電動汽車傳動系統(tǒng)減速器方案優(yōu)化設(shè)計【汽車驅(qū)動橋主減速器】

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China also put forward the construction of a conservation oriented society, the basic national policy, to achieve this goal is an important means of electric vehicles. Due to the support of the state, the needs of the community, electric vehicles are in the development of the rising period. But there are many difficult problems to solve. Battery, motor, control system performance and price issues, making the development of electric vehicles encountered problems. This paper mainly introduces the control system of electric vehicle, motor vehicle main reducing gear for electric vehicles, such as core auto parts development, the future electric vehicle control system development trend, and points out the emphases and difficulties of the research. Automobile main reducer and differential is one of the most important parts in automobile transmission. The engine torque of the transmission device can be transmitted to the driving wheel to realize the reduction of the speed increasing torque. This design is about the car's drive system and the main reducer assembly. And make it through sex. This design through to market a variety of different forms of control system, motor, reducer after contrast, reference actual domestic car as the original design parameters, comparison of different types of control system, a motor, a speed reducer. Determine the main transmission ratio, and the main gear tooth contact strength and gear bending strength to check. Bearing selection on the basis of meeting the needs, and strive to simple structure, long life, economic benefits. In the design process of the shaft, the gear placement is emphasized, and the strength check of the dangerous section of the maximum load is carried out. Finally, the design of a reasonable and reliable, affordable electric vehicle reducer.We hope to contribute the development of electric vehicles, to make the world better ecological environment. Key words: electric vehicle, control system, main reducer, motor, bearing, transmission ratio 目 錄 引言 1 第一章緒 論 2 1.1課題研究背景 2 1.2研究的意義 2 1.3電動汽車發(fā)展?fàn)顩r ? 3 1.3.1國外電動汽車的發(fā)展概況? 4 1.3.2我國電動汽車的研究開發(fā) ? 4 1.4研究內(nèi)容 5 第二章整體設(shè)計方案 6 2.1驅(qū)動方式簡介 6 2.2電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的比較 6 2.3驅(qū)動系統(tǒng)的確定 7 2.4純電動汽車整車參數(shù)及性能指標(biāo)確定 8 第三章驅(qū)動電機(jī)和電池匹配 10 3.1驅(qū)動電動機(jī)種類比較及選擇 10 3.2 驅(qū)動電機(jī)型號的確定及參數(shù) 11 3.3傳動比的確定??? 