基于UG电动汽车传动系统减速器方案优化设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 环保与节能是当前全世界发展的一大主题。我国也提出建设节约型社会的基本国策，实现这一目标的重要手段就有电动汽车。由于国家的支持，社会的需要，电动汽车正处于发展的上升期。但是也面临着许多难以解决的问题。电池、电机、控制系统的性能与价格问题，使得电动汽车的发展遇到难题。本文主要介绍了电动汽车的控制系统，电动机，汽车主减速器等电动汽车汽车核心部件的发展状况，未来电动汽车控制系统的发展趋势，并指出了研究的重点与难点。 汽车主减速器和差速器是汽车传动中的最核心的部件之一。它能够将传动装置产生的发动机转矩传 给驱动车轮，以实现降低速度增大扭矩。本次设计的是有关家用轿车汽车的传动系统以及主减速器总成。并使其具有通过性。本次设计通过对市面上各种不同形式样式的控制系统，电机，减速器的对比后，参考实际家用轿车为原始设计参数，对比不同类型的控制系统、电机、减速器后。确定主传动比，并对其中主要的齿轮进行齿面接触强度和齿轮弯曲强度进行校核。对轴承的选用在满足需求的基础上，力求结构简单，寿命长，经济实惠。对轴的设计过程中，着重于齿轮的安置，并对其所受最大载荷的危险截面进行了强度校核。最终设计出一种合理可靠，经济实惠的电动汽车减 速器。 希望能对电动汽车发展尽绵薄之力，让世界生态环境越来越好。 关键词 ：电动汽车，控制系统，主减速器，电机，轴承，传动比 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a of of of a to is an of to of of in of to of of as of is of in of be to to of is s it to a of of as of of a a to on of to In of is of of is of a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 to of to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 引言 . 1 第一章绪 论 . 1 . 1 . 1 . 2 . 3 . 3 . 4 第二章整体设计方案 . 5 . 5 . 5 . 6 . 7 第三章驱动电机和电池匹配 . 9 . 9 动电机型号的确定及参数 . 10 . 12 . 13 第四章汽车主减速器设计 . 16 . 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 16 . 17 . 17 . 17 . 17 构的设计 . 17 . 18 . 18 . 19 第五章主减速器的基本参数选择 与计算载荷的确定 . 20 . 20 . 21 . 21 . 22 . 23 . 23 值 . 23 . 24 的选择 . 24 . 26 . 27 . 29 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 29 . 31 . 32 . 33 第六章轴承的选用 . 35 . 35 . 36 . 37 . 38 . 38 . 39 . 42 第七章轴的设计与校核 . 43 . 43 . 43 . 46 第八章绘图 . 47 结 论 . 54 参考文献 . 55 致谢 . 56 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 引言 环境污染日益严峻，能源危机日益逼近。汽车行业正面临着极为严峻的挑战。为了实现汽车行业的可持续发展，以电能为主的电动汽车正逐步成为各国汽车研发的重点。汽车 的主减速器作为汽车驱动系统中非常重要的传力部件，是汽车的关键的部件之一，也是研发的重中之重。 随着科技的发展，汽车的驱动系统结构多种多样。汽车减速器也出现许多不同种类，主要是根据其齿轮类型、主、从动齿轮的安置方法和减速型式的不同而异。本文进行了汽车驱动系统的整体系统构型设计，以及电动机的设计和电池匹配，在其基础之上主要进行了主减速器的设计。主减速器设计的好坏关系到汽车的动力性、经济性以及噪声、寿命等诸多方面。协调好各方关系以达到满足使用要求的最佳目标非常重要。希望本设计方案能为电动汽车减速器的发展尽微薄之力 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 绪 论 环保与节能是二十一世纪全世界发展的主题。