傳動(dòng)設(shè)計(jì)報(bào)告

傳動(dòng)組設(shè)計(jì)報(bào)告出于對(duì)設(shè)計(jì)成本、加工及安裝難度的綜合考慮，云電車隊(duì)的傳動(dòng)方案選擇單級(jí)鏈傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)相對(duì)齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造及安裝精度要求都較低的優(yōu)點(diǎn)，而單級(jí)鏈傳動(dòng)需求空間小，能適應(yīng)賽車后部空間緊缺的問(wèn)題。云電車隊(duì)的傳動(dòng)流程基本如下：電機(jī)軸通過(guò)花鍵與小鏈輪相連，小鏈輪通過(guò)鏈條將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給大鏈輪；大鏈輪通過(guò)螺栓螺母與轉(zhuǎn)接法蘭盤(pán)相連，轉(zhuǎn)接法蘭盤(pán)通過(guò)花鍵與托森差速器相連，通過(guò)花鍵能帶動(dòng)差速器外殼體與其一起轉(zhuǎn)動(dòng)；差速器的兩端分別插有內(nèi)球籠，可以根據(jù)兩個(gè)后輪不同的負(fù)載進(jìn)行差速；內(nèi)球籠通過(guò)半軸與外球籠相連，外球籠通過(guò)花鍵與輪轂相連，動(dòng)力一直根據(jù)這條路線傳遞給輪轂，最終傳遞給兩個(gè)后輪。在傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)的初期，最重要的就是鏈條型號(hào)及鏈輪尺寸的選型。鏈條型號(hào)主要根據(jù)賽車的極限工況以及經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇。其中節(jié)距p越大，則鏈條的承載能力就越高，但總體尺寸也會(huì)隨之增大，多邊形效應(yīng)顯著，振動(dòng)、沖擊和噪聲也較為嚴(yán)重。綜合大排量摩托車常用的鏈條型號(hào)，選擇型號(hào)為530的鏈條來(lái)傳遞電機(jī)轉(zhuǎn)矩。其參數(shù)如下表所示：名稱參數(shù)節(jié)距p（mm）15.875滾子直徑d1（mm）10.16內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b（mm）9.40內(nèi)鏈板高度h（mm）15.00抗拉載荷（kN）26.50表1530鏈條參數(shù)表由于選定傳動(dòng)比為5，大鏈輪的尺寸為小鏈輪的5倍，所以盡管小鏈輪齒數(shù)不宜過(guò)小，但綜合考慮大鏈輪的尺寸和賽車后部布置問(wèn)題，同時(shí)齒數(shù)要與偶數(shù)的鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)的原則，選擇小鏈輪的齒數(shù)為11，大鏈輪的齒數(shù)定為55。小鏈輪選擇45號(hào)鋼，大鏈輪選擇40cr為原材料，兩者均用高頻淬火并回火來(lái)提高齒的硬度。根據(jù)鏈輪基本參數(shù)的計(jì)算公式，可得計(jì)算結(jié)果如下表所示：名稱計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果小鏈輪大鏈輪分度圓直徑d（mm）d=p56.348278.075齒頂圓直徑da（mm）da=p×0.54+cot18062.638285.329齒根圓直徑df（mm）df=d-d146.188267.916齒寬bf1（mm）bf1=0.95b8.938.93表2鏈輪參數(shù)表小鏈輪套在電機(jī)的輸出花鍵軸上，所以小鏈輪的中心為與電機(jī)花鍵軸配合的花鍵孔，參數(shù)為：名稱參數(shù)花鍵大徑da'（mm）26.25花鍵小徑df'（mm）23.13花鍵模數(shù)m（mm）1.25花鍵齒數(shù)20花鍵壓力角30°表3電機(jī)輸出軸花鍵參數(shù)表小鏈輪若直接套在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到軸向力則會(huì)使小鏈輪相對(duì)電機(jī)軸有軸向的運(yùn)動(dòng)，這樣將會(huì)導(dǎo)致鏈條偏離一定的角度，嚴(yán)重影響傳動(dòng)的穩(wěn)定性，所以必須設(shè)計(jì)小鏈輪的固定支架來(lái)限制其軸向運(yùn)動(dòng)。