毕业设计（论文）-采用高速电机的电动汽车轮边驱动系统的设计.doc

安徽工程大学毕业设计（论文）采用高速电机的电动汽车轮边驱动系统的设计摘 要全球性的石油危机以及大气污染使汽车的节能与环保性能日益得到重视。融合当代多种高新技术的纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车的问世，引起世界汽车工业的一场革命。随着新能源汽车的推广，电动汽车已成为未来的发展趋势。电动汽车是一种新型节能、环保的交通工具，相对于传统消耗燃油的内燃机车，有着显著的差异和独特的优势在各种典型电动车的电机驱动方案中，轮边驱动的电动车能充分发挥电动汽车的优越性。电动汽车的轮边驱动系统由高速电机，减速机构，制动器和悬架等各子系统组成。各个子系统选择不同的类型，会组装成性能差异很大的轮边驱动系统为了达到更好的汽车操纵稳定性以及平顺性等要求，通过将电机，减速装置、悬架、制动器和轮毂轴承一体化设计，简化不必要的部件，使结构紧凑。从而减轻非簧裁质量，希望在一定程度上减轻非簧裁质量增大引发垂向振动增大负效应，适应现代高性能电动汽车的运行要求关键词：电动汽车；轮边驱动系统；一体化设计。 Drive system uses high-speed wheelMotors for electric vehicles AbstractGlobal oil crisis and air pollution make energy-saving and environmental performance of vehicles increasing attention. A variety of high-tech fusion of contemporary pure electric vehicles, hybrid vehicles and fuel cell electric vehicles come out, causing a revolution in the world automotive industry. With the promotion of new energy vehicles, the electric car has become the future trend of development.Electric car is a new energy-saving, environmentally friendly means of transport, fuel consumption compared to conventional diesel, with significant differences and unique advantages. In a variety of typical electric vehicle motor drive scheme, wheel-driven electric vehicles are able to give full play to the advantages of electric vehicles.Wheel drive system for electric vehicles by the high-speed motor, gear box, brakes and suspension, and other subsystems. Choose different types of subsystems will be assembled into a large performance difference wheel drive system. In order to achieve a better vehicle handling stability and ride comfort, etc., through the motor, reduction, suspension, brakes and wheel bearings integrated design simplifies unnecessary parts, so compact. Thereby reducing