純電動汽車傳動系統(tǒng)

1、第一章緒1.1 課題的目的意義：1.1.1 純電動汽車的背景當(dāng)前，我國電動汽車發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，既面臨重大的發(fā)展機(jī)遇，也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。我國電動汽車發(fā)展中還存在很多需要解決的問題，如核心技術(shù)還不具備競爭力，企業(yè)投入不足，政府的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力還沒有充分發(fā)揮等。總體上看來，我國電動汽車產(chǎn)業(yè)，起步不晚，發(fā)展不慢，但是由于傳統(tǒng)汽車及相關(guān)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱、投入不足，差距仍然存在，中高端技術(shù)競爭壓力越來越大，因此，必須加大攻堅(jiān)力度，推動我國汽車產(chǎn)業(yè)向創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型，提高核心技術(shù)競爭力，確保我國汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。純電動汽車使用電動機(jī)作為傳動系統(tǒng)的動力源，緩解了能源緊缺的壓力，實(shí)現(xiàn)了人們長期以來對汽車零

2、尾氣排放的期盼，傳動系統(tǒng)作為汽車的核心組成部分，其技術(shù)創(chuàng)新是純電動汽車發(fā)展的必經(jīng)之路。1.1.2 純電動汽車的意義近年來，關(guān)于純電動汽車的研究主要集中在能量存儲系統(tǒng)、電驅(qū)動系統(tǒng)和控制策略的開發(fā)研究三方面。能量存儲系統(tǒng)相當(dāng)于純電動汽車的發(fā)動機(jī)，是純電動汽車電動機(jī)所需電能的提供者。目前，鉛酸蓄電池是使用最為廣泛的，但其充電速度較慢，使用壽命短，節(jié)能環(huán)保差。隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，其他電池正在漸漸取代著鉛酸蓄電池。目前發(fā)展的新電源有納硫電池、鋰電池、鍥鎘電池、飛輪電池、燃料電池等，盡管這些新電源投入應(yīng)用，但是短時(shí)間內(nèi)還是無法解決純電動汽車電源充電緩慢，電量存儲低續(xù)航里程短的問題。純電動汽車整車控制策

3、略的開發(fā)研究一直在緊鑼密鼓的進(jìn)行著，整車控制系統(tǒng)是純電動汽車實(shí)現(xiàn)整車控制和管理的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)和提高整車控制功能和性能水平的一個(gè)重要技術(shù)保證。其核心技術(shù)主要體現(xiàn)在整車控制軟件的架構(gòu)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)矩控制策略以及對整車和各系統(tǒng)得能量管理上。盡管控制策略的開發(fā)研究一直沒有間斷，但是，系統(tǒng)開發(fā)較為復(fù)雜，進(jìn)度較慢。1.2 近年來國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：1.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀：我國正式對電動汽車的研制始于1981年，當(dāng)時(shí)全球?qū)﹄妱悠嚨男麄骱托枨蟛⒉粡?qiáng)烈，對電動汽車的研究也相當(dāng)零散，投入很少。近年來，我國電動汽車的研究、開發(fā)進(jìn)入了有組織。有領(lǐng)導(dǎo)的全面發(fā)展階段，國家在電動汽車研制開發(fā)方面也采取了積極有效的宏觀引導(dǎo)措施。我

4、國高度重視電動汽車技術(shù)的發(fā)展。“十五”期間，啟動了“863”計(jì)劃電動汽車重大科技專項(xiàng),確立了“三縱三橫”（三縱：混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車；三橫：電池、電動機(jī)、電控）的研究布局，取得了一大批電動汽車技術(shù)創(chuàng)新成果?！笆晃濉币詠?，中國提出“節(jié)能和新能源汽車”戰(zhàn)略，政府高度關(guān)注新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。2006-2007年，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得了重大的發(fā)展，中國自助研制的純電動、混合動力和燃料電池三類新能源汽車整車產(chǎn)品相繼問世。2008年7月11日，科技部和北京市舉行了奧運(yùn)新能源汽車示范運(yùn)行交車儀式。交車儀式上，各類車型共計(jì)595輛交付使用，為官員、運(yùn)動員、教練員、媒體記者以及社會觀

5、眾等提供服務(wù)。2010年上海世博會期間，也有超過1000輛新能源汽車在世博場館和周邊運(yùn)行。合肥工業(yè)大學(xué)張海寧首先基于整車基本參數(shù)，分析了動力性要求，確定電機(jī)的選型。然后傳統(tǒng)純電動汽車傳動系統(tǒng)的布置形式，用兩檔變速器代替了固定速比減速器，設(shè)計(jì)了一種新的傳動布置方案，在最后根據(jù)整車的動力性指標(biāo)對傳動系速比上限和下限進(jìn)行了分析計(jì)算。大連交通大學(xué)李律鳴在FMPMG的理論分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種永磁廠條只是永磁齒輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)變速箱的新型傳動系統(tǒng)，運(yùn)用汽車相關(guān)知識進(jìn)行了傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)，參考國內(nèi)外最新純電動汽車參數(shù)配置，提出了模型參數(shù)設(shè)計(jì)過程，利用Ansoft有限元仿真軟件建立模型，并進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)仿真。利用An

6、soft逐一分析了FMPMG各結(jié)構(gòu)參數(shù)和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，針對所設(shè)計(jì)方案進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。姬芬竹等人考慮到電動機(jī)低速恒扭矩和高速恒功率的特性，分析了電動汽車的傳動比與檔位確定原則，同時(shí)提出了采用固定速比的電動汽車傳動方案，通過重新設(shè)計(jì)并優(yōu)化分配固定速比和主減速器速比，從而獲得更好的電動汽車動力性能。王峰等人提出了雙電機(jī)行星齒輪系電動汽車動力傳動裝置，省去了離合器，增加了車輛變速范圍，減輕了汽車質(zhì)量和提高汽車動力性。對其電機(jī)和傳動裝置的參數(shù)進(jìn)行合理選擇和匹配計(jì)算，在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行了整車動力性能的仿真，對傳動系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。重慶大學(xué)陳宗波提出了雙驅(qū)電動汽車，對雙驅(qū)電動汽車動力

7、傳動系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)匹配與仿真研究。根據(jù)幾種工作模式以及一些參數(shù)確定原則，最終確定兩個(gè)電機(jī)的參數(shù)。通過對傳動系速比進(jìn)行優(yōu)化，使電動汽車常態(tài)工況運(yùn)行的速度區(qū)域落在電動汽車的高效區(qū)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，同時(shí)證明了經(jīng)過改變速比，可以使電動機(jī)的工作點(diǎn)移向電動機(jī)經(jīng)常工作的最佳效率區(qū)域內(nèi)，合理的傳動系速比可以改善整車的經(jīng)濟(jì)性。長安大學(xué)張珍提出了主電機(jī)輔以輪轂電動機(jī)的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。論文中分三種運(yùn)行工況對該傳動系統(tǒng)進(jìn)行了分析，第一種是正常工況，只有主電機(jī)工作；第二種工況是大負(fù)荷超負(fù)荷工況，主電機(jī)跟輔助電機(jī)同時(shí)工作，保護(hù)主電機(jī)，提高傳動系統(tǒng)的效率；第三種工況是制動和下坡工況，主電機(jī)和輔助電機(jī)作為發(fā)電機(jī)同時(shí)工作，進(jìn)

