中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘 要摘 要日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī)對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)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)發(fā)展，以使用電能的電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電動(dòng)汽車能真正實(shí)現(xiàn)“零污染”，現(xiàn)已成為各國(guó)汽車研發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)。在電動(dòng)汽車研發(fā)的眾多技術(shù)選型之中，依靠輪邊驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車逐漸成為一種新穎的電動(dòng)汽車選型方向。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的缺陷，本文設(shè)計(jì)了一種新型雙電機(jī)二級(jí)減速獨(dú)立驅(qū)動(dòng)橋。該方案采用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池作為動(dòng)力源，兩臺(tái)永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，依靠?jī)商诇p速齒輪組分別進(jìn)行減速，用短半軸來帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了包括電動(dòng)機(jī)、減速器和電池在內(nèi)的動(dòng)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(dòng)方案和匹配方法為新型動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)提供了一定借鑒。關(guān)鍵詞：電動(dòng)車輛；車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；構(gòu)型設(shè)計(jì)；電驅(qū)動(dòng)車橋50中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 AbstractAbstractWith the increasingly serious environmental pollution and the energy crisis, the auto industry is facing severe challenges. To the sustainable development of the automobile industry, the words major automobile companies are starting to research various new types of pollution-free environmentally friendly vehicles. In all development projects, the use of the Wheel-driven motors for electric cars can truly achieve“zero pollution”,it has become a vehicle of research and development focus. In a wide range of technical options of the electric vehicles, the Wheel-driven electric vehicles have become a new research direction.In order to make up the flaws of existing in-wheel motors driving system for electric vehicles, a new kind of two-motor independent wheel driving axle with two sets of deceleration gear clusters, has been designed. The system uses Lithium iron phosphate battery to provide driving force, two permanent magnetism synchronous motors as driven equipment, depends upon two sets of deceleration gear clusters to carry on the deceleration, leads wheel revolving with the semi axles. Based on the design, the parameters matching for electric motors, battery and reduction gears have been carried on.Take all above factors into consideration, this research provides some help for the development of new type drive systems.Key Words: electric vehicles; independent driving system of vehicles; configuration design; electric drive axl中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目 錄目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒 論11.1.題目背景和意義11.2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)21.3.存在問題4第二章 總體方案設(shè)計(jì)52.1.蓄電池的選擇52.2.電動(dòng)機(jī)的選擇及布置方案5第三章 電驅(qū)動(dòng)性能和動(dòng)力性能匹配計(jì)算103.1.驅(qū)動(dòng)輪所需的功率和轉(zhuǎn)速103.2.驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)確定113.3.減速比的確定123.4.動(dòng)力性分析123.5.電池組參數(shù)的選擇16第四章 主減速器的基本設(shè)計(jì)174.1.減速比的分配174.2.主減速器齒輪的基本設(shè)計(jì)174.2.1.軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算174.2.2.軸直徑的初算和軸承的初步選擇184.2.3.齒輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算19第五章 主減速器的主要校核295.1.輸入軸強(qiáng)度、軸承壽命及鍵的強(qiáng)度校核295.2.中間軸強(qiáng)度、軸承壽命及鍵的強(qiáng)度校核335.3.輸出軸強(qiáng)度、軸承壽命及鍵的強(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(dòng)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中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒 論第一章 緒 論 1.1. 