毕业设计（论文）-太阳能混合动力观光车驱动系统设计（全套图纸）.doc

毕业设计（论文）报告题 目 太阳能混合动力观光车驱动系统设计 目 录摘要关键词AbstractKey words1绪论11.1引言11.2太阳能电动车的发展趋势11.3 太阳能电动车的组成11.4 太阳能电动车驱动系统组成22电动车总体设计 32.1 技术参数32.2 构造形式及工作条件32.3主要参数选择32.3.1 主要尺寸32.3.2 电动车质量32.3.3 电动机参数32.3.4 轮胎参数42.3.5 传动比计算42.3.6 最大爬坡度计算42.4 核心件参数42.5 总体布置计算52.5.1 各部分质量及重心坐标52.5.2 空载及满载时重心坐标52.5.3 轴荷分配计算52.6 稳定性计算 62.6.1 汽车不纵向翻倒的条件62.6.2 汽车不横向翻倒的条件62.7 最小转弯直径的计算62.8 行程计算73 双电动机驱动桥设计83.1 驱动系统总体设计83.2 减速器的设计83.2.1传动比分配83.2.2 运动和动力参数计算83.2.3 齿轮参数计算93.2.4 轴的设计193.2.5 平键的强度校核203.2.6 轴的强度校核203.2.7 轴承的寿命校核253.2.8 减速器箱体的设计273.3 半轴的设计 273.3.1 半轴的形式273.3.2 半轴轴径的确定283.3.3 花键的设计和校核283.3.4 半轴连接螺钉强度校核293.4 轮毂的设计293.4.1 轮毂的外形设计293.4.2 轮毂与轮辋的连接螺栓强度校核293.5 驱动桥壳的设计303.5.1 驱动桥壳的结构设计303.5.2 驱动桥壳的强度计算303.5.3 桥壳与减速器连接螺钉强度校核333.6 轮毂轴承的寿命计算33致谢35参考文献36附录37太阳能混合动力观光车驱动系统设计摘要：太阳能是一种清洁能源，不仅可以部分代替石化燃料，而且可以减少二氧化碳和有害气体的排放，防止地球环境恶化。太阳能车尤其适合在环保要求较高的旅游景点使用，可以做到真正的零排放，实现完全意义上的环保。全套图纸，加153893706毕业设计的主要内容是太阳能混合动力观光车的总体方案设计和驱动系统设计。总体方案设计包括：分析给定的技术参数及工作条件，进行调查研究、收集资料，确定个部分的构造型式、主要尺寸及估重，并做布置位置草图；初算整机重心位置、桥负荷、稳定性、牵引性、制动性、机动性等，绘制总体外型尺寸及参数性能图。驱动系统设计包括：驱动系统传动方案的确定。采用单电机集中驱动系统，由减速箱总成、差速器总成及驱动桥组成，驱动电机与减速器主动齿轮直接相连，通过两级减速及差速器，将扭矩传送到左右两个驱动轮。电机轴线与车轮轴线平行，因此减速器采用两极圆柱齿轮传动。半轴采用全浮式结构，与轮毂用螺钉连接传递转矩。桥壳采用组合式结构，一端由轮毂轴承支承在车轮上，另一端与减速器相连。减速器的设计。分配传动比，计算动力和运动参数；按接触强度确定中心距，计算齿轮的主要参数；按扭转强度设计轴的尺寸，按弯扭合成校核轴的强度；减速器箱体的设计；轴承的寿命校核。半轴、桥壳等零件的结构设计与强度校核。关键词：电动车；驱动桥；减速器 太阳能混合动力观光车驱动系统设计1 绪论1.1 引言伴随着21世纪的到来，由于降低公害、安全节能及新颖化的社会要求，汽车技术在不断引入以新材料、电子技术为基础的新技术过程中取得巨大的进步。汽车能源利用效率、有害物排放、车用新能源的开发和利用等问题，近年来一直受到各国政府、专家和公众的关注。人们投入巨额资金和大量人力研究更加清洁的汽车，寻找更加洁净的，可持续利用的替代能源。使用最清洁、最丰富的能源一太阳能作为燃料的太阳能电动车诞生了，它已成为当前世界各发达国家竞相研究开发的前沿项目。