8、行能量回收。這種主電機(jī)和輪邊電機(jī)的有機(jī)結(jié)合，充分提高驅(qū)動效率的同時(shí)極大地提高了能量回收率。1.2.2 國外研究現(xiàn)狀：2008年以來，以美國、歐盟、日本為代表的國家和地區(qū)相繼發(fā)布實(shí)施了新的電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略，更加明確了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，進(jìn)一步加大了研發(fā)投入與政府扶持力度。日本，以產(chǎn)業(yè)競爭力為第一目標(biāo)，全面發(fā)展混合動力、純電動、燃料電池三種電動汽車，研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化均走在世界前列。美國，以能源安全為主要目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)插電式電動汽車發(fā)展。歐盟，以二氧化碳排放法規(guī)為主要驅(qū)動力，重視發(fā)展純電動汽車。世界上第一輛電動汽車是在1834年的美國誕生。美國在新能源汽車技術(shù)研發(fā)和政策上一直走在世界前列。2012年汽車產(chǎn)業(yè)報(bào)告

9、，美國新能源汽車銷售總量居世界首位。美國電動汽車聯(lián)盟提出的電動汽車發(fā)展目標(biāo)和行動計(jì)劃，目標(biāo)希望到2018年全美初步形成良好的電動汽車生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。2012年日本新能源汽車銷量位居世界第二。日本新能源汽車產(chǎn)業(yè)化成果在全球范圍內(nèi)是最好的。以豐田普銳斯為代表的日本混合動力汽車，在世界低污染汽車開發(fā)銷售領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)了領(lǐng)頭地位。豐田和本田汽車公司已成為當(dāng)今世界燃料電池汽車市場上的重要企業(yè)。為推廣新能源汽車以及環(huán)保汽車，日本從2009年4月1日起實(shí)施“綠色稅制”，他的適用對象包括純電動汽車、混合動力汽車、清潔柴油汽車、天然氣汽車以及獲得認(rèn)定的低排放且燃油消耗量低的車輛。法國是石油資源缺少的國家，汽油昂貴，油價(jià)

10、約為美國的四倍，每年從國外進(jìn)口大量的石油。在政府積極發(fā)展新能源汽車政策的帶動下，各個(gè)汽車廠商也紛紛加大投資力度，雷諾-日產(chǎn)聯(lián)盟、標(biāo)致-雪鐵龍和日本三菱汽車公司合作，相繼推出了多款環(huán)保電動汽車。德國在新能源汽車方面也做出了重要貢獻(xiàn)。寶馬也是氫動力發(fā)動機(jī)車型研究的先行者。在2009年德國政府批準(zhǔn)的500億歐元的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃中，很大一部分資金用于電動汽車研發(fā)、“電動汽車充電站”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和可再生能源的開發(fā)。21世紀(jì)以來，國外各大汽車廠商紛紛制訂了新的新能源汽車發(fā)展規(guī)劃。在這個(gè)“新能源環(huán)保競技場”上，包括通用、奔馳、大眾、寶馬、日產(chǎn)、本田、豐田、克萊斯勒、福特等先行者，更是爭先恐后的扮演了新能源汽車開發(fā)

11、的主角。本田公司推出了百分之百純電力驅(qū)動汽車，包括在1997年推出的EV+電動汽車和2009年推出的FCXClarity燃料電池汽車。奔著減少二氧化碳排放和提高代替能源使用效率的目標(biāo)，本田公司利用在電力驅(qū)動系統(tǒng)和能源管理技術(shù)方面的專業(yè)知識，設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的小型電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)具有卓越的能源轉(zhuǎn)換效率和極佳的動態(tài)性能。2013年，本田公司為電動汽車設(shè)計(jì)了一套新的動力系統(tǒng)。為了獲得比原有的電動汽車更好的市場競爭力，這個(gè)動力系統(tǒng)兼具有高功率和低損耗的特點(diǎn)，具備世界上最先進(jìn)的能源轉(zhuǎn)化效率和比同類電動汽車更卓越的動態(tài)性能。為了實(shí)現(xiàn)高的能源轉(zhuǎn)換效率，這種動力系統(tǒng)還配備了新開發(fā)的電動伺服制動系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同控制

12、；為了實(shí)現(xiàn)高動態(tài)性能，電動馬達(dá)裝配了新形狀的轉(zhuǎn)子，動力控制單元也裝配了具有高導(dǎo)熱散熱性能的部件。因?yàn)榕鋫淞巳夭⑿心K組和一個(gè)制冷系統(tǒng)，電池系統(tǒng)雖結(jié)構(gòu)緊湊，但支持大功率輸出。這個(gè)創(chuàng)新的動力系統(tǒng)帶來了優(yōu)良的結(jié)果，汽車一次行駛里程數(shù)可以達(dá)到82英里，能源轉(zhuǎn)化力達(dá)到世界先進(jìn)水平29千瓦時(shí)/100英里，同時(shí)，它的加速性能相當(dāng)于2.0排量的汽車的性能。由Ford和GE公司聯(lián)合開發(fā)的ETX轎車，把兩檔變速器、驅(qū)動電機(jī)和差速器設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。德國的達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)把高速感應(yīng)電機(jī)和兩檔變速器組成的驅(qū)動系統(tǒng)，證明了該系統(tǒng)可以極大改善純電動汽車的性能。英國桑德蘭大學(xué)通過仿真模擬對比了安裝兩檔變速器和固定速比減速

13、器的純電動汽車，表明安裝了兩檔變速器的純電動汽車不僅可以減少能量消耗，還可以減少整個(gè)驅(qū)動鏈的尺寸和重量。美國印第安納波利斯大學(xué)針對一款5檔手動變速器的純電動公交車，研究了在換檔過程中的電機(jī)控制問題，該方案適合直接耦合集成動力系統(tǒng)的電動汽車。韓國漢陽大學(xué)的WootaikLee等人研究表明：合理地選擇電動汽車的動力驅(qū)動系統(tǒng)的零部件及其有關(guān)參數(shù)，使其達(dá)到最優(yōu)匹配，將對整車性能產(chǎn)生較大影響。法國西布列塔尼大學(xué)A.haddoun等人通過建模與仿真分析，比較了三種不同控制策略在計(jì)算整車動力性的條件下對純電動汽車能耗經(jīng)濟(jì)性的影響，結(jié)果表明，基于空間矢量建模的直接轉(zhuǎn)矩控制策略具有最好的控制效果。日本橫濱大學(xué)的

14、Kawamura主要針對動力電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行了研究，著重論述了電動汽車用動力電機(jī)的啟動特性和過載特性。英國謝菲爾德大學(xué)M.J.West對比分析了多能源控制總成的設(shè)計(jì)方法，并對混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中的能量流動進(jìn)行深入分析，提出了混合動力汽車的能量管理方法。彳惠國瓦爾塔汽車工業(yè)公司的EberhardMeissner等對未來電動汽車動力系統(tǒng)的能量管理和電池監(jiān)測的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測，將能量管理定義為能量回饋、能量流動、能量存儲和能量消耗的綜合控制，同時(shí)給出了能量管理、電池管理和電池狀態(tài)監(jiān)測之間的層次關(guān)系，將電池管理和電池監(jiān)測歸結(jié)于能量管理的范疇，延長了電池的使用壽命。美國田納西大學(xué)Chiasson.J分