自世界上第一辆汽车由德国人卡尔 本茨（ 1844 1929）于 1885 年 10 月研制成功，到今天各式各样的汽车，有 100多年的历史，汽车已成为人们生活中不可缺少的代步工具。截至 2016 年 3 月底，全国机动车保有量达 辆，其中汽车 辆。 2015 年全球汽车保有量 辆左右，新能源汽车连零头都达不到。按平均每辆汽车年消耗 10石油制品计算，汽车的石油消耗量每年达到 120桶，占世界石油产量的一半以上。石油资源经过长时期的现代化大规模地开采，石油资源已日渐枯竭，按科学家预测，地球上的石油资源如果按耳前的消耗水平，石油资源仅仅可以维持 60。石油价格的不断上涨已对世界经济的发展形成巨大的威胁，人类将面临更加严峻的石油资源的危机和挑战。据估计汽车的 2量可达 2排放量的 15%以上，另外汽车排放的：一氧化碳、碳氢化合 物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒（某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾）、臭气（甲醛等）等有害气体危及人的生命，对人体造成严重伤害。由于技术水平和汽车排放标准的不规范，在我国由汽车排放导致的污染更甚。因此，开发清洁、环保、智能的电动汽车，才能是汽车行业的可持续发展，也是解决能源紧张和环境污染的有效途径 1。电动汽车的优势表现为：无污染、能源利用率高、结构简单、噪音小、经济实惠 。 汽车主减速器是汽车中的重要传力的部件。它能够将万向传动装置产来的发动机转矩传给驱动车轮，以实现降速增扭。主减速器对提高汽车 行驶平稳性和其通过性有着不可或缺的作用，是汽车设计重点。 1、有利于摆脱对石油资源的过度依赖，保障国家能源和经济安全； 2、有利于减少污染物和温室气体排放； 3、有利于实现中国汽车产业的跨越式发展； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 4、可以带动相关产业发展，培育新的支柱产业； 5、保证汽车在给定的条件下有最佳动力性； 6、保证汽车足够的离地间隙，以满足通过性要求； 7、在各种载荷和工况下有较高的传动效率； 1839 年苏格兰的 罗伯特 安德森 给四轮马车装上了电池和电动机，将其成功改造为世界上第一辆靠电力驱动的车辆。，比 1885 年诞生的汽车要早半个世纪。第一台可以反复充电的电动汽车是法国人乔伍 (明的 2。 电动汽车历经了三次发展浪潮。 第一次浪潮： 在 1899 年和 1900 年期间，电动汽车的销量要比其他类型的汽车销量都要好。实际上，根据全美人口调查局的调查显示， 1900 年，电动汽车生产量占到美国汽车总产量的 28%份额，所出售的电动汽车总价值超过了当年汽油和蒸汽汽车总和 。 电动汽车制造商在进入上世纪 20 年代，迎来了自己的春天，电动汽车生产在1912 年达到顶峰。当时，福特生产的燃油汽车价格要比电动汽车价格便宜很多。比如， 1912 年，一款电动敞篷车的售价高达 1750 美元，而一款燃油汽车售价仅有 650美元。并且，当时新一代的燃油汽车获得了改进，其中包括电启动，这样使得燃油汽车操作难度大大降低。到 1935 年，电动汽车就变得很 “罕见 ”了 。 第二次浪潮： 在 1970 年，美国颁布了清洁空气法案，再加上 1973 年爆发的第一次石油危机，燃起了人们开发燃油汽车替代品的兴趣。到 1976 年，美国国会采取措施，通过了电动和混合 动力汽车研究开发和示范法案，该法案由美国能源部授权，用于支持和开发电动汽车和混合动力汽车。 第三次浪潮： 2006 年，特斯拉宣布计划推出续航里程达到 200 英里的电动汽车，这条消息轰动整个电动汽车市场。到 2011 年，特斯拉拥有了其第一款电动汽车 续航里程超过了 240 英里，售价超过 10 万美元。尽管特斯拉已经拥有 轿车和 在很大程度上讲，它们还属于小众化产品。特斯拉计划在 2017 年规模化生产其面向大众市场的电动汽车 ，这款汽车续航里程超过 200 英里 ，售价在 元左右。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 外电动汽车的发展概况 美国和日本的电动汽车研究处于世界的领先地位。在美国大汽车销售厂商制造的电动汽车有通用 及 卡 )、福特突击队员 卡 )、戴姆勒一克莱斯勒 型面包车 )等。戴姆勒一克莱斯勒公司开发的 “新电力车四代 ”续驶里程已经达到 450用公司批量生产的 动汽车采用了复合材料和轻铝合金构件、低弹滞后橡胶、薄胎面轮胎等新材料、新技术，一次充电最大续驶里程可达196。 