題目背景和意義電動(dòng)汽車是一種以電力為動(dòng)力源, 以電控代替機(jī)械傳動(dòng), 以控制電動(dòng)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、壽命短, 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(dòng)汽車動(dòng)力性差, 蓄電池壽命不高, 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(dòng)汽車的發(fā)展再次獲得生機(jī)1。電動(dòng)汽車經(jīng)過百余年實(shí)踐, 證明它具有污染少、噪聲低、振動(dòng)小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)和充電方法的發(fā)展和改進(jìn), 以及電控技術(shù)與電動(dòng)機(jī)性能的新突破和改善, 所有這些就導(dǎo)致了80年代末和90年代初第二次電動(dòng)汽車熱的出現(xiàn)。近些年，汽車制造商在不斷推動(dòng)電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，并開始將電動(dòng)汽車商業(yè)化。在世界范圍內(nèi)，尤其在美國(guó)、日本和歐洲，許多汽車生產(chǎn)商開始生產(chǎn)電動(dòng)汽車或者涉及電動(dòng)汽車領(lǐng)域。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車工業(yè)進(jìn)入迅猛發(fā)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(guó)家出臺(tái)的汽車排放法規(guī)和能耗標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)，汽車使用成本越來越高，汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)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(jiǎn)單，使用維修費(fèi)用低廉的小型四輪純電動(dòng)汽車，可成為緩解我國(guó)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(gè)方面：1) 落實(shí)保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排國(guó)策 研發(fā)的小型純電動(dòng)汽車能僅為燃油汽車的1/51/4，且使用過程零污染，是中國(guó)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(duì)國(guó)家能源戰(zhàn)略安全將發(fā)揮重大作用 我國(guó)是石油資源相對(duì)貧乏的國(guó)家，2007年原油進(jìn)口量達(dá)1.68億噸，對(duì)外依存度過高，給國(guó)家整個(gè)經(jīng)濟(jì)安全帶來嚴(yán)重不穩(wěn)定因素，若有20%的家庭用車改為小型純電動(dòng)汽車，每年節(jié)省的燃油消耗是巨大的。3) 實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展 縱觀我國(guó)汽車工業(yè)，近幾年出現(xiàn)了井噴式增長(zhǎng)，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(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的差距依然巨大，在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱及汽車電控等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域仍受制于人。從可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)跨越的角度大力發(fā)展小型純電動(dòng)汽車對(duì)于提升我國(guó)汽車尤其是乘用車產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的戰(zhàn)略意義。4) 可回收利用的能量多2 對(duì)電動(dòng)汽車而言，很容易利用電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電的功能回收制動(dòng)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(dòng)汽車都具有下坡、制動(dòng)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(dòng)汽車的續(xù)駛里程可增加10%15%。1.2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1991年美國(guó)三大汽車公司簽訂協(xié)議，合作研究電動(dòng)汽車用的先進(jìn)電池，成立美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合體USABC（United States Advanced Battery Consortium）,同年7月美國(guó)電力研究院EPRI(Electric Power Research Institute)參加了美國(guó)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(dòng)轎車，該車采用鉛酸電池與高新技術(shù)。從此掀起了一個(gè)以高新技術(shù)為基礎(chǔ)、得到各國(guó)政府大力支持的、世界性的電動(dòng)汽車研發(fā)熱潮2。截止到1998年底，全世界有9個(gè)大型汽車廠10種純電動(dòng)汽車投入小規(guī)模生產(chǎn)，如表1-1所示：表1-1國(guó)外10種純電動(dòng)汽車的基本情況8年份生產(chǎn)廠商車型1994日本大發(fā)汽車公司電動(dòng)微型面包車Hi-Jet EV1995法國(guó)標(biāo)致雪鐵龍公司電動(dòng)4座小型轎車P106.SAXO及其客貨車1996美國(guó)通用汽車EV-11996日本豐田公司電動(dòng)5座小型轎車RAV4EV(氫鎳)1996日本豐田公司電動(dòng)4座小型轎車Plus(氫鎳)1996法國(guó)雷諾公司電動(dòng)4座小型轎車Ctio(鉻鎳電池)1997美國(guó)福特公司電動(dòng)2座輕型皮卡(客貨車)Ramger1997美國(guó)克萊斯勒公司電動(dòng)4座小型轎車Epic1997美國(guó)通用公司電動(dòng)2座輕型皮卡S-101998日本日產(chǎn)公司電動(dòng)4座輕型轎車Aitra 近些年來，致力于純電動(dòng)汽車研發(fā)活動(dòng)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(guó)電力公司、東京電力公司，以及東芝、日立、東洋電機(jī)、三洋電機(jī)、旭化成、NEC等機(jī)電跨國(guó)公司。2001年，法國(guó)電力公司和博洛爾集團(tuán)（Group BOLLORE）成立了一個(gè)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(dòng)藍(lán)色轎車（Blue car）；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(dòng)輪轎車（第二代純電動(dòng)轎車）運(yùn)動(dòng)型小馬（Colt）牌5人座的低中級(jí)電動(dòng)輪轎車；通用在2007上海國(guó)際汽車工業(yè)博覽會(huì)推出新款雪佛蘭Volt概念車，采用了最新研發(fā)的E-Flex 動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。 