15、析了電動汽車用各類型動力電池的充放電特性，提出了一種新的SOC估算方法，并建立SOC計(jì)算模型。通用汽車公司設(shè)計(jì)的EVI電動汽車電池管理系統(tǒng)除了對單體電池電壓、充放電電流進(jìn)行檢測，還具有六路溫度檢測、高壓保險(xiǎn)絲熔斷保護(hù)、高壓回流式繼電器、電量顯示和低壓報(bào)警等功能。美國伊利諾伊大學(xué)的SanghunChoi等提出了基于RCC的能量回收最大化的再生制動控制方法，采用該方法回收的制動能量比傳統(tǒng)再生制動控制方法提高了20%o德克薩斯A&M大學(xué)的YiminGao等提出三種制動力分配控制策略，即：并聯(lián)再生制動控制策略、理想再生制動控制策略和最大能量回收控制策略，并對所提出的再生制動控制策略進(jìn)行了仿真分

16、析。1.3 本文研究的主要內(nèi)容及研究思路在能量存儲系統(tǒng)和其他技術(shù)取得有效突破之前，對純電動汽車傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析是提高電動汽車性能的重要手段之一。另一方面，鑒于純電動汽車主要性能指標(biāo)是由最高車速、加速能力、爬坡能力和續(xù)航里程等來表征的，這些指標(biāo)的高低直接與其動力傳動系統(tǒng)優(yōu)劣密切相關(guān)，因此，創(chuàng)新設(shè)計(jì)一類基于直驅(qū)AMT的傳動系統(tǒng)，必定可以提高動力傳動系統(tǒng)的性能。本課題的來源是山東省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目一一基于直驅(qū)技術(shù)的高效變速器關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)。本課題是針對純電動汽車純電動力輸出的工作特性，創(chuàng)新設(shè)計(jì)一類基于直驅(qū)AMT的傳動系統(tǒng)。研究思路：1 .根據(jù)汽車?yán)碚撘约跋嚓P(guān)論文，完成驅(qū)動電機(jī)的選型工作2 .

17、根據(jù)材料力學(xué)知識，校核關(guān)鍵部位強(qiáng)度3 .對純電動汽車傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)用CATIA軟件建立總體方案的三維模型,應(yīng)用CAD軟件可以繪制二維工程圖第二章方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)針對純電動汽車純電動力輸出的工作特性，創(chuàng)新設(shè)計(jì)一類基于直驅(qū)式AMT的傳動系統(tǒng)。方案設(shè)計(jì)要遵循以下幾個(gè)原則：保證純電動汽車動力性的情況下，降低百公里能耗；電能的利用率盡可能最大化；關(guān)鍵部件強(qiáng)度要滿足使用要求；設(shè)計(jì)結(jié)果要具有可實(shí)現(xiàn)性。2.2 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較分析與評估2.2.1 方案一：單電機(jī)傳動系統(tǒng)傳動方案圖2.1單電機(jī)傳動系統(tǒng)圖2.1注釋：1-主減速器；2-變速箱；3-電源；4-電機(jī)控制器現(xiàn)在最普遍的純電動汽車

18、單電機(jī)動力傳動系統(tǒng)傳動方案，其結(jié)構(gòu)形式類似于內(nèi)燃機(jī)汽車，它由一臺電動機(jī)、變速器、電源以及電機(jī)控制器等組成。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)形式類似于內(nèi)燃機(jī)汽車，所以結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，便于在原有汽車制造平臺上進(jìn)行生產(chǎn)制造。但是單電機(jī)傳動系統(tǒng)由于對電動機(jī)的功率需求較大，因此電機(jī)尺寸較大、質(zhì)量偏重等，這方面原因很大程度上限制了純電動汽車的發(fā)展。純電動汽車在行駛時(shí)，存在很多種不同階段，比如起步階段、加速階段、上坡階段、勻速行駛階段、下坡階段、減速階段、剎車制動階段等，單電機(jī)傳動系統(tǒng)很難進(jìn)行電機(jī)和電動汽車動力性的匹配：如果電動汽車需要功率恒定，單電機(jī)無法同時(shí)滿足電動汽車最高車速和動力性能的要求。要提高電動汽車整車的動力性能，只能通過提

19、升電機(jī)功率，但是電機(jī)的比功率不變的，因此提高功率伴隨著電機(jī)尺寸的變大，質(zhì)量的上升，而且會使電壓提高或者電流增大，乘車的安全性能下降，從而導(dǎo)致制造難度以及制造成本都上升。電機(jī)的工作特性決定了電動機(jī)只有額定轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行時(shí)才能有較高的效率，如果電動機(jī)可以一直在高效率區(qū)域運(yùn)行，那么電動汽車的經(jīng)濟(jì)性能會大大升高。但是，由于純電動汽車運(yùn)行時(shí)工況比較復(fù)雜，單電機(jī)傳動系統(tǒng)很難使電動機(jī)長時(shí)間的運(yùn)行在電動機(jī)高效區(qū)域。純電動汽車一般為了增加續(xù)航都會進(jìn)行能量的回收，既在制動階段以及下坡階段將電動汽車的動能通過對電機(jī)倒拖轉(zhuǎn)化為電能，儲存在蓄電池中。理論上，要實(shí)現(xiàn)電能的全部回收，電機(jī)的瞬間電流會比較大，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電機(jī)的

20、承受范圍，因此一般情況下只能回收到20%的能量。而單電機(jī)傳動系統(tǒng)運(yùn)行在電機(jī)高效率區(qū)域外時(shí)效率很低，制動以及下坡階段對能量的回收效率也很低，進(jìn)一步降低了電動汽車的續(xù)航里程。單電機(jī)傳動系統(tǒng)雖然制造技術(shù)成熟，但是在對電動汽車?yán)m(xù)航里程要求越來越高的今天，單電機(jī)傳動系統(tǒng)必然會被封存在電動汽車傳動系統(tǒng)發(fā)展的歷史長河中。2.2.2 方案二：主電機(jī)+輪轂電機(jī)傳動方案此傳動系統(tǒng)由一個(gè)主電機(jī)以及兩個(gè)輪轂電機(jī)、一個(gè)電機(jī)控制器、變速箱、主減速器組成。方案布置圖如圖2.1所示：圖2.2方案一傳動系統(tǒng)圖示圖2.2注釋：1-主電動機(jī)；2-電機(jī)控制器；3-蓄電池；4-輪轂電動機(jī)；5-變速器；6-驅(qū)動橋此傳動方案是由主電機(jī)驅(qū)動

