電動汽車傳動系統(tǒng)主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算

本科畢業(yè)設(shè)計說明書題目：電動汽車傳動系統(tǒng)主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算院(部):機(jī)電工程學(xué)院2011年5月30日 I 1.1選題背景 1.2本文的主要研究內(nèi)容 4-1.2.1主要研究內(nèi)容 4-1.2.2研究目的 4-1.2.3課題需要完成任務(wù) 2.1VB總體設(shè)計 6-2.2VB圖形輸出設(shè)計 2.3VB參數(shù)輸入設(shè)計 7- 3.2主減速器的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇 3.2.1主減速器傳動機(jī)構(gòu)方案分析與型式選擇 3.2.2主減速器齒輪方案分析與型式選擇 3.2.3主減速器支撐方案分析與型式選擇 4.1主減速器主減速比I0的確定 22-4.2主減速器計算載荷的確定 4.3主減速器齒輪基本參數(shù)的確定 4.3.1齒數(shù)的選擇 4.3.2節(jié)圓直徑的選擇 4.3.3齒輪端面模數(shù)的選擇……………25-4.3.4齒面寬的選擇……………………25-4.3.5雙曲面齒輪的偏移距E…………26-4.3.6雙曲面齒輪的偏移方向 4.3.7雙曲面齒輪的螺旋方向 4.3.7雙曲面齒輪螺旋角的選擇 4.3.8雙曲面齒輪壓力角的選擇 4.4主減速器錐齒輪強(qiáng)度計算 29-4.4.1單位齒長圓周力 4.4.2齒輪彎曲強(qiáng)度 4.4.3齒輪接觸強(qiáng)度 4.5主減速器錐齒輪軸承的載荷計算 4.5.1錐齒輪齒面上的作用力 4.5.2懸臂式支撐主動錐齒輪軸承載荷的計算 4.5.3騎馬式支撐的從動錐齒輪的軸承徑向載荷 4.6主減速器齒輪材料的選擇 37-4.7主減速器的潤滑 37- 39- 39-5.1.1TRIZ理論核心思想和基本特征 39-5.1.2TRIZ理論主要內(nèi)容 40-5.1.3現(xiàn)代TRIZ理論體系主要包括內(nèi)容 5.2基于TRIZ理論的整體方案的確定 41-5.2.1能源高效回收裝置分析 5.2.2基于TRIZ理論體系的方案分析與方案確定 參考文獻(xiàn)………………47-附錄………………………48-主減速器是汽車傳動系中主要部件，其作用是減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩，某些主定性、經(jīng)濟(jì)性、動力性、通過性、實(shí)用性及舒適性有著重要的影響，因此本文針對電動汽車傳動系統(tǒng)，采用VB軟件設(shè)計語言輔助選取較合理的主減速器主減速比，系統(tǒng)的設(shè)計了一種帶有能源高效回收裝置的雙曲面?zhèn)鲃訂渭壷鳒p速器結(jié)構(gòu)：本設(shè)計中的單級主減速器采用雙曲面?zhèn)鲃?，與其他傳動方式相比，雙曲面齒輪具有最小齒數(shù)少，離地間隙高，傳動平穩(wěn)，強(qiáng)度大，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；主減速器傳動主動齒輪軸采用懸臂式支撐、從動齒輪軸采用騎馬式支撐，可以在保證主動軸剛度、強(qiáng)度的同時，簡化結(jié)構(gòu)，減少車身質(zhì)量，有利于降低車本、實(shí)現(xiàn)汽車輕量化設(shè)計；主減速器附加有能源高效回收裝置，節(jié)約能源，提高能源利用率，有助于增強(qiáng)電動汽車的續(xù)航能力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標(biāo)。關(guān)鍵詞：電動汽車；雙曲面?zhèn)鲃?；主減速器；能源高效回收裝置；VBThefinaldriveisanimportantpartofpowertrain,itworkstodecreasetherotate_speedandincreasethetwist,sometimesitalsocanchangethedirectionofthepower.Abetterfinaldrivehaveinfluenceonthestability,theeconomy,themotivepower,thepassability,themuchrationallerreductionratiobyVisualofthedeviceforenergyrecycledefficientlyandhypoidgearingforfewertoothproppedupbycantilever_typeandgettingthetargetsforsavingenergyandreducingemissions.Keywords:TheElectricVehicle;HypoidGearEnergyRecycledEfficienⅡ現(xiàn)在世界某些能源聚集地戰(zhàn)爭不斷，深層分析不難看出發(fā)動戰(zhàn)爭旨在爭奪能源，因此隨著環(huán)境污染程度的加深，化石能源的枯竭，新能源汽車投入使用迫在眉睫，電動汽車也應(yīng)運(yùn)而生，倍受關(guān)注。自電動汽車研發(fā)并投入市場以來，逐漸取代傳統(tǒng)動力的汽車，發(fā)展勢頭十分迅猛。我國電動汽車在自主創(chuàng)新過程中，堅持了政府支持，以核心技術(shù)、關(guān)鍵部件和系統(tǒng)集成為重點(diǎn)的原則，確立了以混合電動汽車、純電動汽車、燃料電池汽車為“三縱”,以整車控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、動力蓄電池/燃料電池為“三橫”的研發(fā)布局，通過產(chǎn)學(xué)研緊密合作，我國電動汽車自主創(chuàng)新取得了重大進(jìn)展。中國加入WTO以后，汽車市場對外開發(fā)，汽車工業(yè)逐漸成為世界汽車整體市場的一個重要組成部分。車用減速器也隨著整車的發(fā)展不斷成長和成熟起來。隨著高速公路網(wǎng)狀況的改善和國家環(huán)保法規(guī)的完善，環(huán)保、舒適、快捷成為貨車市場的主旋律。對整車主要總成之一的主減速器，其功用是將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞給驅(qū)動車輪，在汽車傳動系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩。主減速器可根據(jù)齒輪類型、減速形式以及主、從動齒輪的支承形式分類。主減速器的齒輪有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。一般中小型汽車僅用有一對不同齒數(shù)的錐齒輪組成的單級主減速器即可滿足要求。目前汽車主減速器中基本上不用直齒圓錐齒輪。這是為了減小驅(qū)動橋的外廓尺寸。當(dāng)選定車輪規(guī)格后，驅(qū)動橋中間部分在高度方向的尺寸H,對上影響車身底板高度，對下決定了汽車最小離地間隙h;離地間隙太小，將使驅(qū)動橋易與路面凸起的障礙物碰撞，因而降低了汽車在壞路上的通過能力。而驅(qū)動橋在高度方向上的尺寸主要決定于主減速器從動錐齒輪直徑的大小。在同樣的主傳動比i。情況下，若主動錐齒輪齒數(shù)愈多，相應(yīng)的從動錐齒輪齒數(shù)愈多，其直徑也愈大。因此在保證所要求的傳動比以及足夠的齒輪強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)盡可能較少主動齒輪的齒數(shù)，從而減小從動齒輪的直徑，以保證足夠的離地間隙。但每一種齒輪其最少齒數(shù)都有一定限制，齒數(shù)過少時在加工中要產(chǎn)生輪齒根部被切薄的現(xiàn)象(即“根切”現(xiàn)象),而大大降低了齒輪強(qiáng)度。實(shí)踐和理論分析證明，螺旋錐齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)比直齒的最小齒數(shù)要少，顯然采用螺旋錐齒輪在同樣傳動比下主減速器結(jié)構(gòu)就比較緊湊。由于螺旋錐齒輪的嚙合特點(diǎn)，使其工作過程中的噪聲也比較小，因而在汽車上獲得廣泛采用”。汽車主減速器在正常條件下工作應(yīng)滿足如下基本要求：工作平穩(wěn)，噪聲小，并具有足夠的剛度、強(qiáng)度和高傳動效率。而所說的正常條件是指汽車主減速器裝配時各個部件應(yīng)能夠正確的裝配，其中關(guān)鍵的是要保證主減速器能傳遞正確的扭矩轉(zhuǎn)速及功率2。由于主減速器轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)距較大，且轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)距變化幅度較大，對齒輪副嚙合精度要求較高，尤其主減速器螺旋錐齒輪副，齒頂稍有不吻合便使工作條件急劇變壞，隨之而來的就是齒輪齒面的磨損加劇，噪聲增大，齒輪副使用壽命降低，進(jìn)而影響到整個主減速器的使用壽命，因此對主減速器的設(shè)計要求很高。目前，對于轎車和一般輕、中型貨車，采用單級主減速器即可滿足汽車動力性要求。他具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量小和傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)3。產(chǎn)品上，國內(nèi)貨車市場用戶主要以承載能力強(qiáng)、齒輪疲勞壽命高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、易維護(hù)等特點(diǎn)的產(chǎn)品為首選。