雖然我國(guó)汽車工業(yè)相對(duì)落后，但近些年也得到了飛速的發(fā)展。國(guó)內(nèi)企業(yè)從事純電動(dòng)汽車研發(fā)、少量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與試運(yùn)營(yíng)的有東風(fēng)、天津清源、北京理工科凌、比亞迪等企業(yè)。2006年，我國(guó)第一批純電動(dòng)轎車取得了產(chǎn)品準(zhǔn)入公告。東風(fēng)公司是國(guó)內(nèi)最早從事電動(dòng)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(gè)品種的純電動(dòng)車，包括東風(fēng)純電動(dòng)轎車（EQ7160EV）、純電動(dòng)富康轎車（EQ7140EV）、純電動(dòng)客車（EQ6690EV）等；十五”期間，國(guó)家863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)項(xiàng)目中純電動(dòng)轎車研制點(diǎn)之一在天津汽車。天津市電動(dòng)車輛研究中心與天津一汽產(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，組建天津清源電動(dòng)車輛有限責(zé)任公司，承擔(dān)863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“XL-2純電動(dòng)轎車”研發(fā)工作，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)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，0千米/小時(shí)50千米/小時(shí)的加速時(shí)間6.8秒，被認(rèn)為是國(guó)內(nèi)水平最高又最接近產(chǎn)業(yè)化的電動(dòng)車型；同時(shí)，北京理工大學(xué)作為整車總體單位承擔(dān)了 863 電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)“純電動(dòng)客車項(xiàng)目”，作為技術(shù)依托單位承擔(dān)了北京市科技奧運(yùn)電動(dòng)汽車特別專項(xiàng)“電動(dòng)汽車運(yùn)行示范、研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”等項(xiàng)目。已完成純電動(dòng)低地板公交車、純電動(dòng)中巴客車、純電動(dòng)旅游客車、純電動(dòng)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)行了 40 余輛的小批量試生產(chǎn)，各項(xiàng)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)駛里程、噪聲等指標(biāo)已達(dá)到或接近國(guó)際水平；著名電池制造商比亞迪在動(dòng)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)間已縮短到89小時(shí)，最高續(xù)駛里程可達(dá)450500公里，最高時(shí)速可達(dá)120180公里/小時(shí)，0100公里/小時(shí)加速時(shí)間小于13秒。 圖1-1豐田純電動(dòng)概念車AEV9 圖1-2比亞迪e6純電動(dòng)crossover車型9 在電動(dòng)汽車產(chǎn)品開發(fā)中，采用多電機(jī)進(jìn)行車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)相對(duì)于單電機(jī)驅(qū)動(dòng)而言，簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，提高了驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)化。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 近幾年，國(guó)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(guó)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(guó)通用公司、法國(guó)TM4公司、標(biāo)志雪鐵龍公司、德國(guó)大眾奧迪公司、西門子公司、英國(guó)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(dòng)汽車。在國(guó)內(nèi)，同濟(jì)大學(xué)、北京理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、比亞迪汽車公司、北京三環(huán)通用電氣公司、中船總公司724研究所和北京藍(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)行了類似電動(dòng)汽車的開發(fā)。但是，由于車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和控制策略不夠完善，各國(guó)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(chǎng)地車和工程車在內(nèi)的低速車輛。 在未來30年里，純電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車都將會(huì)市場(chǎng)化，并且會(huì)占有各自的市場(chǎng)份額。純電動(dòng)汽車適合于特定的市場(chǎng)，如社區(qū)交通、電價(jià)便宜、使用方便的地區(qū)和零排放管制的城市；而混合電動(dòng)汽車則適合于長(zhǎng)途運(yùn)輸。純電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車市場(chǎng)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(huì)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 41、初始成本高 目前純電動(dòng)汽車的價(jià)格一般為同級(jí)燃油汽車的25倍。當(dāng)然生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大后，會(huì)有一定幅度的降低，但仍難以達(dá)到燃油汽車的水平?；旌蟿?dòng)力汽車價(jià)格明顯高于同級(jí)別的燃油汽車。 為了降低電動(dòng)汽車的成本，人們正在努力改善電動(dòng)汽車的各個(gè)子系統(tǒng)，比如電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器，電子控制器、能量管理系統(tǒng)、充電器、電池以及其他輔助設(shè)施，同時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車整車系統(tǒng)進(jìn)行綜合和優(yōu)化。