由于電機(jī)輸出軸所在端的端面有三個(gè)定位孔用來(lái)固定電機(jī)，可以利用這三個(gè)孔來(lái)固定支架的軸承座，同時(shí)在軸承座內(nèi)安裝合適尺寸的高速軸承（深溝球軸承，型號(hào)：60917），將設(shè)計(jì)好的小鏈輪安裝進(jìn)軸承，這樣就能有效地防止小鏈輪的軸向運(yùn)動(dòng)。圖1小鏈輪圖2小鏈輪固定支架 大鏈輪在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮減重，所以在大鏈輪中間用線切割產(chǎn)生很多鏤空，來(lái)減小大鏈輪本身的重量。大鏈輪通過(guò)六根12.9級(jí)精度的M8螺栓配合六個(gè)12.9級(jí)的尼龍放松螺母與轉(zhuǎn)接法蘭盤(pán)相連。設(shè)計(jì)時(shí)考慮到大鏈輪的自身重力問(wèn)題，為了避免六根螺栓除了傳遞扭矩之外還額外承由大鏈輪的自重所造成的力。所以在大鏈輪中心挖出一個(gè)孔套在法蘭盤(pán)的軸承座上，大大減少了非扭矩帶來(lái)的力對(duì)螺栓的影響，延長(zhǎng)了螺栓的壽命。圖3大鏈輪圖4大鏈輪中心部分確定了大小鏈輪的大小以及鏈條的型號(hào)，就可以確定中心距的大小。中心距若是太小，則會(huì)出現(xiàn)鏈條磨損加速以及包角過(guò)小，甚至出現(xiàn)跳齒等不利于傳動(dòng)穩(wěn)定性的問(wèn)題出現(xiàn)；中心距同時(shí)又受賽車后部總空間的限制，不能太大。綜合以上因素考慮，我們選擇中心距為400mm，由圖可知，小鏈輪包角約為147.82度，大于要求的120度，所以此中心距符合一般要求。根據(jù)安裝之后的鏈輪與鏈條數(shù)得鏈條一共78節(jié)，分別與大小鏈輪齒數(shù)互質(zhì)，所以中心距以及鏈輪齒數(shù)的設(shè)計(jì)均符合設(shè)計(jì)要求。 圖5鏈條包角示意圖法蘭盤(pán)的設(shè)計(jì)在考慮傳遞大轉(zhuǎn)矩的可靠性的同時(shí)要保證大鏈輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)必須保證在同一平面內(nèi)，以防鏈條傳遞過(guò)程出現(xiàn)意外。所以設(shè)計(jì)在法蘭盤(pán)上打四個(gè)直徑為4mm的孔，通過(guò)螺栓與差速器鋁制殼體相連。由于差速器殼體固定在差速器支架上，而差速器支架又通過(guò)耳片與車架相連，所以差速器殼體是固定在同一位置無(wú)法平行移動(dòng)的，這樣就通過(guò)差速器殼體與法蘭盤(pán)的相連來(lái)限制了大鏈輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保持在同一平面。法蘭盤(pán)單憑四個(gè)螺栓與差速器殼體相連，在高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)影響下難免會(huì)造成螺栓的松動(dòng)，所以我們將四個(gè)內(nèi)六角螺栓的頭部都打上小孔，在將螺栓上到位之后通過(guò)一根鋼絲通過(guò)所打小孔將四個(gè)螺栓相連，這樣就能有效限制每個(gè)螺栓的轉(zhuǎn)動(dòng)，很好地達(dá)到放松的作用。法蘭盤(pán)的花鍵也進(jìn)行高頻淬火并回火熱處理，保證齒的強(qiáng)度。圖6轉(zhuǎn)接法蘭盤(pán)差速器總成在傳動(dòng)總成中的重要性不言而喻，為了更好地滿足行駛工況，我們選擇應(yīng)用較為廣泛的托森差速器。