目前已開發(fā)的產(chǎn)品，如陜西漢德引進(jìn)德國撇N公司技術(shù)的485單級減速驅(qū)動橋，大都是有效吸收國外同類產(chǎn)品新技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對國內(nèi)市場需求通過整合和平臺化開發(fā)出來的高性能、高可靠性、高品質(zhì)的車橋產(chǎn)品。這些產(chǎn)品基本代表了國內(nèi)車用減速器發(fā)展的方向，并被用戶廣泛認(rèn)可和使用。軟件先后應(yīng)用于主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和齒輪加工中，有限元分析、數(shù)模建立、虛擬試新一代減速器設(shè)計開發(fā)的突出特點(diǎn)是：不僅在產(chǎn)品性能參數(shù)設(shè)計上進(jìn)一步遵從模塊化設(shè)計原則，產(chǎn)品配套實(shí)現(xiàn)車型的平臺化，造型和結(jié)構(gòu)更加合理，更宜于組織批量生產(chǎn)，更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展，更能應(yīng)對頻繁的車型換代和產(chǎn)品系列化的特點(diǎn)，這些都對基礎(chǔ)件產(chǎn)品提出愈來愈高的配套要求，需要在產(chǎn)品設(shè)計上不斷地進(jìn)行二次開發(fā)和持續(xù)改進(jìn)，以滿足快速多變的市場需求。與國外相比，我國的車用減速器開發(fā)設(shè)計不論在技術(shù)上、制造工藝上，還是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是齒輪制造技術(shù)缺乏獨(dú)立開發(fā)與創(chuàng)新能力，技術(shù)手段落后(國外己實(shí)現(xiàn)計算機(jī)編程化、電算化)。目前比較突出的問題是，行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱、工藝創(chuàng)新及管理水平低，企業(yè)管理方式較為粗放，相當(dāng)比例的產(chǎn)品仍為中低檔次，缺乏有國際影響力的產(chǎn)品品牌，行業(yè)整體散亂情況依然嚴(yán)重。這需要我們加快技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步的步伐，提高管理水平，加快與國際先進(jìn)水平接軌，開發(fā)設(shè)計適應(yīng)中國國情的高檔車用減速器總成，由仿制到創(chuàng)新，早日縮小并消除與世界先進(jìn)水平的差距?？傮w來說，車用減速器發(fā)展趨勢和特點(diǎn)是向著六高、二低、二化方向發(fā)展，即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性、高傳動效率，低噪聲、低成本，標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化，計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)廣泛應(yīng)用。從發(fā)動機(jī)的大馬力、低轉(zhuǎn)速的發(fā)展趨勢以及商用車的最高車速的提升來看，公路用車橋減速器應(yīng)該向小速比方向發(fā)展：在最大輸出扭矩相同時齒輪的使用壽命要求更高(齒輪疲勞壽命平均可達(dá)50萬次以上);在額定軸荷相同時，車橋的超載能力更強(qiáng)；主減速器齒輪使用壽命更長、噪音更低、強(qiáng)度更大，潤滑密封性能更好；整體剛性好，速比范圍寬。另外，本設(shè)計選用雙曲面齒輪作為傳動齒輪，準(zhǔn)雙曲面齒輪是一種特殊的錐齒輪，與普通錐齒輪相比具有重迭系數(shù)大、傳動平穩(wěn)、沖擊和噪音小、可降低汽車的重心、偏置距是一個重要參數(shù)，偏置距的存在，使主從動齒輪軸有相對偏移，使得準(zhǔn)雙曲面齒輪可用于傳遞空間兩垂直相錯軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。主減速器是汽車傳動系的重要組成盤的高度，提高汽車行駛的平穩(wěn)性，并給汽車的總體布置帶來很大方便。主減速器的噪聲是汽車噪聲的一個重要來源，減小主減速器噪聲對于提高汽車乘坐的舒適性具有十分重要的意義。因此，分析設(shè)計準(zhǔn)雙曲面齒輪的設(shè)計參數(shù)和計算能改進(jìn)主減速器的設(shè)計，優(yōu)化主減速器的性能，對于主減速器的設(shè)計計算具有非常重要的意義。當(dāng)今社會信息化程度日益加深，各行各業(yè)都在利用計算機(jī)處理信息。信息化和數(shù)字化帶來的收益是巨大的，許多原本要耗費(fèi)大量人力物力的工作現(xiàn)在可以輕而易舉的可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的各類應(yīng)用程序(41。它簡單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與Windowsr專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。在VisualBasic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口(API)等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)5]。應(yīng)用VB可以進(jìn)行編程計算，解決設(shè)計中的載荷計算等問題。因此，在設(shè)計過程之中對齒輪的選取和計算是至關(guān)重要，應(yīng)用VB的編程計算也是對以后主減速器設(shè)計的一種簡單化的一條路。1.2本文的主要研究內(nèi)容本文設(shè)計了一種基于電動汽車的主減速器，在滿足主減速器公用，保證足夠強(qiáng)度、剛度的條件下，以汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性、動力性為約束條件，提出了主減速器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法以及電動汽車能源高效回收裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并利用VB軟件設(shè)計開發(fā)了汽車主減速器參數(shù)優(yōu)化程序來輔助本設(shè)計完成。(1)汽車主減速器的齒輪類型、主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速形式對車輛的動力性、穩(wěn)定性、離地間隙、通過性甚至經(jīng)濟(jì)性都有很重要的影響，因此要根據(jù)電動汽車的參數(shù)對主減速器形式進(jìn)行篩選，以使傳動系統(tǒng)得到優(yōu)化。(2)主減速器齒輪參數(shù)對主減速器的噪聲、穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度以及壽命都有直接的影響，因此要根據(jù)電動汽車的參數(shù)及主減速器的形式對齒輪參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化確定，以使主減速器得到優(yōu)化。(3)此主減速器應(yīng)用于電動汽車上，對能源回收有較高要求。因此在本設(shè)計中考慮高效能源回收裝置，以使能源系統(tǒng)得到優(yōu)化。(4)由于主減速器參數(shù)較多，因此本設(shè)計開發(fā)VB軟件一輔助設(shè)計，以使整個系統(tǒng)得到優(yōu)化。(1)汽車主減速器參數(shù)設(shè)計的優(yōu)化可以在保證動力性的情況下使汽車的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、通過性達(dá)到最佳的目的。(2)主減速器齒輪參數(shù)設(shè)計的優(yōu)化可以在保證主減速器穩(wěn)定性的情況下達(dá)到降低噪聲、提高強(qiáng)度、剛度的目的。(3)主減速器上設(shè)置能源回收裝置不僅有效節(jié)約能源，更可以延長汽車?yán)m(xù)航能力，達(dá)到節(jié)能減排的目的。1.2.3課題需要完成任務(wù)(1)主減速器結(jié)構(gòu)形式的分析和選擇，包括主減速器的齒輪類型、減速形式、(2)主減速器基本參數(shù)選擇與計算載荷的確定；(6)能源高效回收裝置的設(shè)計及其與其他部件之間的配合；(7)進(jìn)行綜合的匹配、校核以及修改、調(diào)整；在本設(shè)計中，主減速器的主減速比的確定決定了本設(shè)計的質(zhì)量，也影響電動汽車很多性能，因此主減速器的主減速比尤為重要。所以設(shè)計選取中采用VB語言制作一個軟件來輔助選取合理的主減速器的主減速比。2.1VB總體設(shè)計為了突破軟件的局限性，是功率平衡軟件可以用于不同電動汽車主減速器主減速比的選擇，本設(shè)計中的功率平衡軟件采用輸入、輸出兼行的制作理念，使軟件兼顧輸入、輸出。軟件總圖如圖2.1所示。車輪滾動半徑/車輪滾動半徑/n車身重量/kg傳動效率nt氣動阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)輸出功率Pe/kW三檔(i3)四檔(i4)五檔(i5)主減速比i0圖2.1汽車功率平衡圖總體結(jié)構(gòu)設(shè)計汽車主減速器主減速比的選擇，更加方便初次使用者熟悉、熟練本軟件。功率平衡軟件的主要作用是輸出汽車在不同檔位、不同車速時的功率曲線，以便使用者根據(jù)曲線選取最佳主減速器主減速比。在本設(shè)計中圖形輸出主要依靠picturebox控件,而進(jìn)入圖形輸出代碼主要依靠Command控件□,總的輸出部分布置如圖圖2.2輸出部分結(jié)構(gòu)設(shè)計為了功率平衡軟件兼顧輸入、輸出，本軟件設(shè)計了參數(shù)輸入文本框，以便汽車不同情況或不同汽車參數(shù)的主減速器設(shè)計都可以方便的使用本軟件輔助設(shè)計。