畢業(yè)設計（論文）-電動車驅動橋后橋設計

畢業(yè)設計題 目 電動車驅動橋后橋設計 目 錄摘要3ABSTRACT4第1章 緒 論51.1 課題研究背景51.2電動車的國內外研究現(xiàn)狀71.3課題研究意義91.4 課題研究任務及研究方法9第2章 電動車觀光車的總體設計102.1 技術參數102.1.1 電動機參數：112.1.2 輪胎參數112.1.3 傳動比計算112.1.4 最大爬坡度計算112.2 總體布置計算122.2.1 各部分質量及重心坐標：122.2.2 空載及滿載時重心坐標122.2.3 軸荷分配計算132.3 驅動橋形式的確定14第3章 電動車驅動橋設計153.1減速器的設計153.1.1運動和動力參數計算153.1.2 齒輪參數計算153.2 軸的設計253.2.1 軸的強度校核263.3 半軸的設計313.3.1 半軸的形式313.3.2 半軸軸徑的確定313.3. 3 半軸連接螺釘強度校核323.4 輪轂的設計323.4.1 輪轂的外形設計323.4.2 輪轂與輪輞的連接螺栓強度校核323.5 驅動橋殼的設計333.5.1 驅動橋殼的結構設計333.5.2 驅動橋殼的強度計算333.5.3 橋殼與減速器連接螺釘強度校核36結 論37致 謝38參考文獻39電動車驅動橋設計摘要當今，能源和環(huán)境對人類越來越重要。改善人類生活環(huán)境的要求越來越高。為了適應這一發(fā)展趨勢，各國政府、學術界和工業(yè)界紛紛加大對電動汽車發(fā)展的投入，加快電動汽車的商業(yè)化進程。雖然電動汽車在能源和行駛里程上還不盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。從技術發(fā)展的角度來看，經過漫長而艱難的歷史，電力是一種清潔能源，不僅可以取代化石燃料，而且還可以減少有害氣體的二氧化碳排放量，防止環(huán)境惡化，地球。電動汽車面臨重大技術突破，預計將成為第二十一世紀的重要車輛。電動汽車驅動橋的設計采用單電機驅動系統(tǒng)、齒輪箱總成、差速器總成和驅動橋，主動齒輪減速器直接連接到驅動電機上，并通過兩級減速器和差速器，將扭矩傳遞到驅動輪左右。電機軸與輪軸平行，因此減速器由兩個圓柱齒輪驅動。半軸采用全浮動結構，通過螺釘與輪轂連接并傳遞扭矩。橋體采用組合式結構，一端由輪轂軸承支承在車輪上，另一端與減速器連接。關鍵詞：電動車；驅動橋；減速器 Design of driving axle for electric vehicleABSTRACTNowadays, energy and environment are becoming more and more important to human beings. The demand for improving human living environment is becoming more and more louder. In order to adapt to this trend of development, governments, academia and industry all over the world are increasing their investment in electric vehicle development, speeding up the commercialization of electric vehicles. Although the electric vehicle has not been satisfactory in energy and mileage, it has been enough to meet the basic needs of people. From the perspective of technology development, after a history of long and difficult, the electric power is a kind of clean energy, not only can replace fossil fuels, but also can reduce carbon dioxide emissions of harmful gases and prevent the deterioration of the environment, the earth. Electric vehicles are facing major technological breakthroughs and are expected to become important vehicles for the year twenty-first Century.The electric vehicle drive axle design uses a single motor driving system, a gear box assembly, differential assembly and drive axle, driving gear reducer is directly connected to the driving motor and, through two stage reducer and differential, torque transmitted to the drive wheel around