13 3.4蓄電池的參數(shù)匹配 14 第四章汽車主減速器設(shè)計 17 4.1汽車主減速器概述 17 4.1.1主減速器的作用 17 4.2主減速器分類及介紹 18 4.2.1按數(shù)目分類 18 4.2.2按傳動比檔數(shù)分 18 4.2.3按結(jié)構(gòu)型式分 18 4.2主減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 18 4.3.1主減速器類型確定 19 4.3.2主減速器主動錐齒輪的支承型式及安置方法 19 4.3.3主減速器從動錐齒輪的支承型式及安置方法 20 第五章主減速器的基本參數(shù)選擇與計算載荷的確定 21 5.1齒輪計算載荷的確定 21 5.2主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 22 5.2.1齒數(shù)的選擇 22 5.2.2節(jié)圓直徑的選擇 23 5.2.3齒輪端面模數(shù)的選擇 24 5.2.4齒面寬的選擇 24 5.2.5雙曲面齒輪的偏移距E值 24 5.2.6齒輪螺旋方向 25 5.2.7螺旋角β的選擇 25 5.2.8齒輪法向壓力角的選擇 27 5.3螺旋錐齒輪幾何尺寸計算 28 5.4主減速器螺旋錐齒輪強(qiáng)度計算 30 5.4.1計算圓周力 30 5.4.2輪齒彎曲強(qiáng)度： 32 5.4.3輪齒接觸強(qiáng)度： 33 5.5齒輪的材料及熱處理： 34 第六章軸承的選用 36 6.1錐齒輪齒面上的作用力 36 6.2齒寬中點(diǎn)處的圓周力 37 6.3齒輪的軸向力和徑向力 38 6.4主減速器軸承載荷的計算 39 6.4.1齒輪軸承徑向載荷的計算 39 6.4.2軸承的校核 40 6.5本章小結(jié) 43 第七章軸的設(shè)計與校核 44 7.1主動齒輪軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計 44 7.2主動錐齒輪軸的校核 44 7.3本章小結(jié) 47 第八章繪圖 48 結(jié) 論 55 參考文獻(xiàn) 56 致謝 57 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 引言 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 引言 引言 環(huán)境污染日益嚴(yán)峻，能源危機(jī)日益逼近。汽車行業(yè)正面臨著極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以電能為主的電動汽車正逐步成為各國汽車研發(fā)的重點(diǎn)。汽車的主減速器作為汽車驅(qū)動系統(tǒng)中非常重要的傳力部件，是汽車的關(guān)鍵的部件之一，也是研發(fā)的重中之重。 隨著科技的發(fā)展，汽車的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多種多樣。汽車減速器也出現(xiàn)許多不同種類，主要是根據(jù)其齒輪類型、主、從動齒輪的安置方法和減速型式的不同而異。本文進(jìn)行了汽車驅(qū)動系統(tǒng)的整體系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計，以及電動機(jī)的設(shè)計和電池匹配，在其基礎(chǔ)之上主要進(jìn)行了主減速器的設(shè)計。主減速器設(shè)計的好壞關(guān)系到汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性以及噪聲、壽命等諸多方面。協(xié)調(diào)好各方關(guān)系以達(dá)到滿足使用要求的最佳目標(biāo)非常重要。希望本設(shè)計方案能為電動汽車減速器的發(fā)展盡微薄之力。 71 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 第一章 緒 論 1.1課題研究背景 環(huán)保與節(jié)能是二十一世紀(jì)全世界發(fā)展的主題。自世界上第一輛汽車由德國人卡爾·本茨（1844～1929）于1885年10月研制成功，到今天各式各樣的汽車，有100多年的歷史，汽車已成為人們生活中不可缺少的代步工具。截至2016年3月底，全國機(jī)動車保有量達(dá)2.83億輛，其中汽車1.79億輛。2015年全球汽車保有量12.36億輛左右，新能源汽車連零頭都達(dá)不到。按平均每輛汽車年消耗10-15桶石油制品計算，汽車的石油消耗量每年達(dá)到120-180億桶，占世界石油產(chǎn)量的一半以上。石油資源經(jīng)過長時期的現(xiàn)代化大規(guī)模地開采，石油資源已日漸枯竭，按科學(xué)家預(yù)測，地球上的石油資源如果按耳前的消耗水平，石油資源僅僅可以維持60-100年。石油價格的不斷上漲已對世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展形成巨大的威脅，人類將面臨更加嚴(yán)峻的石油資源的危機(jī)和挑戰(zhàn)。據(jù)估計汽車的排量可達(dá)總排放量的15%以上，另外汽車排放的：一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔?、二氧化硫、煙塵微粒（某些重金屬化合物、鉛化合物、黑煙及油霧）、臭氣（甲醛等）等有害氣體危及人的生命，對人體造成嚴(yán)重傷害。由于技術(shù)水平和汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的不規(guī)范，在我國由汽車排放導(dǎo)致的污染更甚。因此，開發(fā)清潔、環(huán)保、智能的電動汽車，才能是汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也是解決能源緊張和環(huán)境污染的有效途徑[1]。電動汽車的優(yōu)勢表現(xiàn)為：無污染、能源利用率高、結(jié)構(gòu)簡單、噪音小、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠?。 汽車主減速器是汽車中的重要傳力的部件。它能夠?qū)⑷f向傳動裝置產(chǎn)來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動車輪，以實(shí)現(xiàn)降速增扭。主減速器對提高汽車行駛平穩(wěn)性和其通過性有著不可或缺的作用，是汽車設(shè)計重點(diǎn)。 1.2研究的意義 1、有利于擺脫對石油資源的過度依賴，保障國家能源和經(jīng)濟(jì)安全； 2、有利于減少污染物和溫室氣體排放； 3、有利于實(shí)現(xiàn)中國汽車產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展； 4、可以帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，培育新的支柱產(chǎn)業(yè)； 5、保證汽車在給定的條件下有最佳動力性； 6、保證汽車足夠的離地間隙，以滿足通過性要求； 7、在各種載荷和工況下有較高的傳動效率； 1.3電動汽車發(fā)展?fàn)顩r?? 1839年蘇格蘭的羅伯特·安德森給四輪馬車裝上了電池和電動機(jī)，將其成功改造為世界上第一輛靠電力驅(qū)動的車輛。