在輸入部分，主要應(yīng)用了VB中的label控件A以及textbox控件其中l(wèi)abel控件A主要車輪滾動半徑/車輪滾動半徑/m車身重量/kg傳動效率nt氣動阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)輸出功率Pe/kW五檔(i5)主減速比i0為了此軟件在本設(shè)計中應(yīng)用更方便，在制作時預(yù)先輸入計算所需數(shù)據(jù)，如圖2.4車輪滾動半徑/車輪滾動半徑/m車身重量/kg傳動效率n氣動阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)汽車迎風(fēng)面積m2輸出功率Pe/kW當(dāng)主減速比i06圖2.4參數(shù)預(yù)先輸入的輸入部分結(jié)構(gòu)當(dāng)用于其他電動汽車主減速器主減速比選擇時，只需在軟件右側(cè)輸入框內(nèi)輸入各自的汽車相應(yīng)的參數(shù)后即可應(yīng)用?？紤]到方便使用者更改、進(jìn)一步完善軟件，軟件輸入框予以預(yù)留部分空間。圖2.4為軟件過程設(shè)計總體結(jié)構(gòu)布置，圖2.6為軟件最終設(shè)計總體結(jié)構(gòu)布置一檔(i1)二檔(i2)三檔(i3)五檔(i5)458857傳動效率nt氣動阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)輸出功率Pe/kW0.35圖2.4軟件過程設(shè)計總體結(jié)構(gòu)布置車輪滾動半徑/車輪滾動半徑/m車身重量/kg傳動效率πt氣動阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)輸出功率Pe/kW汽車功率平衡圖四檔(i4)主減速比i0458857圖2.6軟件最終設(shè)計總體結(jié)構(gòu)布置3電動汽車傳動系統(tǒng)主成速器結(jié)構(gòu)設(shè)計主減速器作為傳動系中一個重要裝置，主要用于傳動扭矩、降速增扭和改變動力方向。主減速器可根據(jù)減速形式、齒輪類型以及主、從動齒輪的支承形式分類。根據(jù)減速形式主要分為：單級減速、雙級減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速與輪邊減速等；根據(jù)齒輪類型主要分為：螺旋錐齒輪式、雙曲面齒輪式、圓柱直齒輪式、斜齒圓柱齒輪式、行星齒輪式和渦輪蝸桿式；根據(jù)主、從動齒輪的支承形式分為：懸主減速器的結(jié)構(gòu)對汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、通過性、操縱的可靠性與靈便性、傳動的平穩(wěn)性與效率、整車的震動、噪音等都有直接影響。變速器與主變速器及發(fā)動機(jī)的參數(shù)作優(yōu)化匹配，可得到良好的動力性與經(jīng)濟(jì)性；合理選擇主減速器、傳動齒輪形式、支撐形式及優(yōu)化參數(shù)等可使傳動沖擊小、噪聲低、效率高，提高變速器質(zhì)量和設(shè)為保證主減速器具有良好的工作性能，對主減速器提出如下設(shè)計要求：(1)正確選擇主減速器傳動參數(shù)，使之與發(fā)動機(jī)、變速器的參數(shù)優(yōu)化匹配，以保證汽車具有良好的動力性與經(jīng)濟(jì)性；(2)真確選擇主減速器傳動方式，減小主減速器整體直徑，提高汽車的離地間隙，保證汽車的通過性能；(3)設(shè)置能量高效回收裝置，并保證裝置操縱簡單、方便、迅速、省力、可靠；(4)保證傳動效率高、工作平穩(wěn)、噪聲低；(5)在保證功能的前提下減小體積、減輕質(zhì)量、增強(qiáng)承載能力，保證工作可靠(6)制造容易、成本低廉、維修方便、使用壽命長；(7)貫徹零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化及總成系列化等設(shè)計要求，遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)3.2主減速器的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇3.2.1主減速器傳動機(jī)構(gòu)方案分析與型式選擇目前汽車主減速器主要分為：單級主減速器、雙級主減速器、雙速主減速器、單級貫通式主減速器、雙級貫通式主減速器、單級(雙級)主減速器附輪邊減速器。(1)單級(雙級)主減速器附輪邊減速器(圖3.1)將驅(qū)動橋的一部分減速比分配給安裝在輪轂中間或者旁邊的輪邊減速器，這樣一來不僅使驅(qū)動橋中間部分主減速器的輪廓尺寸減小，加大了離地間隙，并得到了較大的驅(qū)動橋減速比(一般大于12),而半軸、差速器以及主減速器從動齒輪等零件的尺寸也可以減小。但輪邊減速器在一個橋上就需要兩套，使驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本提高、增加車輛重量，因此一般設(shè)計要求具有較高動力性、車速相對較低的重型汽車、大型公共汽車、工程和軍事上的重型牽引車的驅(qū)動橋時，為使變速器、分動器、傳動軸等動力總成不致因承受過大轉(zhuǎn)矩而使他們的尺寸及重量過大時才推薦使用。圖3.1斯太爾后驅(qū)動橋輪邊減速器(2)雙級貫通式主減速器(圖3.2)主要分為錐齒輪一圓柱齒輪式和圓柱齒輪—錐齒輪式兩種，現(xiàn)代有不少的多橋驅(qū)動汽車采用了圓柱齒輪—錐齒輪式雙級貫通式主減速器，其第一級圓柱齒輪便于貫通，也可以減速，但常取其減速比為1:1,第二級可用螺旋錐齒輪，也可以用雙曲面齒輪。設(shè)計時一般要注意前、中、后橋這些錐齒輪的布置、螺旋方向、旋轉(zhuǎn)方向以及雙曲面齒輪的偏置之間的關(guān)系，所選的螺旋方向應(yīng)導(dǎo)致當(dāng)汽車前進(jìn)時兩錐齒輪有相斥的軸向力。當(dāng)然也有將第一級圓柱齒輪副布置在第二級錐齒輪副之后的結(jié)構(gòu)。與錐齒輪—圓柱齒輪式雙級貫通式主減速器相比，圓柱齒輪—錐齒輪雙級貫通式主減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，高度尺寸減小，但其第一級的斜齒圓柱齒輪副的減速比較小，有時甚至等于1。為此有些汽車在采用這種布置時，為了加大驅(qū)動橋的總減速比而增設(shè)輪邊減速器；而另一些汽車則將從動齒輪的內(nèi)孔做成齒圈并裝入一組行星齒輪減速器機(jī)構(gòu)，以增大減速比。雙級貫通式主減速器的特點(diǎn)是：有較大主減速比，但結(jié)構(gòu)的高度尺寸大，特別是主動錐齒輪的工藝性差，而從動錐齒輪又需要采用懸臂式安置，支撐剛度差，拆裝也不方便。圖3.2延安SX2150汽車雙級貫通式主減速器(3)單級貫通式主減速器又分為雙曲面齒輪式(圖3.3)和蝸輪式(圖3.4)兩種，其中雙曲面齒輪式單級貫通式主減速器利用了雙曲面齒輪傳動主動齒輪軸線相對于從動齒輪軸線的偏移，將一根貫通軸穿過中橋并通向后橋，但這種結(jié)構(gòu)受主動齒輪最少齒數(shù)的偏移距大小的限制，而且主動齒輪的工藝性差，通常主動齒輪的最小齒數(shù)為八，因此最大傳動比只能在五左右，但其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、主減速器質(zhì)量較小、尺寸緊湊、并可使中、后橋大部分零件，尤其是使橋殼、半軸等主要零件具有互換性，因此主要應(yīng)用于多橋驅(qū)動汽車的貫通橋上。圖3.3雙曲面齒輪傳動的單級貫通式主減速器圖3.4蝸輪傳動的單級貫通式主減速器(4)雙速主減速器(圖3.5)由兩級齒輪減速構(gòu)成，第一級均為螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，而根據(jù)第二級減速齒輪的不同分為錐齒輪—行星齒輪式和錐齒輪一圓柱齒輪式兩種，此二種各有特點(diǎn)，但前者較后者體積及質(zhì)量較小，剛度和強(qiáng)度較大，但需加強(qiáng)行星輪系和差速器的潤滑；后者較前者獲得更大的主減速比。因此主要應(yīng)用于載荷及路面狀況變化較大、使用條件非常復(fù)雜的重型載貨汽車上。圖3.5雙速主減速器(5)雙級主減速器(圖3.6)根據(jù)汽車的總體布置要求，主要分為縱向水平布置的錐齒輪—圓柱齒輪式雙級主減速器、垂向布置的錐齒輪一圓柱齒輪式雙級主減速器和斜向布置的錐齒輪—圓柱齒輪式雙級主減速器三種：縱向水平布置的錐齒輪一圓柱齒輪式雙級主減速器使總成的垂向輪廓尺寸縮小而縱向尺寸增加，用在長軸距的汽車上可減小傳動軸的長度，但不利于短軸距汽車的總體布置，因會是傳動軸過短，是傳動軸夾角增大，這種結(jié)構(gòu)可將主減速器與差速器組合為一個大總成并從整體式橋殼前面的開孔裝入橋殼內(nèi)，方便拆裝；垂向布置的錐齒輪—圓柱齒輪式雙級主減速器有利于使短軸距的汽車能相應(yīng)的加長傳動軸以減小傳動軸的夾角，也便于多橋驅(qū)動汽車對貫通式驅(qū)動橋的布置，這種結(jié)構(gòu)的主減速器與差速器組合為一個整體，并從整體式橋殼上部的開口處裝入橋殼內(nèi)。這樣便于重型汽車主減速器的吊裝，但拆裝時需要移開車廂，并且橋殼在中上部上方開孔，會顯著降低其垂向剛度，嚴(yán)重時會引起半軸由于受彎而過載和齒輪嚙合變差；斜向布置的錐齒輪—圓柱齒輪式雙級主減速器第二級的從動圓柱齒輪布置在主動圓柱齒輪的后斜下方，這兩個齒輪軸所決定的平面與鉛錘面的交角可根據(jù)布置上的需要進(jìn)行選擇，當(dāng)為45°時，則這一布置形式就成為前兩種布置形式的折中方案，這是橋殼與主減速器橋的安裝接合面也可做成與鉛錘面成45°的斜面，與前述垂向布置型式中該接合面為水平的情況相比，這里對改善橋殼垂向剛性有好處，而與縱向—水平布置型式相比，其縱向尺寸有所減小。但是雙級主減速器由兩級齒輪減速組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大、制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速較大(7.6<i?