毕业设计-12座观光电动车的设计.doc

12座观光电动车设计郑州科技学院本科毕业设计（论文） 题 目 12座观光电动车的设计 学生姓名 何昕 专业班级 08级机械设计制造及其自动化2班 学 号 200833048 院 （系） 机械工程学院 指导教师(职称) 完成时间 2012年 5 月 15日 34摘 要 汽车已成为当今人类社会不可缺少的工具，是城市居民日常生活的一部分，他可以拉动3.27倍的相关产业和解决10%左右的社会总劳动力的就业之一。汽车与人民的紧密度越来越紧，他对人类社会进步产生着巨大的推动作用，世界上汽车保有量也与日俱增。但是汽车的飞速发展和数量的日益增多给人类带来了麻烦，尤其是影响人类可持续发展的环境污染的问题和出现能源短缺问题。人们开始关注电动汽车，电动汽车可以实现零排放，无污染，无噪声。所以研究电动汽车势在必行。本次设计主要研究电动汽车的部分内容，包括电动机的选择，减速器差速器的设计，制动系统的设计四部分内容。总的思路是通过使用变频调速电动机调节车轮转速，减速器起减速增扭的作用，差速器实现同一轴上的两轮在转弯时以不同的速度行驶。制动系统是电动汽车不可缺少的一部分，特别是旅游观光车需要频繁的启停，制动系统必须稳定且刹车稳定。关键词 旅游观光车/电动汽车/电动机/减速器/差速器/制动器twelve sightsing electric carabstractcars have become such an indispensable tool of human society, is the city residents part of daily life, he can pull 3.27 times the related industrial and solve 10% of the total social labour of one of employment. cars and peoples close degree more and more tight, he human society advances to such a vast role, auto possession in the world was growing. but the bus rapid development and increasing the number of brought trouble, especially the impact of human sustainable development of environmental pollution problems and appear energy shortage. people begin to pay close attention to electric cars, electric cars can realize zero emissions, no pollution, no noise. so the electric car is imperative. the main research electric car design part of the content, including the choice of motor, gear reducer of differential design, braking system design four sections. the idea is through the use of variable frequency speed regulation wheel speed motor, gear reducer increasing the role of the slow twist, differential realize the same shaft two rounds in turning to the different speed. braking system is an indispensable part of the electric car, especially tourism car need frequent rev. stop, braking system must be stable and braking stability. keywords：tourism car, the electric car ,motor,reducer,differential mechanism,brake 目 录摘 要iabstractii1 绪论11.1 电动汽车的概念11.2 电动车辆的优点11.3 电动汽车的发展21.4 电动汽车发展所面临的问题31.5 电动车辆的主要组成部分42 电动机的选择43 主减速器的设计63.1 总传动方案的确定63.2 主减速器传动方案的确定73.3 减速器主要参数的确定83.3.1 减速方案83.3.2 确定从动锥齿轮的计算转矩93.3.3 主减速器锥齿轮基本参数的选择103.3.4 “格里森”制主减速器锥齿轮强度计算133.4 