，比1885年誕生的汽車要早半個世紀(jì)。第一臺可以反復(fù)充電的電動汽車是法國人喬伍(M.Gustave?Trouve)發(fā)明的[2]。 電動汽車歷經(jīng)了三次發(fā)展浪潮。 第一次浪潮：在1899年和1900年期間，電動汽車的銷量要比其他類型的汽車銷量都要好。實(shí)際上，根據(jù)全美人口調(diào)查局的調(diào)查顯示，1900年，電動汽車生產(chǎn)量占到美國汽車總產(chǎn)量的28%份額，所出售的電動汽車總價值超過了當(dāng)年汽油和蒸汽汽車總和。電動汽車制造商在進(jìn)入上世紀(jì)20年代，迎來了自己的春天，電動汽車生產(chǎn)在1912年達(dá)到頂峰。當(dāng)時，福特生產(chǎn)的燃油汽車價格要比電動汽車價格便宜很多。比如，1912年，一款電動敞篷車的售價高達(dá)1750美元，而一款燃油汽車售價僅有650美元。并且，當(dāng)時新一代的燃油汽車獲得了改進(jìn)，其中包括電啟動，這樣使得燃油汽車操作難度大大降低。到1935年，電動汽車就變得很“罕見”了。 第二次浪潮：在1970年，美國頒布了《清潔空氣法案》，再加上1973年爆發(fā)的第一次石油危機(jī)，燃起了人們開發(fā)燃油汽車替代品的興趣。到1976年，美國國會采取措施，通過了電動和混合動力汽車研究開發(fā)和示范法案，該法案由美國能源部授權(quán)，用于支持和開發(fā)電動汽車和混合動力汽車。 第三次浪潮：2006年，特斯拉宣布計劃推出續(xù)航里程達(dá)到200英里的電動汽車，這條消息轟動整個電動汽車市場。到2011年，特斯拉擁有了其第一款電動汽車 Roadster，其續(xù)航里程超過了240英里，售價超過10萬美元。盡管特斯拉已經(jīng)擁有Model S轎車和Model X SUV，但在很大程度上講，它們還屬于小眾化產(chǎn)品。特斯拉計劃在2017年規(guī)?；a(chǎn)其面向大眾市場的電動汽車Model 3，這款汽車?yán)m(xù)航里程超過200英里，售價在3.5美元左右。 1.3.1國外電動汽車的發(fā)展概況? 美國和日本的電動汽車研究處于世界的領(lǐng)先地位。在美國大汽車銷售廠商制造的電動汽車有通用EVI以及S10_Electric(皮卡)、福特突擊隊員EV(皮卡)、戴姆勒一克萊斯勒EPIC(微型面包車)等。戴姆勒一克萊斯勒公司開發(fā)的“新電力車四代”續(xù)駛里程已經(jīng)達(dá)到450km。通用公司批量生產(chǎn)的Impact電動汽車采用了復(fù)合材料和輕鋁合金構(gòu)件、低彈滯后橡膠、薄胎面輪胎等新材料、新技術(shù)，一次充電最大續(xù)駛里程可達(dá)196km[3]。?????? 日本汽車保有量居世界第三，石油幾乎全部依靠進(jìn)口。因此日本政府十分重視電動汽車的研發(fā)。早在20世紀(jì)70年代就注意了電動車輛的研究和開發(fā)，在世界上處于領(lǐng)先地位。到2011年3月前，日本是毫無疑問的電動汽車第一國，擁有世界上最大的純電動消費(fèi)群，三菱的iMiEV電動車就是在此時誕生的。隨后，一場空前的地震與海嘯影響了日本的電動汽車發(fā)展，這場災(zāi)難不僅引發(fā)了日本的經(jīng)濟(jì)衰退和消費(fèi)信心下降，而且使日本國內(nèi)對核能發(fā)電的態(tài)度發(fā)生了變化。日本政府開始尋找既不用油也不用電的汽車解決方案，受到政府的支持，豐田和本田汽車幾乎放棄了電動汽車，轉(zhuǎn)而研發(fā)制造氫燃料電池車。 另外汽車發(fā)展的黃金地區(qū)歐洲也十分注重電動汽車發(fā)展，法國是一個缺少石油的國家，石油制品的價格很高，約是美國的4倍，法國大氣的污染源主要來自汽車的排放。因此，法國是全世界最積極研制和推廣電動汽車的國家之一。英國是當(dāng)今世界生產(chǎn)電動汽車較先進(jìn)和使用最廣泛的國家，使用歷史已有50年之久，上個世紀(jì)80年代中期英國就有12萬輛電動汽車在運(yùn)行，目前全國已擁有40萬輛電動汽車。瑞士、意大利、瑞典、丹麥、奧地利、捷克、匈牙利等也都在開展電動汽車的研發(fā)工作 1.3.2我國電動汽車的研究開發(fā)?? 我國政府也十分重視電動汽車關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)研究，早在“八五”期間就將電動汽車研究列入國家科技攻關(guān)計劃。十五、十一五期間，國家科技部組織了全國范圍的電動汽車科技攻關(guān)，構(gòu)建了“三縱三橫”的技術(shù)框架，取得重大進(jìn)展。習(xí)近平總書記和李克強(qiáng)總理對推進(jìn)電動汽車工作也有明確指示。在黨中央和國務(wù)院的正確領(lǐng)導(dǎo)下，我國電動汽車發(fā)展迅速。2014年，產(chǎn)銷量猛增至8萬輛，躍居世界第二。2015年，中國更以產(chǎn)銷37萬輛遙遙領(lǐng)先于世界各國。 1.4研究內(nèi)容 本文的主要研究內(nèi)容為：? 1、本文在借鑒傳統(tǒng)汽車的設(shè)計方法和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種符合純電動汽車自身特點(diǎn)的動力系統(tǒng)構(gòu)型方案。 2通過家用轎車整車結(jié)構(gòu)參數(shù)，對傳動比參數(shù)、電動機(jī)參數(shù)、電池組容量參數(shù)，減速器參數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行匹配計算。 3、 根據(jù)整車和各個部位參數(shù)，進(jìn)行總體設(shè)計，對驅(qū)動電機(jī)和電池進(jìn)行匹配。 4、 為保證汽車有最佳的動力性和經(jīng)濟(jì)性，合理的結(jié)構(gòu)以及必要的離地間隙，對汽車主減速器的設(shè)計。 5、 對軸承的選用，以及軸的設(shè)計與校核。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 整體設(shè)計方案 第二章 整體設(shè)計方案 2.1驅(qū)動方式簡介 電動汽車與燃油汽車的主要區(qū)別在于電動汽車通過電動機(jī)代替發(fā)動機(jī)，通過電池代替油箱。