≤12)且采用單級減速不能滿足既定的主減速比和離地間隙要求的重型汽車圖3.6雙級主減速器(6)單級主減速器(圖3.7)的結(jié)構(gòu)形式，尤其是其齒輪的支撐形式和拆裝方法，與橋殼的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)，根據(jù)橋殼結(jié)構(gòu)形式的不同單級主減速器又有以下幾種典型的結(jié)構(gòu)：采用組合式橋殼的單級主減速器、采用對分式橋殼的單級主減速器、采用整體式(琵琶式)橋殼的單級主減速器。采用組合式橋殼的單級主減速器的主、從動錐齒輪軸承都直接支撐在與橋殼鑄成一體的主減速器殼上，結(jié)構(gòu)簡單、支撐剛度大、質(zhì)量小、造價低，為某些小型汽車所用，但有裝配調(diào)整困難的缺點(diǎn)，但某些改進(jìn)型不僅保持了原結(jié)構(gòu)所具有的支撐剛度良好的優(yōu)點(diǎn)，而且拆裝、調(diào)整也很方便，適用于中型載貨汽車和越野汽車；采用對分式橋殼的單級主減速器橋殼中部也是主減速器殼，它由一個縱向接合面將其分為左、右兩個半殼，并由在接合面處的一圈螺栓連接而成，其從動錐齒輪軸承也直接裝在橋殼的軸承座孔內(nèi)，因此支撐剛度大，但由于調(diào)整主減速器時必須將橋殼分開，維修、調(diào)整十分不便，故此種結(jié)構(gòu)已經(jīng)很少使用；采用整體式(琵琶式)橋殼的單級主減速器的主減速殼與橋殼是分開的，主減速器和差速器的全部零件都安裝在主減速器殼上，并作為一個已經(jīng)安裝、調(diào)整好的獨(dú)立總成插入整體式橋殼中，當(dāng)轎車或輕型以下汽車采用這種結(jié)構(gòu)時，主動錐齒輪是直接懸臂支撐在主減速器殼內(nèi)的，以便簡化結(jié)構(gòu)，減少質(zhì)量，但對于中、重型汽車、越野車和大型客車，則將主動錐齒輪及其支撐裝置作為一個單獨(dú)的分總成，可由主減速器殼上拆下，以方便安裝、調(diào)整。圖3.7單級主減速器im——變速器最高檔傳動比。根據(jù)任務(wù)書所給汽車要求參數(shù)，得主減速器減速比應(yīng)滿足8.26>io>6.60,因此本電動汽車傳動系統(tǒng)主減速器設(shè)計的減速形式應(yīng)采用單級減速形式，使設(shè)計在滿足參數(shù)條件下結(jié)構(gòu)簡單，減小質(zhì)量，降低成本，方便拆裝、調(diào)整以及維修。3.2.2主減速器齒輪方案分析與型式選擇單級主減速器一般采用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動的，但基本上不用直齒圓錐齒輪，這是為了減小驅(qū)動橋的外廓尺寸。當(dāng)選定車輪規(guī)格后，驅(qū)動橋中間部分在高度方向的尺寸H,對上影響車身底板高度，對下決定了汽車最小離地間隙h;離地間隙太小，將使驅(qū)動橋易與路面凸起的障礙物碰撞，因而降低了汽車在壞路上的通過能力。而驅(qū)動橋在高度方向上的尺寸主要決定于主減速器從動錐齒輪直徑的大小。在同樣的主傳動比i。情況下，若主動錐齒輪齒數(shù)愈多，相應(yīng)的從動錐齒輪齒數(shù)愈多，其直徑也愈大。因此在保證所要求的傳動比以及足夠的齒輪強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)盡可能較少主動齒輪的齒數(shù)，從而減小從動齒輪的直徑，以保證足夠的離地間隙。但每一種齒輪其最少齒數(shù)都有一定限制，齒數(shù)過少時在加工中要產(chǎn)生輪齒根部被切薄的現(xiàn)象(即“根切”現(xiàn)象),而大大降低了齒輪強(qiáng)度。實(shí)踐和理論分析證明，螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)比直齒的最小齒數(shù)要少，顯然采用螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪在同樣傳動比下主減速器結(jié)構(gòu)就比較緊湊，由于螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪的嚙合特點(diǎn)，使其工作過程中的噪聲也比較小。螺旋錐齒輪的主、從動齒輪線相交于一點(diǎn)，交角可以是任意的，但是絕大多數(shù)汽車驅(qū)動橋上主減速器齒輪副都是采用的90°交角布置，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時嚙合，因此螺旋錐齒輪能承受大的負(fù)荷，加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸的由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的轉(zhuǎn)向另一端，使得其工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)動時噪聲和震動也是很小的。雙曲面齒輪的主、從動軸線不相交而呈空間交叉，其空間交叉角(即將一軸線平移，使之與另一軸線相交的交角)也都采用90°交角布置，主動齒輪軸相對于從動齒輪軸有向上或向下的偏移，即上偏置或下偏置，這個偏置量即為雙曲面齒輪的偏移距，當(dāng)偏移距大到一定程度時，可使一個齒輪軸從另一個齒輪軸旁通過，這樣就能在每個齒輪兩邊布置尺寸緊湊的支撐，這對支撐剛度、保證齒輪正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。和螺旋齒輪由于齒輪副軸線相交而使的主、從動齒輪的螺旋角相等的情況不同，雙曲面齒輪的偏移距使得其主動齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角，因此雙曲面齒輪傳動的法向模數(shù)或發(fā)向周節(jié)雖然相等，但是端面模數(shù)或端面周節(jié)是不相等的，主動齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動齒輪的，這使得雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃渝F齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更好的強(qiáng)度、剛度，其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)；另外由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應(yīng)力降低。隨著偏移距的不同，雙曲面齒輪與接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)穆菪F齒輪比較，負(fù)荷可提高至175%,雙曲面主動齒輪的螺旋角較大，則不產(chǎn)生跟切的最少齒數(shù)可以減小，所以可以選用較少的齒數(shù)，有利于大傳動比傳動，當(dāng)要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時采用雙曲面齒輪更為合理，因為如果保持兩種傳動的主動錐齒輪直徑一樣，則雙曲面從動齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比i?≥4.5的傳動有其優(yōu)越性，對中等傳動比，兩種齒輪都有很好的適應(yīng)，當(dāng)傳動比小于2時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大，這是選擇螺旋錐齒輪更為合適，因為后者有較大因此，與螺旋錐齒輪傳動相比較，雙曲面齒輪傳動具有以下優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時，雙曲面?zhèn)鲃泳哂懈蟮膫鲃颖龋划?dāng)傳動比一定，從動齒輪尺寸相同時，雙曲面主動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪有更大的直徑和較高的輪齒強(qiáng)度及較大的主動齒輪軸和軸承鋼度；當(dāng)傳動比一定，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面從動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪尺寸要小，從而可以獲得更大的離地間隙；此外，由于偏移距的存在，是雙曲面齒輪在工作過程中不僅存在與螺旋錐齒輪相同的沿齒高方向的側(cè)向滑動，而且還有沿齒長方向的縱向滑動，從而可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)動平穩(wěn)性；雙曲面齒輪傳動的主動齒輪的螺旋角較大，同時嚙合的齒數(shù)較多，重合度更大，既可以提高傳動的平穩(wěn)性，又可以使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30%;雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪直徑及螺旋角都大，所以嚙合齒輪的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪大，從而可以降低齒面間的接觸應(yīng)力；雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪螺旋角較大，則不產(chǎn)生根切現(xiàn)象的最小齒數(shù)可以減小，因此可以選用較少的齒數(shù)，有利于增加傳動比；雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪較大，因此加工時所需刀盤刀頂距較大，切削刃壽命較長；雙曲面齒輪的偏移距還有利于實(shí)現(xiàn)汽車的總體布置。