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轻型
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轻型电动汽车驱动系统 设计 摘 要 本文 以 比亚迪 00 纯电动汽车为参考车型 ， 驱动系统的布置方案为前置前驱，变速器为两轴式，其中包括了 对 驱动系统驱动电机的 参数匹配 、 传动 装置的设计 、 以及控制系统 的 设计 。通过 车辆 的期望的性能参数，计算出驱动电机的参数 ， 使其满足 车辆的整车性能要求 。 确定 动力传动 方案 之后 ，对传动系统 各个 部件进行详细的计算 以及 相关 构件 的校核计算，使其满足 强度 要求 。在对 变速器齿轮的相关参数的选取，严格遵循相关标准，根据材料本身的物理性能，结合 材料 的加工工艺 来 选择合适的材料。 在 确定了各个零件的基本参数后，用 行装配图和 零件图的绘制 ， 最后 对电动机 的控制系统进行编程，并且用 行仿真。 关键词： 轻型 电动汽车 ；驱动系统； 手动变速器 ； 驱动电机 ； 控制系统 ； 传动比 of 5 300 as of of of of to of of of to In of to of to of is 目 录 1 绪论 1 课题的研究背景以及意义 1 型电动汽车驱动系统的概述 2 内外轻型电动汽车驱动系统的研究现状以及未来的发展趋势 5 内的研究现状 5 外的研究现状 6 课题的主要研究内容与基本原理 8 章小结 8 2 轻型电动汽车驱动系统驱动电机的选取 9 言 9 型电动汽车的性能要求以及基本参数的确定 9 型电动汽车驱动电动机的选择 10 型电动汽车驱动电动机功率的确定 10 型电动汽车驱动电动机各性能参数的确定 11 型电动汽车驱动电池的设计计算 11 章小结 12 3 轻型电动汽车变速器设计 13 言 13 速器各挡的布置 13 动系统传动比的确定 14 减速器传动比 14 速器最低挡传动比计算 14 速器各挡传动比的详细计算 16 速器详 细设计 16 速器基本参数的确定 16 速器各挡齿轮齿数的计算 18 结 26 4 变速器各挡齿轮以及输入轴和输出轴的计算与校核 27 速器齿轮的选材 27 速器不同挡位下各轴的转矩计算 27 速器齿轮的强度校核 28 轮弯曲强度校核 28 轮接触应力校核 30 的参数计算 35 的尺寸 35 的刚度校核 36 的刚度校核 40 的强度校核 41 承的选择与校核 45 章小结 47 5 电机控制系统设计 48 统总体设计思路 48 速原理 48 产生 49 机驱动模块 50 制系统电路原理图 52 6 总结 53 参考文献 55 致 谢 56 附录 A 各挡齿轮参数 57 附录 B 控制系统源程序 58 轻型 电动汽车驱动系统设计 1 1 绪论 课题 的研究背景以及意义 从 1769 年，居纽 成功制造出 了世界第一辆 以 蒸汽驱动 作为 动力来源的三轮汽车 ，到 1885 年 ，本茨 研制 出了世界第一辆 以 汽油燃烧所产生的热能作为动力来源的汽油机汽车 ， 再到 1914 年 ，美国福特公司将 流水线 生产 的 理念 用 在汽车生产上 ， 历经 100 多年 不间断的 改进 与 创新， 集成 了人类的汗血与智慧，并且 得益于 钢铁工业、石油工业、化工产业、 机械 制造工业、电力以及交通工业、电子 控制 技术 的 发展与进步， 汽车 工业取得了举世瞩目的成就。汽车 工业 在发展的同时也极大推动了其他产业的升级与进步。在 经济全球化 的今天 ， 汽车 工业 也成为衡量一个国家 工业水平 的重要指标，在极大方便了人们的生活，减少人们花费在出行上的时间的同时，也为人们创造了巨大的经济效益，可以说，汽车已经成为人们生活中所必不可少的物品。 然而 ，随着汽车工业的不断发展，汽车保有量 也 随着不断增加，由此所带来的不良后果与 矛盾也 日益 凸显，比如 日益 频发的交通事故、对环境的污染日益严重等，其中 因为石油 资源的日益 枯竭 所带来全球范围内的 能源 紧张 尤为 明显， 随着 而来的便是为 了 争夺石油资源而带来的地区冲突的加剧 。 