the unsprung mass cut, hoping to alleviate some extent cut unsprung mass increases the negative effects caused by vertical vibration increases, adapt the operational requirements of modern high-performance electric vehicles.Key words：electric automobile；Wheel drive system；Integrated design. 目录 摘 要IAbstractII插图清单V表格清单VI引言1第1章 绪论21.1 研究背景及意义21.2设计的研究现状及发展趋势2 1.2.1国外电动汽车研究现状2 1.2.2国外电动汽车研究现状5 1.2.3电动汽车的发展展望61.3 本文研究内容61.4 本章小结7第2章 轮边驱动系统运动方案的确定82.1 运动方案的确定8 2.1.1 行星齿轮传动的特点8 2.1.2 轮边驱动系统的运动方案及制动器的确定92.2 运动方案的分析10 2.2.1 轮边驱动机构运动方案的具体实施过程10 2.2.2 电动盘式制动器方案的分析112.3 本章小结11第3章 传动比的分配及参数的计算123.1根据整车匹配初步确定各齿轮齿数及模数12 3.1.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比12 3.1.2 传动装置的运动和动力参数的计算123.2 本章小结13第4章 各齿轮参数的确定及校核144.1一级齿轮组的计算14 4.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数14 4.1.2 按齿面接触强度初步计算齿轮参数14 4.1.4 校核齿根强度174.2行星齿轮组的计算18 4.2.1 行星齿轮组的设计18 4.2.2 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数18 4.2.3 行星齿轮啮合参数的计算19 4.2.4 行星齿轮传动强度计算及校核214.3 本章小结24第5章 轮边驱动系统的三维建模及装配255.1 电动盘式制动器的建模和装配255.2 轮边驱动系统的三维建模26 5.2.1 行星齿轮组的三维建模26 5.2.2 其他零部件的三维建模27 5.2.3 轮边驱动系统的装配285.4 本章小结30结论与展望31致谢32参考文献33附录A 主要参考文献摘要34附录B 外文文献及其译文36插图清单图1-1 THS混合动力传动示意图3图1-2 IMA集成电机辅助系统3图1-3 戴姆勒克莱斯勒Necar4燃料电池车4图1-4“春晖二号”燃料电池汽车 5图2-1 轮边驱动系统的结构图 9图2-2 电动盘式制动器结构示意图10图4-1 周转轮系18图5-1 螺旋线25图5-2 循环球25图5-3 制动钳支架25图5-4 制动器旋转件25图5-5 制动器爆炸图26图5-6 电动盘式制动器26图5-7 太阳轮26图5-8 齿圈26图5-9 行星架27图5-10 行星减速机构27图5-11 悬架总成27图5-12 下摆臂27图5-13 轮毂28图5-14 轮边驱动系统内部展示28图5-15 装配过程图29图5-16 轮边驱动系统效果图29表格清单表3-1 传动系统的运动和动力参数13表4-1 行星齿轮组参数一览表21V引言 随着汽车数量的增多，汽车尾气的排放越发严重，导致城市空气污染更加严重，环境监删数据分析表明汽车尾气是城市大气主要污染源之一，这些都将影响居民身体健康。因此减少汽车排放污染显得非常必要和迫切。新能源汽车由于其环保节能无污染越来越受汽车界的重视，新能源汽车已成为未来发展的一种趋势。由于技术水平的限制，还未能找到廉价高效的替代能源，在未开发出理想的新能源，电能是最好替代能源，未来电动汽车会越来越受欢迎。电动汽车在节能、环保和性能上具有传统汽车无法比拟的优势，是社会经济利益和能源、环保要求共同作用下的产物，已经成为世界公认的新能源汽车发展的主流。