\：F2+F2=(2.5322+0.58882kN=2.5996kN(5-53)R4 、HR4 VR4計(jì)算軸承的軸向載荷F—烏3—3.3815kN=1.0567kN(5-54)d3 2Y 2x1.6 (F2.5996F=T4= kN=0.8123kN(5-55)d4 2Y2x1.6 (計(jì)算當(dāng)量載荷因?yàn)镕-F+F=(3.76-1.8858+1.0567)kN=2.9309kN>F=0.8123kN，所以，右端軸承壓緊，左端軸承放松F=F=1.0567kN(5-56)TOC\o"1-5"\h\zA3