two. The motor axis is parallel to the wheel axis, so the reducer is driven by two pole cylindrical gears. The half axle adopts a full floating structure, which is connected with the wheel hub by screws and transmits torque. The axle housing adopts a combined structure, one end is supported by a wheel hub bearing on a wheel, and the other end is connected with a reducer.Key words: electric vehicle; drive axle; reducer 第1章 緒 論1.1 課題研究背景電動車的發(fā)展史比燃油汽車更長，世界上第一輛機動車就是電動車。后來，由于燃油汽車技術的迅速發(fā)展，而電動車在能源技術和行駛里程的研制上長期未能取得突破，從20世紀20年代初至60年代末，電動車的發(fā)展進入了一個沉寂期。進入70年代以來，由于中東石油危機的爆發(fā)以及人類對自然環(huán)境的日益關注，電動車才再度成為技術發(fā)展的熱點。 近幾十年來，主要工業(yè)化國家為電動車的開發(fā)投入了大量的人力和財力，電動車的各項相關技術也取得了重大的進展。盡管電動車在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性的進展，但是電動車的美好前景仍然激勵著人們鍥而不舍地開發(fā)新型電動車，改善其性能。 當今能源和環(huán)境對人類的壓力越來越大，要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲越來越高。為了適應這個發(fā)展趨勢，世界各國的政府、學術界、工業(yè)界正在加大對電動車開發(fā)的投資力度，加快電動車的商品化步伐。雖然目前電動車在能源和行駛里程方面還未 能盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。從技術發(fā)展的角度來看，在走過了漫長而艱難的發(fā)展歷程之后，電動車正面臨著重大的技術突破，有望成為21世紀的重要交通工具。 自從汽車誕生的那一天起，環(huán)境問題就一直伴隨其左右，世界人口和汽車的增長趨勢如下圖所示。今后50年，世界人口將由60億增加到100億，汽奪數量將由7千萬增加到2億5千萬。如果這些車輛都采用內燃機，那么所需的燃油從何來?而其排出的廢氣又如何處置，那樣我們的天空將永遠是灰色的而不是藍色的。因此我們必須開發(fā)出清潔、高效、智能的交通車輛，才能使2l世紀的交通可持續(xù)發(fā)展。從當今世界的能源與環(huán)保的現(xiàn)狀來看，解決這個問題的最好的方法就是大力發(fā)展電動車。因為從環(huán)保的角度來看，電動汽車是零排放的交通工具，即使計入發(fā)電廠增加的排氣，總量上看，它也將使空氣污染大大減少。從能源的角度來看，電動汽車將使能源的利用多元化(例如可使用各種再生能源)和高效化，達到能源的可靠、均衡和無污染地利用的目的。在改善交通安全和道路使用方面，電動汽車更容易實現(xiàn)智能化。電動汽車的發(fā)展將使集中考慮能源、環(huán)保利交通成為可能，而且，它對于促進高科技的發(fā)展、新興工業(yè)的興起以及經濟的發(fā)展都將產生深遠的影響。電動車并不是一個新興的科技產品，它其實比內燃機汽車的歷史都要久遠。早在1834年，Thomas davenport制造了一輛電動三輪車，它由組不可充電的干電池驅動但只能行駛一小段距離。四年后Robert davidson也制造廠一輛用干電池驅動的電動汽車。1881年在法國巴黎街上出現(xiàn)了第一輛以可充電池為動力的電動汽車它是法國工程師GustaveTrouve裝配的以鉛酸電池為動力的三輪車。1886年，F(xiàn)rank Sprague設計生產了有軌電車。從此，電動汽車變得流行起來，并在車輛運輸中起著很重要的作用。在當時的美國每年銷售的4200輛汽車中有38是電動汽車，22是燃油汽車，40是蒸汽機汽車。那時，電動汽車是金融巨頭的代步工具及財富的象征。一輛電動汽車的價格相當于今天的一輛勞斯萊斯。 圖1-2 Morrs和Salom電動客車和貨車公司生產的電動汽車進入無馬車時代以后，電功汽車就進人了個商業(yè)化的發(fā)展階段，此時的電動汽車有輻條車輪、充氣輪胎、舒適的彈簧椅和豪華的車內裝飾。到1912年美國有34000輛電動汽車注冊。1899到1916年期間Baker電氣公司一直是美國最重要的電動汽車制造廠之一。在1901到1920年，英國倫敦電動汽車公司生產了后輪輪毅電動機式、后輪驅動、斜輪轉向和允氣輪胎的電動汽車1907到1938年期間，底特律電氣公司生產的電動汽車不僅具有無噪聲、清潔可靠的優(yōu)點，而且最高時速達到40Km/h，續(xù)駛里程為129Km。人們常說“一個人的敵人同時也是他的伙伴”，這句話用于描述電動汽車的發(fā)展尤為合適，因為電動機是電動汽車驅動的關鍵部件同時它又幫助燃油汽車與電動汽車競爭對抗。