但是這也會導(dǎo)致雙曲面齒輪傳動沿齒長方向縱向滑動會使摩擦損失增加，減低傳動效率：雙曲面齒輪傳動的效率約為96%,而螺旋錐齒輪傳動效率約為99%;雙曲面齒輪齒面間的壓力和摩擦力功較大，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，抗膠合能力較低，因此需要選用可改善油膜強(qiáng)度和帶有防刮傷添加劑的雙曲面齒輪油來進(jìn)行潤滑。綜上所述本設(shè)計采用雙曲面主動錐齒輪單級主減速器。圖3.8螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪主減速器傳動汽車主減速器在正常條件下工作應(yīng)滿足如下基本要求：工作平穩(wěn)，噪聲小，并具有足夠的剛度、強(qiáng)度和高的傳動效率。而所說的正常條件是指汽車主減速器裝配時各個部件應(yīng)能夠正確的裝配，其中關(guān)鍵的是要保證主減速器能傳遞正確的扭矩轉(zhuǎn)速及功率。由于主減速器轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)距較大，且轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)距變化幅度較大，對齒輪副嚙合精度要求較高，尤其主減速器螺旋錐齒輪副，齒頂稍有不吻合便使工作條件急劇變壞，隨之而來的就是齒輪齒面的磨損加劇，噪聲增大，齒輪副使用壽命降低，進(jìn)而影響到整個主減速器的使用壽命，因此對主減速器的設(shè)計要求很高。3.2.3主減速器支撐方案分析與型式選擇3.2.3.1主減速器主動錐齒輪的支撐方案及安置方法在殼體結(jié)構(gòu)及軸承形式已定的情況下，主減速器主動齒輪的支撐形式及安置方法對其支撐剛度影響很大，這是齒輪能否正確嚙合并具有較高使用壽命的重要原因之一，現(xiàn)在汽車主減速器主動齒輪的支撐方式主要有一下兩種形式：(1)懸臂式：齒輪以其輪齒大端一側(cè)的軸頸懸臂式地支撐于一對軸承上，為了增強(qiáng)支撐剛度，應(yīng)使輛支撐軸承中心間距離b比齒輪齒面寬中點(diǎn)的懸臂長度a大兩倍以上，同時尺寸b應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的70%還大，并使齒輪軸頸大于或至少等于懸臂長a。當(dāng)采用一對圓錐滾子軸承支撐時，為減小懸臂長度a和增大支撐間的距離b,應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的小端相向朝內(nèi)，大端朝外，已使b拉長，a縮短，從而增強(qiáng)支撐剛度，同時也便于布置、軸承預(yù)緊度的調(diào)整以及軸承的潤滑。應(yīng)注意的是，對圓錐滾子軸承來說，由于潤滑油只能從圓錐滾子軸承的小端在離心力的作用下流向大端，因此橋殼上應(yīng)該有通入兩軸承間的通油管道及使?jié)櫥头祷貥驓さ幕赜偷溃涣硗鉃榱瞬鹧b方便起見，應(yīng)使主動錐齒輪后軸承(即緊靠齒輪大端面的軸承)的支撐軸徑大于其前軸(即位于驅(qū)動橋前部的軸承)的支撐軸徑，或名義尺寸雖同但公差有別。支撐剛度也隨軸承與軸及軸承與座孔之間的配合緊度的增加而增大。(2)騎馬式：齒輪前后兩端的軸頸均以軸承支撐，故騎馬式又稱兩端支撐式。騎馬式支撐使支撐剛度大為增加，使齒輪在載荷的作用下變形(齒輪軸線的偏轉(zhuǎn)角φ)大為減小，約減小到懸臂式支撐的1/30以下。而主動錐齒輪后軸承的徑向負(fù)載比懸臂式要減小1/5~~1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。此外，由于齒輪大端一側(cè)前軸承及后軸承之間的距離很小，可以縮短主動錐齒輪輪軸的長度，使布置更緊湊，這有利于減小傳動軸夾角以及整車布置。騎馬式支撐的導(dǎo)向軸承(及齒輪小端一側(cè)的軸承)都采用圓柱滾子式的，并且其內(nèi)外圈可以分離(有事甚至不帶內(nèi)圈)以利于拆卸。為了進(jìn)一步增強(qiáng)剛度，應(yīng)盡可能減小齒輪大端一側(cè)兩軸承間的距離，增大支撐軸徑，適當(dāng)提高軸承配合緊度。裝載質(zhì)量為2t以上的汽車主減速器主動齒輪都是采用騎馬式支撐，因為在傳遞較大轉(zhuǎn)矩的情況下懸臂式支撐難以滿足支撐剛度的要求。但是騎馬式支撐增設(shè)了導(dǎo)向軸承支座，使主減速器殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高；而轎車和載重質(zhì)量小于2t的載貨汽車，由于載荷較小，偏轉(zhuǎn)角φ的絕對值不大，則常采用結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量較小，成本較低且主動錐齒輪支撐座與主減速器殼鑄成一體的懸臂式結(jié)構(gòu)。圖3.9主減速器主動齒輪的支撐型式及安置方法綜上，在滿足汽車參數(shù)的前提下，為減小質(zhì)量、簡化結(jié)構(gòu)、降低成本、方便維修，本設(shè)計中主減速器主動齒輪采用懸臂式支撐結(jié)構(gòu)，主減速器從動錐齒輪采用騎馬式支撐結(jié)構(gòu)。2.2.3.2主減速器從動錐齒輪的支撐方案及安置方法主減速器從動錐齒輪的支撐剛度依軸承的形式、支撐間的距離和載荷在軸承之間的分布即載荷離兩端軸承支撐中心的距離c和d之比而定。為了增強(qiáng)支撐剛度，支撐間的距離應(yīng)盡量縮小。但為了是從動錐齒輪背面的支撐凸緣有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)筋 (一般不會少于6條，且應(yīng)一直延伸到差速器軸承座近處)及增強(qiáng)支座的穩(wěn)定性，距離(c+d)應(yīng)不小于從動錐齒輪節(jié)圓直徑的70%。兩端支撐多采用圓錐滾子軸承，安裝時應(yīng)使其圓錐滾子大端相向朝內(nèi)而小端相背朝外。為了使載荷盡量均勻分布在兩個軸承上，并且讓出位置來加強(qiáng)從動齒輪凸緣的剛性，應(yīng)盡量使c≥d;為了防止從動齒輪在軸向載荷的作用下偏移，圓錐滾子軸承也應(yīng)該預(yù)緊；由于從動錐齒輪的軸承是安裝在差速器殼上，尺寸較大因此足以保證剛度。球面圓錐滾子軸承具有自動調(diào)位性能，對軸歪斜敏感性較小，這對主減速器從動齒輪軸承尺寸大時極為重要，但在本設(shè)計中不適用；向心推力軸承不需要調(diào)整，但僅見于某些小排量轎車主減速器中，考慮維修替換方便的需要，本設(shè)計不予以采用；只有采用直齒或人字齒圓柱齒輪時，由于無軸向力，雙級主減速器從動齒輪才可以安裝在向心球軸承上，而本設(shè)計采用單級主減速器，因此不適用。綜上，本設(shè)計采用圓錐滾子軸承，但使用過程中要根據(jù)需要進(jìn)行局部調(diào)整，并注意圓錐滾子軸承安裝方向以及預(yù)緊、加強(qiáng)剛度以及動平衡的要求。轎車和輕型載貨汽車主減速器從動錐齒輪采用無輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配合固定在差速器殼的凸緣上，這種方法對增強(qiáng)剛性效果較好。中、重型汽車主減速器從動齒輪多采用有輻式結(jié)構(gòu)并有螺栓或鉚釘與差速器凸緣連接。當(dāng)從動錐齒輪的徑向尺寸較大時，在大是負(fù)荷下會產(chǎn)生較大的變形，這時常采用能限制從動錐齒輪因受軸向力而產(chǎn)生偏移的止推裝置，對從動錐齒輪外緣背面加以支撐。止推裝置的支撐面位置需要進(jìn)行計算，其正確位置應(yīng)該是當(dāng)從動錐齒輪在載荷作用下的偏移量達(dá)到容許極限時，即與從動錐齒面接觸，以制止從動錐齒輪繼續(xù)變形。一般支撐面與從動錐齒輪背面間的安裝間隙應(yīng)不大于0.25mm。4.1主減速器主減速比i0的確定i——變速器最高檔傳動比。根據(jù)任務(wù)書所給汽車要求參數(shù)，得主減速器減速比應(yīng)滿足8.26>io>6.60,但是，如圖4.1所示，當(dāng)主減速器主減速比超過7.5時，汽車最高車速將低于規(guī)定值V=130km/h,因此主減速器主減速比范圍為7.50>io>6.60。車身重量/kg汽車迎風(fēng)面積n2輸出功率Pe/kW二檔(i2)四檔(i4)五檔(i5)458圖4.1滿足最高車速情況下主減速器最大減速比然而，由圖4.2所示的9種主減速比情況下的汽車功率平衡圖分析知，當(dāng)i?=6.60時，汽車不僅達(dá)到參數(shù)要求，還具有很高的后備功率，使得汽車具有良好的動力性，而且最高車速可達(dá)到v≈138km/h,同時較小的主減速比可以減小主減速器尺寸，提高離地間隙，增強(qiáng)汽車通過性；但另一方面，在這種情況下，汽車的經(jīng)濟(jì)性不高，降低了電池的續(xù)航能力，削減了電動汽車的實(shí)用性。當(dāng)i?=7.50時，汽車也可以達(dá)到參數(shù)要求，而且經(jīng)濟(jì)性最好，保證了電動汽車的續(xù)航能力，但是此狀態(tài)下，較大的主減速比會增加主減速器尺寸，降低離地間隙，減弱汽車的通過性，而且在最高速時沒有一點(diǎn)后備動力，實(shí)際中往往不予以采用。圖4.29種主減速比情況下的汽車功率平衡圖(綜合)綜上所述，主要考慮汽車的使用環(huán)境下的經(jīng)濟(jì)性、動力性、通過性，本設(shè)計中選擇i?=7.30,以使汽車在使用過程中既保證了使用的經(jīng)濟(jì)性，又有足夠的動力和較好的通過性。4.2主減速器計算載荷的確定通常是將發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動系最低檔傳動比時和驅(qū)動車輪打滑時這兩種情況下作用于主減速器從動齒輪上的轉(zhuǎn)矩(T。,T?φ)的較小者，轎車一般在高速輕載條件下工作，且工作環(huán)境較穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均比牽引力的值來確定?1,即主減速器從動齒輪的平均計算轉(zhuǎn)矩T(N·m)為G?