21、前輪使電動汽車向前行駛，后輪的兩個(gè)輪轂電機(jī)主要為電動汽車提供后備功率以及純電動汽車在減速或者下坡時(shí)回收能量。電動汽車大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，輪轂電機(jī)可以保護(hù)主電機(jī)，并且提供后備功率；減速以及下坡工況下，三個(gè)電機(jī)同時(shí)進(jìn)行能量回收，提高能量利用率。此方案評估分析：采用前軸驅(qū)動，后兩輪輪轂電機(jī)輔助驅(qū)動的形式，一方面提高了電動汽車的后備功率，使驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但是同時(shí)也增加了輪轂的轉(zhuǎn)動慣量使電動汽車的操控性能下降。另外輪轂電動機(jī)工作環(huán)境相對比較惡劣，容易受到溫度、水、灰塵等多方面影響，因此密封方面有非常高的要求，還要考慮電機(jī)的散熱問題。2.2.3 方案三：雙電機(jī)雙軸驅(qū)動純電動汽車雙電機(jī)雙軸驅(qū)動電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)

22、是指純電動汽車的前后橋都采用電機(jī)加驅(qū)動橋的形式組成一個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)。電動機(jī)、減速器以及驅(qū)動橋組成一個(gè)整體，三部分的軸之前成平行關(guān)系，使驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加的緊湊。雙電機(jī)雙軸驅(qū)動純電動汽車結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.3所示。圖2.3雙電機(jī)雙軸驅(qū)動電動汽車結(jié)構(gòu)簡圖該傳動系統(tǒng)采用兩臺小功率的電動機(jī)分別對前軸和后軸進(jìn)行驅(qū)動。采用兩個(gè)小功率的電動機(jī)比采用單個(gè)功率值為兩個(gè)小功率電機(jī)功率之和的電動機(jī)驅(qū)動車輛，可以在相同的車輛負(fù)荷下，提高單個(gè)小電動機(jī)的負(fù)荷率，進(jìn)而提升電動車的工作效率，減少電動汽車的電能消耗，提升了電動汽車整車的續(xù)航里程。采用雙軸驅(qū)動的形式，可以充分利用整輛電動汽車的重力產(chǎn)生附著力，提高電動汽車的整車附著利用率，

23、能充分發(fā)揮電動汽車整車的驅(qū)動潛力，提升車輛的動力性。前后雙軸同時(shí)進(jìn)行再生制動，縮短電動汽車的制動距離，提高能量的回收率。雙電機(jī)雙軸驅(qū)動可以提升電動汽車的能量利用率，增加電動汽車的續(xù)航里程，使經(jīng)濟(jì)性上升。雙電機(jī)雙軸可以提高電動汽車整車動力性，使電動汽車操控性能上升，增強(qiáng)駕駛質(zhì)感。2.4本章小結(jié)綜上分析對比，確定了雙軸雙電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)方案，但與方案三不同的是后軸為主電機(jī)驅(qū)動軸，動力從電動機(jī)發(fā)出后，經(jīng)過直驅(qū)式兩檔AMT變速箱，然后到減速器及驅(qū)動軸再到后車輪；前軸為輔助電機(jī)，直接通過電機(jī)控制器控制，經(jīng)減速裝置和驅(qū)動軸驅(qū)動前輪。本文設(shè)計(jì)研究的純電動汽車傳動系統(tǒng)簡圖如圖2.4所示。此種驅(qū)動方案具有以下優(yōu)點(diǎn)

24、：在電機(jī)總功率和不變的情況下，提升了單個(gè)電機(jī)負(fù)載，使電機(jī)的效率上升，使電機(jī)可以盡可能的工作在電機(jī)高效工作區(qū)域。直驅(qū)式兩檔式AMT變速箱可以提高主電機(jī)的工作平順性，充分發(fā)揮電機(jī)性能。雙軸驅(qū)動可以充分利用電動汽車整車產(chǎn)生的重力附著力，提高了整車的附著利用率，使電動汽車充分發(fā)揮自己的驅(qū)動潛力，提升了電動汽車的整車動力性能。第三章純電動汽車整車參數(shù)匹配設(shè)計(jì)首先確定純電動汽車的整車參數(shù)和動力性能設(shè)計(jì)要求后，然后對動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行匹配計(jì)算，對驅(qū)動電機(jī)、動力電池、布置方式進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)。電動汽車整車性能是否能滿足設(shè)計(jì)要求取決于驅(qū)動系統(tǒng)的動力參數(shù)匹配是否合理。純電動汽車整車參數(shù)匹配的任務(wù)是在滿足動力性能要求的

25、基礎(chǔ)上合理的選擇驅(qū)動系統(tǒng)各部件的參數(shù)，以期最大可能的提高整車行駛經(jīng)濟(jì)性。3.1 純電動汽車傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文設(shè)計(jì)的基于直驅(qū)AMT勺傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，此電動汽車傳動系統(tǒng)主要由兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)電機(jī)控制器，電池組和直驅(qū)AMT變速箱組成。其中主電機(jī)負(fù)責(zé)后輪驅(qū)動，輔助電機(jī)負(fù)責(zé)能量回收，以及為電動汽車提供后備功率。主副電機(jī)電機(jī)均采用小功率電機(jī)，正常行駛工況下，由主電機(jī)向后輪供電，驅(qū)動后輪使電動汽車向前行駛；當(dāng)電動汽車起步及加速運(yùn)行時(shí)，電池組分別向主電機(jī)和輔助電機(jī)供電，通過電動機(jī)才$制器控制2個(gè)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行向車輛提供所需功率。電動汽車在制動、下坡等需要減速的情況下，主輔電機(jī)均參與能量的回收，從而實(shí)現(xiàn)四

26、個(gè)車輪同時(shí)進(jìn)行能量回收。前進(jìn)方向圖2.1純電動汽車動力傳動系統(tǒng)簡圖永磁同步電機(jī)具有高效率、高密度、結(jié)構(gòu)簡單且可靠性能高的特點(diǎn)，所以驅(qū)動電機(jī)選用永磁同步電機(jī)。變速器采用兩檔直驅(qū)式AMT自動變速箱，充分發(fā)揮純電動汽車純電動力輸出的工作特性，使純電動汽車的動力輸出更加平順。3.2 整車參數(shù)及設(shè)計(jì)要求本論文以一款純電動汽車的整車參數(shù)及技術(shù)要求進(jìn)行整車參數(shù)匹配設(shè)計(jì)，具體參數(shù)見下表2.1所示表2.1純電動汽車主要技術(shù)參數(shù)基本技術(shù)參數(shù)技木指標(biāo)整車質(zhì)量/kg1531迎風(fēng)面積/m31.98最大爬坡度/%30車輪滾動半徑/m0.308最圖車速/km/h100風(fēng)阻系數(shù)0.35傳動效率0.91滾動阻力系數(shù)0.014質(zhì)

27、量轉(zhuǎn)換系數(shù)1.040-100km/h加速時(shí)間/s<103.3 驅(qū)動電機(jī)匹配選型純電動汽車驅(qū)動電機(jī)通過電機(jī)控制器將動力電池的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動汽車行駛的機(jī)械能，是純電動汽車行駛的動力源。電動汽車驅(qū)動電機(jī)的選型必須滿足整車動力性能設(shè)計(jì)指標(biāo)，需要確定的參數(shù)有：額定功率、峰轉(zhuǎn)矩功率外構(gòu)性功率曲戰(zhàn)二傳即用線泡定轉(zhuǎn)融曲段演定功率曲火值功率、額定轉(zhuǎn)速以及最高工作轉(zhuǎn)速。圖2.2驅(qū)動電機(jī)輸出特性研究表明電機(jī)具有如圖2.2所示的低速等轉(zhuǎn)矩和高速包功率的機(jī)械特性，因此，驅(qū)動電機(jī)的工作區(qū)域就分為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域和恒功率區(qū)域，以額定轉(zhuǎn)速為分界點(diǎn),以下是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，以下是恒功率區(qū)域。驅(qū)動電機(jī)的峰值工作特性使電機(jī)具有一定的過載