電動汽車結(jié)構(gòu)多種多樣，雖然大多數(shù)的電動汽車的參數(shù)是從成熟的燃油汽車中借鑒而來的，但電動汽車的結(jié)構(gòu)和許多性能與技術(shù)參數(shù)有它本身的特征。其中電力驅(qū)動技術(shù)被稱為電動汽車的心臟。本章在理論上對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，從而可滿足整車的動力性，同時降低成本并提高續(xù)駛里程。 2.2電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的比較 純電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)有多種不同的組合形式，不同的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可構(gòu)成不同機(jī)構(gòu)形式的電動汽車。電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)形式主要有以下幾種：（1）傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動形式、（2）機(jī)電集成化驅(qū)動形式、（3）機(jī)電一體化驅(qū)動形式、（4）輪轂電動機(jī)驅(qū)動形式[4]具體見圖2-1，各種驅(qū)動系統(tǒng)形式的對比分析見表2-1。 圖2-1常見驅(qū)動系統(tǒng) 表2-1常見驅(qū)動形式 結(jié)構(gòu)類型 （1）傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動模式 （2）電動機(jī)－驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng) （3）電動機(jī)－驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng) （4）輪轂電動機(jī)驅(qū)動形式 結(jié)構(gòu)特征 傳統(tǒng)燃油汽車的傳動系統(tǒng)，只是將發(fā)動機(jī)換成了電動機(jī) 在驅(qū)動電動機(jī)端蓋的輸出軸處加裝減速齒輪和差速器等，電動機(jī)、固定速比減速器、差速器的軸互相平行，一起組合成一個驅(qū)動整體。 這種傳動方案將電動機(jī)和傳動系統(tǒng)集成在一起，裝在驅(qū)動軸上 電動機(jī)裝在車輪輪轂中，由電機(jī)驅(qū)動車輪行駛 優(yōu)點(diǎn) 工作簡單，有利于軸荷的合理分配，設(shè)計周期短，成本低?？商岣唠妱訖C(jī)啟動轉(zhuǎn)矩，增加低速時的后備功率 結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，安裝簡單，布置靈活等。 傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，安裝方便，抗沖擊抗震能力強(qiáng)。使汽車有更好的動力性 傳動效率高，結(jié)構(gòu)更緊湊，汽車轉(zhuǎn)向靈活性，能充分利用路面附著力 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動系統(tǒng)零部件多，傳動系統(tǒng)過于冗長，傳動效率低，占用空間較大，質(zhì)量大。 對電機(jī)要求高，對電機(jī)的調(diào)速范圍和軸承的可靠性要求較高，要求電機(jī)有較高的啟動轉(zhuǎn)矩，較大的后備功率。 對電動機(jī)要求有大的啟動轉(zhuǎn)矩和后備功率，同時要求控制系統(tǒng)具有較高的控制精度，和良好的可靠性。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本大，受體積限制，電動機(jī)功率不高 2.3驅(qū)動系統(tǒng)的確定 本文綜合以上幾種驅(qū)動方式，設(shè)計了如下驅(qū)動方式。采用前置前驅(qū)的布置形式，將電動機(jī)、減速器相結(jié)合，使其結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，并采用電動機(jī)-驅(qū)動橋的驅(qū)動形式。本設(shè)計具有如下優(yōu)勢，能夠在低速下獲得較高的輸出轉(zhuǎn)矩，擁有較高的工作效率，較好的動力性和經(jīng)濟(jì)性，提高汽車高速行駛時的操縱穩(wěn)定性。不足之處在于結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，但在可接受程度內(nèi)。具體如圖2-2所示。 圖2-2本文驅(qū)動方式 2.4純電動汽車整車參數(shù)及性能指標(biāo)確定 本文參照一般家用緊湊型純電動轎車，對轎車傳動系統(tǒng)進(jìn)行了分析。最終確定本文研究的轎車整車參數(shù)表2-2。 表2-2轎車參數(shù)表 整車尺寸（mm） 4605/1765/1460 電池類型迎風(fēng)面積A（m2） 2.3 整備質(zhì)量（Kg） 1500 傳動效率ηT 0.9 離地間歇（mm） 130 續(xù)駛里程（Km） 200 前/后輪距（mm） 1517/1493 空氣阻力系數(shù)CD 0.32 軸距（mm） 2610 電池類型 鋰離子電池 驅(qū)動方式 前置前驅(qū) 滾動阻力系數(shù)f 0.015 輪胎規(guī)格 205/55 R16 車輪滾動半徑r（m） 0.316 同時，在汽車行駛過程中會行駛過不同路面，譬如：坡道行駛，農(nóng)村土路等。因此對電動汽車最大車速，最大爬坡度，加速時間和最大行駛里程等性能有具體要求。參照諸多資料，確定了緊湊型電動轎車的動力性能指標(biāo)： 1. 最高車速：≥130KM/h； 2. 最大爬坡度：≥30%； 3. 加速時間：10； 4. 蓄電池放電深度80%，能夠以速度60Km/h行駛200公里 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 驅(qū)動電機(jī)和電池匹配 第三章 驅(qū)動電機(jī)和電池匹配 3.1驅(qū)動電動機(jī)種類比較及選擇 電動機(jī)的性能與電動汽車的性能密切相關(guān)，相當(dāng)于燃油汽車的發(fā)動機(jī)，其重要性可見一般。所以，對驅(qū)動電機(jī)的選擇和參數(shù)匹配是設(shè)計電動汽車動力系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。