主减速器锥齿轮材料的选择154 差速器的设计154.1 差速器齿轮主要参数的选择164.1.1 差速器传递形式确定164.1.2 行星齿轮和半轴齿轮齿数的选择164.1.3 锥齿轮大端端面模数m为164.1.4 压力角174.1.5 行星齿轮轴直径d及支撑长度l174.1.6 差速器齿轮材料选取175 半轴的设计195.1 半轴主要的载荷工况:195.2 半轴计算转矩及杆部直径195.3 强度校核206 制动系统的设计206.1 概述206.2 盘式制动器主要结构参数226.3 制动力矩的计算226.3.1 制动力的计算226.3.2 制动力分配系数246.3.3 同步附着系数256.3.4 制动强度和附着系数利用率266.3.5 最大制动力矩276.4 制动器主要结构零件设计286.4.1 制动盘286.4.2 制动钳286.4.3 制动块286.5 液压制动驱动机构的设计计算296.5.1 制动轮缸的设计296.5.2 制动论缸直径和工作容积的计算296.5.3 制动主缸设计30总 结31致 谢32参考文献331 绪论1.1 电动汽车的概念电动车辆是指用电能驱动电动机作为牵引或行驶的车辆1。由图1-1可知观光电动车是电动车辆中特定车的一种。特定车是指在特指的有限活动空间或有某种专用用途的一种小型电动车辆，性能参数不高但非常适用于某种场合，如高尔夫球场用的高尔夫球场车。1998年美国在举办亚特兰大奥运会时在高尔夫球场投放了250辆专用电动车成为该届奥运会的一大亮点。我国近几年在汕头、武汉、北京、上海、天津等地的公园游览区、观光区投放的步行街观光车、公园休闲车等示范车在示范区受到游客的关注。再如我国近几年发展的电动自行车、电动摩托车、电动三轮车深受不求远行但求灵活方便的人的欢迎也可作为身体行动不便的弱势群体的行动辅助工具。 电动车辆类型轨道电车无轨电车特定车电动汽车电动火车轻轨电力客车有馈线无轨电车有馈线快速充电客车高尔夫球场车观光游览车助动车搬运车纯电动汽车混合电动汽车燃料电池电动汽车 图1-1电动车辆分类图1.2 电动车辆的优点1）可以实现零排放，对环境友好 以电力作为主要动力，没有发动机可以实现零排放2。表1-1 nox排放量比较燃料的种类汽油柴油电力甲醇氢nox排放量（g/mj）0.1130.0560.0470.0190.0220.0220.0422）噪音低 与内燃机汽车相比，震源明显减少而且没有燃烧过程，也没有配气机构的机械运动和活塞连杆机构的运动，只有与其相当的空压机，散热风扇，传动机构噪声，噪声级明显低于内燃机汽车。经试验表明4.5mw,11mw磷酸燃料电池噪声水平不高于55db，仅是内燃机汽车的百分之四十。3）效率高 表3是丰田汽车公司试验时测试的数据，电动汽车的综合效率均比汽油发动机高。表1-2 各类汽车综合效率比较类型汽油电力混合动力（汽油机）燃料电池（压缩比）燃料生产率（%）88268858汽车运用效率（%）16803050综合效率（%）14.0820.826.4294)可以实现能量回收 根据电动汽车的能源组合机制，很容易利用电动机可逆发电的功能回收制动能或下坡时势能转化的电能，使汽车的续驶里程增加，稳定性提高。近几年开发的新型电动汽车都具有能量回收系统，可使汽车续驶里程增加10%15%。5)可以有效解决汽车面临的能源可持续发展的问题 电动车辆所用的蓄电池所蓄的的电能，可以由公用电网中得到，故所有获取电能的方法都可以用做电动汽车的能源获取途径，如水力发电核电热电风电地热电和太阳能等均可。6)与燃油汽车相比，电动汽车的结构特点是灵活的，这种灵活性源于电动汽车具有以下几个独特的特点：首先，电动汽车的能量主要通过柔性的而不是通过刚性联轴器和转轴传递的，因此电动汽车各部分的布置有很大的灵活性。其次，电动汽车的驱动系统不同会使系统结构区别很大，采用不同类型的电动机会影响到电动汽车的质量，尺寸形状，不同类型的储能装置也会影响电动汽车的质量形状尺寸。另外，不同的补充能源装置具有不同的硬件结构，例如蓄电池可通过感应式和接触式的充电机组成。1.3 电动汽车的发展电动汽车的历史比内燃机汽车还早、电动汽车也曾在19世纪末20世纪初在美国有个黄金时代。1912年美国电动车保有量曾达到384辆，所占份额超过内燃机。其保有量占总数的38%，仅次于蒸汽机汽车（40%）。只是后来由于内燃机的技术发展，特别是启动机成功应用到汽车上后，电动车才被人忽略，投入不足，技术发展缓慢。20世纪60年代后，人们为环境问题，能源问题而重新对电动汽车进行认识。1976年日本成立了电动汽车协会，重新研发电动汽车。1990年美国三家汽车公司联合成立先进电池联合体。随后美国总统布什批准了2.26亿美元拨款资助此项研究。1990年美国通用汽车公司推出“impact”牌电动轿车。我国科技部“十五”国家“863”计划电动汽车为重大专项计划，组织企业、高等院校和科研单位，以官，产，学，研四位一体的方式，联合攻关，投入8.8亿元人民币，实施电动汽车专项总体目标5。