當(dāng)然，除了對(duì)電動(dòng)汽車各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和整車系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化外，我們應(yīng)該努力提高全球的電動(dòng)汽車水平，集中東西方的力量共同解決有關(guān)電動(dòng)車的一些問題，尤其是生產(chǎn)成本問題。東方一些國(guó)家如中國(guó)、印度、泰國(guó)和馬來西亞能提供廉價(jià)的勞動(dòng)力，而西方一些國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)和法國(guó)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(dòng)力和高新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，電動(dòng)汽車的生產(chǎn)成本就會(huì)大大降低。2、續(xù)駛里程短 能量密度低是除混合電動(dòng)汽車外的電動(dòng)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范圍為35110Wh/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110340倍，即使把電動(dòng)機(jī)的工作效率高于發(fā)動(dòng)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(guó)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(dòng)汽車的續(xù)駛里程。3、必須重新建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施 為了克服蓄電池充電時(shí)間長(zhǎng)的問題，需要在停車場(chǎng)或車庫(kù)建設(shè)類似燃油汽車加油站的快速充電站，氫燃料電池汽車則需要解決氫的來源問題和建設(shè)加氫站等設(shè)施。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 總體方案設(shè)計(jì)第二章 總體方案設(shè)計(jì)純電動(dòng)汽車的組成如圖2-1所示。純電動(dòng)汽車主要由三個(gè)子系統(tǒng)組成：電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。電力驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置。能源子系統(tǒng)包括能源及能量管理系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)包括助力轉(zhuǎn)向單元、溫控單元和輔助動(dòng)力供給單元等。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。222圖 2-1純電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)2.1. 蓄電池的選擇 蓄電池作為電動(dòng)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(dòng)力性和續(xù)駛里程的需要，還應(yīng)具有與車輛使用壽命相當(dāng)?shù)难h(huán)壽命、高效率、良好的性能價(jià)格比及免維護(hù)性?？捎糜陔妱?dòng)汽車的蓄電池歸類為鉛酸電池、鎳基電池、金屬空氣電池、鈉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壽命、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(dòng)力電池的佼佼者，表2-1為磷酸鐵鋰動(dòng)力電池性能及與其他電池性能的比較。 因此，此設(shè)計(jì)采用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池作為其能量源。2.2. 電動(dòng)機(jī)的選擇及布置方案 純電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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:較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩來保證純電動(dòng)汽車的良好的起動(dòng)和加速性表2-1磷酸鐵鋰動(dòng)力電池性能及與其他電池性能的比較能;較寬的恒功率范圍，保證純電動(dòng)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;較大范圍的調(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(duì)加速踏板的控制，隨即地調(diào)整純電動(dòng)汽車的行駛速度和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力;電機(jī)的外形尺寸要求盡可能小，質(zhì)量盡可能輕: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(zhǎng)期工作，運(yùn)行時(shí)噪音低，維修方便。2.2.1. 電動(dòng)機(jī)的選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能直接決定著驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能。目前純電動(dòng)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，總的發(fā)展趨勢(shì)是由通用電機(jī)向?qū)Ｓ秒姍C(jī)發(fā)展，由直流電機(jī)向交流電機(jī)發(fā)展。通過對(duì)純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率進(jìn)行比較，直流電機(jī)的傳動(dòng)效率最低，感應(yīng)電機(jī)的傳動(dòng)效率較高，永磁同步電機(jī)的傳動(dòng)效率為最高。采用數(shù)字評(píng)分的方法來比較上述幾種電機(jī)的性能，主要對(duì)電機(jī)的六個(gè)方面的性能加以評(píng)價(jià)，每個(gè)性能的得分為1-5分，表2-2給出了比較結(jié)果。表2-2各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能比較直流電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)永磁無刷電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)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成本4534綜合22262523由表2-2可知，永磁無刷電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的綜合性能較好。雖然感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有體積較小、成本較低、調(diào)速范圍寬、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，但是由于永磁無刷電動(dòng)機(jī)沒有傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的電刷和換向器，因此永磁無刷電動(dòng)機(jī)幾乎可與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)競(jìng)爭(zhēng)媲美，而且具有如下優(yōu)點(diǎn)：1) 由于電動(dòng)機(jī)由高能永磁材料勵(lì)磁，對(duì)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(dòng)機(jī)；3) 電動(dòng)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(lì)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(dòng)態(tài)性能好。