驅(qū)動電機(jī)的性能必須要達(dá)到一定的要求，才能滿足汽車行駛過程中頻繁的加速、減速、爬坡、啟動、停車等不同需求。電動機(jī)轉(zhuǎn)速要滿足汽車從零速度到最高速度的要求，即電動機(jī)要?dú)W高功率比和高功率密度。 為了高性能地驅(qū)動電動汽車，驅(qū)動電機(jī)在性能上須達(dá)到一定的要求。汽車行駛的特點(diǎn)是頻繁地啟動、加速、減速、停車等。在低速或爬坡時需要高轉(zhuǎn)矩，在高速行駛時需要低轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)能滿足汽車從零到最高行駛速度的要求，即要求電動機(jī)具有高的比功率和功率密度。 目前市面上用于電動汽車的電動機(jī)主要有四種：直流電動機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)。其具體對比情況見表3-1. 表3-1 電機(jī)類型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 應(yīng)用前景 直流電機(jī) 結(jié)構(gòu)簡單，具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性 有刷，易產(chǎn)生電火花，引起電磁干擾，維修困難；價格高，體積大、重量大 初期產(chǎn)物，隨技術(shù)進(jìn)步，已處于淘汰地位 交流感應(yīng)電動機(jī) 結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，經(jīng)久耐用，價格低，功率較高，調(diào)速范圍廣，體積與質(zhì)量適中 控制裝置復(fù)雜 目前應(yīng)用最廣泛的電動機(jī) 永磁無刷電動機(jī) 直流電動機(jī) 控制器較簡單，效率高，體積小、質(zhì)量低，所以能量密度大 價格較貴，需檢測轉(zhuǎn)子磁極位置，永磁體可能發(fā)生退磁的問題 已在特殊電動汽車運(yùn)用，前景好，未來發(fā)展方向 交流電動機(jī) 開關(guān)磁阻電動機(jī) 結(jié)構(gòu)最簡單，簡單可靠，啟動轉(zhuǎn)矩大，可調(diào)范圍廣，效率高；控制靈活；成本低，體積小，質(zhì)量輕 轉(zhuǎn)矩波動大,系統(tǒng)具有非線性特性，電磁噪聲大,需要位置檢測器 尚未成熟，發(fā)展受限 綜上所述，永磁無刷直流電機(jī)具有優(yōu)越的起動和調(diào)速性能、無換向器和電刷、質(zhì)量輕、體積小、能量密度大，有較高的效率、轉(zhuǎn)矩慣量比、壽命久、噪音低、電子干擾小等優(yōu)點(diǎn)。同時直流電動機(jī)的驅(qū)動技術(shù)已經(jīng)成熟、其成本較低。因此本設(shè)計方案采用永磁無刷直流電動機(jī)。 3.2 驅(qū)動電機(jī)型號的確定及參數(shù) 驅(qū)動電機(jī)的功率包括額定功率和最大功率。電動汽車驅(qū)動電動機(jī)的最大功率應(yīng)能同時滿足汽車對最高車速、加速度以及爬坡度三個要求。電動機(jī)最大功率越大，則后備功率越多，加速爬坡性能越好，但同時體積質(zhì)量也會相應(yīng)增大，而且會使電動機(jī)不能經(jīng)常工作在功率峰值，造成功率浪費(fèi)，效率降低。因此電動機(jī)功率選擇要合理，應(yīng)根據(jù)電動汽車的最高車速、爬坡度和加速性三個方面來確定電動機(jī)的功率[5][6][7]。 （1） 根據(jù)純電動汽車的最高車速選擇 在選擇電動機(jī)功率時并且必須滿足純電動汽車最高車速的要求，以保證在良好的工況下，能以較高的車速行駛。對于主要作為城市代步工具的純電動轎車，大多數(shù)情況下是以中低速行駛的，因此，電動機(jī)的功率大體上應(yīng)等于但不小于汽車最高速度行駛時消耗的功率，否則會使其經(jīng)常處于部分負(fù)荷下工作，導(dǎo)致電動機(jī)效率大大下降，浪費(fèi)蓄電池有限的電能[4]。 （3-1） 式中M為整車質(zhì)量，f為滾動阻力系數(shù)，為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積（m2），為最高行駛車速（Km/h），將表2-2中數(shù)據(jù)帶入可得 （KW） （3-2） （2）根據(jù)車輛的爬坡性能要求選擇? 純電動汽車以某一車速vɑ（單位為km/h）爬上一定坡度i消耗的功率Pi（單位為kW）為： （3-3） 式中i為最大爬坡度為30%，取爬坡時車速為va=30 Km/h代入數(shù)據(jù)可得 （3-4） （3）根據(jù)純電動汽車的加速性能要求選擇? 電動汽車在t（單位為s）時間內(nèi)，在水平路面上從零車速加速到vj（單位為km/h）所需功率Pj（單位為kW）為： （3-5） 式中為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，在《汽車?yán)碚摗穂6]中根據(jù)igi0查得=1.065，為汽車加速過程中的瞬時速度?。?，為汽車加速度（m/s2），在汽車加速過程中汽車瞬時車速公式為[8]，式中vj為最大車速在此取100Km/h。X為擬合系數(shù)，一般取值0.5左右。 車輛在加速末時刻，電動機(jī)輸出功率最大，因此加速過程中最大功率為： （3-6） 式中為設(shè)計過程中的迭代步長，通常取0.1S即可滿足。根據(jù)汽車從0加速到100Km/h用時10S。將表2-2中數(shù)據(jù)帶入式3-6可得 （3-7） 純電動汽車驅(qū)動電動機(jī)的最大功率應(yīng)能同時滿足汽車對最高車速、加速度以及爬坡度三項動力指標(biāo)。并為驅(qū)動電機(jī)提供一定后備功率，所以純電動汽車電動機(jī)的最大功率應(yīng)滿足 電動機(jī)的額定功率Pe的計算方法，通常取我國高速公路最高限速120Km/h勻速行駛的功率為額定功率下限值[8][9]。 （3-8） 式中Pe為電動機(jī)額定功率，v=120Km/h，把數(shù)據(jù)帶入式3-8可得 （3-9） 取整，電機(jī)的額定功率Pe，取25kW；?Pmax為峰值功率，取100kW；? 根據(jù)電動機(jī)的額定功率要求查詢電工手冊[10]，選擇符合條件的電機(jī)，電機(jī)主要參數(shù)如表3-2所示。 