1911年，Kettering發(fā)明了汽車起動機，使得燃油汽車比依賴于方便駕駛的電動汽車來說更具吸引力，從此打破了電動汽車在市場的主導地位。而福持的想法徹底結束了電動汽車的生命，他大批量生產福特T型車，使其價格從1909年的850美元降到了1925年的260美元，因此加速了純電動汽車的消失。而燃油汽車的續(xù)駛里程是電動汽車的23倍，且使用成本低，因而使得電動汽車的制造商想占領一定的市場份額已不可能。到20世紀30年代，電動汽車幾乎消失了。而直到近30年，能源危機和石油短缺才使得電動汽車重獲新生。曾經有人說過決定21世紀發(fā)展的是能源,上世紀70年代全球三次石油危機爆發(fā)后，各跨國汽車公司先后開始研發(fā)各種類型的電動汽車。我國經過“八五”、“九五”、“十五”三個五年計劃，在研發(fā)電動汽車的專項上投入了大量的人力、物力和財力，并取得了一系列科研成果，但是,迄今為止，這些科研成果真正能轉化為產品，并實現(xiàn)產業(yè)化生產的項目并不多。國外大汽車公司投入遠比我國更多的資金和人力，已投入批量生產的電動汽車產品也寥寥無幾。隨著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國政府及汽車企業(yè)普遍認識到節(jié)能和減排是未來汽車技術發(fā)展的主攻方向，發(fā)展電動汽車將是解決這二個技術難點的最佳途徑。從汽車工業(yè)的發(fā)展來看，電動汽車的迅速發(fā)展是不可逆的趨勢。因此，我國作為世界汽車生產大國應該抓住這一機遇，加快電動汽車這一塊的發(fā)展。環(huán)境保護是當今世界上最熱門的話題。在汽車領域，電動汽車的發(fā)展勢在必行。在電動汽車的商業(yè)化運作中，無論是從產品技術還是從市場發(fā)展。還存在許多亟待解決的問題，需要政府的支持。例如，加快相關技術標準的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保汽車的減稅和補貼政策的出臺，提供便利條件如廣泛的關系電動汽車技術和產業(yè)決定了電動汽車的發(fā)展是一個跨行業(yè)、跨部門的系統(tǒng)工程，跨區(qū)域的聯(lián)合研究，技術突破和產業(yè)創(chuàng)新基礎設施建設。對于電動汽車的發(fā)展在世界上的關鍵時期，必須充分發(fā)揮政府的組織、企業(yè)的積極作用，通過產業(yè)、高校、科研院所、國家汽車創(chuàng)新工程由政府組織，實現(xiàn)新突破和新一代汽車技術。1.2電動車的國內外研究現(xiàn)狀今天，汽車制造商不斷推動電動汽車技術的發(fā)展。并將開始電動汽車的商業(yè)化，在世界上，特別是在美國，日本和歐洲，許多汽車制造商開始生產電動車或涉及電動汽車領域。通用汽車、福特、克萊斯勒、美國電動汽車公司，以及Solectria起響應加利福尼亞法規(guī)在電動汽車發(fā)展的重要作用。在日本幾乎所有的汽車制造商，如豐田，日產，本田，馬自達，三菱，大發(fā)，鈴木，五十鈴公司制定了商用電動汽車發(fā)展計劃。在許多歐洲國家，尤其是法國、德國、意大利和英國推出電動汽車的電動汽車發(fā)展計劃的市場，這是積極的汽車公司雪鐵龍、雷諾、奔馳寶馬、苯、奧迪、沃爾沃、大眾、歐寶、菲亞特等。除了汽車制造商，一些電力公司和電動汽車示范電池制造商也發(fā)揮了積極作用，其目的是促進電動汽車充電電池的商業(yè)化，獲得商業(yè)利益。他們通常和汽車廠商發(fā)展電動汽車，電動汽車，他評估和證明購買電動或電動汽車具有較高的能源效率和能源的多樣性和環(huán)境保護的特點，使電動汽車的使用適當的響應，能源和環(huán)境保護機構也積極參與促進發(fā)展電動汽車技術和商業(yè)活動。此外，一些研究機構和大學繼續(xù)研究新技術的電動汽車，使電動汽車可以與燃料汽車競爭。電動汽車分為三大類型：純電動汽車，混合動力電動汽車和燃料電池汽車。世紀70年代，汽車保有量呈指數級增長，造成嚴重的環(huán)境污染。隨著光化學污染等環(huán)境污染的發(fā)生，西方發(fā)達國家的政府開始重視環(huán)境保護和保護環(huán)境。一些知名汽車企業(yè)轉向研發(fā)電動汽車。從20世紀70年代起，世界上發(fā)達國家就大力發(fā)展電動汽車的商業(yè)化應用。到20世紀90年代，發(fā)達國家在歐洲和美國制定了汽車尾氣排放標準，并嚴格執(zhí)行。 與世界其他國家一樣電動汽車研發(fā)工作在我國也正在如火如荼的進行著“十五”期間，國家從維護我國能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競爭力、實現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮設立“電動汽車重大科技專項”，通過組織企業(yè)、高等院校和科研機構，集中國家、地方、企業(yè)、高校、科研院所等方面的力量進行聯(lián)合攻關：為此，從2001年10月起，國家共計撥款88億元作為這一重大科技專項的經費。 目前使用的電動汽車一次充電后在市場里程100-300公里，這個數字通常是需要保持適當的速度及具有良好的電池控制系統(tǒng)可以保證，且絕大多數電動汽車在一般行駛環(huán)境的里程只有50 100公里。電動汽車的里程縮短已成為傳統(tǒng)燃料汽車的致命弱點普通電池的充放電次數只有300400次，即使電池充放電次數好的性能也可達到700900倍，由當年的200充放電量計算，電池壽命可達4年以上，與油車壽命相比太短。