日本汽车保 有量居世界第三，石油几乎全部依靠进口。因此日本政府十分重视电动汽车的研发。早在 20 世纪 70 年代就注意了电动车辆的研究和开发，在世界上处于领先地位。 到 2011 年 3 月前，日本是毫无疑问的电动汽车第一国，拥有世界上最大的纯电动消费群，三菱的 动车就是在此时诞生的。随后，一场空前的地震与海啸影响了日本的电动汽车发展，这场灾难不仅引发了日本的经济衰退和消费信心下降，而且使日本国内对核能发电的态度发生了变化。日本政府开始寻找既不用油也不用电的汽车解决方案，受到政府的支持，丰田和本田汽车几乎放弃了电动汽车，转而 研发制造氢燃料电池车。 另外汽车发展的黄金地区欧洲也十分注重电动汽车发展， 法国是一个缺少石油的国家，石油制品的价格很高，约是美国的 4 倍，法国大气的污染源主要来自汽车的排放。因此，法国是全世界最积极研制和推广电动汽车的国家之一。英国是当今世界生产电动汽车较先进和使用最广泛的国家，使用历史已有 50 年之久，上个世纪 80 年代中期英国就有 12 万辆电动汽车在运行，目前全国已拥有 40 万辆电动汽车。瑞士、意大利、瑞典、丹麦、奥地利、捷克、匈牙利等也都在开展电动汽车的研发工作 国电动汽车的研究开发 我 国政府也十分重视电动汽车关键技术的开发研究，早在 “八五 ”期间就将电动汽车研究列入国家科技攻关计划。 十五、十一五期间，国家科技部组织了全国范围的电动汽车科技攻关，构建了 “三纵三横 ”的技术框架，取得重大进展。习近平总书记和李克强总理对推进电动汽车工作也有明确指示。在党中央和国务院的正确领导下，我国电动汽车发展迅速。 2014 年，产销量猛增至 8 万辆，跃居世界第二。 2015 年，中国更以产销 37 万辆遥遥领先于世界各国。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 本文的主要研究内容为： 1、本文在借鉴传统汽车的设计方法和经验的基础上，设计了一 种符合纯电动汽车自身特点的动力系统构型方案。 2 通过家用轿车整车结构参数，对传动比参数、电动机参数、电池组容量参数，减速器参数等关键参数进行匹配计算。 3、 根据整车和各个部位参数，进行总体设计，对驱动电机和电池进行匹配。 4、 为保证汽车有最佳的动力性和经济性，合理的结构以及必要的离地间隙， 对汽车主减速器的设计。 5、 对轴承的选用，以及轴的设计与校核。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第二章 整体设计方案 电动汽车与燃油汽车的主要区别在于电动汽车通过电动机代替发动机，通过电池代替 油箱。电动汽车结构多种多样，虽然大多数的电动汽车的参数是从成熟的燃油汽车中借鉴而来的，但电动汽车的结构和许多性能与技术参数有它本身的特征。其中电力驱动技术被称为电动汽车的心脏。本章在理论上对驱动系统进行了设计，从而可满足整车的动力性，同时降低成本并提高续驶里程。 纯电动汽车电机驱动系统有多种不同的组合形式，不同的电机驱动系统可构成不同机构形式的电动汽车。电动汽车的驱动系统形式主要有以下几种：（ 1）传统机械驱动形式、（ 2）机电集成化驱动形式、（ 3）机电一体化驱动形式、（ 4）轮毂电 动机驱动形式 4具体见图 2种驱动系统形式的对比分析见表 2 图 2见驱动系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 表 2见驱动形式 本文综合以上几种驱动方式，设计了如下驱动方式。采用前置前驱的布置形式，将电动机、减速器相结合，使其结构紧凑，传动效率高，并采用电动机 设计具有如下优势，能够在低速下获得较高的输出转矩，拥有较高的工作结构类型 （ 1）传统机械驱动模式 （ 2）电动机驱动桥组合式驱动系统 （ 3）电动机驱动桥整体式驱动系统 （ 4）轮毂电动机驱动形式 结构特征 传统燃油汽车的传动系统，只是将发动机换成了电动机 在驱动电动机端盖的输出轴处加装减速齿轮和差速器等，电动机、固定速比减速器、差速器的轴互相平行，一起组合成一个驱动整体。 这种传动方案将电动机和传动系统集成在一起，装在驱动轴上 电动机装在车 轮轮毂中，由电机驱动车轮行驶 优点 工作简单，有利于轴荷的合理分配，设计周期短，成本低。可提高电动机启动转矩，增加低速时的后备功率 结构紧凑，传动效率高，安装简单，布置灵活等。 传动效率高，结构紧凑，体积小，质量轻，安装方便，抗冲击抗震能力强。