广义上讲，电动汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车和电电混合电动汽车。混合动力汽车无论采用油电混合还是气电混合，根本特点是热机和电动机在动力层次的混合目前。市场电动汽车只是在把汽车上的内燃机退换成电动机，保留了传统汽车的传动系统和控制系统，其传递效率低，而电池占用空间和其本身的笨重的质量，使得电能使用效率低，所以一款新的电动汽车必须提高电能利用率，减少能量损失。 基于电动汽车驱动形式的不同，减少传动机构提高电能利用率，开发出了轮毂电机，基于轮毂电机驱动型式电动车尤其是4轮轮边驱动电动车不需要变速器、差速器j球型万向节、半轴等部件，其电机(电机+减速机构)直接放在轮辋里面，从而结构紧凑且车身内部空间利用率高，整车重心降低，车辆行驶稳定性提高；传统车辆内燃机输出能量的10左右在车轮传递过程中损失，轮边驱动系统由于动力传动链短(或者直接驱动车轮)，而且能够通过能源管理和动力系统控制策略优化驱动、制动力分配，因而驱动系统效率高，降低能源消耗，提高了车辆燃油经济性。但是，由于轮毂电机的引入，整车的非簧载质量显著增加(一般增加15kg左右)，而且由于电机力矩波动直接作用车轮(或者经过减速机构)，在特定大扭矩转速区间，容易引起悬架前后方向的共振；与集中电机和传统内燃机相比，轮边驱动系统电机重心位置低，且存在相互旋转表面，因此密封困难，整车涉水能力不强；轮边驱动系统的轮毂电机一般只经过轮胎一级减振，系统对电机允许最大振动加速度要求大，疲劳寿命要求高；由于轮毂电机转子构成了车轮的转动惯量，影响了车辆的加速性能。相比而言，轮边驱动电动车具有独特的优势，这也是国内外各大汽车生产商和研究机构热衷于此的一个重要原因，自20世纪初保时捷开发第一辆轮边驱动电动车以来，由于驱动电机及控制技术进步，悬架设计理论的成熟，轮边驱动系统在轻量化、一体化、高效率化取得很大进步。 下面就本次设计的轮边驱动系统具体内容作进一步介绍。第1章 绪论1.1 研究背景及意义 在各种典型电动车的电机驱动方案里，四轮轮边驱动电动汽车不需要传动轴、差速器、球形万向节、半轴等部件，其电机（电机V减速机构）直接放在轮毂罩面，结构紧凑且车身内部空间利用率高，整车重心降低，车辆行驶稳定性提高，轮边驱动系统由于动力传动链短（或者直接驱动车轮），驱动系统效率高，能源消耗低，车辆燃油经济性好；与内燃机)集中电机驱动车辆相比，轮边驱动电动车每个车轮通过轮毂电机快速进行驱动力和制动力的控制，大大改善车辆的行驶动力学性能，容易通过电机控制技术实现ABS、TCS及ESP功能；在四轮轮边驱动电动车上导入线控四轮转向技术，可实现小半径转弯，原地360度转弯；可以省略机械制动系统，实现电机制动；容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈，节约能源，但由于轮毂电机的引入，整车的非簧载质量显著增加（一般增加15KG左右），而且由于电机力矩波动直接作用车轮(或者经过减速机构),在特定大扭矩转速区间,容易引起悬架前后方向的共振;与集中电机和传统内燃机相比,轮边驱动系统电机重心位置低,且存在相互旋转表面,因此密封困难,整车涉水能力不强;轮边驱动系统的轮毂电机一般只经过轮胎一级减振,系统对电机允许最大振动加速度要求大,疲劳寿命要求高;由于轮毂电机转子构成了车轮的转动惯量,影响了车辆的加速性能。相比而言,轮边驱动电动车具有独特的优势,这也是国内外各大汽车生产商和研究机构热衷于此的一个重要原因1。无论是混合动力电动汽车、燃料电池汽车还是纯电动汽车，其电驱动系统都是电动汽车研究的关键技术之一，从减小体积、提高效率等方面来看，轮边驱动系统比其它形式的电驱动系统更具有优越性。轮边驱动系统是电动汽车上相当重要的部分，牵涉到电机、轮边减速器、驱动系统、制动系统等诸多机构的一体化。本文工作所涉及的对象正是电动汽车上轮边驱动系统这个重要模块，希望文中的某些想法和创新能为将来的电动汽车整车设计和轮边驱动实物设计拓展思路。 1.2设计的研究现状及发展趋势1.2.1国外电动汽车研究现状 美国是较早开展电动汽车研究的国家之一。