由于国家重视和重点院校，大型企业的骨干示范作用，带动了全国范围内的研发热潮，如我国生产的电动自行车，三轮车，观光车等小功率车辆，2005年全国产量为900万辆，其中三分之一出口，实现产值200亿元，2006年全国年产值达1600万辆，产值达320亿元，出口比例比2005年有所提高。车型由双轮发展到三轮四轮。动力电池也不再是单一的铅酸电池，而发展到碱性电池，燃料电池。在研发电动汽车的关键技术方面，我国也取得了阶段性的成果，尤其是燃料电池方面。比如北京金能公司董事长郑重德是世界著名的全氟质子交换膜和燃料电池专家其在“863”计划中领衔研制的geec全氟质子交换膜，有效面积有10.20,50，和100平方米多种，研制的alm双网络膜电极是世界率先研制成功的。1.4 电动汽车发展所面临的问题电动汽车拥有和发动机汽车相反的性能，即电动汽车在环境性、效率等方面略胜一筹，但是在舒适性、输出功率大小和价格方面略逊一点。目前，燃油汽车的缺点中主要的是环境问题，而电动汽车则略胜一筹。但是由于技术、经济上的问题，电动汽车的产量并不会增多太多。其问题主要表现在一下几个方面：1）目前，电动汽车仍然是“能量不充裕”的车辆，如何能够更好的利用车载能量是设计中的核心问题。首先要考虑汽车的主要用途及形式。市区用小客车及轻型载货汽车以市区行驶循环方式为主，相对在公路上行驶的的汽车而言，启动较频繁，能量利用率较低，有可能较好的利用制动回收能量。而主要行驶在公路上的电动汽车，特别是在高速公路上行驶时，则对汽车速度及续驶里程要求较高。2）电动汽车的价格比传统汽车的价格高。为了降低成本，应选用现有的技术成熟部件，在综合分析比较的同时，确定电动汽车的性能参数及规格。3）力求减少汽车质量、如何利用减速制动回收能量则是电动汽车设计中另一核心问题。1.5 电动车辆的主要组成部分电动汽车主要包括电源供给系统、驱动系统、控制系统和能源管理系统。电源供给系统主要由储能装置主要是蓄电池、能源变换装置和电源馈电线组成；驱动系统主要由电子控制器、功率装换器、电动机、机械传动装置和驱动车轮组成控制系统主要包括车轮制动器和一些液压辅助装置组成；2 电动机的选择电动机驱动系统是电动汽车的重要组成部分，他主要是在驾驶员的控制下高效地将动力电池的能量转化为车轮的动能驱动车辆或者将车轮上的动能反馈到动力电池中以实现车辆的能量回收制动。电动汽车对电动机性能要求如下：1) 过载能力强，为保证车辆动力性能好，电动机具有较好的转矩过载能力。峰值转矩一般为额定转矩的2倍以上；峰值功率为额定功率的1.5倍以上且峰值转矩和峰值功率的工作时间一般要求5min以上。2) 转矩响应快，电动机一般采用低速恒转矩和高速恒功率控制形式，要求转矩响应快，波动小，稳定性好。3) 调速范围宽，最高转速是基速的2倍以上。4) 高效工作区宽，系统效率大于80%的转速区大于75%。5) 功率密度高，便于电动机及其控制系统在车辆上布置安装。6) 电动机驱动系统可靠性好，电磁兼容性好，易于维护。根据整车的初步布局方案可知以下参数表2-1整车布局方案总长=4600mm轴距=2500mm前悬=1100mm后悬=1000mm额定载人数量（含驾驶员）13重量1370kg/人=910kg车身自重800kg满载总重171kg轮胎半径300mm车外形尺寸460017002000假设车最大爬坡度为10%，分析车受力总驱动力 滚动阻力-在硬路面上行驶，由于橡胶轮胎的弹性迟滞形成的能量损失，相当于汽车轮在前进方向上遇到的一个阻力消耗了汽车的能量。g-汽车总重量（n）（800+910）9.8=16758n；-坡度角；f-滚动阻力系数，取0.013；空气阻力-根据空气动力学原理，汽车在行驶过程中，由于空气动力作用，在汽车行驶方向作用在汽车上的分力称为空气阻力。-空气阻力系数，取0.4；-平均车速（km/h）；a-迎风面积；坡道阻力-上坡时车重力沿坡道方向的分力加速阻力 -质量增加系数，取1.2总驱动力 驱动轴转矩 驱动功率p 输入功率（电动机输出功率） -机械传动系总效率 ；-离合器效率，取0.99；-齿轮传动效率，取0.96-轴承效率，取0.99；根据最高车速v=50km/h,驱动轮的最高转速根据和选择电动机：可选用襄樊特种电机有限公司生产的yts系列的变频调速电动机，低速时（f50hz时能输出恒功率特性，能与spwm变频调速器相配套，构成交流变频调速系统。yts系列电动机的转速功率等级与安装尺寸，机座中心高符合国际iso标准，其对应数值与y系列（ip44）三相异步电动机相一致，互换通用性强。故选用型号为y280s-2的电动机，其额定功率为p=90kw,转速n=2970r/min3 主减速器的设计3.1 总传动方案的确定驱动形式42。本设计采用电动机前置前轮驱动的方案，将电动机纵置。采用前置前驱的特点：1) 前轮驱动越过障碍的能力高；2) 因为没有传动轴，车内地板凸包高度可以降低，有利于与提高乘坐舒适性；3) 主减速器和差速器装在一个壳体内，机构紧凑，减小总体尺寸；4) 电动机、离合器、变速器与驾驶员位置近，所以操作机构简单；5) 前轮驱动相对于后轮驱动其前桥轴荷大，有明显的转向不足；6) 前轮驱动并转向要采用等速万向节，其结构和制造工艺复杂；7) 前桥负荷较后轴重，并且前轮又是转向轮，故前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短，但是旅游观光电动车车身较长，满载时重心偏后，采用前置前驱更好地使整车受力均衡；3.2 主减速器传动方案的确定主减速器是传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮。对发动机纵置的汽车，由于汽车在各种道路上行使时，其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后，便可使主减速器前面的传动部件如万向节等所传递的扭矩减小，从而可使其尺寸及质量减小、操纵省力。驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求：a）所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。b）外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，噪音小。c）在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。d）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，以改善汽车平顺性。e）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。为了减少驱动桥的外轮廓尺寸，主减速器中采用螺旋锥齿轮。因为螺旋锥齿轮不发生根切（齿轮加工中产生轮齿根部切薄现象，致使齿轮强度大大降低）的最小齿数比直齿轮的最小齿数少，使得螺旋锥齿轮在同样的传动比下主减速器结构较紧凑。此外，螺旋锥齿轮还具有运转平稳、噪声小等优点，汽车上获得广泛应用。此外，有些汽车的主减速器采用准双曲面锥齿轮（车辆行业中简称双曲面传动）传动。准双曲面锥齿轮传动与圆锥齿轮相比，准双曲面齿轮传动不仅工作平稳性更好，弯曲强度和接触强度更高，同时还可使主动齿轮的轴线相对于从动齿轮轴线偏移。当主动准双曲面齿轮轴线向下偏移时，可降低主动锥齿轮和传动轴位置，从而有利于降低车身及整车重心高度，提高汽车行使的稳定性。但是，准双曲面齿轮传递转矩时，齿面间有较大的相对滑动，且齿面间压力很大，齿面油膜很容易被破坏。为减少摩擦，提高效率，必须采用含防刮伤添加剂的双曲面齿轮油，绝不允许用普通齿轮油代替，否则将时齿面迅速擦伤和磨损，大大降低使用寿命，提高了成本，并且观光电动车载重小，综合考虑采用螺旋锥齿轮较经济。螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。另外，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时捏合，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。为保证齿轮副的正确啮合，必须将支承轴承预紧，提高支承刚度，增大壳体刚度。主动锥齿轮采用悬臂式支撑方案，从动锥齿轮采用跨置式支撑方案。图2-1主动锥齿轮采用悬臂式支撑方案3.3 减速器主要参数的确定3.3.1 减速方案为了满足不同的使用要求，主减速器的结构形式也是不同的。按参加减速传动的齿轮副数目分，有单级式主减速器和双级式主减速器、双速主减速器、双级减速配以轮边减速器等。双级式主减速器应用于大传动比的中、重型汽车上，若其第二级减速器齿轮有两副，并分置于两侧车轮附近，实际上成为独立部件，则称轮边减速器。单级式主减速器应用于轿车和一般轻、中型载货汽车。单级主减速器由一对圆锥齿轮组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。所以本设计采用单级减速器。传动比 3.3.2 确定从动锥齿轮的计算转矩“格里森”制锥齿轮提供了三种计算载荷的方法：按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动锥齿轮的。此方法仅限于汽车载荷的计算对电动汽车不适用，所以不用此方法计算。按驱动轮打滑转矩确定为满载状态下一个驱动桥上的静载荷，；为汽车最大加速度时后轴负载荷转移系数，取1.3；为轮胎与路面间的附着系数，取0.85；为传动比；为主传动效率，取0.97；按日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩为满载时总重量；为道路滚动阻力系数，取0.13；平均爬坡能力系数，取0.08；为汽车性能系数，取0；n为驱动桥数，n=1；当计算锥齿轮的最大应力时，计算转矩当计算锥齿轮的疲劳寿命时，主动锥齿轮的计算转矩3.3.3 主减速器锥齿轮基本参数的选择主、从动锥齿轮齿数和主、从动齿轮齿数的选取要遵循以下原则：1) 为了磨合均匀，、之间避免有公约数；2) 为了得到理想的齿面重合度和高的齿轮弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不少于40；3) 为了啮合平稳、噪声小和具有高的轮齿弯曲强度，对于轿车，一般不少于9；对于货车一般不是少于6；4) 当主传动比较大时，尽量使取得少些，以便得到满意的离地间隙。