另外，不同類型的電池在性能上各有優(yōu)缺點，如鉛酸蓄電池成本低，原料豐富，易于回收，但里程短，加速功率差，壽命短。鎳鎘電池加速動力，使用壽命長，但成本高，回收率差。鈉硫電池具有較高的比能，能提供較長的里程。但它需要苛刻的工作環(huán)境，其銷售物質具有高度腐蝕性和爆炸性?？偟膩碚f，成熟電池的壽命比較短。現(xiàn)有電動汽車所使用的電池都不能在儲存足夠能量的前提下保持合理的尺寸和質量。如果電動汽車自身裝備質量大就會影響加速性能和最大車速的提高。例如，現(xiàn)有電動汽車電池的外體積一般要達到550 L當把這么大體積的電池用于家庭轎車上時，就必然要擠占轎車的行李廂空間。主要是電池技術復雜，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技術，致使電動汽車的造價居高不下。電動汽車蓄電池的價格約為100美元kWh，甚至有的高達350美元kWh，成本太高，用戶難以承受。電動汽車本身雖無排放污染，但其間接污染也是不容忽視的。如鉛酸電池中的鉛，從開采、冶煉到生產的排污，都會對環(huán)境造成污染。再如所用電能，相當大一部分來自火力發(fā)電，煤炭燃料也會造成大氣污染。自上世紀爆發(fā)石油危機后，不少跨國汽車公司都開始研制電動汽車。其中不乏福特，豐田等知名大型汽車廠?？梢灶A見到電動汽車的發(fā)展將會是本實際汽車工業(yè)的重點和主流。電動汽車具有無排放污染、噪聲低、易于操縱、維修及運行成本低等優(yōu)點，在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢，它是解決人類巨大能源和環(huán)境壓力的最有效途徑。上文已經提到電動車問世以來，主要有三種形式，即純電動車、混合動力汽車和燃料電池電動車。下面就詳細的來說說這幾種形式的電動車。純電池電動車是完全由二次電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動力的汽車。純電池技術發(fā)展已經相當成熟，國外汽車發(fā)達國家和我國都進行了小批量生產。近日，北京公交線上推出的兩輛以鉛酸蓄電池和鋰離子電池為動力的電動車已投入商業(yè)運行，表現(xiàn)出了較好的經濟性和環(huán)保性。純電池電動車具有無污染，零排放等優(yōu)點，但其缺點也十分突出，能量低，質量大，充電時間長，成本高，折舊快，還容易對環(huán)境造成二次污染，其應用范圍有限?；旌蟿恿ζ嚥捎脙热紮C和電動機兩種動力，克服了純電池電動車行駛里程短、充電時間長等致命弱點，雖然混合動力車不能實現(xiàn)零排放，但其兼俱環(huán)保與節(jié)能，同時又能實現(xiàn)規(guī)模生產，因此，具有非常好的發(fā)展前景。近年來，世界各大汽車公司紛紛推出這種車型日本已經走在了世界前列，如豐田汽車公司推出的PRIUS汽車，本田推出的 INSIGHT汽車均早已上市。PRIUS汽車尾氣排放水平僅相當于日本現(xiàn)行法規(guī)的1/10，耗油量和二氧化碳排放量相當于普通汽車的1/2，最高時速達 140公里。我國的混合動力汽車研究也進入了實質性階段。1999年，清華與廈門金龍展出了聯(lián)合研制的混合力客車，今年4月，一汽展出了剛生產的混合動力紅旗轎車。專家指出，燃料電池汽車是未來汽車的發(fā)展方向。日本媒體認為燃料電池技術，將成為21世紀汽車工業(yè)的核心技術，誰掌握了這種技術開發(fā)主導權，誰將成為汽車業(yè)的領袖。燃料電池，這是一種能與燃油發(fā)動機相比的電池，可以使用包括再生燃料在內的所有含氫元素的燃料。燃料電池車的工作原理是，作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學反應，從而產生電能啟動電動機進而驅動汽車。由于大量的純氫難以貯存在汽車上，而且加氫站也沒有那么多，因此，汽車制造商們正試圖使用汽油或甲醇，不過要在汽車上安裝燃料重整裝置，從這些物質里提出氫。但是這將會產生極少的二氧化碳和氮氧化物，總的來說，這類化學反應除了電能，就只產生水，因此，燃料電池車被稱為“地道的環(huán)保車”。曾研發(fā)出“氫動一號”（液氫燃料電池概念車）的美國通用汽車公司，最近推出了汽油燃料重整技術燃料電池，新研制的CENIII型車載燃料重整器比起前期產品體積、重量大大減少，預計其能量利用，污染物排放幾乎為率可達.40%，而且可以充分利用現(xiàn)有的加油站等設施，它為燃料電池車批量生產奠定了基礎。我國第一輛具有自主知識產權的燃料電動公共汽車也已在東風汽車工程研究院問世，它的研制成功，縮短了中國汽車工業(yè)在這一領域與國外同行的差距。據有關專家分析，我國的汽車工業(yè)幾乎沒有結構調整的沉重包袱，完全可以充分利用后發(fā)優(yōu)勢，以電動車為新契機，集中力量解決以電池為中心的關鍵技術問題，在21世紀憑借國內仍較低的勞動力成本，在國際汽車市場上以電動汽車與工業(yè)發(fā)達國家展開競爭。在上世紀我國已經錯失了汽車工業(yè)的黃金發(fā)展期。在即將到來的新能源汽車，不管是電動還是其他能動的汽車上這一塊，我們都應該加倍努力的去把握住。1.3課題研究意義當今，能源和環(huán)境對人類越來越重要。改善人類生活環(huán)境的要求越來越高。為了適應這一發(fā)展趨勢，各國政府、學術界和工業(yè)界紛紛加大對電動汽車發(fā)展的投入，加快電動汽車的商業(yè)化進程。