綜上所述，此設(shè)計(jì)初步選用永磁無刷電動(dòng)機(jī)。在永磁無刷電動(dòng)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(dòng)，故初步定為永磁同步電機(jī)。2.2.2. 電動(dòng)機(jī)的布置方案在電動(dòng)汽車中，一種是采用單個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，另一種是采用多個(gè)電動(dòng)機(jī)一起單獨(dú)驅(qū)動(dòng)每一個(gè)車輪。單電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：由于只用一個(gè)電動(dòng)機(jī)，它能最大限度的減小型相應(yīng)的體積、質(zhì)量及成本。而多電機(jī)結(jié)構(gòu)能減小單個(gè)電機(jī)的電流和功率的額定值，并能均衡電動(dòng)機(jī)的尺寸和質(zhì)量。單電機(jī)和雙電機(jī)結(jié)構(gòu)的比較如表2-3所示。表2-3單電機(jī)和雙電機(jī)結(jié)構(gòu)的比較單電機(jī)結(jié)構(gòu)雙電機(jī)結(jié)構(gòu)成本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(dòng)方案。2.2.3. 電動(dòng)機(jī)的減速裝置通常對(duì)于電動(dòng)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(dòng)的比較固定速比可變速比電動(dòng)機(jī)額定值較高較低逆變器額定值較高較低成本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(dòng)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。2.2.4. 電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式 雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，且電機(jī)軸與驅(qū)動(dòng)軸相互平行的電驅(qū)動(dòng)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(dòng)橋式，如圖2-2所示。2) 直接驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)輪，如圖2-3所示。3) 帶輪邊減速器式電動(dòng)輪，如圖2-4所示。圖2-2雙電機(jī)整體驅(qū)動(dòng)橋式圖2-3直接驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)輪圖2-4帶輪邊減速器式電動(dòng)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(duì)匹配車型進(jìn)行小范圍的改動(dòng)，電驅(qū)動(dòng)車橋性能和基型轎車驅(qū)動(dòng)車橋保持兼容性（傳動(dòng)軸及車輪部分基本不變），所以選擇第一種方案。 這種獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)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(dòng)化改型的難度；車橋采用斷開式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)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(dòng)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，避免了輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所帶來的缺陷，有利于改善車輛的動(dòng)力學(xué)性能；采用二級(jí)減速器，能有效減小傳動(dòng)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)成本和質(zhì)量，并提高系統(tǒng)可靠性；可以比較方便的在減速器中加入防滑裝置，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(dòng)，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(tái)永磁同步電機(jī)作為動(dòng)力源，依靠?jī)商诇p速齒輪組分別進(jìn)行減速，用短半軸驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，以高能量鋰離子動(dòng)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(dòng)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(dòng)裝置，對(duì)于電動(dòng)車輛而言，轉(zhuǎn)彎時(shí)采用前輪驅(qū)動(dòng)比后輪動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)效率可以提高20%以上，能夠充分利用電動(dòng)車輛的車載能量，提高續(xù)駛里程，節(jié)約成本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(duì)傳統(tǒng)前置前驅(qū)內(nèi)燃機(jī)車輛進(jìn)行改裝時(shí)，原則上只要移除現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行替換即可。由于電動(dòng)機(jī)和減速器安裝在發(fā)動(dòng)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)成本。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電驅(qū)動(dòng)性能和動(dòng)力性能匹配計(jì)算第三章 電驅(qū)動(dòng)性能和動(dòng)力性能匹配計(jì)算電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)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)基本的控制策略，在保證整車動(dòng)力性的前提下，以經(jīng)濟(jì)性為主要目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算31。目前，由于適用于電動(dòng)汽車的電機(jī)種類較少，所以，應(yīng)首先確定驅(qū)動(dòng)輪應(yīng)提供的功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，再進(jìn)行電機(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)行電池組參數(shù)的選擇。