当时，可取最小值并等于5，但为了啮合平稳并提高疲劳强度常大于5；当较小时，为3.55，可取712.5) 对于不同的主传动比，和应有适当的搭配3。结合汽车设计课程设计指导书教材中表6-4、6-5初步选取为10，+=10+67=7740，合理(一) 确定齿端模数和从动锥齿轮大端分度圆直径对于单级减速器，对驱动桥壳尺寸有影响，大将影响桥壳离地间隙，小则影响跨置式主动齿轮前段支撑座的安装空间和差速器的安装。可根据经验公式初选为从动锥齿轮大端分度圆直径，mm;为直径系数，取15；为从动锥齿轮的计算转矩，；同时还应该满足主动锥齿轮大端模数为了啮合平稳和满足强度要求可将模数值取得稍大些，则，(二) 主、从动锥齿轮齿面宽和锥齿轮齿面过宽并不能增大齿轮的强度和寿命，反而会导致应锥齿轮轮齿小端齿沟变窄引起的切削刀头顶面宽过窄及刀尖圆角过小。这样不但减小齿根圆角半径，加大了应力集中，还降低了道具使用寿命。此外，在安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因，使齿轮工作时载荷集中于轮齿小端，会引起轮齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿面过宽也会引起装配空间的减小。但是齿面过窄，轮齿表面的耐磨性会降低4。一般地，从动锥齿轮齿面宽推荐,但同时也满足，综合考虑取；一般比大10%，即，圆整为38mm.(三) 中点螺旋角螺旋角沿齿宽是变化的，轮齿大端螺旋角最大，轮齿小端螺旋角最小，弧齿锥齿轮副中点螺旋角是相等的。选择时，应考虑它对齿面重合度、轮齿强度和轴向力大小的影响。越大、也越大，同时啮合的齿数越多，传动就越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高。初步选定为35(四) 螺旋方向从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。当电动机正转时，应时主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可以使主、从动齿轮有分离的趋势，否则会导致齿轮卡死而损坏。当电动机逆时针旋转时主动锥齿轮为左旋，从动锥齿轮为右旋。(五) 法向压力角法向压力角大一些可以增加轮齿强度，减少齿轮不发生根切的最少齿数。但相对于小尺寸的齿轮，压力角大易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮端面重合度下降。因此，对于轻负荷工作的齿轮一般采用小压力角，可使齿轮运转平稳，噪声低。对于弧齿锥齿轮轻型车辆选用1430或16，初步选用16。表3-1“格里森”制螺旋锥齿轮的几何尺寸项目计算公式结果主动锥齿轮齿数10从动锥齿轮齿数67传动比6.7端面模数m3.5齿面宽38mm34mm工作齿高5.6mm全齿高6.309mm中点螺旋角35法向压力角16轴交角90节圆直径35mm235mm节锥角8.581.5节锥距118.4mm周节11mm齿顶高4.3mm1.3mm齿根高1.958mm4.958mm3.3.4 “格里森”制主减速器锥齿轮强度计算轮齿损坏形式主要有弯曲疲劳折断、过载折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损5等。1） 单位齿长圆周力主减速器锥齿轮的表面耐磨性常用轮齿上单位齿长圆周力来估算:p为轮齿上单位齿长圆周力；f为作用在轮齿上的圆周力；n式中：为平均分度圆直径；为从动齿轮齿面宽；,合理。按驱动打滑转矩计算时 ，合理。2） 轮齿弯曲强度按驱动轮打滑转矩校核主动齿轮齿根弯曲应力 为过载系数，取1；为尺寸系数，；为齿轮弯曲应力综合系数，取0.255；，合理。从动锥齿轮弯曲应力，合理。按日常行驶平均转矩校核主动锥齿轮弯曲应力，合理。从动锥齿轮弯曲应力,合理。3）齿轮接触强度为尺寸系数，取1；为齿面品质系数，取232.6；，合理。3.4 主减速器锥齿轮材料的选择驱动桥锥齿轮的工作条件非常恶劣，与传动系其他齿轮相比较，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点6。其损坏形式主要有轮齿根部弯曲折断、齿面疲劳点蚀、擦伤和磨损等。是传动系中的薄弱环节。所以锥齿轮的材料必须满足以下要求;1) 具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。2) 齿轮芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。3) 锻造性能、切削加工性能及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。4) 选择合金材料时，尽量少用含ni、gr元素的材料，而选用含mn、fn、ti、mo、si等元素的合金钢。