雖然電動汽車在能源和行駛里程上還不盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。從技術發(fā)展的角度看，經過漫長而艱難的發(fā)展過程，電動汽車面臨著重大的技術突破，有望成為第二十一世紀的重要交通工具。通過本次畢業(yè)設計，培養(yǎng)自己的綜合運用機械原理、機械設計、材料力學、機械設計理論力學課程；掌握基本的步驟，并知道一些細節(jié)需要注意在電動汽車驅動橋的設計過程。系統(tǒng)掌握機械設計知識，完善理論與實踐，分析問題和解決問題的能力，將理論知識與生產實踐相結合學習，為今后的工作和工作創(chuàng)造性地打下堅實的基礎。根據機械設計、制造和自動化的特點，著重介紹了以下五個方面：（1）有能力研究和學習中外文學，閱讀和翻譯；（2）綜合運用基礎理論、專業(yè)理論和知識分析，解決實際問題的能力；（3）訪問和使用專門設計手冊的能力；（4）有設計、計算和繪圖的能力，包括使用電腦繪圖的能力；（5）能夠撰寫設計指導書（論文）。1.4 課題研究任務及研究方法設計了電動汽車驅動橋，完成了方案的確定、繪制和編寫，滿足了畢業(yè)設計的所有要求，并順利通過了畢業(yè)設計的答辯。按照畢業(yè)設計的具體設計任務，學習文獻檢索，電動汽車驅動橋的工作原理的理解，國內外現(xiàn)狀，功能和發(fā)展，闡明了設計思路，確定初步設計方案的方向發(fā)展。學習使用設計過程CAD軟件必備繪圖。其次，根據設計任務書，給出參數和技術要求，確定電動汽車驅動橋結構，設計電動汽車驅動橋。在老師的幫助下，可以完成部分零件的設計，從而達到預期的效果，完成了電動汽車驅動橋的設計。主要研究方法有：（1）利用我國圖書館文獻資源進行文獻檢索；（2）向老師尋求幫助，參加各種實驗練習；（3）理論聯(lián)系實際，多做，多思考。第2章 電動車觀光車的總體設計2.1 技術參數電動車是指利用太陽能電池的光伏特性將太陽能轉化為電能，并利用該電能作為能源驅動行使的汽車。它由驅動橋、轉向系、制動系、車架、車身、太陽能電池板、蓄電池、驅動電機和電控系統(tǒng)等組成。電動汽車的驅動橋處于傳動系的末端，它的基本功用是增大由傳動器傳來的轉矩，將轉矩分配給左右驅動車輪，并使左右驅動車輪具有汽車行駛運動學所要求的差速功能；同時，驅動橋還要承受作用于 路面和車架之 間的鉛垂力、縱向力和橫向力。轉向系的功用是改變汽車的行駛方向和保持汽車穩(wěn)定的直線行駛。汽車一般采用前輪轉向。轉向系的主要組成機構包括：轉向盤、轉向器、轉向傳動桿系等。制動系是用來強制汽 車減速或停車，并可使汽車在坡道上停放的裝置。為保證汽車在緊急情況下可靠的制動，應有兩 套獨立的制動系統(tǒng)，其中一種是用機械方式傳遞其操縱力的。制動系的主要組成機構包 括：制動踏板、駐車制動桿、車輪制動器等。車身包括駕駛室和各種形式的車廂，用以容納駕駛員、乘客和裝載貨物。電動觀光車參數：性能：最高車速30km/h， 最大爬坡度：20%（滿載）后輪距： 1200 mm輪胎：165/70 R13整備質量：1200kg，載重 1100 kg電機：額定功率5kW, 額定轉速2500rpm, 額定轉矩18Nm 電機外形最大直徑190mm, 長度260mm2.1.1 電動機參數：最大功率P=（V+V） （2-1）=(30+30)=1.56kw其中：傳動效率0.9，g重力加速度，滾動阻力系數0.0165，C空氣阻力系數0.65，A汽車正面投影面積，m汽車質量。取 安全裕量系數為1.1，則電機最大功率應為2.18kW，根據電機資料，以最接近原則選取2.2kW的串勵直流電機，其額定轉速為，額定轉速時的扭矩為； 2.1.2 輪胎參數直徑工作半徑，單邊寬最大承載437kg，胎壓0.3MPa；2.1.3 傳動比計算=9.15 （2-2）式中：為汽車的最高車速；是最高車速時發(fā)動機的轉速；為車輪的滾動半徑。2.1.4 最大爬坡度計算= =46.6=36.6Km最大牽引力F= = =118Kg=0.0165 =11.8%>10%，故滿足設計要求。2.2 總體布置計算2.2.1 各部分質量及重心坐標：蓄電池：尺寸522×240×242,總電壓48V,容量160AH,重260Kg,重心坐標（720,371）.直流電動機：功率2.2KW,電壓48V,電流57A,轉速2800r/min,重26Kg，重心坐標(1840，260).太陽能電池:多晶硅,%,功率430W,最大功率時電壓52V,尺寸2200×1600×50,重約60Kg,重心坐標(1600,1875).轉向系統(tǒng):包括前車輪、懸架、制動器,重約60Kg,重心坐標(100,260).驅動系統(tǒng):包括減速器、差速器、半軸、后車輪、制動器,重約100Kg,重心坐標(1950,260).車架、車身:重約80Kg,重心坐標(1000,225).2.2.2 空載及滿載時重心坐標空載總質量約600Kg,滿載總質量約880Kg則空載時重心坐標 （2-5） 計算結果x=1020，y=460滿載時重心坐標 計算結果=1080,=5702.2.3 軸荷分配計算滿載靜止時 （2-6）其中：前軸負荷，后軸負荷，汽車總質量L汽車軸距，a質心距前軸距離，b質心距后軸距離=405Kg,=475Kg滿載行駛時 其中為附著系數，在干燥的瀝青或混凝土路面上，該值為0.70.8，取0.75。