1.2太阳能电动车的发展趋势太阳光能变为电能，是利用太阳能的一条重要途径。太阳能属于清洁能源，绿色环保，绝无污染，取之不尽，用之不竭。对太阳能的直接利用，代表了人类文明发展的新水平，有利于人类社会的可持续发展。因此太阳能电动车被人类称之为“未来汽车。电动汽车是最近这些年来世界各大汽车厂竞相开发的项目，因为清洁环保汽车一直是人们追求的目标。随着人类对地球升温的担心和大气污染的日益加重，人们对太阳能的关心越来越增长。1.3太阳能电动车的组成太阳能电动车是指利用太阳能电池的光伏特性将太阳能转化为电能，并利用该电能作为能源驱动行使的汽车。它由驱动桥、转向系、制动系、车架、车身、太阳能电池板、蓄电池、驱动电机和电控系统等组成。电动汽车的驱动桥处于传动系的末端，它的基本功用是增大由传动器传来的转矩，将转矩分配给左右驱动车轮，并使左右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架之间的铅垂力、纵向力和横向力。转向系的功用是改变汽车的行驶方向和保持汽车稳定的直线行驶。汽车一般采用前轮转向。转向系的主要组成机构包括：转向盘、转向器、转向传动杆系等。制动系是用来强制汽车减速或停车，并可使汽车在坡道上停放的装置。为保证汽车在紧急情况下可靠的制动，应有两套独立的制动系统，其中一种是用机械方式传递其操纵力的。制动系的主要组成机构包括：制动踏板、驻车制动杆、车轮制动器等。车身包括驾驶室和各种形式的车厢，用以容纳驾驶员、乘客和装载货物。太阳能电池置于车身表面，主要由半导体硅制成，在被光照射以后，由于其吸收光能，激发出电子和空穴，从而产生电动势，如果接上负载，就形成电流；再通过MPPT（最大功率跟踪）装置给电机和蓄电池提供能量，实现太阳能转换为电能。1.4 太阳能电动车驱动系统组成一般的汽车结构中，驱动桥包括减速器、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件。根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速方式的不同，减速器的结构形式也不同。减速器的传动比、驱动桥的离地间隙和计算载荷是减速器设计的原始数据，要在总体设计时就确定。由于发动机在汽车上是纵向安置的，减速器将用来改变转矩的传递方向。为了使汽车有足够的牵引力和适当的最高车速，减速器进行增大转矩、降低转速的变化。差速器用来解决左右车轮间的转矩分配问题和差速要求。当汽车转弯或在不平路面上行驶时，左右车轮在同一时间内所滚动的行程是不一样的，因此其转速也应不同。因此，要求驱动桥在传递转矩给左右车轮的同时，能使它们以适应上述运动学要求的不同角速度旋转，这一要求是由差速器来实现的。装有差速器的汽车，当左右齿轮与地面的附着系数不同且一个驱动车轮滑转而失去牵引力时，另一个附着好的驱动车轮也将丧失牵引功能。驱动车轮的传动装置的功用在于将转矩由差速器半轴齿轮传到驱动车轮。对转向驱动桥，则必须在驱动车轮的传动装置中安装等速万向节，对于非转向驱动桥来说，驱动车轮的传动装置也要用万向节传动。如果驱动车轮不是转向轮，则车轮直接由连接差速器和轮毂的半轴来驱动，这时半轴将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，轮边减速器的主动齿轮与半轴齿轮以半轴连接。桥壳起着支撑汽车荷重的作用，并将载荷传递给车轮，作用在车轮上的牵引力、制动力等力都是通过桥壳传到车架上。因此，桥壳既有承载作用，又有力的传递，同时还是减速器、差速器、半轴的外壳。在汽车行使过程中，桥壳承受繁重的载荷。因此，桥壳既要结构简单，降低成本以及方便拆装维修，又要考虑在动载荷下有足够的强度和刚度。