电动汽车的设计总体选择原则

1、电动汽车的设计总体选择原则1.1 驱动桥的选择驱动桥位于传动系的末端，其基本功用首先是增扭、降 速、改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器 传来的转矩 , 并将动力合理地分配给左、右驱动轮；其次， 驱动桥还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向 力和横向力，以及制动力距和反作用力矩等。驱动桥一般由 主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成，转向 驱动桥还有等速万向节。一、驱动桥设计应当满足的基本要求：1) 所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃 料经济性。2) 外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。3) 齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。4) 在各种转速和载荷下具

2、有高的传动效率。5) 在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是 簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。6) 与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。二、驱动桥结构方案分析驱动桥分断开式和非断开式。当车轮采用非独立悬架 时，驱动桥应为非断开式 （ 或称为整体式 ） ，即驱动桥壳是一 根连接左右驱动车轮的刚性空心梁，而主减速器、差速器及 车轮传动装置 （ 由左、右半轴组成 ）都装在它里面。当采用独 立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式。具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单、制造工艺性好、 成本低、工作可靠、维修调

3、整容易，广泛应用于各种载货汽 车、客车及多数的越野汽车和部分小轿车上。但整个驱动桥 均属于簧下质量，对汽车平顺性和降低动载荷不利。断开式 驱动桥结构较复杂， 成本较高， 但它大大地增加了离地间隙； 减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平 均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载 荷，提高了零部件的使用寿命；由于驱动车轮与地面的接触 情况及对各种地形的适应性较好，大大增强了车轮的抗侧滑 能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增加 汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥 在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当广泛。本次设计的微型电动货车，因工作环境良好

4、，可选用非 独立悬架（具体选择见下一章） ，故选择非断开式驱动桥结 构，以降低成本， 使之工作可靠， 结构简单， 维修调整容易。三、主减速器的选择主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速器形 式不同而不同。 主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮 和蜗轮蜗杆等形式。1. 螺旋锥齿轮传动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啮合，所以它工作平稳、能 承受较大的负荷、制造也简单。但是在工作中噪声大， 对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便会使工作 条

5、件急剧变坏，并伴随磨损增大和噪声增大。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。2. 双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动的主、从动齿轮的轴线相互垂直而不 相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距 离E,此距离称为偏移距。由于偏移距正的存在，使主动 齿轮螺旋角大于从动齿轮螺旋角。根据啮合面上法向力 相等，可求出主、从动齿轮圆周力之比式中，、分别为主、从动齿轮的圆周力； 、分别为主、从 动齿轮的螺旋角。螺旋角是指在锥齿轮节锥表面上展开齿线任意一点 的切线与该点和节锥顶点连线之间的夹角。在齿面宽中 点处的螺旋角称为中点螺旋角。通常不特殊说明，则螺 旋角系指中点螺旋

6、角。双曲面齿轮传动比为 式中，为双曲面齿轮传动比； 、分别为主、从动齿轮平均 分度圆半径。令，则。由于，所以系数 K1 ，一般为 1.251.50 。螺旋锥齿轮的传动比为这说明：1) 当双曲面齿轮与螺旋锥齿轮尺寸相同时， 双曲面齿轮传 动有更大的传动比。2) 当传动比一定， 从动齿轮尺寸相同时， 双曲面主动齿轮 比相应的螺旋锥齿轮有较大的直径， 较高的轮齿强度以及 较大的主动齿轮轴和轴承刚度。3) 当传动比一定， 主动齿轮尺寸相同时， 双曲面从动齿轮 直径比相应的螺旋锥齿轮为小，因而有较大的离地间隙 但是，双曲面齿轮传动也存在如下缺点：1) 沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效率。 双

7、曲面齿轮副传动效率约为 96，螺旋锥齿轮副的传动效 率约为 99。2) 齿面间大的压力和摩擦功， 可能导致油膜破坏和齿面烧 结咬死，即抗胶合能力较低。3) 双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。4) 双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮伤添 加剂的特种润滑油，螺旋锥齿轮传动用普通润滑油即可。 由于双曲面齿轮具有一系列的优点， 因而它比螺旋锥齿轮 应用更广泛。1. 圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动一般采用斜齿轮，广泛应用于发动机横置且前置前驱动的轿车驱动桥和双级主减速器贯通式驱动桥。4. 蜗杆传动蜗杆传动与锥齿轮传动相比：在轮廓尺寸和结构质 量较小的情况下，可得到较大的传动比 （ 可大

8、于 7）。在任 何转速下使用均能工作得非常平稳且无噪声。便于汽车 的总布置及贯通式多桥驱动的布置。能传递大的载荷， 使用寿命长。结构简单，拆装方便，调整容易。但是由 于蜗轮齿圈要求用高质量的锡青铜制作，故成本较高； 另外，传动效率较低。蜗杆传动主要用于生产批量不大 的个别重型多桥驱动汽车和具有高转速发动机的大客车 上。综合考虑此次设计的微型电动货车的设计要求以及各 种传动的优缺点，则可选择性能较好的双齿面齿轮传动。四、差速器的选择汽车在行驶过程中，左、右车轮在同一时间内所滚 过的路程往往是不相等的，如转弯时内侧车轮行程比外 侧车轮短；左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、 两车轮上的负荷不均

9、匀而引起车轮滚动半径不相等；左 右两轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等等。这样， 如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行驶或 直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方 面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转 向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的 左、右车轮间都装有轮间差速器。在多桥驱动的汽车上 还常装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动 桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷、传动系零件 损坏、轮胎磨损和燃料消耗等。差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出 轴有可能以不同角速度转动。差速器按其结构特征可分 为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种

10、形式。 1普通锥齿轮式差速器由于普通锥齿轮式差速器结构简单、工作平稳可靠， 所以广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥中。图为其 示意图，图中为差速器壳的角速度； 、分别为左、右两半 轴的角速度；为差速器壳接受的转矩；为差速器的内摩 擦力矩； 、分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。根据运动分析可得显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的 差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半 轴将等速反向旋转。根据力矩平衡可得差速器性能常以锁紧系数 k 是来表征，定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的转矩之比，由下式确可得定义快慢转半轴的转矩比 , 则与 k 之间有普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为，两半轴转矩比 =，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故可以认为分配 给两半轴的转矩大致相等，这样的分配比例对于在良好 路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行驶或 在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着 系数很小时，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其 驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样地减小，无 法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。2. 摩擦片式差速器为了增加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