托森差速器內(nèi)部的齒輪裸露在外，需要另外加工殼體來(lái)密封，使差速器油在差速器旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)泄露。因此，我們?cè)诓钏倨鞯淖笥覂啥硕荚O(shè)計(jì)了端蓋，用來(lái)密封并與偏心輪中的軸承相配合，保證差速器能軸向徑向固定的同時(shí)保證其順利的旋轉(zhuǎn)；中間用亞克力管做透明殼體，方便觀察油位；端蓋與亞克力管用AB膠粘連，通過(guò)對(duì)端蓋的擠壓來(lái)保證亞克力管與端蓋配合處的密封性；端蓋與差速器外殼相連處設(shè)計(jì)溝槽安裝O型密封圈保證端蓋與差速器殼體的密封性；在差速器內(nèi)部通過(guò)放置骨架油封，配合球籠來(lái)使差速器潤(rùn)滑油不會(huì)通過(guò)差速器兩端泄露。以上這些措施保證了差速器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的密封性。圖7差速器左端蓋二維圖圖8差速器左端蓋三維圖 差速器需要自由旋轉(zhuǎn)，所以在差速器端蓋分別裝配有兩個(gè)深溝球軸承軸承來(lái)保證其毫無(wú)阻礙地旋轉(zhuǎn)，偏心輪大端軸承為71914C，偏心輪小端軸承為7010C。兩個(gè)軸承的內(nèi)外圈分別以差速器端蓋的凸臺(tái)以及偏心輪上設(shè)計(jì)的軸承擋圈來(lái)定位。偏心輪的設(shè)計(jì)主要是為了方便調(diào)節(jié)鏈條的張緊度，偏心輪的偏心距為8mm，一共可以調(diào)節(jié)鏈條松緊行程為16mm，一般可以滿足張緊度調(diào)節(jié)要求。 圖9大端偏心輪圖10大端偏心輪整個(gè)差速器總成在各種狀態(tài)下都需要與車架保持靜止，這就需要設(shè)計(jì)足夠牢固的支架來(lái)將差速器總成與車架相連。我們選擇強(qiáng)度高，質(zhì)量輕的7075航空鋁作為支架的原料，設(shè)計(jì)出左右兩個(gè)支架用以固定差速器總成。在支架中心位置打上12個(gè)孔用以與偏心輪配合，一起調(diào)節(jié)鏈條的張緊度。支架上也挖出鏤空來(lái)減重。左右兩塊支架通過(guò)與車架焊牢的四個(gè)耳片與車架相連，選用12.9級(jí)的M8螺栓與防松螺母來(lái)固定，保證了連接的強(qiáng)度。圖11支架圖12穩(wěn)定叉 僅僅通過(guò)四個(gè)耳片難以保證支架的平行度，所以在左右支架上分別打上四個(gè)孔，其中四個(gè)用來(lái)連接一個(gè)穩(wěn)定叉，兩外的四個(gè)分別連接兩根鋼管，這樣就能保證支架的出處平行，保證差速器旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定叉用7075鋁制成，強(qiáng)度高，且三角形結(jié)構(gòu)不宜變形。下圖為差速器總裝圖：圖13差速器總成考慮到與差速器花鍵的匹配，內(nèi)球籠采用完全自加工的方式，選用45號(hào)鋼為原材料，加上后期的熱處理，制造出符合強(qiáng)度要求的內(nèi)球籠。另外，在轉(zhuǎn)接法蘭盤(pán)以及差速器右端蓋均裝有尺寸較小的深溝球軸承軸承（型號(hào)：71905C），用以支撐內(nèi)球籠的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，提高傳遞動(dòng)力的穩(wěn)定性，減少差速器中骨架油封的磨損。外球籠選用乘用車的成品球籠，這樣不僅節(jié)省成本，也完全能滿足賽車的運(yùn)行工況。內(nèi)球籠用萬(wàn)向節(jié)選用與外球籠配套使用的乘用車內(nèi)球籠中的三球銷萬(wàn)向節(jié)，使得在制造半軸的過(guò)程中降低難度。半軸在設(shè)計(jì)初期是選用乘用車成品半軸進(jìn)行截?cái)嗯c焊接，主要是確定其長(zhǎng)度以及驗(yàn)證其強(qiáng)度是否足夠。后期根據(jù)先前焊接半軸的花鍵尺寸及長(zhǎng)度，自