28、能力，完全可以保證純電動汽車起步、爬坡及加速等短時(shí)極限行駛工況，但是驅(qū)動電機(jī)不可以長時(shí)間工作在峰值功率附近，長時(shí)間在峰值功率附近運(yùn)行會導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)故障，也會對電機(jī)的使用壽命造成很大影響。(1)驅(qū)動電機(jī)的額定功率驅(qū)動電機(jī)長時(shí)間工作于某工況的能力由額定功率來衡量設(shè)計(jì)電動汽車運(yùn)行工況時(shí)，為了能夠使電動汽車以最高車速長時(shí)間行駛，往往需要以電動汽車最高車速確定驅(qū)動電機(jī)的額定功率正常情況下，電動汽車的最高車速對應(yīng)電動汽車最高檔，該雙驅(qū)動電機(jī)傳動系統(tǒng)在最高車速時(shí)，只有主電機(jī)工作，因此用電動汽車的最高車速計(jì)算主電機(jī)的額定功率。根據(jù)汽車?yán)碚撍鶎W(xué)知識，由汽車的功率平衡方程，可以求得滿足汽車長時(shí)間以最高車速行駛的額

29、定功率：式中，Pn為電機(jī)額定功率，KW;4為傳動效率，取0.91;m為整車質(zhì)量，kg；f為滾動阻力系數(shù)；A為電動汽車迎風(fēng)面積，m2；Cd風(fēng)阻系數(shù)；Umax為最高車速。g為重力加速度，取9.8kgms-2。(2)驅(qū)動電機(jī)的峰值功率驅(qū)動電機(jī)的峰值功率越高電動汽車的后備功率越大。為了滿足整車爬坡、急加速等大功率短時(shí)工況需求，根據(jù)爬坡及加速等動力性能要求計(jì)算驅(qū)動電機(jī)峰值功率。根據(jù)最大爬坡度的需求進(jìn)行分析，電動汽車以VN=30km/h的速度在最大坡度imax=30%的坡上行駛。此時(shí)所需求的功率為：根據(jù)百公里加速時(shí)間t0-50km/h的需求進(jìn)行分析，電動汽車加速過程中需要較大的后備功率，其瞬時(shí)車速可以根據(jù)

30、經(jīng)驗(yàn)公式得：V=Vmx為擬合系數(shù)，一般取0.5左右式中，Vm為電動汽車的末速度；tm為電動汽車的加速時(shí)間;汽車在從零加速到50km/h的過程中，不僅要克服加速阻力、空氣阻力。其中，空氣阻力會隨電動汽車速度成二次方增長，因此，選取加速末尾時(shí)刻進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：R=(mgfCdAV：1mm121.153.6ttmtmVm36002=(15319.80.0140.351.9850221.151.0415315011022)J3.60.2_1036000.91:71.3KW根據(jù)上述計(jì)算，為了滿足電動汽車動力性的要求，必須保證驅(qū)動電機(jī)的額定功率大于PN,峰值功率大于maxPimax,Pt。單電機(jī)的功率也不適

31、宜太大，功率過大會造成電機(jī)實(shí)際質(zhì)量的增加，一方面，這樣不符合現(xiàn)在汽車輕量化設(shè)計(jì)的理念，另一方面會增加整車的制造成本，不能達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)收益。而且電機(jī)功率過大，會使電動汽車無法充分利用電機(jī)的高效區(qū)，在電動汽車的行進(jìn)過程中，會更大的更迅速的消耗蓄電池的電量導(dǎo)致電動汽車?yán)m(xù)航里程下降。(3)驅(qū)動電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速以及最高工作轉(zhuǎn)速目前，電動汽車的行駛工況一般為市區(qū)工況，大部分市區(qū)道路限速60km/h,因此，常規(guī)車速假設(shè)為UN=60km/h,以此數(shù)值計(jì)算電機(jī)的額定功率：nNigioUN0.377r式中，nN表示電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，r/min；ig表示傳動比；i。表示主減速比；Un表示常規(guī)車速,km/h；r表示車輪

32、滾動半徑，m。電機(jī)的制作工藝、制作成本以及傳動系統(tǒng)各個(gè)部件的設(shè)計(jì)和成本都取決于電動機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速。電動機(jī)一般分為普通電機(jī)和高速電機(jī)。普通電機(jī)的轉(zhuǎn)速在6000r/min以下，電動客車上的應(yīng)用較多。高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速在6000r/min以上，應(yīng)用范圍廣，更適合電動轎車使用。因此，本文設(shè)計(jì)的純電動汽車傳動系統(tǒng)采用6000r/min以上的高速永磁同步電機(jī)。電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)B是驅(qū)動電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速比上額定轉(zhuǎn)速的值。試驗(yàn)表明,B值一般取24之間。(4)驅(qū)動電機(jī)匹配結(jié)果根據(jù)上述匹配計(jì)算和分析，總結(jié)現(xiàn)有產(chǎn)品規(guī)格，本系統(tǒng)選用的永磁同步電機(jī)具體參數(shù)如下。主電機(jī)參數(shù)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)額定轉(zhuǎn)速/rpm3000轉(zhuǎn)速范

33、圍/rpm08500額定功率/kw18.5峰值功率/kw50額定轉(zhuǎn)矩/Nmi23峰值轉(zhuǎn)矩/Nm280輔電機(jī)參數(shù)額定功率/kw7.5峰值功率/kw253.4傳動比匹配3.4.1 檔位數(shù)的確定車輛的使用條件和性能要求決定了電動汽車傳動系統(tǒng)的檔位數(shù)，從理論上來講，增加檔位數(shù)可使電動汽車驅(qū)動電機(jī)盡可能的工作在高效區(qū)，使電動汽車的能耗降低，增加續(xù)航里程。同時(shí)，可以使整車的加速爬坡的動力性能得到提升。雖然增加電動汽車的檔位數(shù)可以提高整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。但是，增加檔位數(shù)會使變速器的機(jī)械結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，控制難度更高，進(jìn)一步增加了制造的成本。本傳動系統(tǒng)采用兩檔自動變速器技術(shù)方案，該方案能夠使電動汽車驅(qū)動電機(jī)有更