表3-2電動機(jī)主要參數(shù) 參數(shù)名稱 符號 單位 數(shù)值 額定電壓 Ue V 220 額定電流 Ie A 114 額定轉(zhuǎn)矩 Te N·m 79.6 最大轉(zhuǎn)矩 Tm N·m 200 額定功率 Pe KW 25 最大功率 Pm KW 100 額定轉(zhuǎn)速 ne r/min 3000 最高轉(zhuǎn)速 nm R/min 8000 效率 % - 93 電源電壓 U V 220 質(zhì)量 m Kg 120 3.3傳動比的確定??? （1）傳動比的選擇首先應(yīng)滿足車輛最高車速的要求，由最高車速vmax與電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速nmax確定傳動比的上限。??? i0=0.377， （3-10） 其中：nmax=8000rpm，r=O．316m，umax=130km／h，則： （3-12） （2）由電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax和最高車速對應(yīng)的行駛阻力Fmax確定速比的下限。? （3-13） 其中， R=0.316，Tmax=200N·m （3-14） 由上述計算可知，為了滿足上述要求，經(jīng)綜合分析考慮，因電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，且不適宜取整，要選擇合適的傳動比，故本文確定減速器的主減速比為i0=3.9。 3.4蓄電池的參數(shù)匹配 純電動汽車動力電池一般為蓄電池是電動汽車的唯一動力源。目前之所以電動汽車發(fā)展受限，其主要就是電池技術(shù)難以突破。對于電動汽車的電池技術(shù)要求有：1足夠高的功率密度、2足夠高的能量密度、3足夠大的安全可靠性、4足夠的循環(huán)壽命5能夠接受的成本。在目前的電池技術(shù)下想要同時達(dá)到以上幾個方面的要求很苦難，我們要做的就是尋求五個方面的平衡。 目前，純電動汽車使用較多的幾種電池是鉛酸蓄電池、鎳氫金屬電池、鋰離子蓄電池。本文所采用車載電池為鋰離子電池，鋰電池具有能量密度高，輸出功率大，循環(huán)壽命長，無污染，負(fù)載能力大，可快速充放電的優(yōu)點(diǎn)，是目前市面上大多數(shù)電動汽車所采用的電池。本文主要對離子電池的工作電壓和能量進(jìn)行匹配計算。 （1） 電池組的工作電壓的確定 在匹配動力電池組的工作電壓時，要求電池組的電壓等級和驅(qū)動電機(jī)的電壓等級相一致，以滿足驅(qū)動電機(jī)電壓變化的要求。同時在電動汽車行駛過程中需要向車內(nèi)的其他設(shè)備進(jìn)行供電，故而電動汽車的工作電壓應(yīng)大于驅(qū)動電機(jī)的額定電壓。電池的電壓等級U0 由下式確定： （3-15） 式中，Ppeak為電動機(jī)峰值功率（Kw），且Ppeak=100Kw；I0max為電池組最大放電電流（A），且I0max≤300（A），以上系數(shù)帶入計算為U0≥333.33V 目前市場上單體鋰離子電池的額定電壓為3.6V，以及本文選擇電動機(jī)額定電壓為220V，并給予一點(diǎn)余量，去頂電池組為92個單體鋰離子電池組合，因此電池組電壓等級為：U0=331.2≈330V。 （2）電池組容量確定 電池組容量表示的是電池荷電量的多少。電池容量是指在一定放電制度下，電池放出的電量或是有效工作時間，是體現(xiàn)電池價值的最重要的參數(shù)，其可由下式計算： （3-16） 式中，C為電池組的容量（Ah），Wess為電池組能量（KW·h）；Uess為電池組平均工作電壓（V）。而純電動汽車，電池組能量的大小通常由其續(xù)駛里程決定，采用等速法對續(xù)駛里程這一性能指標(biāo)進(jìn)行計算，計算公式如下： Wess=Pele×t=Pele×（） （3-17） 而 （3-18） 式中，Pele為汽車以恒定速度行駛時所需的能量（Kw）；t為汽車持續(xù)時間（h）；S為汽車的持續(xù)行駛里程（Km），且取S=200Km；Vele為汽車的恒定行駛速度（Km/h）,且取Vele=60Km/h。將實(shí)車參數(shù)帶入計算得： （3-19） 將Pele值帶入式3-17得： （3-18） 再將Wess=19.20帶入3-13中可得： （3-17） 考慮到電池容量應(yīng)有所余量，故取C=60A·h。 綜上所述，電池組中單體電池的個數(shù)是92個，工作電壓約為330V，電池容量約為60A·h。 匹配結(jié)果本章通過對電動機(jī)選型匹配和電池的選擇匹配，最終確定如下緊湊型純電動轎車的主要參數(shù)表。 表2.5 緊湊型電動轎車動力傳動系匹配結(jié)果 匹配部件 參數(shù)名稱 參數(shù)值 參數(shù)名稱 參數(shù)值 電動機(jī) 電機(jī)類型 永磁無刷直流電機(jī) 額定扭矩（N.m） 79.6 額定功率（Kw） 25 峰值扭矩（N.m） 200 峰值功率（Kw） 100 額定電流（A） 114 額定轉(zhuǎn)速（r/min） 3000 峰值電流（A） 400 最高轉(zhuǎn)速（r/min） 8000 電機(jī)效率（%） 93 電池電壓（V） 330 電機(jī)重量（Kg） 150 動力電池 電池類型 鋰離子電池 工作電壓（V） 330 電池容量（A.h） 60 電池個數(shù) 92 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 汽車主減速器設(shè)計 第四章 汽車主減速器設(shè)計 4.1汽車主減速器概述 4.1.1主減速器的作用 汽車主減速器是汽車傳動系統(tǒng)中最關(guān)鍵的傳力部件之一。汽車正常行駛中電動機(jī)轉(zhuǎn)速通常在3000r/min左右，要使這么高的轉(zhuǎn)速降下來就只能依靠減速器。它承擔(dān)著在汽車傳動系中降低轉(zhuǎn)速、增大扭矩的作用。此外主減速器還有改變動力輸出方向的作用。 主汽車主減速器最主要的作用，就是減速增扭。發(fā)動機(jī)的輸出功率是一定的，當(dāng)通過主減速器將傳動速度降下來，便可以能獲得比較高的輸出扭矩，從而得到較大的驅(qū)動力。此外，汽車主減速器還有改變動力輸出方向、實(shí)現(xiàn)左右車輪差速或中后橋的差速功能。電動機(jī)的輸出是一個繞縱軸轉(zhuǎn)動的力矩，而車輪必須繞車輛的橫軸轉(zhuǎn)動，這就需要有一個裝置來改變動力的傳輸方向。主減速器的傳動比都是總傳動比的一個因子。