轮胎与车轮支撑汽车质量，并承受路面的各种反力，如驱动力和制动力，在汽车转弯时，还要承受侧向力以及吸收汽车行使时产生的动载荷和振动。车轮由轮辋和轮辐组成。轮胎装在轮辋上，轮辐用轮胎螺栓固定在轮毂上。轮辋是轮胎安装的基础，既要支撑轮胎，又要保证轮胎拆卸方便。2 电动车总体设计2.1 技术参数1、 额定载人数 46人2、 总质量 约1000 kg3、 最大行驶速度V行 30km/h 4、 最大爬坡度（满载） 10%5、 最小离地间隙 150mm6、 最小转弯半径Rmin 4500mm7、 最大制动距离 6m8、 自重 576 kg9、 蓄电池电压 48V10、电控 Acl/48/1802.2 构造形式及工作条件1、电动车形式：后置后驱 2、电动车动力：蓄电池组直流串励电动机驱动 额定电压：48V 3、工作场所：旅游景点 4、路面条件：沥青或混凝土路面2.3主要参数选择2.3.1 主要尺寸总长a=3200mm，总宽w=1600mm，总高h=1900mm，轴距L=（54%60%）a代入数据，取整为2000mm, 轮距B=0.75L+100(80) 代入数据，取整为1350mm, 前悬L=450mm,后悬L=700mm，最小离地间隙150mm2.3.2 电动车质量座位数：4座，整车质量=人均整备质量 座位数=96 5=480kg，参考同类车取 600kg；总质量取整为1000 kg。2.3.3 电动机参数：最大功率P=（V+V） （2-1）=(30+30)=1.56kw其中：传动效率0.9，g重力加速度，滚动阻力系数0.0165，C空气阻力系数0.65，A汽车正面投影面积，m汽车质量。取 安全裕量系数为1.1，则电机最大功率应为2.18kW，根据电机资料，以最接近原则选取2.2kW的串励直流电机，其额定转速为，额定转速时的扭矩为； 2.3.4 轮胎参数直径工作半径，单边宽最大承载437kg，胎压0.3MPa；2.3.5 传动比计算=9.15 （2-2）式中：为汽车的最高车速；是最高车速时发动机的转速；为车轮的滚动半径。2.3.6 最大爬坡度计算= （2-3）=46.6=36.6Km最大牵引力F= （2-4） = =118Kg=0.0165 =11.8%10%，故满足设计要求。2.4 核心件参数铅酸蓄电池：DC 48V，160Ah，外形尺寸 522mm 240mm 242mm，重量 260kg；电动机： 2.2kW，DC 48V，56A，2800r/min，重量 26kg;太阳能电池板：多晶硅材料，最大转换效率 ,最大输出功率约470W，外形尺寸 2200mm 1650mm 50mm，重量65kg；转向系 60kg；驱动桥 100kg；车架车厢 80kg。2.5 总体布置计算2.5.1 各部分质量及重心坐标：蓄电池：尺寸522240242,总电压48V,容量160AH,重260Kg,重心坐标（720,371）.直流电动机：功率2.2KW,电压48V,电流57A,转速2800r/min,重26Kg，重心坐标(1840，260).太阳能电池:多晶硅,%,功率430W,最大功率时电压52V,尺寸2200160050,重约60Kg,重心坐标(1600,1875).转向系统:包括前车轮、悬架、制动器,重约60Kg,重心坐标(100,260).驱动系统:包括减速器、差速器、半轴、后车轮、制动器,重约100Kg,重心坐标(1950,260).