表3-1是電驅(qū)動(dòng)性能和動(dòng)力性能匹配計(jì)算的參數(shù)選擇。表3-1基本參數(shù)參數(shù)數(shù)值整車質(zhì)量m / kg1100車輪滾動(dòng)半徑0.283風(fēng)阻系數(shù)0.33滾動(dòng)阻力系數(shù)0.015旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)1.03迎風(fēng)面積A/m21.95傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率0.9412電動(dòng)機(jī)及其控制器效率0.90蓄電池的平均放電效率0.953.1. 驅(qū)動(dòng)輪所需的功率和轉(zhuǎn)速?gòu)谋ＷC車輛預(yù)期的最高車速來確定需求功率 (3- 1)式中，驅(qū)動(dòng)輪應(yīng)提供的最大功率；車輛最高速度；整車質(zhì)量； 重力加速度，取9.8；滾動(dòng)阻力系數(shù)；空氣阻力系數(shù)；迎風(fēng)面積。驅(qū)動(dòng)輪應(yīng)提供的最大功率要滿足車輛起動(dòng)、加速、最高車速、最大爬坡度的綜合要求。當(dāng)時(shí)則取每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪所需的最大功率為16kW，相應(yīng)轉(zhuǎn)速為驅(qū)動(dòng)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。3.2. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)確定由上可知，電機(jī)的最大功率為16kW。電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為 (3- 2)結(jié)合現(xiàn)在試驗(yàn)車中所裝的電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)并考慮最高車速對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為其最高轉(zhuǎn)速的90%95%。初步確定電動(dòng)機(jī)的基本技術(shù)指標(biāo),如表3-2所示。表3-2電動(dòng)機(jī)的基本技術(shù)指標(biāo)最大轉(zhuǎn)矩90額定轉(zhuǎn)矩30峰值功率16額定功率8最高轉(zhuǎn)速6300額定轉(zhuǎn)速2550電動(dòng)機(jī)功率特性曲線，見圖3-1。圖3-1電動(dòng)機(jī)功率特性曲線電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線，見圖3-2。圖3-2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線3.3. 減速比的確定由公式得(3- 3)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩還要滿足地面附著條件的要求，即 (3- 4) 式中，為地面附著系數(shù)，取。3.4. 動(dòng)力性分析驅(qū)動(dòng)力： (3- 5)行駛速度： (3- 6)行駛阻力計(jì)算如下：滾動(dòng)阻力： (3- 7)空氣阻力： (3- 8)爬坡度： (3- 9)加速度： (3- 10)1) 驅(qū)動(dòng)力行駛阻力平衡圖，見圖3-3。圖3-3驅(qū)動(dòng)力行駛阻力平衡圖結(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)算及加速度倒數(shù)曲線，見圖3-5a、圖3-5b、圖3-5c。圖3-5a加速度倒數(shù)曲線圖3-5b 0-1700r/min時(shí)加速度倒數(shù)曲線圖3-5c 1700-6000r/min時(shí)加速度倒數(shù)曲線結(jié)論：050km/h的加速時(shí)間為5.9916s；5080km/h的加速時(shí)間為6.7037s。電動(dòng)汽車在平均車速下，克服行駛阻力的單位里程消耗的能量為： (3- 11)則 續(xù)駛里程; (3- 12)式中，電動(dòng)機(jī)及其控制器效率；蓄電池的平均放電效率；F汽車勻速行駛情況下總的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為時(shí)，汽車達(dá)到經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速, ,汽車以此速度勻速行駛時(shí)，續(xù)駛里程為(3- 13)3.5. 電池組參數(shù)的選擇已知：整車電壓： 單位質(zhì)量容量：?jiǎn)挝焕锍滔模阂螅豪m(xù)駛里程：則，電池充滿后的總能量為(3- 14)取 能量源的容量為(3- 15)電池重量為(3- 16)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 主減速器的基本設(shè)計(jì)第四章 主減速器的基本設(shè)計(jì).本章所需查找的圖表和參數(shù)均出自文獻(xiàn)17。4.1. 減速比的分配如圖4-1所示的二級(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比最優(yōu)分配模型18。總傳動(dòng)比為，設(shè)齒輪分度圓直徑依次為，且。圖4-1二級(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比最優(yōu)分配模型 中心距： (4- 1)并給定條件，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，,則： (4- 2)因，故： (4- 3)當(dāng)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)齒輪的過程中不可能恰好相等，故可將二者設(shè)計(jì)的近可能相近。因此，此處可使 4.2. 主減速器齒輪的基本設(shè)計(jì)17 20 21 224.2.1. 軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算1. 各軸轉(zhuǎn)速(4- 4) (4- 5) (4- 6)式中，為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。2. 各軸輸入功率 (4- 7) (4- 8)(4- 9)式中，軸承傳動(dòng)效率，??； 齒輪嚙合傳動(dòng)效率，取。3. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 (4- 10) (4- 11) (4- 12)4.2.2. 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： (4- 13)由于此軸同一截面上開有一個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)加大3%，則：考慮到與電機(jī)輸出軸的配合情況，圓整得：2) 第二軸： (4- 14)由于此軸同一截面上開有兩個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)加大7%，則：圓整得：3) 第三軸： (4- 15)由于此軸同一截面上開有一個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)加大3%，則：圓整得：2、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(hào)分別為30206、30206和30207。4.2.3. 