纯电动汽车设计毕业课程设计论文

1、日益严重的环境污染和能源危机对汽车工业的开展提出了极为严峻的挑战。为了汽车工业的可持续开展，以使用电能的电动机作为驱动设备的电动汽车能真正实现“零污染，现已成为各 国汽车研发的一个重点。在电动汽车研发的众多技术选型之中，依靠轮边驱动的电动汽车逐渐成 为一种新颖的电动汽车选型方向。为了弥补现有轮边驱动电动车辆驱动系统的缺陷，本文设计了一种新型双电机二级减速独立 驱动桥。该方案采用磷酸铁锂动力电池作为动力源，两台永磁同步电机作为驱动装置，依靠两套 减速齿轮组分别进展减速，用短半轴来带动车轮旋转。在系统构型设计的根底上，进展了包括电 动机、减速器和电池在内的动力系统参数匹配和主减速器的设计。事实上，

2、该驱动方案和匹法为新型动力系统开发提供了一定借鉴。关键词：电动车辆；车轮独立驱动系统；构型设计；电驱动车桥AbstractWith the increasingly serious environmental pollution and the energy crisis, the auto industry is facing severe challenges. To the sustainable development of the automobile industry, the word 's major automobile panies are starting to

3、research various new types of pollution-free environmentally friendly vehicles. In all development projects, the use of the Wheel-driven motors for electric cars can truly achieve“ zero pollution ,it has bee a vehicle of research and development focus. In a wide range of technical options of the ele

4、ctric vehicles, the Wheel-driven electric vehicles have bee a new research direction.In order to make upthe flawsof existing in-wheel motors driving system for electric vehicles, a new kind of two-motor independent wheeldriving axlewith two sets of deceleration gear clusters, has been designed. The

5、system uses Lithium iron phosphate battery to provide driving force, two permanent magnetismsynchronous motorsas driven equipment, depends upon two sets of deceleration gear clusters to carry on the deceleration, leads wheel revolving with the semi axles. Based on the design, the parameters matching

6、for electric motors, battery and reduction gears have been carried on.Take all above factors into consideration, this research provides some help for the development of new type drive systems.Key Words : electric vehicles; independent driving system of vehicles;configuration design;electric drive ax

7、l目录摘要 IAbstract II第一章绪论 11.1. 题目背景和意义 11.2. 国内外研究现状和开展趋势 21.3. 存在问题 4第二章总体方案设计 52.1. 蓄电池的选择 52.2. 电动机的选择与布置方案 5 第三章电驱动性能和动力性能匹配计算 103.1. 驱动轮所需的功率和转速 103.2. 驱动电机参数确定 113.3. 减速比确实定 123.4. 动力性分析 123.5. 电池组参数的选择 16 第四章主减速器的根本设计 174.1. 减速比的分配 174.2. 主减速器齿轮的根本设计 17 轴的运动和动力参数的计算 17 轴直径的初算和轴承的初步选择 18 齿轮的设计和

8、计算 19第五章主减速器的主要校核 295.1. 输入轴强度、轴承与键的强度校核 295.2. 中间轴强度、轴承与键的强度校核 335.3. 输出轴强度、轴承与键的强度校核 39 第六章设计总结 44 致谢 45附 录 46驱动力 -行驶阻力平衡图源程序 46 爬坡度曲线源程序 46 加速度时间计算源程序 47参考文献 49第一章 绪 论1.1. 题目背景和意义电动汽车是一种以电力为动力源 , 以电控代替机械传动 , 以控制电动机方式改变车速的无 轨运输车辆。它孕育于 19世纪 30年代 , 至今已历时一百余年。它在 20世纪初曾一度被广泛采用 , 但是 , 鉴于当时的历史条件 , 蓄电池容量