车架、车身:重约80Kg,重心坐标(1000,225).2.5.2 空载及满载时重心坐标空载总质量约600Kg,满载总质量约880Kg则空载时重心坐标 （2-5） 计算结果x=1020，y=460满载时重心坐标 计算结果=1080,=5702.5.3 轴荷分配计算满载静止时 （2-6）其中：前轴负荷，后轴负荷，汽车总质量 L汽车轴距，a质心距前轴距离，b质心距后轴距离=405Kg,=475Kg满载行驶时 （2-7）其中为附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上，该值为0.70.8，取0.75。=275Kg,=605Kg满载制动 （2-8）Kg,341Kg2.6 稳定性计算2.6.1 汽车不纵向翻倒的条件，=0.75 （2-9）0.75即满足条件2.6.2 汽车不横向翻倒的条件，=0.75 （2-10）0.75即满足条件2.7 最小转弯直径的计算汽车最小转弯直径=9mD2 （2-11）90002汽车前内轮最大转角36.72.8 行程计算S=Vt （2-17） = V() = 30() =158Km大于目标里程120Km，故满足要求。3 双电动机驱动桥设计3.1 驱动系统总体设计驱动系统的总体设计方案示意图如图3-1所示，采用单电机集中驱动系统，由减速箱总成、差速器总成及驱动桥组成，驱动电机与减速器主动齿轮直接相连，通过两级减速，将扭矩传送到左右两个驱动轮。电机轴线与车轮轴线平行，因此减速器采用两极圆柱齿轮传动。半轴采用全浮式结构，与轮毂用螺钉连接传递转矩。桥壳采用组合式结构，一端由轮毂轴承支承在车轮上，另一端与减速器相连。桥壳的设计还要与悬架等配合，根据它的结构和尺寸设计连接部件。图3-1驱动桥总成3.2 减速器的设计3.2.1传动比分配总传动比，故采用两级圆柱齿轮减速器。根据的经验公式，取,。3.2.2 运动和动力参数计算高速轴： 中间轴： 低速轴 3.2.3 齿轮参数计算高速级齿轮传动设计：（1）齿轮均采用斜齿传动，6级精度，齿面渗碳淬火。材料选择：小齿轮：38SiMnMo,调质，硬度 320340HBS；大齿轮：35SiMn，调质，硬度 280300 HBS。查得，=790,=760； =640，=600。（2）按接触强度初步确定中心距，并初选主要参数。 （3-1）式中 小齿轮传递的转矩=7.5载荷系数K：K=1.6。齿宽系数：取=0.4。齿数比u:暂取u=3.55。许用接触应力： 取最小安全系数=1.1，按大齿轮计算=691将以上数据代入计算中心距的公式得=56圆整为标准中心距为=60。按经验公式，=（0.0070.02）=（0.0070.02）60=0.421.2 取标准模数=1。初取，=。 取，精求螺旋角 所以 （3）校核齿面接触疲劳强度 （3-2）式中分度圆上的圆周力 使用系数动载系数： （3-3） 根据齿轮圆周速度，齿轮精度等级为9级。将有关值代入式（3-17）得齿向载荷系数： 齿向载荷分配系数：按，查得节点区域系数：按，查得。查得接触强度计算的重合度及螺旋角系数查得：首先计算当量齿数求当量齿轮的端面重合度。按，分别查得。所以。按，纵向重合度。按，查得。将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得计算安全系数： （3-4）式中，寿命系数：先计算应力循环次数：对调质钢，查得。润滑油模影响系数：按照，选用220号中级压型工业齿轮油，其运动粘度，查得。工作硬化系数：因为小齿轮齿面未硬化处理，齿面未光整，故取。接触强度计算的尺寸系数。将以上数值代入安全系数的计算公式得查得，。，故安全。（4）校核齿根弯曲疲劳强度 （3-5）式中弯曲强度计算的载荷分布系数：弯曲强度计算的载荷分配系数：复合齿行系数：按，查得。弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数：按，查得将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得计算安全系数： （3-6）式中，寿命系数：对调质钢，按，查得，按，查得相对齿根圆角敏感系数。