34、好的機(jī)械輸出特性。一檔時(shí)，傳動比大，電動機(jī)低速大扭矩的特性使電動汽車能夠更好的完成起步、爬坡、急加速工況需求；二檔時(shí)，傳動比小，電動機(jī)高速時(shí)輸出的大功率可以保證電動汽車的最高車速需求。同時(shí)，變速箱傳動逼得設(shè)計(jì)盡可能的使驅(qū)動電機(jī)日常工作點(diǎn)在電機(jī)的高效區(qū)內(nèi)，滿足電動汽車動力性的同時(shí)，保證能耗最低。3.4.2 各檔位傳動比范圍的確定在確定變速箱不同檔位傳動比時(shí)，首先根據(jù)不同檔位傳動比要滿足的電動汽車行駛工況，并利用所學(xué)動力學(xué)方程，確定不同檔位傳動比的合理設(shè)計(jì)范圍。本論文用igi和ig2分別表示AMT變速箱一檔和二檔的傳動比，iF表示主減速器傳動比，用il=ig1*iF表示一檔時(shí)傳動系統(tǒng)的總傳動比，用

35、i2=ig2*iF表示二檔時(shí)傳動系統(tǒng)的總傳動比。查閱資料，單級齒輪的最大傳動比不應(yīng)該大于4,因此，主減速器傳動比iF選定為3.8，下面分別對ii和i2進(jìn)行匹配計(jì)算。計(jì)算ii范圍大傳動比ii必須滿足電動汽車最大爬坡度的要求，并且電動汽車運(yùn)行時(shí)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不可以大于地面附著力的極限值。A) ii需要滿足的電動汽車最大爬坡度通過上式計(jì)算可得：ii>7.34B) ii需要保證電動汽車運(yùn)行時(shí)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不可以大于地面附著力的極限值ilTmax一gR上式中，？表示路面附著系數(shù)，取值范圍是：干燥的水泥路面，？=0.71.0,潮濕水泥路面,?=0.40.6,剛開始下雨時(shí)路面：？=0.30.4,在這里??？=0.8

36、。經(jīng)過計(jì)算可得：ii<13.90綜上所述，ii取值的合理范圍是：7.3413.90計(jì)算i2范圍小傳動比i2需要滿足電動汽車最高車速以及電動汽車在以最高車速行駛過程中驅(qū)動力不小于行駛阻力。A) i2必須滿足電動汽車的最高車速因?yàn)閕2需要滿足電動汽車的最高車速，所以下面的式子成立，nmaxvmaxi2R上式中，nmax驅(qū)動電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，取8500r/min,R表示車輪的滾動半徑，m.則：i208.49B) i2滿足電動汽車在以最高車速行駛時(shí)驅(qū)動力不小于行駛阻力i2Tnnmax-mgfCdAVmax21.15上式中，Tnmax=電機(jī)額定功率/電機(jī)最高工作轉(zhuǎn)速則：i2>5.44綜上所述，

37、i2合理的取值范圍是：5.448.493.5本章小結(jié)首先確定了本論文設(shè)計(jì)的基于直驅(qū)式AMT的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)原理，之后根據(jù)該電動選用的整車參數(shù)以及它的各項(xiàng)性能指標(biāo)，完成了驅(qū)動電機(jī)的選型，對該傳動系統(tǒng)的傳動比范圍進(jìn)行了確定，通過分析和查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，該AMT變速箱一檔傳動比選用igi=3.09,二檔的傳動比選用ig2=1.83,主減速器傳動比選用iF=3.8。第四章基于CATIA的設(shè)計(jì)方案建模本次設(shè)計(jì)的基于直驅(qū)AMT變速箱的純電動汽車的傳動系統(tǒng)主要包括電動機(jī)、AMT變速箱、萬向傳動裝置、驅(qū)動橋等。下面首先對主要部分的參數(shù)進(jìn)行確定，然后在CATIA中完成各部分三維模型的繪制。4.1 AMT變速

38、箱模型4.1.1 中心距A采用直驅(qū)AMT變速箱，采用的是中間軸式結(jié)構(gòu)，第二軸和中間軸的距離是變速器的中心距A,中心距是變速箱的一個(gè)基本參數(shù)，一方面，它的數(shù)值對變速器的外形尺寸、體積、重量等都產(chǎn)生很大的影響。另一方面，它也影響著傳動齒輪的接觸強(qiáng)度。中心距越大，齒輪的接觸應(yīng)力就越小，齒輪的壽命就越長。中心距不能過小，如果中心距過小，會導(dǎo)致變速箱的長度增加，因此導(dǎo)致軸的剛度下降，另一方面受一檔小齒輪齒數(shù)不能過小的限制，中心距也應(yīng)該選大一些。1 .中間軸式變速器中心距A的確定Ka3ITemaxig1初步確定中心距A時(shí)，可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算上式中，A表示變速器中心距，mm；Ka表示中心距系數(shù)，乘用車

39、：Ka=8.99.3;Temax表示電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（Nm）;igi表示變速器一檔是的傳動比；陰表示變速器傳動效率，這里取96%o根據(jù)前文所選電機(jī)參數(shù)，以及傳動比求得：4.1.2 各檔齒輪齒數(shù)的分配根據(jù)汽車設(shè)計(jì)所學(xué)知識，查表后初步選定齒輪模數(shù)取3。然后根據(jù)變速器的檔位數(shù)、傳動比和傳動方案進(jìn)行各檔齒輪齒數(shù)比的分配。需要注意的是，各檔齒輪齒數(shù)比應(yīng)該盡量不要取整數(shù)，以最大可能的保證齒面磨損均勻。下圖為兩檔變速器傳動方案1.一檔傳動比的確定圖3.1兩檔AMT變速器傳動方案Ig1zzZ6Zi一檔傳動比為首先求Z1和Z2的齒數(shù)，再求Z5和Z6傳動比。齒數(shù)和2AcosZhmn計(jì)算后取Zh為整數(shù)，Zh=570

40、在確定齒數(shù)和后，進(jìn)行大小齒數(shù)的分配。查閱資料，因一檔傳動比為3.08,因此中間軸上一檔齒輪的齒數(shù)可在Z6=1517之間選用，取Z6=16,則z5=41。則0值取為22。2 .中心距的修改在計(jì)算齒數(shù)和的過程中，由于取整的原因，中心距的大小發(fā)生了變化，此時(shí)，A=85.5o接下來以修改后的中心距A作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。3 .常嚙合齒輪齒數(shù)的確定z1z2=57根據(jù)之前計(jì)算可知：貝Uzi=26,Z2=31o4.二檔齒輪齒數(shù)的確定Z3Z4:57Z2Z3Z1Z4求得：Z3=35,Z4=22。4.4.1.3齒輪接觸應(yīng)力校核一檔齒輪接觸應(yīng)力校核:已知：Tg=241.16>d03Nmm；=20s;0=

41、22"；mn=3;E=2.1Q05MPa；Z541d1=2A二=2852Zh57-122.28mm-d2=2AZ616=285Zh57=47.72mm;Kcmncos2222.65mm,F1產(chǎn)=2241.16103d1122.282=1972.2N;JPb_rbsin二cos2:1972.2=2127.1N;pzcos2250.465sin202cos222=20.08;rzsin-cos2：19.535sin202小cos22=7.8;由牛頓第三定律可知，作用在主動齒輪和從動齒輪的兩作用力是一樣的，故只需要計(jì)算一個(gè)接觸應(yīng)力即可：經(jīng)過計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有數(shù)據(jù)對比兩個(gè)檔位的齒輪接觸應(yīng)力均滿足