二十世纪 90 年代，美国政府和美国的三大汽车公司发起了五年电动汽车/混合电动汽车研发计划，即 PNGV 计划。该计划希望在混合电动汽车和燃料电池的研究方面取得重大进展，旨在开发新一代汽车并推动美国汽车的技术革命。2002 年 9 月美国政府制定了新的国家及私营合作的研究发展项目Freedom CAR，从而取代 PNGV 计划。新的研究发展计划与 PNGV 计划的不同在于，前者集中于燃料电池汽车的研究，而没有柴油混合动力汽车的研究。除了政府的电动汽车计划外，美国各大汽车公司也自行研制开发电动汽车。 美国通用汽车公司在 1996 年推出了以镍氢电池为电源的 EV1 纯电动汽车，并实行了出租计划。但是 2002 年，它却宣布放弃这项耗资达 10 亿美元的试验。这个消息给纯电动汽车的研发带来了巨大的负面影响。1998 年通用研制出名为 Gen2 的混合电动汽车样车，2000 年又推出了 Precept 双轴可再生制动的混合电动汽车。雪佛兰 Silverado,GMC 和 Sierra 皮卡混合电动汽车也在研制当中。与此同时，通用公司宣布将在 2010 年成为 100 万辆的混合电动汽车的生产企业2。 THS丰田汽车公司是目前走在HEV最前沿的汽车公司，丰田1997年推出首款混合动力汽车Prius，2005年又推出了搭载最新第3代机电混合动力系统的2006款Prius，仍采用Prius混联式结构，灵巧精密的行星排对发动机的输出功率进行重新分配，达到合理平衡发动机负荷的目的，可以说，丰田汽车公司的Prius是目前市场上混合电动汽车的代表，其结构如图1-1所示：发电机电池发动机电动机 图1-1 THS混合动力传动示意图 在此机构中发动机与行星架相联，通过行星齿轮将动力传递给外齿圈和太阳轮，齿圈轴与电动机和传动轴相联，太阳轮轴与发电机相联。该系统将发动机大部分转矩直接传递到驱动轴上，将小部分转矩传给发电机，发电机发出的电能根据指令用于电池充电或电动机，以增加驱动力。这种结构可以通过调节发电机转速使其产生变化，使发动机一直处于高效率区或低排放区。此外，通过调节行星排各元件的转速，使其像无级变速器一样工作。本田汽车公司研发的Insight混合动力汽车采用了独特的混合动力系统(IMA)，采用发动机和电动机扭矩叠加方式进行动力混合，结构如图1-2所示。内燃机离合器电动机变速箱控制器电池组 图1-2 IMA集成电机辅助系统 发动机输出轴通过离合器与电动机的转子轴直接相连，电池组通过控制器作用于电动机定子，两者的动力叠加是在输出轴处实现，变速器仍为单轴输入。该动力系统以发动机作为主要动力，电动机作为辅助动力，是一种等速的功率叠加系统，属于并联式HEV中的单轴联合式结构。该系统结构简单、紧凑，提高了系统的综合效率，但一些元件和电机的控制系统需特殊设计。 德国政府也很重视电动汽车的推广和普及，1991 年投入 300 辆电动汽车试运行，鼓励用户购买电动汽车，还拨款修建欧洲电动汽车试验基地。1997 年戴姆勒克莱斯勒汽车公司推出了第一辆以甲醇为燃料的燃料电池汽车 Necar3，之后推出 Necar4，2000 年又推出了改进后的 Necar5，图 13 所示的是 Necar4 的布置形式，燃料电池布置在底板下，甲醇罐在后备箱里。宝马汽车公司 1989 年推出了第一代改装电动汽车 E30E，两年后又研制出 E36E，同年设计出全新电动概念汽车 E1，1992 年又推出 E2 电动汽车。然而近几年，宝马公司放弃了对电动汽车的研究，转而进行内燃机替代燃料的研究，着重开发氢燃料内燃机汽车。 图1-3 戴姆勒克莱斯勒 Necar4 燃料电池汽车 面对日益恶化的环境问题，为了应对即将到来的能源短缺问题尤其是石油短缺，世界各国政府、各大汽车公司、各研究机构和各大院校都在积极地开展电动汽车的研究，目前国外电动汽车研究状况可谓是“三足鼎立”，首先是以美国各大汽车公司如通用、福特、克莱斯勒等为主的以氢为新能源的燃料电池汽车阵营，其次是以日本各大汽车公司如丰田、本田等为首的混合电动汽车一族，最后是以研究机构和院校较为居多的纯电动汽车派。眼下，混合电动汽车已经实现了商业化，但它仅仅是内燃机汽车和纯电动汽车之间的过渡车型，从长远来看，燃料电池汽车和纯电动汽车才是真正零污染的环保汽车3。