相对齿根表面状况系数：齿面粗糙度，得。尺寸系数：查得。将以上数值代入安全系数的公式得查得，取。及均大于，故安全。（5）主要几何尺寸取低速级齿轮传动设计（1）齿轮均采用斜齿传动，6级精度，齿面渗碳淬火。材料选择：小齿轮：38SiMnMo,调质，硬度 320340HBS；大齿轮：35SiMn，调质，硬度 280300 HBS。查得，=790,=760； =640，=600。（2）按接触强度初步确定中心距，并初选主要参数。 （3-1）式中 小齿轮传递的转矩=26.625载荷系数K：K=1.6。齿宽系数：取=0.54。齿数比u:暂取u=2.54。许用接触应力： 取最小安全系数=1.1，按大齿轮计算=691将以上数据代入计算中心距的公式得=74.9圆整为标准中心距为=100。按经验公式，=（0.0070.02）=（0.0070.02）100=0.72 取标准模数=1.5。初取，=。 取，精求螺旋角 所以 （3）校核齿面接触疲劳强度 （3-2）式中分度圆上的圆周力 使用系数动载系数： （3-3） 根据齿轮圆周速度，齿轮精度等级为9级。将有关值代入式（3-17）得齿向载荷系数： 齿向载荷分配系数：按，查得节点区域系数：按，查得。查得接触强度计算的重合度及螺旋角系数查得：首先计算当量齿数当量齿轮的端面重合度。按，分别查得。所以。按，纵向重合度。按，查得。将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得计算安全系数： （3-4）式中，寿命系数：先计算应力循环次数：对调质钢，查得。润滑油模影响系数：按照，选用220号中级压型工业齿轮油，其运动粘度，查得。工作硬化系数：因为小齿轮齿面未硬化处理，齿面未光整，故取。接触强度计算的尺寸系数。将以上数值代入安全系数的计算公式得查得，。，故安全。（4）校核齿根弯曲疲劳强度 （3-5）式中弯曲强度计算的载荷分布系数：弯曲强度计算的载荷分配系数：复合齿行系数：按，查得。弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数：按，查得将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得计算安全系数： （3-6）式中，寿命系数：对调质钢，按，查得，按，查得相对齿根圆角敏感系数。相对齿根表面状况系数：齿面粗糙度，得。尺寸系数：查得。将以上数值代入安全系数的公式得查得，取。及均大于，故安全。（5）主要几何尺寸取3.2.4 轴的设计材料选择45钢，调质处理，硬度217255HBS，许用疲劳应力。（1）高速轴a 最小轴径的确定取A=115由于有花键，适当增加轴径，取。b 主要分布零件有：齿轮、轴承、轴承端盖等。c 根据工况，选择轴承类型为滚动轴承 6002。 基本尺寸：15mm32mm9mm 配合轴段直径为15mmd 齿轮安装：安装轴段直径24mm，轴段长度26mm。e 齿轮定位：由于齿轮分度圆直径小于两倍轴径，故齿轮采用齿轮轴。（2）中间轴a 中间轴为实心轴，故 取A=115由于开有键槽，轴径适当增加，取。b主要分布零件有：齿轮、轴承、键、轴承端盖等。c 根据工况，选择轴承类型为滚动轴承 6004。 基本尺寸：20mm42mm12mm 配合轴段直径20mmd 齿轮安装：安装轴段直径 大齿轮25mm，小齿轮25mm。 安装轴段长度 大齿轮32mm，小齿轮40mm。e 齿轮定位：大齿轮：一端采用轴肩定位，轴段直径32mm，轴段长度8mm。 另一端采用套筒定位，套筒内径20mm,外径28mm,长度10mm。 