——所牽引的滿載總重，N,僅用于牽引車；fn——道路滾動阻力系數(shù)；f——汽車正常行駛時平均爬坡能力系數(shù)；fp——汽車性能系數(shù)；n——汽車驅(qū)動橋數(shù)目；r;——車輪滾動半徑；nu——主減速器與從動齒輪到驅(qū)動橋之間的傳動效率；iu——主減速器從動齒輪到驅(qū)動橋之間的減速比；4.3主減速器齒輪基本參數(shù)的確定4.3.1齒數(shù)的選擇對于單級主減速器，當(dāng)i?較大時，則應(yīng)盡量使主動齒輪齒數(shù)z?取得小一些，以得到滿意的驅(qū)動橋離地間隙，尤其是當(dāng)i?≥6時，z?最小值可取為5,但為了磨合均勻，主、從動齒輪的齒數(shù)z?、z?應(yīng)避免有公約數(shù)；為得到理想齒面重疊系數(shù)，齒數(shù)之和應(yīng)不小于50。綜上所述，主減速器的主動齒輪齒數(shù)可選為z?=6,從動齒輪齒數(shù)為z?=43,因此主減速器主減速比為i?=43/6=7.166,功率平衡圖如4.3圖。45*n400250200V檔IV檔Ⅲ檔I檔一檔(i1)二檔(i2)三檔(i3)四檔(i4)五檔(i5)倒擋(ir)3.6071857傳動效率nt0.30.35汽車功率平衡圖圖4.3主減速比io=7.166時的功率平衡圖4.3.2節(jié)圓直徑的選擇根據(jù)從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，按經(jīng)驗公式選出：K——直徑系數(shù)，取K=13~16;T——計算轉(zhuǎn)矩，N·m;4.3.3齒輪端面模數(shù)的選擇d?選定后，可按式來確定從動錐齒輪大端面模數(shù)：4.3.4齒面寬的選擇汽車主減速器雙曲面齒輪的從動齒輪齒面寬F(mm)推薦為：F?=0.155d?大10%,即F=23.3926mm。轎車主減速器的E值不用超過從動齒輪節(jié)錐距A?的40%(接近于從動齒輪節(jié)圓直徑d?的20%),且傳動比越大，E值應(yīng)越大，大傳動比雙曲面齒輪傳動，偏移距E可達(dá)從動齒輪節(jié)圓直徑d?的20%~30%,E值過大會使齒面縱向滑動過大，從而引起齒面早期磨損和擦傷；E值過小則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動特點(diǎn)，但是當(dāng)E較大時，應(yīng)該檢查是偏移距將直接影響雙曲面齒輪傳動主動齒輪的直徑、強(qiáng)度以及剛度。本設(shè)計綜合4.3.6雙曲面齒輪的偏移方向雙曲面齒輪的偏移距可分為上偏移和下偏移兩種。由從動齒輪的錐頂向其齒面看去，并使主動齒輪處于右側(cè)，如果主動齒輪在從動齒輪中心線上方，則為上偏移；在從動齒輪中心線下方，則為下偏移。如果從動齒輪處于左側(cè)，則情況相反。當(dāng)主動錐齒輪軸線向下偏移時，在保證一定離地間隙的情況下，可降低主動錐齒輪和傳動軸的位置，從而使車身和整車質(zhì)心降低，這有利于提高汽車行駛的穩(wěn)定性。尤其是當(dāng)車速較高時?；谝陨显颍驹O(shè)計選擇主動錐齒輪軸線向下偏移。圖4.4雙曲面齒輪的偏移距和偏移方向軸向推力軸軸向推力軸向推力軸向推力軸向推力(a),(b)主動齒輪左旋，從動齒輪右旋下偏移4.3.7雙曲面齒輪的螺旋方向雙曲面齒輪的螺旋方向分為“左旋”和“右旋”:對著齒面看去，如果齒輪的彎曲方向從其小端至大端為順時針走向時，則稱為右旋齒；反時針時則稱為左旋齒。需要注意的是，主、從動齒輪的螺旋方向是不同的。雙曲面?zhèn)鲃訒r產(chǎn)生的軸向力，其方向決定于齒輪的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋方向。判斷齒輪的旋轉(zhuǎn)方向是順時針還是逆時針時，要想齒輪的背面看去。而判斷軸向力的方向時，可以用手勢法則，左旋齒輪的軸向力方向用左手法則判斷；右旋齒輪的軸向力的方向用右手法則判斷。判斷時，四指沿螺旋方向握起，大拇指所指的方向就是軸向力方向。由于本設(shè)計為前輪驅(qū)動，傳動軸短小，且主動錐齒輪直徑較小，為加工、安裝方便以及降低制造成本，往往將齒輪與傳動軸制成一體，這樣在安裝主動齒輪附近的傳動軸支撐軸承時，必須從另一端套入，為此傳動軸另一端直徑必須小于主動齒輪附近傳動軸的直徑。這樣在汽車前進(jìn)時，傳動軸支撐軸承只能承受較大的軸向推力，因此本設(shè)計中采用主動錐齒輪左旋，從動錐齒輪右旋的方式。主動齒輪旋轉(zhuǎn)方向主動齒輪旋轉(zhuǎn)方向主動齒輪旋轉(zhuǎn)方向主動齒輪旋轉(zhuǎn)方向圖4.5螺旋齒輪與雙曲面齒輪的螺旋方向及軸向力由上文及圖4.5知，主動齒輪的旋轉(zhuǎn)方向為順時針。4.3.7雙曲面齒輪螺旋角的選擇螺旋角是在節(jié)錐表面的展開圖上定義的。節(jié)錐齒線(節(jié)錐表面與齒廓表面的交線)上任一點(diǎn)處螺旋角，是該點(diǎn)處的切線和節(jié)錐頂點(diǎn)與該點(diǎn)的連線之間的夾角β。雙曲面齒輪的螺旋角沿節(jié)錐齒線是變化的，齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為齒輪的中點(diǎn)螺旋角或名義螺旋角。但是由于雙曲面?zhèn)鲃佑辛似凭喽怪鳌膭育X輪的名義螺旋角不等，且主動齒輪的大，從動齒輪的小。選擇齒輪螺旋角時，應(yīng)考慮它對齒面(或縱向)重疊系數(shù)m、齒輪強(qiáng)度和軸向力的大小影響。螺旋角應(yīng)足夠大以使mg不小于1.25,因mg愈大，同時嚙合的齒數(shù)愈多，傳動就愈平穩(wěn)，噪聲愈低，齒輪強(qiáng)度愈高。對于轎車應(yīng)使m≥1.5~1.8,一般在1.5~2.0時效果最好。但是當(dāng)螺旋角過大時會引起軸向力也過大，因此應(yīng)該選擇一個合適的范圍。汽車主減速器雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為35°~40°,查表4.6有mr=1.8或1.9或2.0,mz=2.0。乘用車選用較大的螺旋角以保證較大的齒面重合度，因此選m?=2.0。選擇螺旋角β=38°,β?=36°。內(nèi)面重疊系數(shù)mpmr-0.5中點(diǎn)螺旋角β4.3.8雙曲面齒輪壓力角的選擇法向壓力角大一些可以增加齒輪強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但對于小尺寸齒輪，壓力角大易使尺頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降，因此對于小負(fù)荷工作的齒輪，一般采用小壓力角，可是齒輪傳動平穩(wěn)、噪聲低。對雙曲面齒輪，從動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相同的，但主動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不等的。選擇壓力角時乘用車一般選用19°或20°。根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)本設(shè)計選用壓力角α=20°。4.4主減速器錐齒輪強(qiáng)度計算在選擇好主減速器錐齒輪的主要參數(shù)后，可根據(jù)所選的齒形計算錐齒輪的幾何尺寸，而后根據(jù)所確定的計算載荷進(jìn)行強(qiáng)度驗算，以保證錐齒輪有足夠的強(qiáng)度和壽命。齒輪損壞形式主要有彎曲疲勞折斷、過載折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。以下來進(jìn)行近似強(qiáng)度驗算。4.4.1單位齒長圓周力P——作用在齒輪上的圓周力，N,按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩T和最大附著力矩G?φr;兩種載荷工況進(jìn)行計算。按發(fā)動機(jī)最大扭矩時計算：I?——變速器傳動比，常取I檔和超速檔進(jìn)行計算；許用的單位齒長圓周力[p]見表4-1。在現(xiàn)代汽車設(shè)計中，由于材質(zhì)及加工工藝等有時高出表中數(shù)值的20%～25%。參數(shù)類別[p]/(N·mm)(按最大轉(zhuǎn)矩計算)打滑轉(zhuǎn)矩計算)一擋二擋直接擋乘用車商用車貨車客車本設(shè)計中，當(dāng)I檔時：滿足要求。滿足要求。按最大附著力矩計算時：φ——輪胎與地面的附著系數(shù)；d?——從動錐齒輪節(jié)圓直徑，mm。4.4.2齒輪彎曲強(qiáng)度K——載荷分布系數(shù)，騎馬式支撐時K=1.10~1.25;K,——質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)齒輪接觸良好、周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取K,=1;J——計算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)。汽車主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力為700MPa。有以上數(shù)據(jù)知，減速器彎曲強(qiáng)度滿足要求。大齒輪綜合系數(shù)J小齒輪綜合系數(shù)J4.4.3齒輪接觸強(qiáng)度雙曲面齒輪的計算接觸應(yīng)力σ;(MPa)為： 材料彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取232.、K?——尺寸系數(shù)，當(dāng)m≥1.6時，K——載荷分布系數(shù)，騎馬式支撐時K=1.10~1.25;K,——質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)齒輪接觸良好、周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取K=1;K?——表面質(zhì)量系數(shù)，對于制造精度可取K=1;小齒輪齒數(shù)2!