随着 社会 的发展 和 生活水平的提高，人们对于生活的质量的追求也 越来越 高，而汽车工业发展所产生的环境污染 极大程度 地影响了人们的身体健康 。 正是在 这样一个背景下， 以 电能、氢能等为能源的 新能源 汽车 凭借自身 的节能、环保 、无污染、低噪声 、高效率、安全、可再生 、 结构简单 的 特点，越来越受到世界各国的青睐 。其中，推动电动汽车的 发展成为很多国家的汽车工业发展的方向 ， 主要原因有以下几点： （ 1）如果将 电动汽车和传统 的 内燃机汽车相比较 ，会 发现 电动汽车在操纵 性 能 和行驶稳定性能以及驾驶安全性能上 更胜一筹； （ 2）如果 从所使用的能源的结构来看， 电动汽车可以说是更为多样化 的 ； （ 3）相比于传统 的内燃机汽车， 电动汽车在保证 零排放 和 无污染的 同时 ，又兼具了较高的能量转化率的 优势； 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 2 （ 4）如果 从噪音以及驾 乘 的舒适性来看， 电动汽车 相比于传统的内燃机汽车来说，具有 非常大的优势 ； （ 5）如果 从电动汽车 车体 的组成结构来看 ，具有 结构较为简单 的 特点， 极大方便了后 续的维修与保养 。 虽然为了推动中国新能源汽车产业发展，我国政府相继出台了许多的相关的补贴政策，但是目前新能源汽车的保有量远远还没有达到预期的规划。在 2012 年的 时候， 国务院发布并且通过节能与新能源汽车产业发展规划 (2012 )文件，制定了到2020 年为止，插电式混合动力汽车、纯电动汽车的生产量达到 200 万辆，累计产销量要超过 500 万辆的 目标 。 依据中华人民共和国 交通管理局提供的数据 ，截止 2017 年 3 月份 ，中国的机动车保有量已经突破 辆，其中汽车 达到惊人的 2 亿 辆，而 纯电动汽车的保有量却仅仅只 有 辆，从 市场的发展规律 来看 ，到 2020 年 ，新能源汽车的保有量 很难达到预期规划， 这是 因为 新能源汽车的自身技术问题比如续航能力依然存在还有就是 目前 充电设备的 数量 不足和充电缺乏便捷性 等问题 依旧阻碍着 消费者对电动汽车的选择 。 所以 ，电动汽车的设计与制造 对于 大力推动 能源 多元化、 减少 汽车废气排放对环境造成的污染具有 非常 重大的意义 。 型 电动汽车驱动系统的概述 电动汽车的 驱动系统的组成可分为驱动电动机、 各 机械传动 系统 （ 包括变速器、 差速器等） 、电子 控制器以及功率转换器 ， 其中驱动电动机作为为车辆提供 驱动力 的唯一动力源，是 电动汽车 驱动系统非常 核心 的装置，驱动 电动机 效能 的高低 也直接 反映 了一辆电动汽车整车动力性能 如何。 各 机械 传动系统的布置方案 和 重量会影响整车的性能 。 目前 ，用于驱动电动车行驶的 驱动电动机 的种类主要有以下几种 ： （ 1）永磁无刷电动机：可以 分成 永磁同步电动机和无刷直流电动机。具有组成 结构较为简单 、外形 尺寸小、 工作效率 高以及自身重量轻 等优点 （ 2）异步感应电动机：又可以分成 鼠笼式和转子式。其中 鼠笼 式 异步感应电动机本身具有的结构简单、运行的可靠性较高、 成本 较低 、 制作工艺简单以及转换效率 较高轻型 电动汽车驱动系统设计 3 等优点 ，被 广泛 用作 电动汽车的驱动电动机 ； （ 3）直流 电动机 ：直流电动机又 可以 分成绕组式以及永磁式，凭借 其本事所具有的控制策略较简单 、技术 较为成熟 、 成本比较低等优点，直流电动机在电动汽车中的应用也较为广泛 ； （ 4）开关磁阻电动机：开关磁阻电动机可以说是一种较为新型的可调控转速 的 电动机，转速调控 系统同时具有直流和交流的 控制 系统的优点， 具有 结构较为简单、转速调控范围较为宽、 转速 调控 能力 较为突出等优点。 