1.2.2国外电动汽车研究现状 我国是世界上空气污染较为严重的国家之一，也是石油资源相对短缺的国家之一，为了保护环境，充分利用水力电力资源，也为了振兴我国的民族汽车工业，我国从中央到地方，从科研院所到高等院校，都在紧锣密鼓的开展电动汽车的研制和开发工作。 “九五”期间，国家重视对新能源汽车的研究，尤其是电动汽车，设立了“电动汽车概念车及其关键技术” 和“燃料电池电动演示车”等重大科技产业工程项目。1998 年 6 月，作为“九五”电动汽车项目重点的“国家电动汽车试验示范区”在广东省汕头市的南澳岛正式开通。 国家“九五”重点科技攻关项目“EQ6700FCV 燃料电池电动客车” 也于 2001 年初由东风电动车辆股份有限公司研制完成并试车成功，这是中国生产的第一台燃料电池整车。另外，该公司还顺利完成了“九五” 科技攻关项目“纯电动轿车”的研制，图 111 所示就是该车的外形。 2001 年，科技部在“十五”国家 863 计划中，特别设立电动汽车重大专项，投入8.8 亿元资金，以燃料电池汽车、混合电动汽车和纯电动汽车三种整车的研发和产业化为目标，提出 2003 年开发出纯电动汽车产品并通过国家汽车产品认证，在 2004 年实现示范运营；2003 年以前生产出自主产权混合电动汽车产品，并通过产品认证，投放市场；于 2005 年研制出满足工业化生产工艺的燃料电池汽车产品技术平台和样车，在 2008 年奥运会上建立示范车队投入运行。 2003 年夏，863 计划“燃料电池轿车”项目在上海取得重大进，由上海汽车集团、同济大学等联合研制开发的“超越一号” 亮相于同济大学校园，这是我国研制的第一辆具有自主知识产权的燃料电池轿车样车，该车顺利通过了国家科技部的阶段性验收。同年底，同济大学汽车学院研制成功的燃料电池驱动微型汽车“春晖二号”举行了发车仪式，图14 显示了“春晖二号”的靓影。 图 14 “春晖二号”燃料电池汽车 从“九五”到“十五”期间，无论是电动汽车关键技术的研制和开发，还是电动汽车的商业化和普及，国家在财力物力上都给予了大量的投入，也取得了非常可喜的成果。除了国家大力支持电动汽车的发展，各大汽车公司也有自己的电动汽车研发计划。作为我国三大汽车集团的主力之一上海汽车集团也做出了如下计划：以燃料电池汽车为开发目标，在 510 年内实现燃料电池汽车的产业化。浙江万向电动汽车开发中心已经完成了三轮纯电动轿车和两轮纯电动大巴车的开发，进行了两千余公里的路试，主要技术指标基本满足了上路运行的要求，并积累了一定的研究开发和工程经验。比亚迪汽车首先推出的纯电动汽车e6已经量产，随后又推出双擎双模概念，并首先用于量产车秦上面已经上市，随后的SUV唐也将露面，这使的我国在新能源汽车尤其是电动汽车事业向前迈了一大步。在传统汽车，中国落后了太多，新能源汽车的快速发展也可加快我国缩小与其他国家的距离，所以，我国在电动汽车和新能源这条道路上还有很长的路要走4。1.2.3电动汽车的发展展望 中国正在紧张研讨电动汽车科技发展“十二五”专项规划（草案），规划的总体目标是全面掌握电动汽车核心技术，培育自主研发能力，发挥市场和资源优势，形成有较强竞争力的电动汽车以及关键零部件工业体系。筹划建设电动汽车充电站、加氢站等基础设施，满足电动汽车产业化发展需求，完善电动汽车标准体系，建立有利于电动汽车发展的环境，实现中国由“汽车大国”向“汽车强国”的转变。 未来5年将是电动汽车从研发阶段向产业化阶段过渡的关键时期，也是中国将电动汽车产业做大做强的关键5年。根据规划的总体思路，“十二五”期间将重点开展7个方面的工作。第一，坚持“三纵三横”研发布局（即、以燃料电池汽车、混合动力电动汽车、纯电动汽车三种车型为“三纵”，多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”）和“产业化研发”模式。第二，加大充电基础设施科技创新力度，加快基础设施建设。第三，加快技术标准研究，完善标准体系建设。第四，深化示范推广，探索商业推动模式。第五，支持组建产业技术创新联盟、承担科技计划任务。第六，完善公共平台，加强人才培养。第七，深化国际技术交流与合作，推动电动汽车国际化发展。 