小齒輪齒數(shù)2!J——計算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)。主減速器主、從動齒輪的許用接觸應(yīng)力為1750MPa。由以上數(shù)據(jù)知，減速器接觸應(yīng)力滿足要求。大齒輪齒數(shù)z;接觸強(qiáng)度計算用J圖4.8接觸強(qiáng)度計算用綜合系數(shù)J4.5主減速器錐齒輪軸承的載荷計算4.5.1錐齒輪齒面上的作用力錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切線方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。(1)齒寬中點(diǎn)處的圓周力為：d_—為該齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑d?_從動齒輪節(jié)圓直徑；F從動齒輪齒面寬；z?、z?—主、從動齒輪齒數(shù)；Y2—從動齒輪節(jié)錐角；Ym—從動齒輪根錐角；β?、β2--雙曲面主、從動齒輪的螺旋角。對于雙曲面齒輪傳動來說，由于主、從動齒輪的螺旋角β?、β?不相等，因此他們的圓周力也不相等，作用在雙曲面主動齒輪面寬中點(diǎn)的圓周角為：式中：P?、P?—作用在主、從動齒輪齒面寬中點(diǎn)的圓周力。d?m=d?-Fsinγk?=137.2-21.266sin74.9°=128.6mm(2)軸向力：本設(shè)計中采用主動錐齒輪左旋、順時針的方式，因此有軸向力：=3.3287N=3.3863N=1.28N=2.72N—36—4.5.2懸臂式支撐主動錐齒輪軸承載荷的計算軸承的軸向載荷即為齒輪軸向上的力，而軸承的徑向載荷則是有齒輪徑向力、圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支反力的向量和。當(dāng)主減速器齒輪尺寸、支撐型式和軸承位置已確定時，并計算出徑向力、軸向力以及圓周力以后，則可以計算出=7.6N=22.2N4.5.3騎馬式支撐的從動錐齒輪的軸承徑向載荷由于從動錐齒輪處要安裝差速器，因此騎馬式中b需要大些，計算得：=13.3N=1.3N4.6主減速最齒輪材料的選擇驅(qū)動橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動系其他齒輪相比較具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點(diǎn)，是傳動系中薄弱環(huán)節(jié)。(1)具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，具有高的硬度以保證具有高的(2)輪齒心部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷；(3)鍛造性能、可加工性及熱處理性好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制；(4)選擇合金材料時，盡量少用含有鎳、鉻元素的材料，而是選用含有錳、釩、汽車主減速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、綜上而論本設(shè)計主減速器齒輪的材料選擇滲碳合金鋼，其優(yōu)點(diǎn)主要有：表面可得到碳含量較高的硬化層，具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而心部較軟，具有良好的韌性，抗彎強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力都很好，提高汽車行駛穩(wěn)定性、同時也增強(qiáng)了主減速器的使用壽命。由于碳含量較低，因此鍛造性能和可加工性較好，這將大大降低生產(chǎn)能耗，節(jié)約成本。相對的：滲碳鋼熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下基底較軟，在承受很大壓力時可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲透層與心部的碳含量相差過多，便會引起表面硬化層的脫落，但是本設(shè)計所涉及的車輛主要行駛在公路上，主減速器一般不會承受較大的壓力，因此這些缺點(diǎn)對汽車的影響較小。要注意的是：為改善新齒輪的磨合，防止在運(yùn)行初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理及精加工后，做厚度為0.005~0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高齒輪壽命25%,對于滑動速度高的齒輪可進(jìn)行滲硫處理，以降低摩擦因數(shù)、提高耐磨性，即使?jié)櫥瑮l件較差，也能防止齒面擦4.7主減速舞的潤滑主減速器的齒輪及軸承，均應(yīng)有良好的潤滑，否則極易引起早期磨損。其中尤其應(yīng)注意主減速器主動錐齒輪的前軸承。因為軸承距油面及齒輪都較遠(yuǎn)，又有后軸承相隔，潤滑條件極差，其潤滑不能靠潤滑油的飛濺來實(shí)現(xiàn)，而必須采取加強(qiáng)潤滑的專門措施。通常是在從動錐齒輪的前端靠近主動齒輪處的主減速器殼內(nèi)壁上設(shè)一專門的集油槽，后者將由旋轉(zhuǎn)的齒輪甩出并飛濺到殼體前面內(nèi)壁上的部分潤滑油收集起來，再經(jīng)過進(jìn)油孔引至前軸承圓錐滾子小端處。由于圓錐滾子在旋轉(zhuǎn)時的泵油作用，使?jié)駶櫽陀蓤A錐滾子的小端通向大端。而主動錐齒輪前軸承的前面應(yīng)有回油孔，使經(jīng)過前軸承的潤滑油再流回驅(qū)動橋殼中間的油盆中。這樣，由于潤滑軸承的進(jìn)出油孔暢通無阻，使?jié)櫥偷玫窖h(huán)，不僅可使軸承得到良好的潤滑、散熱和清洗，而且可以保護(hù)前端的油封不會因潤滑油有壓力而漏油和損壞。為了防止因溫度升高而使主減速器殼和橋殼內(nèi)部壓力增高，從而引起漏油，常在主減速器殼或橋殼上裝置通氣塞。通氣塞的位置應(yīng)避開油濺及之處。加油孔及塞應(yīng)設(shè)在加油方便之處，油孔的位置就是油面的位置。放油孔及塞應(yīng)設(shè)在橋殼的最低處，以便放油時能把油放盡，但也應(yīng)考慮汽車在通過障礙時放油塞不致圖4.9主減速器設(shè)計結(jié)構(gòu)及支撐圖5基于TRIZ理論的能源高效回收裝置設(shè)計5.1TRIZ簡介前蘇聯(lián)人Altshuller在大量專利分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)出各種技術(shù)發(fā)展進(jìn)化遵循的規(guī)律模式，以及解決各種技術(shù)矛盾的創(chuàng)新原理和法則，構(gòu)建了TRIZ理論。可以說TRIZ理論是已有科技知識與創(chuàng)新思維規(guī)律、方法的完美結(jié)合。它對人類創(chuàng)新活動規(guī)律和原理更深入和系統(tǒng)的揭示，為更好的創(chuàng)新提供了堅實(shí)的理論和方法基礎(chǔ)，是認(rèn)識和推動人類創(chuàng)新活動的一個突破性成果。5.1.1TRIZ理論核心思想和基本特征現(xiàn)代TRIZ理論的核心思想主要體現(xiàn)在三個方面。首先，無論是一個簡單產(chǎn)品還是復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，其核心技術(shù)的發(fā)展都是遵循著客觀的規(guī)律發(fā)展演變的，即具有客觀的進(jìn)化規(guī)律和模式。其次，各種技術(shù)難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動這種進(jìn)化過程的動力。再就是技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的理想狀態(tài)是用盡量少的資源實(shí)現(xiàn)盡量多的功能。準(zhǔn)解系統(tǒng)特性評價40條發(fā)明原理圖5.1TRIZ科學(xué)理論解決問題流程5.1.2TRIZ理論主要內(nèi)客創(chuàng)新從最通俗的意義上講就是創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和創(chuàng)造性地解決問題的過程，TRIZ理論的強(qiáng)大作用正在于它為人們創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題提供了系統(tǒng)的理論5.1.3現(xiàn)代TRIZ理論體系主要包括內(nèi)客(1)創(chuàng)新思維方法與問題分析方法TRIZ理論中提供了如何系統(tǒng)分析問題的科學(xué)方法，如多屏幕法等；而對于復(fù)雜問題的分析，則包含了科學(xué)的問題分析建模方法——物-場分析法，它可以幫助快速確認(rèn)核心問題，發(fā)現(xiàn)根本矛盾所在。(2)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則針對技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化演變規(guī)律，在大量專利分析的基礎(chǔ)上TRIZ理論總結(jié)提煉出八個基本進(jìn)化法則。利用這些進(jìn)化法則，可以分析確認(rèn)當(dāng)前產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)，并預(yù)測未來發(fā)展趨勢，開發(fā)富有競爭力的新產(chǎn)品。(3)技術(shù)矛盾解決原理不同的發(fā)明創(chuàng)造往往遵循共同的規(guī)律。TRIZ理論將這些共同的規(guī)律歸納成40個創(chuàng)新原理，針對具體的技術(shù)矛盾，可以基于這些創(chuàng)新原理、結(jié)合工程實(shí)際尋求具體的解決方案。