9、小、体积大、短 , 因而逐步让位于内燃机汽车。一直到 20世纪70年代世界第一次能源危机出现 , 才重新为人们所重视。 20世纪 70年代末，随着石油价格 回落 , 能源危机缓和 , 内燃机性能不断完善 , 相比之下 , 电动汽车动力性差 , 蓄电池不高 , 因 而不断降温。然而到了 20世纪 90年代 , 由于人们日益关注空气质量和温室效应所产生的影响，电 动汽车的开展再次获得生机 1。电动汽车经过百余年实践 , 证明它具有污染少、 噪声低、 振动小、 结构简单紧凑、易于操作维修、能综合利用能源等优点 , 特别是近年来人们所从事研究的充电装 置的开发和充电方法的开展和改良 , 以与电控技术与

10、电动机性能的新突破和改善 , 所有就导致 了 80年代末和 90年代初第二次电动汽车热的出现。近些年，汽车制造商在不断推动电动汽车技术 的开展，并开始将电动汽车商业化。在世界X围内，尤其在美国、日本和欧洲，许多汽车生产商开始生产电动汽车或者涉与电动汽车领域。随着我国国民经济的快速开展，汽车工业进入迅猛开展阶段，汽车保有量的剧增给环境和能 源带来了巨大的压力。为了减轻能源消耗和环境污染，国家出台的汽车排放法规和能耗标准越来 越严，汽车使用本钱越来越高，汽车产业的可持续开展面临新的挑战。研发一种最高车速在 100km/h 以上，整车性能和燃油车相仿，价位适中，操作简单，使用维修费用低廉的小型四轮纯

11、 电动汽车，可成为缓解我国能源危机和解决环境污染的重大举措。其意义主要表现在以下几个方 面：1) 落实保护环境、节能减排国策研发的小型纯电动汽车能仅为燃油汽车的 1/51/4，且使用过程零污染，是中国汽车行业实 现环境保护、节能减排的重要措施。2) 对国家能源战略安全将发挥重大作用我国是石油资源相对贫乏的国家，2007 年原油进口量达 1.68 亿吨，对外依存度过高，给国家整个经济安全带来严重不稳定因素，假如有 20%的家庭用车改为小型纯电动汽车， 每年节省的燃油消耗是巨大的。3) 实现我国汽车工业可持续开展纵观我国汽车工业，近几年出现了井喷式增长，汽车年产量近期有望突破1000 万辆。但我们

12、也应当看到，在传统燃油汽车领域，我国与世界兴旺国家的差距依然巨大，在发动机、变速箱 与汽车电控等关键技术领域仍受制于人。 从可持续开展和技术跨越的角度大力开展小型纯电动汽 车对于提升我国汽车尤其是乘用车产业核心竞争力具有重要的战略意义。4) 可回收利用的能量多 2对电动汽车而言，很容易利用电动机反转时发电的功能回收制动或下坡时的能量，从而使汽 车的续驶里程增加、经济性提高。近年新开发的电动汽车都具有下坡、制动或减速时的能量回收 系统，具有能量回收系统的电动汽车的续驶里程可增加10%15%。1.2. 国内外研究现状和开展趋势1991年美国三大汽车公司签订协议，合作研究电动汽车用的先进电池，成立美

13、国先进电池联合体 USABC Uni ted States Adva need Battery Con sortium ，同年 7 月美国电力研究院 EPRI（Electric Power Research Institute）参加了美国先进电池联合体，10月布什总统批准了 2.26亿美元拨款资助此项研究。通用汽车公司与1990年在洛杉矶展出“冲击Impact牌电动轿车，该车采用铅酸电池与高新技术。从此掀起了一个以高新技术为根底、得到各国政府大力支持的、世界性的电动汽车研发热潮2。截止到1998年底，全世界有9个大型汽车厂10种纯电动汽车投入小规模生产， 如表1-1所示：表1-1国外10种纯电