从国际研发的方向来看，受到车辆空间限制和使用环境的约束，汽车要求电机驱动系统有更高的性能，耐受环境温度范围更高（冷却液入口温度105摄氏度），能经受高强度的震动以及体积小、成本低等。为满足以上严格甚至苛刻的要求，车用电机驱动系统技术的发展趋势可以归纳为永磁化、一体化、数字化和集成化6。 采用高速电机的电动汽车的轮边驱动系统是一种将高速电机与轮边减速器、悬架、电动盘式制动器等进行一体化设计，从而使高速电机经过减速增扭直接带动车轮运动的全新型纯电动汽车，具有低成本、高性能、结构简单紧凑、节能环保等特点，在未来发展中将有很大的发展前景。1.3 本文研究内容本课主要根据行星机构传动齿轮的设计，结合整车参数的匹配，主要完成以下几个方面内容：（1）确定轮边驱动系统的运动方案，绘出其运动方案的草图。（2）设计一款配合电动汽车使用的电动盘式制动器。（3）根据整车匹配确定各齿轮的参数。（4）进行齿轮接触强度和弯曲强度的校核。（5）绘制出CAD二维示意图。（6）绘制各个零件三维图，并装配。1.4 本章小结 本章主要介绍了本次毕业设计选题的背景，电动汽车及混合动力汽车在国内外的研究现状及其发展现状和存在的问题。电动汽车轮边驱动系统的研究成果及其存在的问题，确定出本次课程设计所要研究的主要内容。为后面的设计做好铺垫。 第2章 轮边驱动系统运动方案的确定2.1 运动方案的确定 传统的电动汽车只是将内燃机换成电动机，其动力传动方式并无多大改变，由于传动距离长，传动零件多，损耗大，使得电能利用率低，经济性低；轮毂电机驱动的汽车由于轮毂电机质量大，使得簧下质量增加太大，舒适性降低，同时，轮毂电机体积大，制造复杂，需要专门生产，成本较高。本次设计的轮边驱动系统采用的是永磁无刷电机，是一种高速电机，体积较小，市场上可以直接采购，传动比较大，效率高，由于其一体化的设计，结构紧凑，传动比大，效率高，具有较好的乘坐舒适性和经济性。同时，轮边驱动系统有小半径转弯，甚至左右轮反转实现原地转向的优点，轻易实现四轮驱动和两轮驱动的切换，轻便灵活7。2.1.1 行星齿轮传动的特点 行星齿轮传动是一种具有动轴线的齿轮机构，它是由一系列互相啮合的齿轮所组成，并且在传动时至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一个齿轮的固定几何轴线回转的，这样的齿轮传动机构就称为行星齿轮传动或称周转轮系。具有以下特点：(1)体积小、质量小，结构紧凑，承载能力大。由于行星齿轮传动具有功率分流和各中心轮构成共轴线式的传动以及合理地应用内啮合齿轮副，因此可使其结构非常紧凑。再由于在中心轮的周围均匀地分布着数个行星轮来共同分担载荷，从而使得每个齿轮所承受的负荷较小，并允许这些齿轮采用较小的模数。此外，在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容体积，从而有利于缩小其外廓尺寸，使其体积小，质量小，结构非常紧凑，且承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/21/5 (即在承受相同的载荷条件下)。 (2)传动效率高。由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个匀称分布的行星轮，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达0.970.99。 (3)传动比较大，可以实现运动的合成与分解。只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。而且，它还可以实现运动的合成与分解以及实现各种变速的复杂的运动。 (4)运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动机构的运动平稳，抵抗冲击和抵抗振动的能力都较强，工作较可靠8。目前，行星传动技术已成为世界各国机械传动技术的重要发展方向，行星传动随着生产的不断发展和制造技术水平的不断提高正向以下几个方向发展：(1)高速大功率、高效率和低速大扭矩等方向；(2)无级变速行星齿轮传动方向；(3)复合行星齿轮传动方向；(4)少齿差行星齿轮传动方向。