径向定位采用平键，基本尺寸33mm10mm8mm。小齿轮：一端采用轴肩定位，轴段直径25mm，轴段长度42mm。 另一端采用套筒定位，套筒内径20mm,外径32mm,长度4mm。 径向定位采用平键，基本尺寸26mm8mm7mm。3.2.5 平键的强度校核中间轴：单个平键，基本尺寸26mm8mm7mm键连接的许用挤压应力，故满足要求。3.2.6 轴的强度校核（1）高速轴高速轴的受力分析如图3-1所示。高速轴传递的转矩 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力 计算作用在轴上的支反力：如图3-1（a）,垂直面内的支反力：如图3-1（c）,水平面内的支反力 ：计算齿轮中心C处的弯矩 ：画出高速轴在垂直面和水平面内的弯矩图，如图3-1（b）、（d）所示。计算C处的合成弯矩： 画出合成弯矩图如图3-1（e）所示。画出扭矩图如图3-1（f）所示。Fv1Fv2T0Ft1abcdefFh1Fh2Fr1Fa1ABC22269Nmm5538Nmm4487.5Nmm22947Nmm22716Nmm7500Nmm图3-2 高速轴受力分析图校核轴的强度：由弯矩图和扭矩图可以看出，承受最大弯矩和扭矩的截面C处是危险截面，对其进行校核。按转矩为脉动变化取修正系数，由于截面C处为实心轴，故。则 故轴的强度满足要求。（2）中间轴中间轴的受力分析如图3-2所示。中间轴传递的转矩：齿轮的圆周力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力：计算作用在轴上的支反力：如图3-2（a）,垂直面内的支反力：如图3-2（c）,水平面内的支反力：计算齿轮中心的弯矩：画出中间轴垂直面和水平面内的弯矩图，如图3-2（b）、（d）所示。计算C处和D处的合成弯矩：画出合成弯矩图，如图3-2（e）所示。画出扭矩图，如图3-2（f）所示。Fv1Fv2Ft2Ft3aFh1Fh2Fr2Fa2Fa3Fr3bcdefACDB15318.6Nmm27791.6Nmm-3294.6Nmm844.8Nmm-495.7Nmm-4895.6Nmm15341.9Nmm16081.9Nmm27796.9Nmm27986.9Nmm26625Nmm图3-3 中间轴受力分析图校核轴的强度：由弯矩图和扭矩图可以看出，承受最大弯矩和扭矩的截面D处,即齿轮3的中心处是危险截面，对其进行校核。按转矩为脉动变化取修正系数，由于截面C处为实心轴，故。则 故轴的强度满足要求。3.2.7 轴承的寿命校核设计标准 （1）高速轴轴承轴承代号：6002查阅机械设计手册，得：Cr=5580N, Co=2850N。根据工况，载荷平稳，取。由机械设计表17.5知，。FraFrbFa1FsaFsb图3-4 高速轴轴承受负荷示意图计算轴承径向载荷： 计算附加轴向力： 计算轴承所受轴向载荷：因为 所以左端轴承a被压紧，右端轴承b被放松。由此可得： 计算当量动载荷： 由机械设计表17.7查得e=0.28。由于，查机械设计表17.7得X=0.56,Y=1.55。当量动载荷 计算轴承寿命： 故满足要求。（2）中间轴轴承轴承代号：6004查阅机械设计手册，得：Cr=9380N, Co=5020N。根据工况，载荷平稳，取。由机械设计表17.5知，。FraFrbFa2FsaFsbFa3图3-5 中间轴轴承受负荷示意图计算轴承径向载荷： 计算附加轴向力： 计算轴承所受轴向载荷：因为 所以右端轴承b被压紧，左端轴承a被放松。由此可得： 计算当量动载荷： 查机械设计表17.7并用线性插值法得e=0.27。由于查机械设计表17.7并用线性插值法求得X=0.56,Y=1.64。