42、設(shè)計(jì)要求，合格。根據(jù)上述計(jì)算參數(shù)，參考標(biāo)準(zhǔn)件對照表，繪制齒輪的三維模型如下：齒輪z1:齒輪z2:齒輪z3:齒輪z4齒輪z5齒輪z6圖3.2變速器各齒輪4.1.4 初步確定軸的直徑該變速箱采用中間軸式布置結(jié)構(gòu)，而且上述算出中心距A=85.5,因此，中間軸以及第二軸的中間部分直徑為d0.45Ao對于中間軸d/L=0.160.18,對于第二軸，d/L0.180.21,其中d表示軸的最大直徑，L表示軸的支承間距。第一軸花鍵部分的直徑D可以按照下列式子進(jìn)行初選:其中，K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=4.04.6；Temax表示電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。有上述公式及經(jīng)驗(yàn)計(jì)算可得:中間軸中部直徑為d2=38o第一軸花鍵部分直徑為

43、D=30。參考相關(guān)論文，初步取殼體的總長度為324mm,中間軸支承距離取316mm,則根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)第二軸支承距離為268mm。4.1.5 軸強(qiáng)度的校核進(jìn)而,AMT變速箱在工作時(shí)，由于齒輪嚙合以及動力的傳動，變速箱的軸受到轉(zhuǎn)矩和彎矩。這就需要變速箱軸的剛度和強(qiáng)度必須滿足要求，如果軸的剛度不能滿足要求將導(dǎo)致軸發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)致齒輪不能正確的嚙合，對于行車安全以及駕乘感受造成很大的影響。1 .校驗(yàn)軸的剛度變速箱軸在垂直平面內(nèi)發(fā)生的撓度以及水平面內(nèi)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角對齒輪的工作產(chǎn)生的影響最大度會改變齒輪的中心距A,使齒輪不能正確的嚙合；軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角會導(dǎo)致齒輪之間相互歪斜，使延齒長的壓力分布不均勻。上文初步確定

44、了各軸的直徑，長度等尺寸，現(xiàn)在對軸的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行驗(yàn)算。想要求變速箱輸入軸的支點(diǎn)反作用力，必須從中間軸的支點(diǎn)反力入手，先求出鐘建中的支點(diǎn)反力。這里需要注意的是隨著檔位的不同，齒輪受的圓周力、徑向力和軸向力都會發(fā)生變化，而且檔位不同力到支點(diǎn)的長度也會發(fā)生變化，所以應(yīng)該對各個(gè)檔位都進(jìn)行驗(yàn)算。在進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，可以把軸看做是錢接支撐的梁。作用在輸入軸上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)取Temaxo材料力學(xué)里面有關(guān)于計(jì)算軸的撓度和轉(zhuǎn)角的公式，在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，只計(jì)算軸上有齒輪的位置的撓度和轉(zhuǎn)角。輸入軸常嚙合齒輪副，離支撐點(diǎn)的距離較近，負(fù)荷小，一般情況下?lián)隙容^小，因此可以不計(jì)算。軸在垂直面內(nèi)的撓度是fc,在水平面內(nèi)的撓度為fs,轉(zhuǎn)

45、角位6,用下面的公式進(jìn)行計(jì)算22fsF2a2b23EIL式中，F(xiàn)i表示輪齒寬中間平面上的徑向力，N;F2表示齒輪齒寬中間平面上的圓周力，N;E是彈性模量，E=2.1*105MPa；I為慣性矩，mm4,對于實(shí)心軸，1=兀d4/64;d表示軸的直徑，mm；花鍵處均按直徑計(jì)算；a、b為齒輪上的作用力距離A、B支座的距離，mm；L表示支座間的距離，mm。因此次設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)基于AMT的純電動汽車傳動系統(tǒng)，所以不在這里對變速箱各軸的具體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算校核。2 .校驗(yàn)軸的強(qiáng)度變速箱的軸主要作用是進(jìn)行力的傳遞，在這里按許用切應(yīng)力進(jìn)行簡單的計(jì)算校核。TWT9.55106P/n0.2d3t式中，Wt表示軸的

46、抗扭截面系數(shù)，mm3；P為軸的傳遞效率，kW;n為軸的轉(zhuǎn)速，r/min；C跟軸選用的材料有關(guān)。n取峰值轉(zhuǎn)速時(shí)，變速箱軸的轉(zhuǎn)速，C取125。則d8.8mm當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，應(yīng)該加大軸的直徑，單鍵直徑增加3%,雙鍵直徑增加7%。4.1.6軸的三維模型1輸入軸模型根據(jù)計(jì)算，運(yùn)用CATIA建立的中間軸三維模型，如下圖所示圖3.3變速箱輸入軸2中間軸模型根據(jù)計(jì)算，運(yùn)用CATIA建立的中間軸三維模型，如下圖所示圖3.4變速箱中間軸3輸出軸模型在計(jì)變速箱第二軸為輸出軸，上面有同步器等換擋機(jī)構(gòu)，階梯軸各部分寬度與中間軸相匹配,算的基礎(chǔ)上，繪制第二軸三維模型如圖所示：圖3.5變速箱輸出軸4.2 驅(qū)動橋齒輪4.2.

47、1 主減速器錐齒輪主減速器錐齒輪的主要參數(shù)包含主動錐齒輪齒數(shù)Zi、從動錐齒輪齒數(shù)Z2、從動齒輪大端分度圓的直徑D2、端面模數(shù)ms、中點(diǎn)螺旋角B、法向壓力角a等。選擇主動錐齒輪和從動錐齒輪的齒數(shù)時(shí)必須考慮以下的條件：為了使齒輪磨合均勻，兩個(gè)齒輪的齒數(shù)之間盡量避免存在公約數(shù)；主動錐齒輪和從動錐齒輪的齒數(shù)和應(yīng)該大于40,盡可能的得到理想的齒面重合度以及較高的輪齒彎曲強(qiáng)度；為了使兩個(gè)齒輪嚙合好、噪音小并且具有較高的疲勞強(qiáng)度，對于乘用車，主動錐齒輪齒數(shù)一般大于9主減速比較大時(shí)，主動錐齒輪的齒數(shù)應(yīng)該盡量小一些，以此來盡可能的獲得滿意的整車最小離地間隙。根據(jù)上述主減速比，查閱相關(guān)資料，繪制出主減速器齒輪如圖

48、所示：圖3.6主減速齒輪和輸入齒輪4.2.2 對稱錐齒輪式差速器汽車上大部分的差速器都使用對稱錐齒輪式差速器，對稱錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)比較簡單、重量較輕的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛使用。對稱錐齒輪式差速器又分為普通錐齒輪式差速器、強(qiáng)制鎖止式差速器以及摩擦片式差速器。本設(shè)計(jì)采用普通錐齒輪式差速器它結(jié)構(gòu)簡單、工作狀態(tài)安全可靠，一般使用條件的汽車驅(qū)動橋大部分都會采用這種普通錐齒輪式差速器差速器四個(gè)齒輪相同如下圖所示:圖3.7差速器齒輪4.3 十字軸萬向節(jié)的強(qiáng)度校核在設(shè)計(jì)十字軸萬向節(jié)時(shí)，應(yīng)保證十字軸頸有足夠的抗彎強(qiáng)度設(shè)諸滾針對十字軸頸作用力的合力為F,則：2rcos式中T一傳動軸計(jì)算扭矩，取按兩種情況計(jì)算的轉(zhuǎn)矩（