主减速器锥齿轮可选用渗碳合金钢，20grmnti.此外，为改善新齿轮的磨合，防止其在运行初期出现早期的磨损、擦伤、胶合、或咬死，锥齿轮在热处理经加工后，作厚度为0.0050.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行喷丸处理，可提高25%的齿轮寿命。4 差速器的设计差速器7是驱动桥上的主要原件。由于车辆在转弯时的运动轨迹是圆弧，如果车辆向左转弯，圆弧中心点在左侧，在相同的时间里，右侧车轮走的弧线要比左侧车轮长，为了平衡这个差异，就要左边的轮子慢一点，右侧的轮子快一点，用不同的转速弥补距离的差异，所以必须使用差速器。它的作用是就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面间的摩擦。差速器由行星齿轮，行星架（差速器壳），半轴齿轮等零件组成。经减速器传递的动力经半轴传到差速器，直接驱动行星架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。4.1 差速器齿轮主要参数的选择4.1.1 差速器传递形式确定差速器齿轮及半轴齿轮均采用直齿锥齿轮7。行星齿轮数n,n=2行星齿轮球面半径式中：为行星齿轮球面半径系数，取；初步确定节锥距4.1.2 行星齿轮和半轴齿轮齿数的选择如果取较大的模数轮齿具有较高的强度但是会加大尺寸，所以要求行星齿轮的齿数应取的少一些，但一般不少于10；半轴齿轮齿数在1425之间选取8。此外半轴齿轮与行星齿轮齿数比在1.52的范围内。为了使2个行星齿轮同时与2个半轴齿轮啮合，2半轴齿轮齿数和必须能被行星齿轮齿数整除，否则差速器不能装配。初步选定。行星齿轮和半轴齿轮节锥角及模数m=26.6=63.44.1.3 锥齿轮大端端面模数m为4.1.4 压力角选取压力角取2230，齿高系数为0.8的齿形4.1.5 行星齿轮轴直径d及支撑长度l行星齿轮轴直径与行星齿轮安装孔直径相同，行星齿轮在轴上的支撑长度也就是行星齿轮安装孔的深度9。行星齿轮轴直径d为，圆整为10mm;行星齿轮在轴上的支撑长度l为mm。4.1.6 差速器齿轮材料选取差速器齿轮与主减速器齿轮一样，基本上都是用渗碳合金钢制造，可用于制造差速器齿轮的材料为20grmnti、20crmnmo、22grmnmo和20grmo10。表4-1差速器齿轮几何尺寸计算表项目计算公式结果行星齿轮齿数15半轴齿轮齿数30端面模数m2齿面宽3.2mm工作齿高5.6mm全齿高4.1mm法向压力角2230轴交角90节圆直径30mm60mm节锥角22.663.4节锥距33.4mm周节6.2832mm齿顶高2.15mm1.05mm齿根高1.426mm2.526mm径向间隙0.9齿根角面锥角根锥角齿侧间隙0.055 半轴的设计半轴根据其车轮端的支撑方式不同，可分为半浮式、3/4浮式和全浮式11。因为半浮式和3/4浮式的半轴都要承受车轮反力所引起的力和力矩。12座观光电动车采用全浮式半轴，可减少半轴所承受的力和力矩。5.1 半轴主要的载荷工况:1) 纵向力(驱动力或制动力)最大时，最大值为()，侧向力2) 侧向力最大时，其最大值为(车辆在侧滑)，侧滑时轮胎与地面的侧向力系数，没有纵向力作用3) 车辆通过不平整路面时，垂向力最大，纵向力和侧向力都为0.由于车轮受纵向力和侧向力的大小受车轮与地面最大附着力限制，所以两个方向力的最大值不会同时出现12。5.2 半轴计算转矩及杆部直径半轴计算转矩杆部直径d 半轴的干部直径应小于或等于半轴的花键底径，以便使半轴各部分达到基本等强度。半轴的破坏形式大多是扭转疲劳损坏，所以在结构设计时应尽量增大各过度部分的圆角半径，尤其是凸缘与杆部，花键与杆部的过度部分以减少应力集中。此外半轴杆部的强度储备应低于驱动桥其他传力零件的强度储备，使半轴起一个“熔丝”的作用。5.3 强度校核半轴的扭转切应力半轴的扭转角度g为材料的剪切弹性模量，合金钢g=79.38gpa;将d调整为26mm，此时=5.6，合理。6 制动系统的设计6.1 概述制动系统的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶至停车，在下坡行驶时保持适当的稳定车速，使汽车可靠的停在原地坡道上。制动系包括行车制动装置和驻车制动装置13。设计制动系时应满足以下要求：1) 足够的制动能力，用一定的制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标评定。我国一般要求制动减速度j不小于0.6g()。一般在水平干燥的沥青、混凝土路面上以初速度30km/h制动时，制动距离应保证对轻型货车和轿车不大于7m，中型货车不大于8m，重型货车不大于12m。2) 工作可靠，行车制动至少有两套独立的驱动制动器的管路。其中一套管路失效时，另一套完整的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的30%。3) 用任何速度制动时，汽车都不应当丧失操作性和方向稳定性。4) 防止水和污泥进入制动器工作表面。5) 要求制动系统的热稳定好。