以上 各电动机的 综合 效能比较可归纳为下表 表 电动机综合效能比较 电动机类型 项目 永磁无刷电动机 异步感应电 动机 直流 电动机 开关磁阻电动机 电动机尺寸 和重量 好 好 一般 较好 控制器 尺寸和重量 较好 较好 好 较好 电动机控制方式 好 较好 一般 好 控制器 控制性 好 好 较好 较好 转换 效率 高 较高 一般 高 故障 可维修性 较高 高 一般 高 高速性能 较高 高 一般 高 功率元件 数量 多 多 一般 较多 综合 效能 优秀 一般 差 较 优 而对于 电动汽车驱动系统 的 布置方式而言，目前主流的方案主要可以分为以下几种： 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 4 （ a） （ b） （ c） （ d） 1：驱动电动机 2：离合器 3：变速器 4：驱动桥 图 动汽车 驱动系统的布置方式 简图 图 a 中， 是 属于比较 传统 的 驱动系统 的布置方式 。 如果将其与传统的内燃机汽车相比的话，区别在于只是将发动机替换成驱动电动机，变速器驱动桥等传动装置跟传统的内燃机汽车 大体 保持一致 ，驱动 蓄电池 为 驱动电动机提供电能 ， 从而驱动电动机转动，动力 通过 变速器 实现 减速 增矩 的目的， 再 通过驱动桥驱动车轮行驶，这样做的 好处 在于不需要对 传统的 内燃机汽车车身做出大幅度改动 就可以 进行电动汽车的设计与制造，但缺点也是显而易见的 ，如果 沿用传统的内燃机汽车的传动系统， 不仅 会使 传动 结构变得繁琐， 而且无疑会大大地增加整车的重量 ， 从而影响 电动汽车 的动力性能和续航里程 。 图 b 中，是 属于 驱动电动机与 驱动桥 组合在一起的组合式 驱动 系统 ， 与图 a 相比 ，区别在于 取消 了变速箱，取而代之的是固定齿轮比的单速变速器（ 也可以说是 减速器） ，大大简化了传动系统的结构组成，从而减轻了传动系统的重量 和 占地空间 ， 驱动蓄电池轻型 电动汽车驱动系统设计 5 为驱动电动机通过电能，从而驱动电动机转动，动力通过固定齿轮比变速器（ 减速器 ）实现 减速增矩的目的， 再 通过 驱动桥驱动车轮转动。 图 c 中， 通过电动机 直接驱动车轮转动的轮毂式 驱动 系统 ，又可以 细分为 外 转子和内 转子式，前者具有固定齿比的行星齿轮 式轮边 减速器 ， 通过轮边减速器对驱动电机进行减速增矩。后者 则是驱动电动机 直接作用于车轮，驱动车轮转动， 中间 没有其他的传动 介质 ，优点是可以减少由于机械传动所产生的能量损失， 因为 结构 较 简单， 所以 有 利于后续的维修与保养，不过如果采用这种方式的话， 则 要求驱动电动机 在 低速时 就 可以输出较大的转矩以保证汽车的正常起步。 图 d 中，驱动电动机 、 固定 齿轮比 减速器 以及 驱动桥设计成一体，组成整体式， 驱动 蓄电池为驱动电动机通过电能，从而驱动电动机转动， 经过 固定齿轮比减速器减速增矩后 ， 通过半轴驱动车轮转动 ， 采用这种布置方式，会使得整个机械传动系统的结构变得更为紧凑，从而大大减小驱动系统的体积，有利于后续的安装与维护， 不过 ，如果采用这种布置方式，则要求电动机电子控制系统具有 非常精确 的控制精度 。 内 外轻型电动汽车驱动系统的研究 现状 以及未来的发展趋势 内 的 研究 现状 由扬州盛达公司所生产的 一辆 电动 环卫用车，采用了 法士特 速箱 以及潍柴驱动 电动 机 ， 比较 特别的是，车辆本身 配备 了两个 由 潍柴操刀设计的电动机，这两个电动机的用途是不一样的，一个 是 用于驱动车辆行驶的驱动电动机， 而 另一个则是 用于 正常的环卫工作，比如 作为 驱动清洁装备的动力来源 。变速箱 的供应商是法士特，属于 档 变速箱 ，再 搭配潍柴的永磁同步电动机，整车的最大功率可以达到 140 千瓦 ，而输出转矩可以达到 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 6 图 士特 卫 用电动车动力 总成 图 无独有偶 ，大陆集团也开发了一套 电动汽车 的电驱动系统，这套系统的 适用 范围较为宽广， 适用 于 驱动电动机的 功率最小 60大 120 电动汽车 。 