=275Kg,=605Kg滿載制動 Kg,341Kg2.3 驅動橋形式的確定一般的汽車結構中，驅動橋包括減速器、差速器、驅動車輪的傳動裝置及橋殼等部件。根據其齒輪類型、主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速方式的不同，減速器的結構形式也不同。減速器的傳動比、驅動橋的離地間隙和計算載荷是減速器設計的原始數據，要在總體設計時就確定。由于發(fā)動機在汽車上是縱向安置的，減速器將用來改變轉矩的傳遞方向。為了使汽車有足夠的牽引力和適當的最高車速，減速器進行增大轉矩、降低轉速的變化。差速器用來解決左右車輪間的轉矩分配問題和差速要求。當汽車轉彎或在不平路面上行駛時，左右車輪在同一時間內所滾動的行程是不一樣的，因此其轉速也應不同。因此，要求驅動橋在傳遞轉矩給左右車輪的同時，能使它們以適應上述運動學要求的不同角速度旋轉，這一要求是由差速器來實現(xiàn)的。裝有差速器的汽車，當左右齒輪與地面的附著系數不同且一個驅動車輪滑轉而失去牽引力時，另一個附著好的驅動車輪也將喪失牽引功能。驅動車輪的傳動裝置的功用在于將轉矩由差速器半軸齒輪傳到驅動車輪。對轉向驅動橋，則必須在驅動車輪的傳動裝置中安裝等速萬向節(jié)，對于非轉向驅動橋來說，驅動車輪的傳動裝置也要用萬向節(jié)傳動。如果驅動車輪不是轉向輪，則車輪直接由連接差速器和輪轂的半軸來驅動，這時半軸將差速器半軸齒輪與輪轂連接起來。在裝有輪邊減速器的驅動橋上，輪邊減速器的主動齒輪與半軸齒輪以半軸連接。橋殼起著支撐汽車荷重的作用，并將載荷傳遞給車輪，作用在車輪上的牽引力、制動力等力都是通過橋殼傳到車架上。因此，橋殼既有承載作用，又有力的傳遞，同時還是減速器、差速器、半軸的外殼。在汽車行使過程中，橋殼承受繁重的載荷。因此，橋殼既要結構簡單，降低成本以及方便拆裝維修，又要考慮在動載荷下有足夠的強度和剛度。輪胎與車輪支撐汽車質量，并承受路面的各種反力，如驅動力和制動力，在汽車轉彎時，還要承受側向力以及吸收汽車行使時產生的動載荷和振動。車輪由輪輞和輪輻組成。輪胎裝在輪輞上，輪輻用輪胎螺栓固定在輪轂上。輪輞是輪胎安裝的基礎，既要支撐輪胎，又要保證輪胎拆卸方便。本設計驅動系統(tǒng)采用單電機集中驅動系統(tǒng)，由減速箱總成、差速器總成及驅動橋組成，驅動電機與減速器主動齒輪直接相連，通過兩級減速，將扭矩傳送到左右兩個驅動輪。電機軸線與車輪軸線平行，因此減速器采用兩極圓柱齒輪傳動。半軸采用全浮式結構，與輪轂用螺釘連接傳遞轉矩。橋殼采用組合式結構，一端由輪轂軸承支承在車輪上，另一端與減速器相連。橋殼的設計還要與懸架等配合，根據它的結構和尺寸設計連接部件。第3章 電動車驅動橋設計3.1減速器的設計3.1.1運動和動力參數計算高速軸： 中間軸： 低速軸 3.1.2 齒輪參數計算高速級齒輪傳動設計：（1）齒輪均采用斜齒傳動，6級精度，齒面滲碳淬火。材料選擇：小齒輪：38SiMnMo,調質，硬度 320340HBS；大齒輪：35SiMn，調質，硬度 280300 HBS。查得，=790,=760； =640，=600。（2）按接觸強度初步確定中心距，并初選主要參數。 式中 小齒輪傳遞的轉矩=7.5載荷系數K：K=1.6。齒寬系數：取=0.4。齒數比u:暫取u=3.55。許用接觸應力： 取最小安全系數=1.1，按大齒輪計算=691將以上數據代入計算中心距的公式得=56圓整為標準中心距為=60。按經驗公式，=（0.0070.02）=（0.0070.02）60=0.421.2 取標準模數=1。初取，=。 取，精求螺旋角 所以 （3）校核齒面接觸疲勞強度 式中分度圓上的圓周力 使用系數動載系數： 根據齒輪圓周速度，齒輪精度等級為9級。將有關值代入式（3-17）得齒向載荷系數： 齒向載荷分配系數：按，查得節(jié)點區(qū)域系數：按，查得。查得接觸強度計算的重合度及螺旋角系數查得：首先計算當量齒數求當量齒輪的端面重合度。按，分別查得。所以。按，縱向重合度。按，查得。將以上各數值代入齒面接觸應力計算公式得計算安全系數： 式中，壽命系數：先計算應力循環(huán)次數：對調質鋼，查得。潤滑油模影響系數：按照，選用220號中級壓型工業(yè)齒輪油，其運動粘度，查得。工作硬化系數：因為小齒輪齒面未硬化處理，齒面未光整，故取。接觸強度計算的尺寸系數。將以上數值代入安全系數的計算公式得查得，。，故安全。（4）校核齒根彎曲疲勞強度 式中彎曲強度計算的載荷分布系數：彎曲強度計算的載荷分配系數：復合齒行系數：按，查得。彎曲強度計算的重合度與螺旋角系數：按，查得將以上各數值代入齒根彎曲應力計算公式得計算安全系數： 式中，壽命系數：對調質鋼，按，查得，按，查得相對齒根圓角敏感系數。相對齒根表面狀況系數：齒面粗糙度，得。尺寸系數：查得。將以上數值代入安全系數的公式得查得，取。及均大于，故安全。（5）主要幾何尺寸取低速級齒輪傳動設計（1）齒輪均采用斜齒傳動，6級精度，齒面滲碳淬火。材料選擇：小齒輪：38SiMnMo,調質，硬度 320340HBS；大齒輪：35SiMn，調質，硬度 280300 HBS。查得，=790,=760； =640，=600。（2）按接觸強度初步確定中心距，并初選主要參數。 式中 小齒輪傳遞的轉矩=26.625載荷系數K：K=1.6。齒寬系數：取=0.54。齒數比u:暫取u=2.54。許用接觸應力： 取最小安全系數=1.1，按大齒輪計算=691將以上數據代入計算中心距的公式得=74.9圓整為標準中心距為=100。按經驗公式，=（0.0070.02）=（0.0070.02）100=0.72 取標準模數=1.5。