6) 操作轻便，并具有良好的随动性。7) 制动时制动系产生的噪声尽可能小，同时力求减少散发出对人体有害的石棉纤维等物质，以减少公害。8) 作用滞后性应尽可能短。作用滞后性是指制动反应时间，以制动踏板开始动作至达到给定的制动效能所需的时间来评价。对于反应时间较长的气制动车辆，要求不得高于0.6s。9) 摩擦衬片应有较高的寿命。10) 摩擦副磨损后，应有消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。11) 汽车制动系统应具有报警装置，以便及时发现制动系统故障。制动装置包括制动器和制动驱动机构。行车制动是用脚踩下制动踏板时操纵车轮制动器，且具有专门的中央制动器或利用车轮制动器进行制动14。制动器有摩擦式、液力式和电磁式等几种，本设计采用液力式钳盘式制动器。钳盘式制动器的摩擦力产生于同车轮固定部位相连的部件与一个或几个制动盘两端面之间。其中摩擦材料仅能覆盖制动盘工作表面的一小部分。钳盘式制动器的固定元件是两块带有摩擦衬片的制动块，制动块装在制动钳体内，制动钳通过螺栓固定在转向节或桥壳上。两制动块之间装有作为旋转元件的制动盘。制动盘以螺栓固定在轮毂上。制动块的摩擦衬片与制动盘接触面积很小，在盘上所占的中心角一般仅为3050，称为点盘式制动器。其结构较简单、质量小、散热性好且借助于制动盘的离心力作用易将泥水、污物等甩掉，维修也方便，但因摩擦衬块的面积较小，制动时其单位压力很高，摩擦面的温度较高，对摩擦材料要求较高。盘式制动器又分为固定钳盘式和浮动钳盘式。固定钳盘式为制动钳固定在制动盘两侧，且在两侧均有加压机构。固定钳盘式制动器有如下优点：除活塞和制动块以外无其他滑动件，易于保证钳的刚度；结构及制造工艺与一般的制动轮缸相差不多；容易实现从鼓式到盘式的改型；能适应不同回路驱动系统的要求。但也有缺点：至少有两个液压缸分置于制动盘两侧，因而必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管来连通。这样一方面使制动器的径向和轴向尺寸加大，增加了在汽车上的布置难度；另一方面增加了受热机会，使制动液温度过高而汽化。固定钳盘式制动器兼作驻车制动器，必须在主制动钳上另外附装一套供驻车制动用的辅助制动钳。由于这些确定，固定钳盘式制动器很难适应现代车辆的要求，所以我们采用浮动钳盘式制动器15。浮动钳盘式制动器仅在制动盘一侧设有加压机构的制动钳，借助本身的浮动，而在制动盘的另一侧产生压紧力。浮动钳盘式制动器的优点如下，仅在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能更进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管，并且液压缸冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小、成本低、浮动钳的制动块可兼作驻车制动。6.2 盘式制动器主要结构参数（1）制动盘直径d制动盘直径d应尽可能取大些，可使制动盘有效半径增加，降低制动钳的夹紧力，减少衬块的单位压力和工作温度16。但由于受轮辋的限制，制动盘的直径通常取轮辋直径的70%79%。这里取d=120mm.(2)制动盘厚度h制动盘厚度h对制动盘质量和工作时的温升有很大的影响。为了减少质量，制动盘厚度不宜取得太大；为了降低温度，制动盘厚度有不宜取得过小。制动盘可以做成实心的，为了更好的散热通风可以再制动盘上铸出通风孔道。综上所诉，制动盘厚度取h=20mm。(3)摩擦衬块外半径和内半径摩擦衬块外半径和内半径的比值不大于1.5.若比值偏大，摩擦衬片工作时衬块的外缘与内侧圆周相差较多，磨损不均匀，接触面积减少17。导致制动力矩变大。这里=143mm，=200mm。（4）摩擦衬块面积a对于摩擦衬块面积a的计算，根据制动块单位面积占有的汽车质量设单位面积占有汽车质量为，设衬块在制动盘上所占的中心角为40由推出=143mm，=200mm6.3 制动力矩的计算6.3.1 制动力的计算制动系统主要参数确定：轴距l=2500mm;车轮滚动半径空载时车总重满载时车总质量空载时轴荷分配：前轴负荷 后轴负荷空载时质心位置距前轴1000mm;满载时质心位置距前轴1300mm;地面制动力，即地面作用于车轮上的力制动器制动力，即在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力。的大小取决于制动器的结构形式、尺寸、摩擦副的摩擦系数及车轮的有效半径等因素，并与制动踏板的力成正比。总制动器制动力与前后轴车轮制动器制动力和的关系制动器制动力地面制动力的方向相反，当车轮角速度时，大小亦相等。制动器制动力地面制动力达到车轮与地面间的附着力时18，由于受着附着条件的限制在达到值后就不再增大，此时前后车轮均被抱死（车轮角速度）并在地面上滑移。而制动器制动力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而继续上升（见下图）。