(4)新問題標(biāo)準(zhǔn)解法針對具體問題的物-場模型的不同特征，分別對應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)的模型處理方法，包括模型的修整、轉(zhuǎn)換、物質(zhì)與場的添加等等。(5)發(fā)明問題解決算法ARIZ主要針對問題情境復(fù)雜，矛盾及其相關(guān)部件不明確的技術(shù)系統(tǒng)。它是一個對初始問題進(jìn)行一系列變形及再定義等非計算性的邏輯過程，實(shí)現(xiàn)對問題的逐步深入分析，(6)基于物理、化學(xué)、幾何學(xué)等工程學(xué)原理而構(gòu)建的知識庫基于物理、化學(xué)、幾何學(xué)等領(lǐng)域的數(shù)百萬項發(fā)明專利的分析結(jié)果而構(gòu)建的知識庫可以為技術(shù)創(chuàng)新提供豐富的方案來源。5.2基于TRIZ理論的整體方案的確定現(xiàn)在電動汽車上大多應(yīng)用電源管理系統(tǒng)來減少能源浪費(fèi)、節(jié)約電源，但極少有汽車上使用能源回收裝置來回收能源、重新利用以從根本上達(dá)到節(jié)約能源，提高電動汽車的續(xù)航能力，增加電動汽車的實(shí)用性?，F(xiàn)在極少部分電動汽車上所使用的能源回收裝置為電磁剎車裝置，此種裝置是以磁電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生阻力，來達(dá)到剎車以及發(fā)電回收的目的，進(jìn)行能源回收，提高續(xù)航能力。但是這種裝置存在以下幾個缺點(diǎn)：首先，這種裝置體積較大，占有較大的空間，不利于其他器件的布置；其次，此裝置一般重量都比較大，大大增加汽車本身重量，不利于汽車的輕量化設(shè)計，某種程度上會增加能源消耗；第三，當(dāng)進(jìn)行剎車制動時，所產(chǎn)生的制動力遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)制動系統(tǒng)制動效果，增大制動距離，不利于行車安全；第四，磁電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)往往需要半導(dǎo)體等造價高昂的材料，大大的增加了生產(chǎn)成本，不利于企業(yè)的利益，降低產(chǎn)品競爭力從而影響產(chǎn)品的推廣。針對于現(xiàn)有能源回收裝置以上缺點(diǎn)，本設(shè)計提出并列于電源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，另在傳動系統(tǒng)主減速器處設(shè)置能源高效回收裝置。TRIZ理論矛盾分類：管理矛盾、技術(shù)矛盾、物理矛盾等，而本能源高效回收裝置的設(shè)計所涉及矛盾為物理矛盾。物理矛盾定義：指為了實(shí)現(xiàn)某種功能，一個子系統(tǒng)或元件應(yīng)具有某種特性，但該特性出現(xiàn)的同時會產(chǎn)生與此相反的不利或有害的后果。物理矛盾的表現(xiàn)：系統(tǒng)中有害性能降低的同時導(dǎo)致該系統(tǒng)中有用性能的降低，系統(tǒng)中有用性能增強(qiáng)的同時導(dǎo)致該系統(tǒng)中有害性能的增強(qiáng)。基于TRIZ理論的矛盾解決方法主要有：空間分離、時間分離、條件分離、整體與部分分離?？臻g分離：將矛盾雙方分離在不同的空間，以降低解決問題的難度。時間分離：將矛盾雙方分離在不同的時間，以降低解決問題的難度。條件分離：將矛盾雙方在不同的條件下分離，以降低解決問題的難度。整體與部分分離：將矛盾雙方在不同的層次分離，以降低解決問題的難度。當(dāng)考慮空間分離時，不妨在不同位置上設(shè)計高效能源回收裝置，并既可以聯(lián)系使當(dāng)考慮時間分離時，不防將兩不同位置上的高效能源回收裝置起作用的時間在不當(dāng)考慮條件分離時，不妨將兩個高效能源回收裝置起作用的條件加以鑒定，不同當(dāng)考慮整體與部分分離時，可以將一個高效能源回收裝置設(shè)置在主減速器橋殼內(nèi)部，使其與主減速器公用一部分空間以及一部分部件，以減小整個裝置的質(zhì)量與體積。子系統(tǒng)子系統(tǒng)綜上所述，本設(shè)計將設(shè)置兩個高效能源回收裝置：其一，將主減速器的從動齒圈設(shè)計成電機(jī)轉(zhuǎn)子形式，齒圈在保證功能、強(qiáng)度、剛度的情況下設(shè)計圓孔，不僅可以增強(qiáng)剛度、防止變形還可以減少材料、節(jié)約成本，有利于汽車的輕量化設(shè)計；更可以將特殊材料制作的線圈放入作為驅(qū)動橋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，驅(qū)動橋外殼內(nèi)放入高效永磁體，形成高效磁場——不僅可以將驅(qū)動橋內(nèi)部磨損下來的鐵屑吸附，防止鐵屑混到潤滑油中從而防止擦傷齒輪、避免惡化傳動效果；而且在制動時作為發(fā)電機(jī)制動也可以發(fā)電并進(jìn)行能源回收；更可以在電動汽車某些特殊情況下需要超過電動馬達(dá)最高功率要求時，提供部分動力驅(qū)動。線圈并不是一個整體時時接入的，它是連續(xù)分段的，因此可以在不同情況下控制接入發(fā)電機(jī)的有效長度。其二：主減速器附近還設(shè)置微型大功率發(fā)電機(jī)，傳動軸接近主減速器端設(shè)置同步器的裝置，用于銜接發(fā)電機(jī)輸入端齒輪與傳動軸上齒輪——此發(fā)電機(jī)不僅可以作為汽車輔助剎車，更是高效回收能源的主要裝置。發(fā)電機(jī)另一端與變速器特殊齒輪(此齒輪只有在空檔的時候接入發(fā)動機(jī)，使發(fā)動機(jī)的功率直接加載在發(fā)電機(jī)上，此時該發(fā)電機(jī)也具有輔助駐車剎車系統(tǒng)的功能)嚙合，另一端與同步器連接，同步器裝置由微型以上兩種高效能源回收裝置的使用方法是：剎車踏板處放置一個位置傳感器測量剎車踏板位置(大部分汽車可以直接取剎車踏板位置傳感器而不必另外再加裝),當(dāng)駕駛員進(jìn)行剎車時，剎車踏板位置傳感器可以測量出駕駛員剎車的程度，此信號被高效能源回收裝置控制模塊單片機(jī)接收，單片機(jī)根據(jù)傳感器信號控制驅(qū)動橋內(nèi)發(fā)電機(jī)接入線圈的有效長度，進(jìn)而控制剎車阻力來制動，同時發(fā)電機(jī)發(fā)電、回收能源；當(dāng)踏板位置信號大過某個閥值時，說明駕駛員需要的制動力較大，此時主減速器橋殼內(nèi)的發(fā)電機(jī)線圈全部接入，而后，單片機(jī)控制微型電機(jī)將同步器嚙合并將主減速器橋殼內(nèi)的發(fā)電機(jī)線圈退回原位置，此時主減速器附近的微型大功率發(fā)電機(jī)接入制動并發(fā)電回收能源；當(dāng)踏板位置信號繼續(xù)增大時，說明駕駛員需要更大的制動力，單片機(jī)控制驅(qū)動橋內(nèi)發(fā)電機(jī)接入線圈的有效長度，進(jìn)而增加二級剎車的阻力并進(jìn)行發(fā)電、回收能源；當(dāng)踏板位置信號又大過某個閥值時，此時主減速器橋殼內(nèi)的發(fā)電機(jī)線圈全部接入，但還是不能滿足駕駛員所需要的制動力，此時減小質(zhì)量與體積的傳統(tǒng)制動器接入并開始工作，提供足夠的制動力。當(dāng)汽車需要動力而不需要制動時(即踏板沒有被踩下),驅(qū)動橋內(nèi)發(fā)電機(jī)的線圈不接通，亦不產(chǎn)生阻力，不起剎車和發(fā)電的作用；微型電機(jī)控制同步器裝置使微型發(fā)電機(jī)與傳動軸脫離嚙合，不起剎車和發(fā)電的作用，汽車處于正常狀態(tài)。本設(shè)計的主要優(yōu)點(diǎn)是盡可能小的質(zhì)量和體積下進(jìn)行高效的能源回收，并將其作為剎車系統(tǒng)的一部分起制動作用，提高電動汽車的續(xù)航能力，增強(qiáng)電動汽車的實(shí)用性，比現(xiàn)有的能源回收裝置質(zhì)量輕，占有體積小，造價低，并且效果也好。但是由于較高的性能要求使得設(shè)計時要考慮新型材料，在減小質(zhì)量，提高性能的同時有可能增加制造成本。圖5.3基于TRIZ科學(xué)理論設(shè)計的主減速器結(jié)構(gòu)及支撐方式電動汽車傳動系統(tǒng)主減速器是電動汽車驅(qū)動橋最重要的組成部分，其功用不僅是改變?nèi)f向傳動裝置高轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)方向并傳遞給差速器進(jìn)而驅(qū)動車輪，更是汽車傳動系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件。不同主減速器的結(jié)構(gòu)形式對主減速器的平穩(wěn)性、噪聲、強(qiáng)度、剛度以及主減速器的壽命有重要影響，而不同的主減速器形式對汽車的經(jīng)濟(jì)性、動力性、平穩(wěn)性以及通過性又有決定性，因此從一部車的總體性能考慮，主減速器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)至關(guān)重要。因此本設(shè)計在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和推廣中具有很強(qiáng)的實(shí)踐、應(yīng)用、參考的意義。1、根據(jù)汽車功率平衡圖，基于VB編程的輔助設(shè)計軟件的建立，不僅可以模擬不同主減速器主減速比情況下汽車的功率平衡情況，通過圖像形式的反映，也使汽車一些方面性能有直觀的反映，更加簡化了主減速器主減速比的優(yōu)化選擇。2、基于TRIZ理論對主減速器結(jié)構(gòu)做了部分改動，并創(chuàng)造性的設(shè)計出高效能源回收裝置，進(jìn)行合理利用，達(dá)到制動