这套 系统的特点是将驱动电动机、变速箱和电子控制装置 集成 在一起，形成一个高度集成的整体，大大降低 电动汽车 驱动系统 所 占用的体积 ， 有效减轻整车 重量。 图 陆集团所设计的电驱动系统总成图 外 的研究现状 英国的 司开发了 一款 名叫电动 全轮 驱动系统的 技术， 该 系统可以做到将传动系统的传动比提高到 该系统的 正常 工作状态下 ， 可以为电动汽车提供最高 70千瓦 的功率，而最高转矩可以达到 该系统的重量也 惊人 地达到 斤 ，整个 系统 的重量可以说是很 轻量化 的 ， 在 保证 整车动力性能的前提下， 实现整车 的轻量化的目的 。 目前 ， 该套系统已经可以做到 的 输入转速大概在 14000 司 的期轻型 电动汽车驱动系统设计 7 望是使其达到 20000 水平 。 图 司开发的电动全轮驱动系统总成图 雪佛兰 生产的众多车型中， 雪佛兰 V1格外吸引广大 爱好 电动汽车的车友的眼球， 该款车 一直 被认为是特斯拉 s 的 强有力 对手 ， 不仅仅是依靠该车本身较为轻巧的外形， 最大 的 功劳 应该归功于 该车 所搭载的电驱动系统 ，该系统 将驱动电动机与固定齿轮比变速箱以及 驱动 半轴等集为一体，电动机转子轴设计为空心结构，车辆的左半轴 穿过 电动机 空心转子轴，两端用滚动轴承支 承， 使整个系统的结构更为紧凑，可以有效地减轻整车的重量。 图 佛兰 V 驱动系统总成图 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 8 课题的主要研究内容与基本原理 本 文的主要 的 研究内容 有： （ 1）通过 所确定的车辆的基本动力性能，结合车辆的行驶方程式，计算出在满足车辆动力性能的前提下，所需要的驱动电动机的功率，选择电动机 ， 从而确定出 满足 车辆动力性能时所需的驱动电动机的转矩 和 转速 等基本 性能 参数 ； （ 2）通过 计算的电动机的基本性能参数，计算 变速器 的传动比，从而对 变速器各挡位 进行设计计算； （ 3）对设计 出的 变速器 各装置进行校核计算； （ 4）利用 成 各零件图的绘制。 （ 5）对 电动汽车驱动 控制 系统进行 软件 、 硬件 进行设计并且通过 行仿真。 基本原理如图 文所 设计的电动汽车的驱动系统的布置方式属于前置前驱，驱动电动机 采用直流电动机， 驱动 蓄电池为驱动电动机提供电能，从而驱动电动机转动，电动机与变速箱之间通过 离合器 ，动力直接由电动机传入变速器，经过 减速 增矩后， 传递 至驱动桥， 后 再通过半轴驱动车辆 车轮 转动，最终 驱动 车辆行驶 。 考虑 到通过改变电动机的转向即可实现汽车倒退行驶，故本文中 可 不需要 在 变速箱中设置倒挡，这可以有效减少变速器的尺寸以及重量。 1：驱动电动机 2： 5 挡 手动 变速箱 3：驱动桥 图 动系统简图 章小结 在这一章中，首先介绍了电动汽车的意义以及背景，阐述了发展电动汽车对于改善能源单一化、环境清洁化具有至关重要的意义。而后又简述了目前电动汽车主流的驱动系统的布置方式，介绍了本文的主要研究内容以及基本原理。 轻型 电动汽车驱动系统设计 9 2 轻型电动汽车驱动系统驱动电机的选取 言 对于一辆纯电动汽车来说，驱动电动机是唯一的动力来源，与用于其他行业的工业用电动机不同的是，电动汽车的驱动电机要求能够适应电动汽车频繁的启停和频繁的加减速。因此驱动电机的性能好坏与否，都将直接影响电动汽车的整车动力性能、使用性能以及使用寿命。在现阶段的技术背景下，无论是对于电动汽车驱动电动机的研究，还是相关的制造技术，都有着一套非常成熟的体系。目前用于电动汽车上的驱动电动机的种类也较为多种多样，其中，应用较为广泛的主要有永磁无刷电动机、异步感应电动机、直流电动机以及开 关磁阻电动机 2。 本文 选用直流电动机。 