有了這個傳動比，可以有效的降低對電動機(jī)的要求，這樣設(shè)計的好處是可以有效減小傳動系統(tǒng)的尺寸，使車輛的總布置更加合理。[11] 4.1.2主減速器要求 驅(qū)動橋中主減速器設(shè)計應(yīng)滿足如下基本要求：? 1.所選擇的主減速比要保證汽車既有最佳的動力性和經(jīng)濟(jì)性。? 2.保證有必要的離地間隙，齒輪其它傳動件工作平穩(wěn)，噪音小，合理的布置尺寸。 3.在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率。? 4.在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的行駛平順性；? 5.結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，維修調(diào)整方便。 6.與懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)； 4.2主減速器分類及介紹 4.2.1按數(shù)目分類 按照減速傳動的齒輪副的數(shù)目分類，可分為單級式主減速器和雙級式主減速器。 (1)單級主減速器 單級減速器就是一個主動椎齒輪(俗稱角齒)，和一個從動傘齒輪(俗稱盆角齒)，主動椎齒輪與傳動軸相連，從動傘齒輪貼在其右側(cè)，嚙合點(diǎn)向下轉(zhuǎn)動，與車輪前進(jìn)方向一致。主動錐齒輪直徑小，從動傘齒輪直徑大，以達(dá)到減速的功能。一半多應(yīng)用于小、中型車。 (2) 雙級主減速器 當(dāng)主減速器傳動比較大時，為保證汽車具有足夠的離地間隙，則需采用雙級主減速器。雙級減速器多了一個中間過渡齒輪，主動椎齒輪左側(cè)與中間齒輪的傘齒部分嚙合，傘齒輪同軸有一個小直徑的齒輪，小齒輪與從動齒輪嚙合。這樣主動錐齒輪與從動錐齒輪轉(zhuǎn)向相反，有兩級減速過程。 雙級減速由于使車橋體積增大，現(xiàn)在主要用于中、重型汽車，以及低速高扭矩的工程機(jī)械方面。 4.2.2按傳動比檔數(shù)分 按主減速器傳動比檔數(shù)分，可分為單速式與雙速式兩種。目前，國內(nèi)汽車基本都采用了傳動比固定的單速式主減速器。在雙速式主減速器上，設(shè)有供選擇的兩個傳動比，這種主減速器實(shí)際上又起到了變速器的作用。 4.2.3按結(jié)構(gòu)型式分 按減速齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，可分為圓柱齒輪式、圓錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪等型式。 在發(fā)動機(jī)橫向布置汽車的驅(qū)動橋上，主減速器往往采用簡單的斜齒園柱齒輪;在發(fā)動機(jī)縱向布置汽車的驅(qū)動橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪等型式。目前汽車的主減速器，大多采用螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。準(zhǔn)雙曲面齒輪工作平穩(wěn)性更好，彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度更高。當(dāng)主動齒輪軸線向下偏移時，可以降低傳動軸的位置，從而有利于降低車身及整車重心高度，提高汽車的行駛穩(wěn)定性。但是雙曲面齒輪沿齒長的縱向滑動會使摩擦損失增加，降低傳動效率而且它的壓力和摩擦功較大，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，抗膠合能力較低。必須選用可改善油膜強(qiáng)度和帶有防刮傷添加劑的雙曲面齒輪油來潤滑。 4.3主減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4.3.1主減速器類型確定 綜合以上對比介紹，結(jié)合本設(shè)計方案主減速比i0=3.9本設(shè)計方案采用單級單式雙曲面齒輪主減速器。以使得主減速器達(dá)到體積小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡單，布置合理的特點(diǎn)。 4.3.2主減速器主動錐齒輪的支承型式及安置方法 主減速器主動齒輪的支承型式及安置方法，對其支承剛度影響很大，這是齒輪能否正確嚙合、良好的工作并具有較高使用壽命的重要因素之一。? 目前汽車主減速器主動錐齒輪的支承型式有以下兩種：? 1懸臂式? 齒輪以其輪齒大端一側(cè)的軸頸懸臂式地支承于一對軸承上。為了增強(qiáng)支承剛度，應(yīng)使兩軸承支承中心間的距離齒輪齒面寬中點(diǎn)的懸臂長度大兩倍以上，同時比齒輪節(jié)圓直徑的70%還大，并使齒輪軸徑大于等于懸臂長。當(dāng)采用一對圓錐滾子軸承支承時，為了減小懸臂長度和增大支承間的距離，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的小端朝內(nèi)，而大端朝外，以縮短跨距，從而增加支承剛度。 2跨置式? 齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承，又稱騎馬式?？缰檬街С惺怪С袆偠却鬄樵黾?，大大減小齒輪在載荷作用下的變形，約為懸臂式支承的1／30以下。而主動錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。? 作為裝載質(zhì)量為2t以上的汽車，其減速器主動錐齒輪都采用跨置式支承。但是跨置式支承增加了導(dǎo)向軸承支座，使主減速器結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，成本提高。轎車和裝載質(zhì)量小于2t的貨車，常采用結(jié)構(gòu)簡單、成本低、質(zhì)量小的懸臂式結(jié)構(gòu)。 4.3.3主減速器從動錐齒輪的支承型式及安置方法 主減速器從動錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、支承間的距離和載荷在支承之間的分布而定。為了增加支承剛度，應(yīng)使支承間的距離應(yīng)盡可能減小。大多采用圓錐滾子軸承，安裝時圓錐滾子的大端朝內(nèi)，小端相背朝外。為防止從動齒輪的軸向偏移，圓錐滾子軸承應(yīng)預(yù)緊。球面圓錐滾子軸承對軸的歪斜可自動調(diào)整，這一點(diǎn)在當(dāng)主減速器從動齒輪軸承的尺寸較大時極為重要。