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(dòng)；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(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算1.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5462HRC； 大齒輪：17CrNiMo6，滲碳淬火，齒面硬度5462HRC。 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：。根據(jù)圖4-7ME曲線查得輪齒彎曲疲勞極限應(yīng)力如下：根據(jù)圖4-8a查得接觸壽命系數(shù)為：根據(jù)圖4-8b查得彎曲壽命系數(shù)為：其中： (4- 16)(4- 17)再查4-3，取安全系數(shù)如下：，于是 (4- 18) (4- 19) (4- 20) (4- 21)2.分析失效、確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 由于要設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)是封閉在減速器箱體內(nèi)的，屬閉式傳動(dòng)，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(dòng)可按輪齒的彎曲疲勞承載能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定主要參數(shù)，再驗(yàn)算齒面接觸疲勞承載能力。3.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： (4- 22)確定計(jì)算載荷小齒輪轉(zhuǎn)矩 (4- 23) (4- 24)查表4-7初選，考慮本齒輪傳動(dòng)是斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷有輕微沖擊，軸承相對(duì)齒輪不對(duì)稱布置。取載荷系數(shù)K=1.4查齒寬系數(shù)查表4-11，硬齒面取初選，則(4- 25)(4- 26)查圖4-16，得兩輪復(fù)合齒形系數(shù)為由于，將齒輪1參數(shù)代入計(jì)算，于是由表4-10取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，則 (4- 27)取中心距則 （4- 28）4.選擇齒輪精度等級(jí)(4-29)齒輪圓周速度(4-30)查表4-9，并考慮該齒輪傳動(dòng)用途，選擇6級(jí)精度。5.精確計(jì)算計(jì)算載荷查表4-4， ；查圖4-9，；齒輪傳動(dòng)嚙合寬度(4- 31)取 (4- 32)查表4-6，查表4-5，=0.31，減速器軸剛度較大，=1.02；(4- 33)6.驗(yàn)算輪齒接觸疲勞承載能力(4- 34)區(qū)域系數(shù)查圖4-13，標(biāo)準(zhǔn)齒輪；彈性系數(shù)查表4-8，；因?yàn)樾↓X輪的許用齒面接觸疲勞應(yīng)力值較小，故將代入，于是結(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(4- 35)(4- 36)查圖4-19，得=0.79結(jié)論：輪齒彎曲疲勞承載能力足夠。8.齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算見圖4-1。表4-1低速級(jí)齒輪的基本幾何尺寸名稱計(jì)算公式小齒輪大齒輪法向模數(shù)/mm2.52.5法向壓力角螺旋角分度圓直徑d/mm=47.86=104.14齒頂高/mm=2.5=2.5齒根高/mm =3.125 =3.125齒全高h(yuǎn)/mm=5.625=5.625齒頂圓直/mm齒根圓直徑/mm頂隙c/mm標(biāo)準(zhǔn)中心距a/mm節(jié)圓直徑dmm傳動(dòng)比i（二） 低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算1.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5462HRC； 大齒輪：17CrNiMo6，滲碳淬火，齒面硬度5462HRC。 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：。根據(jù)圖4-7ME曲線查得輪齒彎曲疲勞極限應(yīng)力如下：根據(jù)圖4-8a查得接觸壽命系數(shù)為：根據(jù)圖4-8b查得彎曲壽命系數(shù)為：其中：(4- 37） (4- 38）再查4-3，取安全系數(shù)如下：，于是 (4- 39) (4- 40) (4- 41) (4- 42)2.分析失效、確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 由于要設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)是封閉在減速器箱體內(nèi)的，屬閉式傳動(dòng)，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(dòng)可按輪齒的彎曲疲勞承載能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定主要參數(shù)，再驗(yàn)算齒面接觸疲勞承載能力。3.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(4- 43)確定計(jì)算載荷小齒輪轉(zhuǎn)矩 (4- 44) (4- 45)查表4-7初選，考慮本齒輪傳動(dòng)是斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷有輕微沖擊，軸承相對(duì)齒輪不對(duì)稱布置。取載荷系數(shù)K=1.4查齒寬系數(shù)查表4-11，硬齒面取初選，則(4- 46)(4- 47)查圖4-16，得兩輪復(fù)合齒形系數(shù)為由于，將齒輪3參數(shù)代入計(jì)算，于是由表4-10取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，則(4- 48)取中心距則 (4- 49)4.選擇齒輪精度等級(jí)(4- 50)齒輪圓周速度(4- 51)查表4-9，并考慮該齒輪傳動(dòng)用途，選擇7級(jí)精度。5.精確計(jì)算計(jì)算載荷查表4-4， ；查圖4-9，；齒輪傳動(dòng)嚙合寬度(4- 52)取 (4- 53)查表4-6，查表4-5，=0.475，減速器軸剛度較大，=1.02；6.驗(yàn)算輪齒接觸疲勞承載能力(4- 54)區(qū)域系數(shù)查圖4-13，標(biāo)準(zhǔn)齒輪；彈性系數(shù)查表4-8，；因?yàn)樾↓X輪的許用齒面接觸疲勞應(yīng)力值較小，故將代入，于是結(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(4-55)(4- 56)查圖4-19，得=0.74 結(jié)論：輪齒彎曲疲勞承載能力足夠。8.齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算，見表4-2表4-2高速級(jí)齒輪的基本幾何尺寸名稱計(jì)算公式小齒輪大齒輪法向模數(shù)/mm2.52.5法向壓力角螺旋角分度圓直徑d/mm=53.83=116.16齒頂高/mm=2.5=2.5齒根高/mm =3.125 =3.125齒全高h(yuǎn)/mm =5.625 =5.625齒頂圓直/mm齒根圓直徑/mm頂隙c/mm名稱計(jì)算公式小齒輪大齒輪標(biāo)準(zhǔn)中心距a/mm節(jié)圓直徑dmm傳動(dòng)比i中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章 主減速器的主要校核第五章 主減速器的主要校核175.1. 