型电动汽车 的性能要求以及基本参数的确定 电动汽车的性能是影响消费者购买欲的重要因素，本文结合实际使用场景，在符合国家相关标准的前提下，对电动汽车的各项性能参数做出了期望规定 汽车最大总质量 m 1400胎规格 205/55轴载荷 840气阻力系数 C 面迎风面积 A 2 传动效率 胎滚动阻力系数 f 高车速 140km/h 最大爬坡度 30% 0h 加速时间 10s 60km/h 等速行驶续航里程 150辆以最大爬坡度爬坡时的速度 20km/h 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 10 型电动汽车 驱动电动机的选择 电动汽车用驱动电动机与普通电动机的区别是需要适应汽车在不同路况所需要的动力输出要求，并且汽车的使用温度也是会随时变化的，所以同时还应该适应温度的变化，所以对于电动机的承载能力、控制性能以及工作状态的要求也更为严格 3，而现阶段驱动电机的布置方式主要分为两种，一种是将驱动电机与变速器和差速器依次连接，中间通过齿轮传动；另一种则是将电动机直接将动力传递给车轮，这种的电动机数目一般在 2 个及以上。后者的优点是可以减少能量在机械传动中的损耗，但缺点是结构较为复杂，润滑的技术要求也更为复杂，所以普遍使用第一种方式。 型电动汽车驱动电动机功率的确定 对于驱动电动机的功率选择，首先要满足汽车在各个工况下的动力要求 4，包括了以最高车速行驶时、爬坡度达到汽车的最大爬坡度时、汽车在理想的时间内完成加速阶段，所以电动机的功率需要满足以最高车速行驶时的功率要求、爬坡度达到汽车的最大爬坡度时的功率要求、汽车在理想的时间内完成加速阶段的功率要求。 电动汽车以最高速度行驶时所需的功率 (电动汽车以最大爬坡度 爬坡时所需的功率 (电动汽车满足加速 时间要求时所需的功率 3 136001-(x+(上式中 ， 表示 加速终了时的速度 ； 表示 迭代步长，取 表示汽车的加速 用时 ， x 表示拟合系数 ，取 表示 汽车的旋转质量换算系数，故取 别将 数据带入式（ 、 （ 、 （ ， 并且计算可求得 2=3=78动汽车 所选驱动电动机的 最大功率 应该同时满足 车 以最高速度行驶时所需的功轻型 电动汽车驱动系统设计 11 率 、以最大爬坡度 爬坡时所需的功率 、满足加速 时间要求时所需的功率 4， 即 为P=1， 2， 3=78同时考虑后期的损耗以及预留 足够 的后备功率 ， 电动机的实际最大功率取 80驱动电机 额定功率 需要满足以最高车速 行驶 时所需功率的 90%，即为 同时考虑后期的损耗以及预留 足够 的后备功率 5， 则电动机的实际额定功率取 40时电动机的过载系数 =2， 符合取值范围（ 2 3） ， 即对于电动机最大功率和额定功率的选取符合要求。 型电动汽车 驱动电动机各性能参数的确定 根据 求得的电动机最大功率 80定功率 40合目前市场上所能制造该类型的电动机厂商，本文电动汽车的驱动电机 为 直流电动机， 该电动机的详细技术参数如下表 示： 表 机 主要技术参数 额定功率 /0 最大功率 /0 额定转速 /500 最大转速 /000 额定转矩 /09 最大转矩 /55 型电动汽车 驱动电池的设计计算 电动汽车的驱动电池影响这汽车的续航里程，驱动电池组的性能直接决定了一辆汽车的续航能力，所以对于驱动电池的选取也是尤为重要的，目前用在电动汽车的驱动电池种类主要有锂离子电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池以及镍镉电池等 6。其中锂离子电池具有大功率充放电能力强以及能量密度高的优点，所以在电动汽车上被广泛应用。本文选用一定数目的锂离子单体电池组成电池组的方式，为汽车提供电能。 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 12 一般而言，驱动电池组的电压应满足 U1000(其中 ， P 表示 电动机的最大功率 ； I 表示 电池组的最大放电电流，一般要求低于 300A，则 U前锂离子电池 单体额定电压为 则选择 74 个 单体锂离子电池 组成 电池组，电池组的电压为 U=266V。 