图6-1地面制动力与制动器制动力的关系车轮与路面间总的附着力等于前后轴车轮附着力、之和式中：q为制动强度，亦称比减速度或比制动力，在前后车轮均被抱死时，。这时前后轴车轮的制动器制动力、即是理想最大的制动力，此时6.3.2 制动力分配系数当汽车各车轮制动器的制动力足够时，根据汽车前、后轴的轴荷分配，前、后车轮制动器制动力的分配、道路附着系数和坡度情况等，制动过程可能出现的情况有如下三种19：1) 前轮先抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑；2) 后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑；3) 前、后车轮同时抱死拖滑。在以上三种情况中，显然是前、后轮同时抱死拖滑时附着条件利用最好。当前后车轮同时抱死时，此时的前后轴车轮的制动器制动力和是理想的前后轮制动器制动力，并且是轮胎与地面间附着系数的函数。如果汽车前、后制动器的制动力能按曲线（如下图）的规律分配，则能保证汽车在任何附着系数的路面上制动时，都能使前后车轮制动时前后车轮同时抱死，对附着条件的利用、制动时汽车的方向稳定性较为有利。大多数车辆的前后制动力之比为一定值，并以前制动器制动力与汽车总制动器制动力之比来表示分配比例，称为汽车制动器制动力分配系数206.3.3 同步附着系数图中线与曲线交点处的附着系数为同步附着系数，它是汽车制动性能的一个重要参数，由汽车结构决定，对于前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在附着系数等于同步附着系数的路面上，前、后车轮制动器才会同时抱死。当汽车在不同值的路面制动时有以下情况：当,线位于曲线上方，制动时后轮先抱死，这时容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性；当=,制动时前、后车轮同时抱死，是一种稳定工况，但使汽车丧失转向能力。图6-2制动力载荷分配系数本设计属于第二种工况。6.3.4 制动强度和附着系数利用率（1）制动强度q汽车制动时汽车总的地面制动应该等于汽车总质量和制动减速度的乘积，即式中：为制动减速度；m为汽车质量；g为重力加速度；g为汽车质量；q为制动强度。（2）附着系数利用率附着系数利用率表示附着条件的利用情况，他的定义为（3）汽车在不同值的路面制动的制动强度和附着系数利用率汽车在不同值的路面制动时可能有三种情况，其最大的制动力不同，所以在这三种情况下制动强度q和附着系数利用率也不同。当时，可能得到的最大制动力取决于前轮刚刚首先抱死的条件，此时，则总制动力、制动强度q和附着系数利用率分别为当时，可能得到的最大制动力取决于后轮刚刚首先抱死的条件，此时，则总制动力、制动强度q和附着系数利用率分别为本设计属于此种工况则总制动力、制动强度和附着系数利用率当时，前后车轮均被抱死，此时,则总制动力、制动强度q和附着系数利用率分别q=，=1此时附着利用率最高。为保证汽车制动时的方向稳定性和有足够的附着系数利用率，联合国欧洲经济委员会汽车制动法规规定，在各种载荷情况下，轿车的制动速度在0.15q0.8,其他汽车的制动强度在0.15q0.3时,前轮均应首先抱死；在车轮均为首先抱死的情况下，0.20.8时，必须满足q。6.3.5 最大制动力矩为了保证汽车有良好的制动效能和稳定性，应合理的确定前、后轮制动器的制动矩，以保证汽车有良好的制动效能和稳定性。对于选取较大值的汽车，这类车辆经常行驶在良好道路上，车速较高，后轮制动抱死失去稳定而出现甩尾的危险性较前一类汽车大得多。因此应从保证汽车制动时的稳定性出发，来确定各轴的最大制动力矩。当时，相应的极限制动强度q,故所需的后轴和前轴的最大制动力矩为式中：为该车的所能遇到的最大附着系数。6.4 制动器主要结构零件设计6.4.1 制动盘制动盘一般由摩擦性能良好的珠光体灰铸铁制成，为了保证有足够的强度和耐磨性能，其牌号不低于ht250。用于钳盘式制动器的制动盘结构形状为礼帽形，其圆柱部分长度取决于布置尺寸。为了改善冷却条件，制动盘上可以铸出圆孔可大大改善散热条件，增加散热面积，但是会加大制动盘整体厚度，本设计制动盘厚度为20mm。制动盘工作面的加工精度应达到以下要求：平面度允差为0.012mm，表面粗糙度为，两摩擦表面的平行度不应大于0.05mm，制动盘端面圆跳动不应大于0.03mm。6.4.2 制动钳制动钳可由可锻铸铁或球墨铸铁制造，也可用轻合金制造，可做成整体的也可做成两半由螺栓连接。本设计采用后一种方式制造。其外缘留有缺口，以便不用拆下制动钳便可检查或更换制动块。制动钳体应有高的强度和刚度。一般多在前提中加工出制动油缸，也有将单独制造的油缸嵌入钳体中。本设计采用后一种方式。活塞由铸造合金或钢制造。为了提高耐磨性能，活塞的工作表面进行镀铬处理。此外，制动钳体的安装位置可以在车轴之后或之前。制动钳位于车轴之后能使制动时轮毂轴承的合成载荷小；制动钳位于轴前可避免轮胎向前内甩溅泥污。本设计采用安装位置为轴前。6.4.3 制动块制动块又背板和摩擦衬块构成，两者直接压嵌或铆接在一起。衬块多为扇形面，也有矩形或