行星齿轮传动的类型很多，不同的结构型式所能传递的功率范围、外廓尺寸和重量的大小、效率的高低和允许传动比数值、以及制造工艺的难易都相差很大。2.1.2 轮边驱动系统的运动方案及制动器的确定 由于行星齿轮的结构简单紧凑、传动效率高，固本次设计采用行星齿轮机构，由于高速电机需要较大的减速比，本次设计采用二级减速，一级减速为普通减速齿轮，二级减速采用行星减速机构；它一体化的设计包括电动机、一级减速齿轮组、中间轴、太阳轮、行星齿轮、齿圈、行星支架、轮毂轴承、制动器、动力输出轴、电池组构成9。运动简图如图2-1，图2-1为轮边驱动系统运动的运动结构布置示意图： 图2-1 轮边驱动系统的结构示意图1、轮胎 2、轮毂 3、制动器 4、制动盘 5、带齿圈的外壳 6、密封 7、后盖 8、行星轮 9、高速小齿轮 10、电机 11、行星架 12、轴承 13、中间轴 14、太阳轮 15、高速大齿轮 16、轮毂轴承 传统汽车使用的制动器都是气动的或者液压的，电动汽车没有内燃机提供，为了避免电能转化为其他形式的能制动中的能量损失，故采用一种新型的电动盘式制动器10。其结构如图2-2所示： 图2-2 电动盘式制动器结构示意图3-1、制动钳 3-2、导向销 3-3、制动钳支架 4、制动盘 3-5、固定制动块3-6、活动制动块 3-7、密封圈 3-8、活动件 3-9、循环球 3-10、旋转轴3-11、压力感应器 3-12.伺服电机 3-13、电磁铁芯 3-14、L挡板2.2 运动方案的分析 本次设计的轮边驱动系统，动力由电机3-10传出，一级减速齿轮高速齿轮9与电动机输出轴相连，齿轮3-15与齿轮9相啮合，齿轮3-5与中间轴3-13通过键结合，将动力传给传给太阳轮3-14，齿轮3-14与行星齿轮8啮合，行星齿轮8与齿圈5啮合，行星齿轮8旋转带动行星齿轮架3-11旋转，行星齿轮架3-11输出轴部分通过花键与制动盘4连接，带动制动盘旋转，轮毂3-2通过紧固件与制动盘连接。电动机通过二级减速机构的减速增扭作用把动力传给车轮带动车轮转动。轮毂轴承3-16内侧通过紧固件与制动盘连接，外侧与减速机构外壳3-5连接，电动盘式制动器3连接在外壳上，减速机构后盖通过密封装置与外壳连接。 当车速较低，驱动力不大时刻以切换两轮运动模式，上坡驱动力需要较大时采用全轮四驱模式，这样减少平路时后备功率过大的能量浪费，同时又能确保复杂路况很好的通过性；当倒车时，不需要像传统汽车的通过挂离合器的倒档，轮边驱动的电动汽车只需按下倒车按钮，使电动机反转即可实现倒车11。 这种二级减速机构设计结构紧凑简单，设计合理，同时电动机体积小，位于轮子上方，有利汽车不平路面的通过性，同时提高了汽车涉水能力，定减速比机构，避免切换档位的冲击力，有利于提高汽车的平顺性和舒适性。没有传动轴，减少能量传递损失，提供了燃油经济性。2.2.1 轮边驱动机构运动方案的具体实施过程整个机构共分为前轮驱动、后轮驱动、四驱模式、挡车挡、差速转向几种工作模式。下面对这几种模式作具体说明：一、前轮驱动模式 在车辆启动时或在平路行驶时，行驶阻力小，仅由前面两轮驱动即可，采用前轮驱动，此时，前面两轮的电动机旋转带动前轮成为驱动轮而后面两轮电机不转成为从动轮 。二、发动机驱动模式 当车辆上小坡时，行驶阻力增大，为了确保具有良好通过性，此时可以切换到后轮驱动模式，由于轴荷后移，故采用后轮驱动，后轮的电机旋转产生驱动力，前轮成为从动轮。三、四驱模式 在上陡坡或者需要较大的动力性时，切换到四驱模式，四个轮边电机同时工作，四轮全轮驱动，产生足够的驱动力，使汽车具有较好的通过性。四、倒车模式 车辆需要倒车行驶时，只需按下倒车按钮，则电动机反转，带动车轮向后运动实现倒车。五、差速转向当汽车在弯道转弯时，转动转向盘，转向盘下的转角传感器会把信号传给ECU，ECU控制左右电机差速转动，使汽车转向，当达到临界状态，即左右车轮电机等速反向转动时，汽车可实现原地转向。轮边驱动正是因为小半径转向的优点，提高了汽车的灵活性12。2.2.2 电动盘式制动器方案的分析 电动盘式制动器由制动钳31、制动器钳支架3-3、固定制动块3-5、活动制动块3-6、密封圈3-7、伺服电机3-12、活动件3-8、循环球3-10、压力传感器3-11、带线圈的电磁铁芯3-12组成，采用浮动钳式通过导向销3-2安装在减速壳上。