向心推力軸承不需要調(diào)整，僅見于某些小型轎車的主減速器中。只有采用無軸向力的直齒或人字齒圓柱齒輪時，主減速器的從動齒輪才可以安裝在向心球軸承上。本設(shè)計方案依然采用圓錐滾子軸承的支撐形式。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 主減速器的基本參數(shù)選擇與計算載荷的確定 第五章 主減速器的基本參數(shù)選擇與計算載荷的確定 5.1齒輪計算載荷的確定 按照1發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩以及傳動系的最低檔傳動比、2驅(qū)動車輪打滑這兩種情況下作用于主減速器從動齒輪上的轉(zhuǎn)矩()的較小者，作為一般轎車在強(qiáng)度計算中驗算的計算載荷。 1.按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩以及最低檔傳動比來確定從動齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tje Tje=Temax·i1·i0·K0·ηT/n=200*4.717*3.9*0.9=3311N·M (5-1) 式中： i1——變速器最低檔傳動比，在此取4.717； i0——主減速器傳動比3.9； Temax——發(fā)動機(jī)量大轉(zhuǎn)矩，200N·M； K0——超載系數(shù)，對于一般乘用車、載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動的各類汽車取K=1； ηT——上述傳動部分的效率，在此取ηT=0.9； n——該車的驅(qū)動橋數(shù)目，改車前置前驅(qū)n=1； 2。按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 (5-2) G2——汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負(fù)荷,對后橋來說還應(yīng)考慮到汽車加速時的負(fù)荷增大量2000*9.8N ——輪胎對路面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取?=0.85；對越野汽車取=1.0；對于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級轎車取?=1.25； rr——車輪的滾動半徑0.316m ——分別為由所計算的主減速器從動齒輪到驅(qū)動輪之間的傳動效率和減速比(例如輪邊減速器等)=97%,=1 3上述計算載荷，是最大轉(zhuǎn)矩而并非正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩，不可用它作為疲勞磨損的依據(jù)。對于公路車輛來說，使用條件比較穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是由平均比牽引力的值來確定的，即主減速器從動齒輪的平均計算轉(zhuǎn)矩(m·N)為 （5-3） 式中： Ga——汽車滿載總重，2000*9.8N；? GT——所牽引的掛車滿載總重，0N，但僅用于牽引車；????? fR——道路滾動阻力系數(shù)，計算時轎車取fR=0.015； fH——汽車正常使用時平均爬坡能力系數(shù)，通常，轎車取0.08； r——車輪滾動半徑0.316 （5-4） 當(dāng)時 取 ,式中計算為負(fù)時，取0值 5-3式中rr、、n、Temax等見5-1/5-2式下說明。 （5-5） 5.2主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 5.2.1齒數(shù)的選擇 單級主減速器，齒數(shù)的選擇一般有以下幾點(diǎn)要求: 1、 為了均勻的磨合，，應(yīng)避免有公約數(shù)； 2、 為了有理想的齒面重疊系數(shù)和彎曲強(qiáng)度，對于轎車主、從動齒輪齒數(shù)之和應(yīng)不少于50； 3、 為保證足夠離地間隙，傳動比i0較大時，主動齒輪齒數(shù)z1應(yīng)該盡量小一些； 4、 主、從動齒輪齒數(shù)，應(yīng)根據(jù)不同傳動比選擇合理的數(shù)據(jù)。 本車的主減速比為3.9，主減速比較小，參考文獻(xiàn)[12]表5-1后選用 ， 表5-1 主減速器主動錐齒輪齒數(shù)選擇 傳動比（z2/z1） z1推薦 z1允許范圍 1.50~1.75 14 12~16 1.75~2.00 13 11~15 2.00~2.50 11 10~13 2.50~3.00 10 9~11 3.00~3.50 10 9~11 3.50~4.00 10 9~11 4.00~4.50 9 8~10 4.5~5.0 8 7~9 5.00~6.00 7 6~8 6.00~7.50 6 5~7 7.50~10.00 5 5~6 5.2.2節(jié)圓直徑的選擇 可根據(jù)從上式5-1、5-2、5-5中較小值按經(jīng)驗的公式選出： [13] （5-6） 式中：——從動錐齒輪節(jié)圓直徑，mm； ——直徑系數(shù)，??； ——計算轉(zhuǎn)矩，1856。 則 5.2.3齒輪端面模數(shù)的選擇 已選定，按照式計算出從動錐齒輪大端端面模數(shù)，并用下式校核： 式中——計算轉(zhuǎn)矩，1856； ——模數(shù)系數(shù)，取。 （5-7） 校核： [3] （5-8） 5.2.4齒面寬的選擇 汽車主減速器螺旋錐齒輪從動齒輪齒面寬F(mm)推薦為： （5-9） 主動齒輪的齒面寬為 （5-10） 式中——從動齒輪節(jié)圓直徑，172.05mm。 5.2.5雙曲面齒輪的偏移距E值 對于雙曲面齒輪，E值過大將引起齒面的早期磨損和擦傷；E值過小，則不能發(fā)揮雙曲面的特點(diǎn)。轎車汽車主減速器的值，應(yīng)E≤40%，E≤20%（從動齒輪節(jié)錐距）(從動齒輪節(jié)圓直徑)主傳動比越大則E值也應(yīng)愈大，但是應(yīng)保證不存在根切。所以E≤0.2=30mm 5.2.6齒輪螺旋方向 齒輪的螺旋方向分為“左旋”與“右旋”兩種。對著齒面看去，如果輪齒的彎曲方向從其小端至大端為逆時針走向，則稱為左旋齒輪，順時針時則為右旋齒輪。主、從動齒輪的螺旋方向相反。 齒輪螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)