使汽车有更好的动力性 传动效率高，结构更紧凑，汽车转向灵活性，能充分利用路面附着力 缺点 结构复杂，传动系统零部件多，传动系统过于冗长，传动效率低，占用空间较大，质量大。 对电机要求高，对电机的调速范围和轴承的可靠性要求较高，要求电机有较高的启动转矩，较大的后备功 率。 对电动机要求有大的启动转矩和后备功率，同时要求控制系统具有较高的控制精度，和良好的可靠性。 结构复杂，成本大，受体积限制，电动机功率不高 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 效率，较好的动力性和经济性，提高汽车高速行驶时的操纵稳定性。不足之处在于结构稍复杂，但在可接受程度内。具体如图 2示。 图 2文驱动方式 本文参照一般家用紧凑型纯电动轿车，对轿车传动系统进行了分析。最终确定本文研究的轿车整车参数表 2 表 2车参数表 整车尺寸（ 4605/1765/1460 电池类型迎风面积 A（ 备质量（ 1500 传动效率 T 地间歇（ 130 续驶里程（ 200 前 /后轮距（ 1517/1493 空气阻力系数 距（ 2610 电池类型 锂离子电池 驱动方式 前置前驱 滚动阻力系数 f 胎规格 205/55 轮滚动半径 r（ m） 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 同时，在汽车行驶过程中会行驶过不同路面，譬如：坡道行驶，农村土路等。因此对电动汽车最大车速，最大爬坡度，加速时间和最大行驶里程等性能有具体要求。参照诸多资料，确定了紧凑型电动轿车的动力性能指标： 130KM/h； 30%； 10； 0%，能够以速度 60Km/h 行驶 200 公里 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第三章 驱动电机和电池匹配 电动机的性能与电动汽车的性能密切相关，相当于燃油汽车的发动机，其重要性可见一般。所以，对驱动电机的选择和参数匹配是设计电动汽车动力系统的关键之一。驱动电机的性能必须要达到一定的要求，才能满足汽车行驶过程中频繁的加速、减速、爬坡、启动、停车等不同需求。电动机转速要满足汽车从零速度到最高速度的要求，即电动机要欧高功率比和高功率密度。 为了高性能地驱动电动汽车，驱动电机在性能上须达到一定的要求。汽车行驶的特点是频繁地启动、加速、减速、停车等。在低速或爬坡时需 要高转矩，在高速行驶时需要低转矩。电动机的转速范围应能满足汽车从零到最高行驶速度的要求，即要求电动机具有高的比功率和功率密度。 目前市面上用于电动汽车的电动机主要有四种：直流电动机、感应电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机。其具体对比情况见表 3表 3机类型 优点 缺点 应用前景 直流电机 结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性 有刷，易产生电火花，引起电磁干扰，维修困难；价格高，体积大、重量大 初期产物，随技术进步，已处于淘汰地位 交流感应电动机 结构简单，运行可靠，经久耐用，价格 低，功率较高，调速范围广，体积与质量适中 控制装置复杂 目前应用最广泛的电动机 永磁无刷电动机 直流电动机 控制器较简单，效率高，体积小、质量低，所以能量密度大 价格较贵，需检测转子磁极位置，永磁体可能发生退磁的问题 已在特殊电动汽车运用，前景好，未来发展方向 交流电动机 开关磁阻电动机 结构最简单，简单可靠，启动转矩大，可调范围广，效率高；控制灵活；成本低，体积小，质量轻 转矩波动大 ,系统具有非线性特性，电磁噪声大 ,需要位置检测器 尚未成熟，发展受限 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 综上所述，永磁无刷直流电机具有优越的 起动和调速性能、无换向器和电刷、质量轻、体积小、能量密度大，有较高的效率、转矩惯量比、寿命久、噪音低、电子干扰小等优点。同时直流电动机的驱动技术已经成熟、其成本较低。因此本设计方案采用永磁无刷直流电动机。 动电机型号的确定及参数 驱动电机的功率包括额定功率和最大功率。电动汽车驱动电动机的最大功率应能同时满足汽车对最高车速、加速度以及爬坡度三个要求。电动机最大功率越大，则后备功率越多，加速爬坡性能越好，但同时体积质量也会相应增大，而且会使电动机不能经常工作在功率峰值，造成功率浪费，效率降低。 因此电动机功率选择要合理，应根据电动汽车的最高车速、爬坡度和加速性三个方面来确定电动机的功率 567。 （ 1） 根据纯电动汽车的最高车速选择 在选择电动机功率时并且必须满足纯电动汽车最高车速的要求，以保证在良好的工况下，能以较高的车速行驶。对于主要作为城市代步工具的纯电动轿车，大多数情况下是以中低速行驶的，因此，电动机的功率大体上应等于但不小于汽车最高速度行驶时消耗的功率，否则会使其经常处于部分负荷下工作，导致电动机效率大大下降，浪费蓄电池有限的电能 4。 ）（ 3m a xm a x 7 6 1 4 0 0 0T （ 3 式中 M 为整车质量， f 为滚动阻力系数， 空气阻力系数， A 为迎风面积（ 最高行驶车速（ Km/h），将表 2数据带入可得 1303600 0. n 3 ）（P（ （ 3 （ 2）根据车辆的爬坡性能要求选择 纯电动汽车以某一车速 位为 km/h）爬上一定坡度 i 消耗的功率 位为 ： ）（ 0 0 1 4 0 0 0T （ 3 式中 i 为最大爬坡度为 30%，取爬坡时车速为 0 Km/h 代入数据可得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 ）（）（303600 0 . 0 1 i 3 （ 3 （ 3）根据纯电动汽车的加速性能要求选择 电动汽车在 t（单位为 s）时间内，在水平路面上从零车速加速到 位为 km/h）所需功率 位为 ： ）（ 6 0 0 1 4 0 0 0 T （ 3 式中 为汽车旋转质量换算系数，在汽车理论 6中根据 得 =汽车加速过程中的瞬时速度取 ，m/在汽车加速过程中汽车瞬时车速公式为（8，式中 00Km/h。 X 为拟合系数，一般取值 右。 车辆在加速末时刻，电动机输出功率最大，因此加速过程中最大功率为： )(1600 1g f ）（）（ 3 式中 设计过程中的迭代步长，通常取 可满足。根据汽车从 0 加速到100Km/h 用时 10S。将表 2数据带入式 3得 ）（ 2j（ 3 纯电动汽车驱动电动机的最大功率 应能同时满足汽车对最高车速、加速度以及爬坡度三项动力指标。并为驱动电机提供一定后备功率，所以纯电动汽车电动机的最大功率应满足 ），（a x 电动机的额定功率 计算方法，通常取我国高速公路最高限速 120Km/h 匀速行驶的功率为额定功率下限值 89。 6 0 ）（ （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 式中 电动机额定功 率， v=120Km/h，把数据带入式 3得 0 . 0 1 59 . 81500e 2 ）（P （ 3 取整，电机的额定功率 25 峰值功率，取 100 根据电动机的额定功率要求查询电工手册 10，选择符合条件的电机，电机主要参数如表 3示。 表 3动机主要参数 参数名称 符号 单位 数值 额定电压 220 额定电流 114 额定转矩 m 大转矩 m 200 额定功率 W 25 最大功率 W 100 额定转速 ne r/000 最高转速 （ 1）传动比的选择首先应满足车辆最高车速的要求，由最高车速 电机的最大转速 定传动比的上限。 a xm a （ 3 其中： 000r=O 316m， 30h，则： 0 8 00 03 （ 3 （ 2）由电机的最大输出转矩 最高车速对应的行驶阻力 定速比的下限。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 （ 3 其中 0 0 2m a x ， R=00Nm . 3 1 8i 0 （ 3 由上述计算可知 ，为了满足上述要求，经综合分析考虑，因电机转速 较高，转矩较小，且不适宜取整，要选择合适的传动比，故本文确定减速器的主减速比为 纯电动汽车动力电池一般为蓄电池是电动汽车的唯一动力源。目前之所以电动汽车发展受限，其主要就是电池技术难以突破。对于电动汽车的电池技术要求有： 1 足够高的功率密度、 2 足够高的能量密度、 3 足够大的安全可靠性、 4 足够的循环寿命 5能够接受的成本。在目前的电池技术下想要同时达到以上几个方面的要求很苦难，我们要做的就是寻求五个方面的平衡。 目前，纯电动汽车使用较多的几种电池是铅酸蓄电池、镍 氢金属电池、锂离子蓄电池。本文所采用车载电池为锂离子电池，锂电池具有能量密度高，输出功率大，循环寿命长，无污染，负载能力大，可快速充放电的优点，是目前市面上大多数电动汽车所采用的电池。本文主要对离子电池的工作电压和能量进行匹配计算。 （ 1） 电池组的工作电压的确定 在匹配动力电池组的工作电压时，要求电池组的电压等级和驱动电机的电压等级相一致，以满足驱动电机电压变化的要求。同时在