14、动汽车的根本情况8年份生产厂商车型1994:日本大发汽车公司电动微型面包车 Hi-Jet EV1995法国标致雪铁龙公司电动4座小型轿车P106.SAXO与其客货车1996美国通用汽车EV-11996日本丰田公司电动5座小型轿车 RAV4EV氢镍）1996日本丰田公司电动4座小型轿车Plus（氢镍）1996法国雷诺公司电动4座小型轿车Ctio（铬镍电池）1997美国福特公司电动2座轻型皮卡（客货车）Ramger1997美国克莱斯勒公司电动4座小型轿车Epic1997美国通用公司电动2座轻型皮卡S-101998日本日产公司电动4座轻型轿车Aitra近些年来，致力于纯电动汽车研发活动中的企业，不仅

15、有Heuliez、三菱、富士重工、通用这样的汽车企业，也有属于电力系统的法国电力公司、东京电力公司，以与东芝、日立、东洋电机、三洋电机、旭化成、NEC等机电跨国公司。2001年，法国电力公司和博洛尔集团Group BOLLORE成立了一个联合子公司 BatScap，开发了采用高性能聚合金属锂蓄电池 LMP的电动蓝色轿车Blue car丨；2005年5月，日本三菱公司推出了属于世界首创的交流电动轮轿车第二代纯电动轿车一一运动型小马Colt丨牌5人座的低中级电动轮轿车；通用在2007某某国际汽车工业博览会推出新款雪佛兰 Volt概念车，采用了最新研发的E-Flex动力推进系统。虽然我国汽车工业相对

16、落后，但近些年也得到了飞速的开展。国内企业从事纯电动汽车研发、少量产业化生产与试运营的有东风、某某清源、理工科凌、比亚迪等企业。2006年，我国第一批纯电动轿车取得了产品准入公告。东风公司是国内最早从事电动汽车研发的汽车企业之一，开发 了游览车、多功能车、工业专用车和高尔夫球车等4大系列、近20个品种的纯电动车，包括东风纯电动轿车 EQ7160EV、纯电动富康轿车 EQ7140EV、纯电动客车EQ6690EV等；十五" 期间，国家863计划电动汽车重大专项项目中纯电动轿车研制点之一在某某汽车。某某市电动车辆研究中心与某某一汽产品开发中心联合众多汽车技术研究中心与大学资源，组建某某清源

17、电动车辆某某公司，承当863计划重点项目“ XL -2纯电动轿车'研发工作，各项技术指标达到了国际先进水平，全车总重1600公斤，最高时速达到140千米/小时，续驶里程超过 260千米，0千米/ 小时50千米/小时的加速时间6.8秒，被认为是国内水平最高又最接近产业化的电动车型；同 时，理工大学作为整车总体单位承当了863电动汽车重大专项“纯电动客车项目'，作为技术依托单位承当了市科技奥运电动汽车特别专项“电动汽车运行示X、研究开发与产业化"等项目。已完成纯电动低地板公交车、纯电动中巴客车、纯电动旅游客车、纯电动超低地板公交车等四种 车型的整车开发、型式认证和定型设计

18、，并进展了40余辆的小批量试生产，各项动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已达到或接近国际水平；著名电池制造商比亚迪在动力电池方面的研 究成果一直处于世界的前沿，该公司最新研发的车用产品的充电时间已缩短到89小时，最高续驶里程可达 450500公里，最高时速可达120180公里/小时，0100公里/小时加速时间小 于13秒。图1-1丰田纯电动概念车 AEV图1-2比亚迪e6纯电动crossover车型9在电动汽车产品开发中，采用多电机进展车轮独立驱动相对于单电机驱动而言，简化了机械传动 系统，提高了驱动效率，能够充分利用车载能量来提高续驶里程；结构紧凑，提高了空间利用率;可通过驱动轮的电子差速

19、改善车辆的行驶性能，容易实现底盘的电子化和主动化。鉴于以上优点,车轮独立驱动已经成为国内外的一个研究热点。近几年，国内外很多高校、 科研院所和企业都陆续开展了这方面的研究，取得了一定的成果，相应的概念车也已问世。在国外，日本的庆应义塾大学、丰田、本田、日产、三菱等公司、美国 通用公司、法国 TM4公司、标志雪铁龙公司、德国大众奥迪公司、西门子公司、英国贝姆勒公 司等等，分别开发了多种形式的车轮独立驱动汽车。在国内，同济大学、理工大学、某某工业大 学、清华大学、比亚迪汽车公司、三环通用电气公司、中船总公司724研究所和蓝天之星复合材料应用技术研究所等单位也都进展了类似电动汽车的开发。但是，由于车