当量动载荷 计算轴承寿命： 故满足要求。3.2.8 减速器箱体的设计减速器箱体是减速器中结构和形状最复杂的部件，大都采用铸造生产。在箱体的设计过程中，不仅要保证一定的支承刚度，要便于轴系的安装外，还要尽量使工艺性好，制造简单，外形美观。在本课题设计的驱动系统中，减速器具有一定的特殊性。与普通的电机和减速器连接不同，除了电机的输出轴要与减速器的高速轴用花键连接外，电机的外壳要与减速器的箱体用螺钉连接起来，这使得减速器箱体的设计比较复杂，也成为了设计中的一个关键。为了解决这一关键问题，采用了侧面箱盖的方式，在减速器箱体的另一侧给安装电机的法兰留出空间。总体的结构确定后，开始细化设计。首先根据两极传动的中心距和传动齿轮的大小确定箱体内部空间尺寸及轴承孔的位置和大小。然后根据刚度的要求，使得壁厚不小于8mm，并且设计外形结构。在轴承座处要加大壁厚，且将外壁设计成凸台，可以减小加工面。安装电机的法兰上的螺钉孔的布置设计是一个关键问题，它们不仅不能与中间轴的轴承孔干涉，而且还要给螺钉的安装提供空间。为此，法兰设计成正方行结构，四个螺钉安装在四个角上。为了保证轴承和轴的安装精度，在箱体和箱盖上设计了定位销，在加工轴承孔时用定位销将箱体和箱盖连成一体加工。同时，由于采用了侧面箱盖的形式，为了防止润滑油泄漏，箱体和箱盖连接处采用液态密封胶密封。3.3 半轴的设计3.3.1 半轴的形式半轴的形式有全浮式、半浮式和3/4浮式三种。此处采用全浮式半轴结构，驱动车轮通过两个轴承支承在驱动桥壳上，半轴插在桥壳里面，内端用花键与减速器低速轴连接，外端通过法兰盘用螺钉与轮毂相连，转矩由半轴传递到驱动车轮上。这种支承方式，路面对车辆的各种反力及由这些反力引起的弯矩都由桥壳承受，半轴只承受转矩，不承受弯矩和轴向力。3.3.2 半轴轴径的确定由于采用全浮式半轴结构，半轴只承受转矩，故按照扭转强度来设计。全浮式半轴其计算载荷可按最大附着力矩计算： （3-7）式中：为负荷转移系数，查表得；为驱动桥的最大轴载质量，；为车轮滚动半径，；为附着系数，取。代入计算得：全浮式半轴的扭转应力按下式计算；式中：许用剪应力计算得：由于加工花键，轴径适当增加，取。3.3.3 花键的设计和校核花键采用矩形花键，齿数Z=6，其基本尺寸为26mm23mm6mm，长度L=30mm。此处花键连接为静连接，主要失效形式为齿面压溃。强度校核：式中，T为工作转矩，Nmm； 为各齿间载荷分配不均匀系数，取； Z为花键齿数； h=(D-d)/2，D和d分别为花键轴的外径和内径，mm； 为齿的工作长度，mm； 为花键平均直径，mm； 为许用挤压应力，MPa。3.3.4 半轴连接螺钉强度校核由于半轴只承受转矩作用，因此半轴与轮毂的连接螺钉只受剪切力作用，可能损坏的形式有螺钉被剪断、螺钉或孔壁被压溃。螺钉性能等级4.8则：屈服强度 s=320MPa许用切应力 =s/2.5=320/2.5=128MPa许用挤呀压应力p= s/1.25=320/1.25=256MPa（1）螺钉抗剪强度校核单个螺钉所受的剪力：式中，T为螺钉所受扭矩，Nm； n为螺钉数目； r为螺钉中心与半轴轴线的垂直距离，m。则螺钉的抗剪强度 ，故满足要求。式中，Fs为单个螺钉所受剪力，N；d为螺钉抗剪面直径，mm； m为螺钉抗剪面数目。（2）螺钉与孔壁的挤压强度校核挤压强度 ，故满足要求。式中，Fs为单个螺钉所受剪力，N；d为螺钉抗剪面直径，mm； h为螺钉与孔壁挤压面最小高度，mm。结论：综合以上两项强度校核可知，半轴与轮毂连接的螺钉强度满足要求。3.4 轮毂的设计3.4.1 轮毂的外形设计轮毂是连接半轴和车轮的部件，是传递转矩部件的一个组成部分。轮毂的材料选择40Cr，其内部主要有两个与轴承外圈配合的孔，用来支承桥壳。