初取，=。 取，精求螺旋角 所以 （3）校核齒面接觸疲勞強度 式中分度圓上的圓周力 使用系數動載系數： 根據齒輪圓周速度，齒輪精度等級為9級。將有關值代入式（3-17）得齒向載荷系數： 齒向載荷分配系數：按，查得節(jié)點區(qū)域系數：按，查得。查得接觸強度計算的重合度及螺旋角系數查得：首先計算當量齒數當量齒輪的端面重合度。按，分別查得。所以。按，縱向重合度。按，查得。將以上各數值代入齒面接觸應力計算公式得計算安全系數： 式中，壽命系數：先計算應力循環(huán)次數：對調質鋼，查得。潤滑油模影響系數：按照，選用220號中級壓型工業(yè)齒輪油，其運動粘度，查得。工作硬化系數：因為小齒輪齒面未硬化處理，齒面未光整，故取。接觸強度計算的尺寸系數。將以上數值代入安全系數的計算公式得查得，。，故安全。（4）校核齒根彎曲疲勞強度 式中彎曲強度計算的載荷分布系數：彎曲強度計算的載荷分配系數：復合齒行系數：按，查得。彎曲強度計算的重合度與螺旋角系數：按，查得將以上各數值代入齒根彎曲應力計算公式得計算安全系數： 式中，壽命系數：對調質鋼，按，查得，按，查得相對齒根圓角敏感系數。相對齒根表面狀況系數：齒面粗糙度，得。尺寸系數：查得。將以上數值代入安全系數的公式得查得，取。及均大于，故安全。3.2 差速器的設計差速器的功用是當汽車轉彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右驅動車輪以不同的角速度滾動，以保證兩側驅動車輪與地面間作純滾動運動。圖 汽車轉彎時驅動輪運動示意圖汽車行駛時，左右輪在同一時間內所滾動的路程往往不等。如圖1-1所示，在轉彎時內、外兩側車輪轉彎半徑R1和R2不同，行程顯然不同，即外側車輪滾過的距離大于內測車輪；汽車在不平的路面行駛時，由于路面波形不同也會造成兩側車輪滾過的路程不等；即使在平直的路面行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會引起左、右車輪因滾動半徑不同而使左、右車輪行駛不等。如果驅動橋的左、右車輪鋼性連接，則行駛時不可避免地會產生驅動輪在路面上滑移或是滑轉。這樣不僅會加劇輪胎磨損與功率和燃料的消耗。而且可能導致轉向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車就要安裝差速器，從而保證了驅動橋兩側車輪在行程不等時具有不同的旋轉角速度，滿足了汽車行駛運動學的要求。而為了方便安裝和調試差速器，還解決現(xiàn)在差速器的從動齒輪尺寸不受限制所以設計了安裝在輪轂的差速器稱為輪邊差速器，在兩軸間分配轉矩，保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉動。使汽車行駛時能作純滾動運動，提高了車輛的通過性。差速器采用對稱式錐齒輪結構，其原理如下圖 所示。 圖 差速器差速原理圖差速器殼3與行星齒輪5連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪6固連在一起，故為主動件，設其角速度為o;半軸齒輪1和2為從動件，其角速度為1和2.A、B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點。行星齒輪的中心點為C，A、B、C三點到差速器旋轉軸線的距離均為r。當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉軸線公轉時，顯然，處在同一半徑r上的A、B、C三點的圓周速度都相等，其值為or.于是，1=2=o，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。行星齒輪在公轉的同時也在進行自傳，如圖當行星齒輪4除公轉外，還繞本身的軸5以角速度4自轉時，嚙合點A的圓周速度為1r=or+4r4，嚙合點B的圓周速度為2r=or-4r4.于是有1r+2r=（or+4r4）+(or-4r4)即 1+2=2o若角速度以每分鐘轉數n表示，則 n1+n2=2no （2-1）式（2-1）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式齒輪差速器的運動性方程式。它表明左右兩側半軸齒輪的轉速之和等于差速器殼轉速的兩倍，而與行星齒輪轉速無關。因此，在汽車轉彎行駛或其他行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應轉速自轉，使兩側驅動車輪以不同轉速在地面上滾動而無滑動。由式（2-1）可得知：當任何一側半軸齒輪的轉速為零時，另一側半軸齒輪的轉速為差速器殼轉速的兩倍；當差速器殼轉速為零時，若一側半軸齒輪受到其他外來力矩而轉動，則另一側半軸齒輪即以相同的轉速反向轉動。對稱式錐齒輪差速器的轉矩分配O：由主減速器傳來的轉矩，經由差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當于一個等臂杠桿，而兩個半軸齒輪的半徑也是相等的。因此，當行星齒輪沒有自轉時，總是將轉矩O平均分配給左、右兩半軸齒輪，即1=2=02。當兩半軸齒輪以不同的轉速朝相同的方向轉動時，設左半軸轉速n1大于右半軸轉速n2，則行星齒輪將按順時針的方向繞行星齒輪軸自轉。