49、按發(fā)動機(jī)最大扭矩、變速器一檔和按滿載驅(qū)動輪附著系數(shù)為0.8計(jì)算）的較小者；r一合力作用線與十字軸中心間的距離；a一萬向節(jié)的最大夾角；4.3.1 十字軸頸根部的彎曲應(yīng)力計(jì)算十字軸頸根部的彎曲應(yīng)力為：_32dlFs44二（d：-d4）式中：d1一十字軸軸頸直徑；d2十字軸油道孔直徑；s一力作用點(diǎn)到軸頸根部的距離。彎曲應(yīng)力應(yīng)不大于250350N/mm2。4.3.2 十字軸軸頸的剪應(yīng)力計(jì)算十字軸軸頸的剪應(yīng)力:4FT=44二（di-d2）剪應(yīng)力應(yīng)不大于80120N/mm2。4.3.3 滾針軸承的接觸應(yīng)力計(jì)算方法滾針軸承的接觸應(yīng)力：J式中：d一滾針直徑（mm；L一滾針工彳長度（mm；d1一如前所述（mm；

50、Fn一在力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷（N）l_4.6FniZ式中：i一滾針列數(shù)；Z每列中的滾針數(shù)。當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在HRC58上時(shí)，許用接觸應(yīng)力為30003200N/mm2。4.4本章小結(jié)本章首先對傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求等進(jìn)行了簡單介紹，然后通過汽車設(shè)計(jì)的相關(guān)知識，對變速箱，驅(qū)動橋等相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，運(yùn)用力學(xué)的有關(guān)知識對齒輪、軸、以及十字軸萬向節(jié)等進(jìn)行了強(qiáng)度校核，詳細(xì)的介紹了強(qiáng)度校核的有關(guān)知識。最后在三維設(shè)計(jì)軟件CATIA中完成了對變速箱、驅(qū)動橋的零部件的建模過程。第五章基于CATIA的設(shè)計(jì)方案裝配上文在CATIA中完成了對傳動系統(tǒng)零部件的三維建模，下面在CATIA的裝配設(shè)計(jì)模

51、塊中，介紹各個(gè)部件的裝配方法，完成對各個(gè)部件的裝配，在此基礎(chǔ)上，完成對整車結(jié)構(gòu)的三維建模5.1 變速箱零部件的裝配5.1.1 變速箱齒輪和軸的裝配裝配在一起的齒輪和軸是同心關(guān)系，軸線重合。下面以齒輪z2和中間軸為例，說明變速箱齒輪和軸的裝配方法：首先找到約束命令，如下圖所示：鄉(xiāng)一魯，勿畫遨圖5.1約束命令列表選擇第一個(gè)相合約束，分別點(diǎn)擊齒輪z2和中間軸的軸線，點(diǎn)擊更新命令。軟件會按照相合約束的命令進(jìn)行相對位置的更新，如下圖所示：圖5.2齒輪軸因?yàn)辇X輪z2和中間軸是鍵聯(lián)接，所以通過添加鍵，使用約束命令的第二個(gè)接觸約束。進(jìn)一步限定齒輪和軸的相對位置，如下圖所示：圖5.3裝配完的齒輪軸這樣就完成了一

52、個(gè)齒輪在軸上的裝配。參照上面的步驟完成其他齒輪在軸上的裝配。圖5.4中間軸其他齒輪和軸的裝配方法類似，而輸出軸上又添加了軸承，軸承的裝配方法和上述所講方法是致的。用上述方法將其他兩個(gè)軸上的齒輪和軸裝配完畢如下圖所示：圖5.5變速箱輸入軸圖5.6變速箱第二軸1.1.2 變速箱軸與軸之間的裝配方法變速箱的軸之間最基本的關(guān)系是平行關(guān)系，這里使用約束命令里的第三個(gè)命令，偏移約束。上文計(jì)算出的中心距便是軸的偏移距離。因?yàn)橹虚g軸式變速箱，所以輸入軸和輸出軸軸線應(yīng)該在同一直線上，這樣可以使變速箱結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使變速箱在實(shí)際安裝以及使用過程更加的方便。圖5.7變速箱齒輪裝配1.1.3 直線驅(qū)動裝置以及變速箱整

53、體的裝配完成各個(gè)齒輪和軸的裝配以后，將電磁直線執(zhí)行器與變速箱殼等裝配在一起，裝配結(jié)果如下圖所示:圖5.8變速箱圖5.2 驅(qū)動橋零部件的裝配驅(qū)動橋包含主減速器和差速器。下面我們就主減速器和差速器在CATIA中分別進(jìn)行裝配5.2.1 主減速的裝配主減速器由驅(qū)動齒輪和主減速器齒輪組成。下面利用主減速器殼對主減速器進(jìn)行裝配。Stepl【開始】一【機(jī)械設(shè)計(jì)】一【裝配設(shè)計(jì)】，進(jìn)入裝配設(shè)計(jì)平臺；Step2選中樹形圖上的【Product11,然后使用【現(xiàn)有組件】命令引入主減速器各部件；Step3使用【角度約束】命令在輸入齒輪和主減速器齒輪軸線之間創(chuàng)建約束；Step4使用【接觸約束】命令讓輸入齒輪和主減速器齒輪

54、的相關(guān)面產(chǎn)生接觸約束，使用【更新】命令進(jìn)行更新；Step5同上使用【曲面約束】、【接觸約束】、【更新】等命令完成差速器的裝配圖5.9主減速器部件5.2.2 差速器的裝配Stepl【開始】一【機(jī)械設(shè)計(jì)】一【裝配設(shè)計(jì)】，進(jìn)入裝配設(shè)計(jì)平臺；Step2選中樹形圖上的【Product11,然后使用【現(xiàn)有組件】命令引入差速器各部件；Step3使用【相合約束】命令在半軸齒輪和半軸的軸線之間創(chuàng)建約束；Step4使用【接觸約束】命令讓半軸齒輪和行星齒輪的相關(guān)面產(chǎn)生接觸約束，使用【更新】命令進(jìn)行更新；Step5同上使用【曲面約束】、【接觸約束】、【更新】等命令完成差速器的裝配。如下圖所示:圖5.10差速器部件5.2.3 驅(qū)動橋整體的裝配Stepl【開始】一【機(jī)械設(shè)計(jì)】一【裝配設(shè)計(jì)】，進(jìn)入裝配設(shè)計(jì)平臺；Step2選中樹形圖上的【Product11,然后使用【現(xiàn)有組件】命令引入主減速器部件和差速器部件；Step3使用【相合約束】命令在差速器齒輪軸和主減速器之間創(chuàng)建約束；Step4使用【接觸約束】命令讓差速器部件和驅(qū)動橋殼裝配，使用【更新】命令進(jìn)行更新，完成驅(qū)動橋的裝配，如圖圖5.11驅(qū)動橋總裝配圖5.3 傳動軸的裝配電動汽車上的萬向節(jié)傳動常由萬向節(jié)和傳動軸組成，主