外部主要是与轮辋的一个孔轴配合，为了起到定位作用，使车轮在运行过程中不产生偏移，此孔轴配合采用过盈配合。3.4.2 轮毂与轮辋的连接螺栓强度校核按螺栓受剪切力进行校核。螺栓性能等级4.8则：屈服强度 s=320MPa许用切应力 =s/2.5=320/2.5=128MPa许用挤压应力p= s/1.25=320/1.25=256MPa（1）螺栓抗剪强度校核单个螺栓所受的剪力 式中，T为螺栓所受扭矩，Nm； n为螺栓数目； r为螺栓中心与半轴轴线的垂直距离，m。则螺栓的抗剪强度 ，故满足要求。式中，Fs为单个螺栓所受剪力，N；d为螺栓抗剪面直径，mm； m为螺栓抗剪面数目。（2）螺栓与孔壁的挤压强度校核挤压强度 ，故满足要求。式中，Fs为单个螺栓所受剪力，N；d为螺栓抗剪面直径，mm； h为螺栓与孔壁挤压面最小高度，mm。结论：综合以上两项强度校核可知，轮毂与轮辋连接的螺栓强度满足要求。3.5 驱动桥壳的设计3.5.1 驱动桥壳的结构设计驱动桥壳一般有可分式、整体式和组合式三种结构形式。此处采用组合式结构，使得拆装和维修更加方便。桥壳的一端通过一对轴承支承在轮毂上，另一端用螺钉与减速器箱体连接。由于驱动桥壳还需要与车架连接，根据后悬架的结构和尺寸，在桥壳的外端设计凹槽和它连接。在装有轴承的一端车有螺纹，用于圆螺母固定轴承内圈。3.5.2 驱动桥壳的强度计算（1）桥壳的静弯曲应力计算桥壳可看成一根空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在桥壳与车架的铰接处承受车身载荷。其受力简图如图3-5所示。F1F2N1N2BS图3-6 驱动桥壳受力简图由图中可以看出，桥壳与车架铰接处为危险截面，对其进行强度校核。该处所受弯矩：式中，F1为地面作用于车轮上的反力，N； G为电动车满载时的重量，N； gw为车轮、轮毂、制动器的重量，N；B为前轮中心距，m；S为桥壳和车架铰接中心的距离，m。则：弯曲应力 故强度满足要求。（2）电动车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算取汽车加速时的质量转移系数m2=1.2，则桥壳与车架铰接处所受的垂向弯矩为：在行驶时，驱动车轮所受的最大切向反力：式中，T2为驱动轮得到的转矩，Nm； r为前轮的滚动半径，m。则桥壳与车架铰接处所受的水平弯矩为：桥壳还承受驱动桥传递转矩而产生的反作用力矩：则桥壳与车架铰接处所受的合成弯矩为：则弯曲应力： 故强度满足要求。（3）电动车紧急制动时桥壳强度计算取汽车紧急制动时的质量转移系数m=1.2，则桥壳与车架铰接处所受的垂向弯矩为：桥壳与车架铰接处所受的水平弯矩为：紧急制动时铰接点外侧还承受制动力所引起的转矩则桥壳与车架铰接处所受的合成弯矩为：则弯曲应力： 故强度满足要求。（4）电动车受最大侧向力时的桥壳强度计算假设电动车向左紧急转弯，则左轮承受的最大垂向力为车重.即则铰接处所受弯矩为：弯曲应力： 故强度满足要求。3.5.3 桥壳与减速器连接螺钉强度校核螺钉M8，性能等级8.8级。取安全系数S=1.2，则按紧急制动时的弯矩对螺钉进行强度校核。则单个螺钉承受的最大工作载荷为：式中，n为螺钉个数； r为螺钉中心直半轴轴线的垂直距离，m。弯曲应力为：故螺钉强度满足要求。3.6 轮毂轴承的寿命计算设计标准。左端轴承基本代号32009，右端轴承基本代号32010。当电动车直线行使时，没有外界轴向载荷，其受力示意图如图3-6所示。Fr1Fr2Fs1Fs2NABC图3-7 轮毂轴承受负荷示意图车身重G按1140kg计算，则N=G/2=1140/4=285kg。查机械设计手册得，X=0.40，Y=1.5，Cr1=67800N，Cr2