此時行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩r方向與行星齒輪的轉向相反，此摩擦力矩使行星齒輪分別對左、右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個圓周力，因此當左、右驅動車輪存在轉速差時，1=（0-r）2，2=（0+r）2.左、右車輪上的轉矩之差等于差速器的內摩擦力矩r。為了衡量差速器內摩擦力矩的大小及轉矩分配特性，常以鎖緊系數K表示K=（2-1）0=r0差速器內摩擦力矩r和其輸入轉矩0（差速器殼體上的力矩）之比定義為差速器鎖緊系數K。快慢半軸的轉矩之比21定義為轉矩比，以Kb=21=(1+K) (1-K)目前廣泛使用的對稱式錐齒輪差速器的內摩擦力矩很小，其鎖緊系數K=0.050.15，轉矩比Kb為1.11.4.可以認為，無論左、右驅動車輪轉速是否相等，其轉矩基本上總是平均分配的。這樣的分配比例對于汽車在好的路面上直線或轉彎行駛時，都是令人滿意。但是當汽車在壞的路面行駛時，卻嚴重影響了通過能力。例如，當汽車的一個驅動車輪接觸到泥濘或冰雪路面的時候，在泥濘路面上的車輪原地滑轉，而在好路面上的車輪靜止不動。這是因為在泥濘路 車輪與路面上車輪與路面之間附著力很小，路面只能對半軸作用很小的反作用很小的反作用轉矩，雖然另一車輪與好路面間的 附著力較大，但因對稱式錐齒輪差速器 有轉矩平均分配的特性，使這一個車輪分配到的轉矩只能與傳到滑轉的驅動車 輪上的很小的轉矩相等，致使總的驅動力不足以克服行駛阻力，汽車便不能前進。在圖 容易看 出汽車在直線行駛時候兩半軸的轉速相等和在轉彎行駛時實現(xiàn)兩半軸轉速不等： 圖 差速器工作時轉矩變化圖 當汽車在直線行駛時，此時行星齒輪軸將轉距平均分配兩半軸齒輪，兩半軸齒輪轉速恒等于差速器殼的轉速，傳遞給左右車輪的轉矩也是相等的。此時左右車輪的轉速時相等的。而當汽車轉彎行駛時，其中一個半軸轉動一個角，兩半軸的轉矩就得不到平均分配，必然出現(xiàn)一個轉速大，一個轉速小，此時汽車就平穩(wěn)地完成了轉彎行駛。 差速器齒輪的尺寸受結構限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經常處于嚙合狀態(tài)，只有當汽車轉彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側車輪打滑而滑轉時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此對于差速器齒輪主要應進行彎曲強度校核。輪齒彎曲強度為: MPa 上式中： 為差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉矩，其計算式在此將取為498.06N·m； 為差速器的行星齒輪數； b2、d2分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑mm； 為尺寸系數，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關， 當時，在此0.629； 為載荷分配系數，當兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，1.001.1；其他方式支承時取1.101.25。支承剛度大時取最小值。 為質量系數，對于汽車驅動橋齒輪，當齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取1.0； 為計算汽車差速器齒輪彎曲應力用的綜合系數，可取=0.225。 當T=minTce,Tcs時，=980 Mpa；當T= Tcf時，=210Mpa。 根據上式可得：=478.6MPa980 MPa所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。3.3 軸的設計材料選擇45鋼，調質處理，硬度217255HBS，許用疲勞應力。（1）高速軸a 最小軸徑的確定取A=115由于有花鍵，適當增加軸徑，取。b 主要分布零件有：齒輪、軸承、軸承端蓋等。c 根據工況，選擇軸承類型為滾動軸承 6002。 基本尺寸：15mm×32mm×9mm 配合軸段直徑為15mmd 齒輪安裝：安裝軸段直徑24mm，軸段長度26mm。e 齒輪定位：由于齒輪分度圓直徑小于兩倍軸徑，故齒輪采用齒輪軸。（2）中間軸a 中間軸為實心軸，故 取A=115由于開有鍵槽，軸徑適當增加，取。b主要分布零件有：齒輪、軸承、鍵、軸承端蓋等。c 根據工況，選擇軸承類型為滾動軸承 6004。 基本尺寸：20mm×42mm×12mm 配合軸段直徑20mmd 齒輪安裝：安裝軸段直徑 大齒輪25mm，小齒輪25mm。 安裝軸段長度 大齒輪32mm，小齒輪40mm。e 齒輪定位：大齒輪：一端采用軸肩定位，軸段直徑32mm，軸段長度8mm。 另一端采用套筒定位，套筒內徑20mm,外徑28mm,長度10mm。 徑向定位采用平鍵，基本尺寸33mm×10mm×8mm。小齒輪：一端采用軸肩定位，軸段直徑25mm，軸段長度42mm。 另一端采用套筒定位，套筒內徑20mm,外徑32mm,長度4mm。 徑向定位采用平鍵，基本尺寸26mm×8mm×7mm。3.3.1 軸的強度校核（1）高速軸高速軸的受力分析如圖3-1所示。高速軸傳遞的轉矩 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 齒輪的軸向力 計算作用在軸上的支反力：如圖3-1（a）,垂直面內的支反力：如圖3-1（c）,水平面內的支反力 ：計算齒