驱动电池 组电池容量的计算 C=W1000U (其中 ， W 表示 电池能量 ， W=P t， P 表示电动汽车 以 60km/h 匀速行驶 150所需要的能量。 P= (t 表示 电动汽车匀速行驶的时间 ， t=2.5 h， 则 W=P t=16.2 h 所以 C=61 虑到 车上 的其他用电设备，取 C=65 动电池 的参数如下表 示 表 动 电池 组 主要参数 类型 锂离子 电池组 数量 /个 74 电压 /V 266 电池容量 /5 章小结 本章通过所提供的电动汽车的基本性能参数，结合汽车的行驶方程式，计算出满足汽车动力性的前提下的驱动电动机的功率，在根据功率选择相应的电动机，得到电动机的详细技术参数。并且求出电动汽车的驱动电池的基本参数。 轻型 电动汽车驱动系统设计 13 3 轻型电动汽车 变速器 设计 言 汽车的 变速器 在整个汽车构造中具有至为重要的作用，而 变速器 传动比的选择影响了汽车的驾驶员在驾驶汽车时的操作平顺性以及车上乘员乘坐舒适性。在驱动电机的输出特性确定后，对于 变速器 传动比的选择就依赖于整车的动力性能指标 7。 速器 各挡 的布置 本文采用 5 挡 手动变速器 ，其中 5 挡 为直接挡， 因为 可以通过控制电动机的正反转，所以不需要在变速器中额外增设倒挡，这样会造成能量的浪费， 也会 无形中增加汽车的重量 ， 减少车内空间 。 变速器 各挡的布置方案如图 示 。 图 速器 各挡布置简图 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 14 动系统 传动比的确定 减速器传动比 电动机 转速与汽车行驶速度之间的关系式为： 0377.0 （ 式中： 汽车行驶速度（ km/h） ； n 电 机转速（ r/； r 车轮滚动半径（ m）； 变速器传动比； 0i 主减速器 减速比 。 已知：最高车速 140km/h；最高档为超速档，传动比；车轮滚动半径由所选用的轮胎规格 205/55到 r =307 m； 电 机转速 n =000 r/公式（ 可求得 主减速器 减速比 ： ag 速器 最低挡传动比计算 按最大爬坡度设计，满足最大通过能力条件，即用一挡通过要求的最大坡道角道时，驱动力应大于或 等于此时的滚动阻力和上坡阻力（加速阻力为零，空气阻力忽略不计） m a xm a a x s i nc o s （ 式中： f 坡道面滚动阻力系数 (对沥青路面 =本文取 轻型 电动汽车驱动系统设计 15 电动机 的 最大扭矩 (Nm)； 0i 主减速器 减速 比； 变速器传动比； t 为传动效率 ，取 R 车轮滚动半径 ， 最大爬坡度（一般轿车要求能爬上 30%的坡，大约 由公式（ ： 0m a xm a xm a s i s( （ 已知： m=1400f=； r=210Nm； 0 = g=9.0t2， 把以上数据代入（ ： 满足不产生滑转条件。即用一 挡 发出最大驱动力时，驱动轮不产生滑转现象。公式表示如下： r 10m a x iT 0 （ 式中： 驱动轮的地面法向反力， ； 驱动轮与地面间的附着系数；对混凝土或沥青路面 可取 间。 已知： 8401 m 取 数据代入（ 得： 所以，一 挡 传动比的选择范围是： 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 16 初选一 挡 传动比为 速器各挡传动比的 详细计算 各挡 传动比一般来说是成等比数列关系， 即： 54433221( 速器 详细设计 速器 基本参数的确定 1、 中心距 初选中心距可根据经验公式计算： 31m a x （ 式中： A 变速器中心距（ 中心距系数，乘用车 发动机最大输出转距为 155（ Nm）； 轻型 电动汽车驱动系统设计 17 1i 变速器一挡传动比为 g 变速器传动效率，取 96%。 A （ 3 =（ 车变速器的中心距在 60 80围内变化。初取 A=67 2、 齿轮模数 齿轮 模数根据国家 规定 标准的模数 8（ 1357选择 ，则斜齿轮的法向模数取 M= 表 车变速器常用的齿轮模数（ 一系列 系列 3、 压力角 根据国家规定， 20 度为标准压力角，故在本文中取 20 度为变速器齿轮的压力角 9。 