当伺服电机正转时，运动机构旋转带动循环球在轨道内运动，使运动机构成直线运动推动固定制动块向内运动，带动活动制动块运动，由于是浮动钳式安装，左右制动块同时向内夹紧制动盘，从而产生制动力制动，压力感应器负责测横向压力，当压力达到一定限度时，为避免电机烧坏，电机保持运动到的位置停止转动，此时制动块中间的带铁芯的磁感线圈通电，产生电磁力继续增加制动力；反之，伺服电机反转，撤销制动力，车轮恢复运动13。2.3 本章小结本章主要说明了行星齿轮传动的优点，确定出本次设计轮边驱动电动汽车的结构方案，绘制出其运动方案简图。具体分析了每一种运动方案的具体实施过程，分析了方案的实施。本次设计行星齿轮二级减速机构结构简单，可靠性高，加工制造容易；制动器采用电动动盘式制动器，直接使用电能，在制动方式上进一步降低了电能转化为其他能制动方式制动的损耗。第3章 传动比的分配及参数的计算3.1根据整车匹配初步确定各齿轮齿数及模数 整车参数如下：整备质量：1600kg最高车速：110km/h电动机最大功率：15kw电动机最高转速：12000r/min电动机最大扭矩70Nm轮胎：175/50 R163.1.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比 轮胎直径： （3-1） 输出轴转速： （3-2） 总传动比： 所以 一级传动比取： 二级传动比取： 3.1.2 传动装置的运动和动力参数的计算 传动系统各轴的转速,功率和转矩计算如下: I轴（电动机轴） （3-3） II轴（中间轴） III轴（输出轴） 将上述计算结果列表2-1中,此表是在提供最大扭矩时的转速，以供查询表3-1 传动系统的运动和动力参数参数轴(高速轴)轴（中间轴）轴（低速轴）转速 nr/min2000666.67166.67功率 P(kw)14.714.40614.118转矩 T(N.m)70206.36809传动比i343.2 本章小结 本章按照参照其他车型重量，预设车辆质量，按照最恶劣工作环境即最大输出转矩时，计算出各轴转矩，再最大转矩下，本车可爬上15度斜坡，可以说一般路况都能通过。同时按照预设，最高转速时可达到其110km/h的速度，合乎要求。 第4章 各齿轮参数的确定及校核4.1一级齿轮组的计算4.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）选用6级精度。（3）材料选择：查表可选择小齿轮材料为40调质，硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢调质，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数。（5）选取螺旋角，初选螺旋角14。4.1.2 按齿面接触强度初步计算齿轮参数 按计算式试算即 式中各参数为： 载荷系数； 小齿轮的转矩； 齿宽系数； 齿数比 螺旋角；则 （4-2） 由螺旋角；查得区域系数 ； 弹性影响系数； 许用接触应力按式计算。 查图得接触疲劳极限。 应力循环次数 （4-3） 查图得接触疲劳寿命系数，。 取安全系数，则 （4-4） 取 初算小齿轮分度圆直径，得 =53.62mm4.1.3 确定传动尺寸 计算圆周速度 故6级精度合用。 计算载荷系数K。各系数如下： 使用系数； 由v=33.41m/s，6级精度可得动载系数； 齿间载荷分配系数； 齿向载荷分配系数； 由式得 （4-6） 对进行修正：=53.62mm （4-7） 确定模数 （4-8）取为标准模数=3.5mm。 计算中心距=107.34mm （4-9） 圆整为=110mm. 精算螺旋角 （4-10）因为值与出选值相差较大，故与值相关的数据需要修正。修正的结果是：1.523，=52.75mm,=52.75mm。可以看出，值虽改变，但的计算值变化很小（由53.62变为52.75）15，因此，不在修正模数和中心距。 精算分度圆直径 mm （52.75mm,合适） mm 计算齿宽mm=38.5mm （4-11）取 40mm，b+5=45mm4.1.4 校核齿根强度 由式得 （4-12） 式中参数如下： K、b、值同前； 当量齿数 查