輸入軸強(qiáng)度、軸承壽命及鍵的強(qiáng)度校核1. 輸入軸強(qiáng)度輸入軸的結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1小齒輪軸的結(jié)構(gòu)圖(1) 計(jì)算齒輪受力轉(zhuǎn)矩 (5- 1)圓周力 (5- 2)徑向力 (5- 3)軸向力 (5- 4)(2)計(jì)算軸承支反力水平面(5- 5) (5- 6)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 (5- 7)(5- 8)垂直面軸承受力如圖5-3所示。圖5-3軸承垂直面受力圖(3)畫出水平面彎矩圖和垂直面彎矩圖齒輪中間剖面左側(cè)水平彎矩為 (5- 9)齒輪中間剖面右側(cè)水平彎矩為 (5- 10)水平面彎矩圖見圖5-4。圖5-4水平面彎矩圖齒輪中間剖面處的垂直彎矩為 (5- 11)垂直面彎矩圖見圖5-5。(4)按下式合成彎矩 (5- 12)齒輪中間剖面左側(cè)彎矩圖5-5垂直面彎矩圖齒輪中間剖面右側(cè)彎矩合成彎矩圖，如圖5-6所示。圖5-6合成彎矩圖(5)畫出軸的轉(zhuǎn)矩T圖 (5- 13)轉(zhuǎn)矩T圖，如圖5-7所示。圖5-7轉(zhuǎn)矩T圖(6)按下式求當(dāng)量彎矩并畫當(dāng)量彎矩圖(5- 14)在這里，取，。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 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， 。(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 (5- 15)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. 軸承的選擇和壽命計(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(hào)為30205。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，其基本額定載荷Cr=43.2kN,Y=1.6,e=0.37。(1)計(jì)算軸承的徑向載荷。 (5- 16) (5- 17)(2)計(jì)算軸承的軸向載荷 (5- 18) (5- 19)因?yàn)?所以，右端軸承壓緊，左端軸承放松(5- 20)(5- 21)(3)計(jì)算當(dāng)量載荷因；，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：由 (5- 22)得 ，所以只需校核右端軸承的壽命。(4)求右端軸承的壽命。有輕微沖擊，取，。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為6000r/min，車輛以138.3km/h的車速行駛時(shí)，右端軸承的壽命為(5- 23)當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1700r/min，車輛以39.2km/h的車速行駛時(shí)，右端軸承的壽命為(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(dòng)力。內(nèi)花鍵 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：(5- 25)式中，花鍵連接傳遞的扭矩；載荷分布不均勻系數(shù)，取0.70.8；花鍵齒數(shù)；花鍵平均直徑，；花鍵工作長(zhǎng)度；花鍵齒側(cè)工作高度，,為花鍵齒倒角；為許用擠壓應(yīng)力。則結(jié)論：花鍵的強(qiáng)度可以滿足使用要求。5.2. 中間軸強(qiáng)度、軸承壽命及鍵的強(qiáng)度校核中間軸結(jié)構(gòu)，如圖5-9所示。圖5-9中間軸結(jié)構(gòu)圖1. 中間軸強(qiáng)度(1) 計(jì)算齒輪受力轉(zhuǎn)矩 (5- 26)圓周力 (5- 27) (5- 28)徑向力 (5- 29) (5- 30)軸向力 (5- 31) (5- 32)(2)計(jì)算軸承支反力水平面 (5- 33)(5- 34)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(5- 35) (5- 36)垂直面受力如圖5-11所示。(3)畫出水平面彎矩圖和垂直面彎矩圖齒輪中間剖面左側(cè)水平彎矩為 (5- 37)圖5-11軸承垂直面受力圖 (5- 38)齒輪中間剖面右側(cè)水平彎矩為 (5- 39) (5- 40)水平彎矩圖如圖5-12所示。齒輪中間剖面處的垂直彎矩為(5- 41)(5- 42)(5- 43)(5- 44)圖5-12水平面彎矩圖垂直彎矩圖如圖5-13所示。圖5-13垂直面彎矩圖(4)按下式合成彎矩(5- 45)齒輪中間剖面左側(cè)彎矩(5- 46)(5- 47)齒輪中間剖面右側(cè)彎矩(5- 48)(5- 49)合成彎矩圖如圖5-14所示。(5)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。 (6)選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力。軸材料選用40Cr調(diào)質(zhì)， 。(7)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(5- 50)圖5-14合成彎矩圖(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2. 軸承的選擇和壽命計(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(hào)為30206。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，其基本額定載荷Cr=43.2KN,Y=1.6,e=0.37。(1)計(jì)算軸承的徑向載荷(5- 52)(5- 53)(2)計(jì)算軸承的軸向載荷 (5- 54)(5- 55)(3)計(jì)算當(dāng)量載荷因?yàn)?所以，右端軸承壓緊，左端軸承放松(5- 56)(5- 57)因；，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：由 (5- 58)得 (4)求右端軸承的壽命。有輕微沖擊，取，。右端軸承的壽命為，所以只需校核右端軸承的壽命。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為6000r/min，車輛以138.3km/h的車速行駛時(shí)，右端軸承的壽命為(5- 59)當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1700r/min，車輛以39.2km/h的車速行駛時(shí)，右端軸承的壽命為(5- 60) 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1) 齒輪2平鍵連接的選擇和強(qiáng)度計(jì)算鍵 GB/T1096-1979(5- 61)式中，許用擠壓應(yīng)力；強(qiáng)度較弱零件的許用擠壓應(yīng)力；鍵連接所傳遞的扭矩；軸直徑；鍵的工作長(zhǎng)度；強(qiáng)度較弱零件的工作高度。2) 齒輪3平鍵連接的選擇和強(qiáng)度計(jì)算鍵 GB/T1096-1979(5- 62)式中，許用擠壓應(yīng)力；強(qiáng)度較弱零件的許用擠壓應(yīng)力；鍵連接所傳遞的扭矩；軸直徑；鍵的工作長(zhǎng)度；強(qiáng)度較弱零件的工作高度。5.3. 輸出軸強(qiáng)度、軸承壽命及鍵的強(qiáng)度校核輸出軸結(jié)構(gòu)如圖5-15所示。1. 輸出