4、 螺旋角 根据 乘用车的变速器相关规定，两轴式变速器的斜齿轮的螺旋角取值为 2025 度 ，本文取 = 20。 5、 顶隙系数 国家 规定的标准值为 故本文中 6、 齿宽 齿轮的 齿宽对于齿轮的强度有着非常大的影响， 过大 的齿宽会影响整个变速器的结构和尺寸 10，所以合理 选择 齿轮齿宽对于尽量减小变速器的尺寸 有着 重大的影响，一般来说，可以根据齿轮的模数来选择齿宽。 对于 斜齿轮 b= ck 为 一、二挡 8 20 nc 东技术师范学院本科毕业设计（论文） 18 三、四、五挡 6 15 nc 、 齿顶高系数 家标准规定值为 本文取 8、 变速器 外形尺寸 初选 变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒挡中间齿轮和换挡机构的布置初步确定。 挡数、换挡机构形式以及齿轮形式影响 了 变速器壳体的轴向尺寸。 一般来说 乘用车四挡变速器壳体的轴向尺寸为（ A。 当变速器选用的挡数和同步器多时，上述中心距系数应取给出范围的上限。为了检测方便，中心距 A 最好取为整数。 轴向尺寸为（ A=201 268初 取为 268 速器各挡 齿轮齿数的计算 1、 一挡齿轮的齿数 、 传动比 以及 中心距的 调整 修正 （ 1） 一挡 主从动齿轮 齿数 传动比 o o 取整得 50。轿车 1z 可在 12 17 之间选取，取 14，则 36。则一挡传动比为： 轻型 电动汽车驱动系统设计 19 （ 2） 对中心距 A 进行 调整 修正 A 取整得 670 A （ 3） 一挡 主从 动 齿轮变位系数 的 确定 法 向 模数 面模数 20面压力角 n=20 端面压力角 t=n = 200理论中心距 A=2 21 3614 面 啮合角 ， =0 求得 ， = 则 总变位系数 X=(2)(2 (代入 数据 并且 计算得到 X= 根据齿数比 1u =1436= 机械设计手册 9变位系数 线图 配变位系数得 1x= 2x = x 1x =东技术师范学院本科毕业设计（论文） 20 图 择变位系数线路图 2、 二挡齿轮的齿数 、 传动比 以及 中心距的调整修正 （ 1） 二挡 主从 动齿轮齿数 、 传动比 o o 取整得 50。3z=17，则 334 z 。则二挡传动比为： 轻型 电动汽车驱动系统设计 21 （ 2） 对中心距 A 进行 调整 修正 A 取整得 670 A （ 3） 二挡 主从 动 齿轮变位系数 的 确定 法 向 模数 面模数 20面压力角 n=20 端面压力角 t=n = 200理论中心距 A=2 21 3317 面 啮合角 ， =0 求得 ， = 则 总变位系数 X=(2)(2 (代入 数据 并且 计算得到 X= 根据齿数比 1u =1733= 变位系数 线图 配变位系数得 1x = 2x = x 1x =东技术师范学院本科毕业设计（论文） 22 3、 三挡齿轮的齿数 、 传动比 以及 中心距 的 调整修正 （ 1） 三挡 主从 动齿轮齿数 传动比 o o 取整得 50。5z=19，则 316 z 。则三挡传动比为： （ 2） 对中心距 A 进行修正 A 取整得 670 A （ 3） 三挡齿轮变位系数 的 确定 法 向 模数 面模数 20面压力角 n=2 院别 专业 班级 姓名 学号 联系方式 题目 轻型电动汽车驱动系统设计 一 、 选题目的与意义 汽车作为交通工具一有 100 年以上的历史，已成为人们生活的必需品。汽车工业是国民经济的支柱产业，汽车发展将带动相关行业的技术进步和产业发展，特别是轿车工业产值每增加一个单位，相关 行业至少增加 位。经济发达国家在世界经济中的地，位与其在世界汽车工业中的排名基本相当。但是汽车大量使用带来了环境污染和石油的大量消耗已出现了普遍关心的石油危机、环境污染和地球温室化等问题。为了解决这问题，汽车产业界必须考虑汽车造成的环保问题和能源的持续发展，为此世界各大汽车制造商进行了汽车新能源环保技术的研究开发。 因此 ， 大力 发展电动汽车 对于 减少大气污染和噪音 污染 、摆脱能源结构 单一 、促进 能源 结构 多样性 、缓解 能源紧张 、保障国家能源和经济安全、缓解 民族矛盾等都具有非常重大的意义。 二 、 文献综述 驱动系统一般按所使用电机类型的不同而划分 , 在电动汽车上 , 驱动系统常用的有三种直流电机驱动系统该系统中的电机为有刷直流电机 , 电机控制器一般采用斩波器控制方式感应电机交流驱动系统该系统中的电机一般采用转子为鼠笼结构的三相交流异步电 机 , 电机控制器用矢量控制的变频调速方式永磁同步电机交流驱动系统 ， 其中的永磁同步电机包括无刷直流电机和三相永磁同步电机 开关磁阻调速电机驱动系统，它是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。 对于直流电机驱动系统，具有成本最低、易于平滑调速、控制器简单、技术成熟等优点；但由于直流电机在运行过程中需要电刷和换向器换向 , 因而电机本身效率低于感应交流电机的效率 , 同时 , 电刷需要定期维护 , 造成了使用的不便。直流电机还有一个缺点就是电机本身的体积大、重量大 , 这是由于直流电机转速不高决定的 , 换向器和电刷限制了直流电机的转速 , 其最高转速大概在一之间 , 只是感应交流电机最高转速的一半甚至更低 , 而对于同功率的电机而言 , 能达到的转速越高 , 则重量和体积则越小。 对于感应交流电动机 交流驱动系统 ，具有效 率高、结构简单、坚实可靠、免维护、体积小、重量轻、易于冷却可直接向定子和转子喷油、寿命长等许多优点；其 缺点在于 由于其电机控制器成本高且复杂，一是大功率半导体器件的数量要求较多 , 而电机控制器中成本高且容易出故障的就是大功率半导体器件 , 另一方面要实现感应交流电机的良好的调速性能 , 必须采用带有矢量控制的变频调速方案 , 这对大功率半导体器件和微处理器的速度都有较高的要求。 对于永磁同步电机交流驱动系统， 具有 最小、重量最轻 , 也无直流电机的换向器和电刷等缺点 , 在电动汽车中也得到了一定的应用 ， 但该类驱动系统目前 还存在成本太高的缺点 , 在可靠性和使用寿命等指标上也比感应电机差 ， 另外 ， 对于功率较大的和要做到体积小、重量轻尚存在一定的技术难度 对于开关磁阻调速电机驱动系统，它具有可控参数多、实现四象限控制方便、结构简单、成本低、效率高等优点，但该电机目前存在振动大、噪声大的缺点。 三 、 研究现状 内 研究现状 经过 10 多年的努力，我国电动汽车自主创新取得了重要突破，自主开发的产品开始批量化进入市场，发展环境逐步改善，产业发展具备了较好基础，具有了加快发展的有利条件和比较优势。 “九五”期间，电动汽车列入国家重大科技产业工程。“十五”、“十一五”期间电动汽车列入国家 863 计划。在自主创新过程中，坚持了政府支持，以核心技术、关键部件和系统集成为重点的原则，确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以整车控制系统、电机驱动系统、动力蓄电池 /燃料电池为“三横”的研发布局，通过产学研紧密合作，我国电动汽车自主创新取得了重大进展。 外 研究现状 电动汽车的研究最早是从纯电动汽车研究开始的，到目前为止纯电动汽车技术的发展已经相对完善，但是还有一些技术瓶颈有待解决，比如蓄 电池的寿命普遍偏短、行驶里程普遍不长等等。除了技术问题，制约纯电动汽车大范围推广应用的还有其他许多因素比如充电基础设施建设落后、资金缺乏和对传统汽车工业的依赖等。目前世界各国的纯电动汽车的应用仍处于示范运行阶段。美国、日本和欧洲现阶段都将纯电动汽车的研究转向了以公交车、社区用车及特定用途的微型电动汽车为主并开始对车辆运行机制、基础设施建设等方面做了大量的研究工作。世界知名的汽车制造商如戴姆勒 克莱斯勒、通用、丰田、
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