20、轮独立驱动系统结构复 杂和控制策略不够完善，各国目前所开发的高速乘用车都处于概念设计阶段，真正实现产业化的 主要是包括场地车和工程车在内的低速车辆。在未来30年里，纯电动汽车和混合电动汽车都将会市场化，并且会占有各自的市场份额。 纯电动汽车适合于特定的市场，如社区交通、电价廉价、使用方便的地区和零排放管制的城市； 而混合电动汽车如此适合于长途运输。纯电动汽车和混合电动汽车市场化的速度最终主要取决于它们各自的价格。在未来 20年中燃料电池车的商业化速度也会加快，因为只有燃料电池车载续驶里程和性能方面与燃油车相媲美 1 。1.3. 存在问题 1 41、初始本钱高目前纯电动汽车的价格一般为同级燃油汽

21、车的 25 倍。当然生产规模扩大后，会有一定幅度的降 低，但仍难以达到燃油汽车的水平。混合动力汽车价格明显高于同级别的燃油汽车。为了降低电动汽车的本钱，人们正在努力改善电动汽车的各个子系统，比如电动机、功率转 换器，电子控制器、能量管理系统、充电器、电池以与其他辅助设施，同时对电动汽车整车系统 进展综合和优化。当然，除了对电动汽车各个子系统进展改良和整车系统进展优化外，我们应该 努力提高全球的电动汽车水平，集中东西方的力量共同解决有关电动车的一些问题，尤其是生产 本钱问题。东方一些国家如中国、印度、泰国和马来西亚能提供廉价的劳动力，而西方一些国家 如美国、德国和法国能提供资金和高新的技术。因此

22、，如果我们能综合廉价利用廉价劳动力和高 新技术的优势，电动汽车的生产本钱就会大大降低。2、续驶里程短 能量密度低是除混合电动汽车外的电动汽车存在的最大问题。目前实际使用的电池有铅酸电池、 镍基电池、常温锂电池、金属空气电池等，常见的蓄电池比能量的 X 围为 35110Wh/kg ，而汽油 的低热值为 44MJ/kg ，可见汽油的能量密度约为蓄电池的 110340 倍，即使把电动机的工作效率 高于发动机这一因素考虑在内，两者之差也相当悬殊。为解决这一问题，现在各国都在积极研发 一些先进的电池，并采用了其他辅助设施来改善电动汽车的续驶里程。3、必须重新建设根底设施 为了克制蓄电池充电时间长的问题，

23、需要在停车场或车库建设类似燃油汽车加油站的快速充电 站，氢燃料电池汽车如此需要解决氢的来源问题和建设加氢站等设施。第二章总体方案设计纯电动汽车的组成如图 2-1所示。纯电动汽车主要由三个子系统组成：电力驱动系统、能源 系统和辅助系统。电力驱动子系统包括电子控制器、功率转换器、电机、机械传动装置。能源子 系统包括能源与能量管理系统。辅助系统包括助力转向单元、温控单元和辅助动力供应单元等。 图中，双线表示机械连接，粗线表示电气连接，细线表示控制连接。每根线上的箭头表示电能或 控制信息的流向。图2-1纯电动汽车的根本结构2.1. 蓄电池的选择蓄电池作为电动汽车的能量源，要求其具有高的比能量和比功率，

24、满足车辆动力性和续驶里程 的需要，还应具有与车辆使用相当的循环、高效率、良好的性能价格比与免维护性。可用于电动 汽车的蓄电池归类为铅酸电池、镍基电池、金属空气电池、钠B电池和常温锂电池等。在众多电池中，磷酸铁锂电池由于它超常的使用、安全性、大电流快速充放电、耐高温、大 容量、无记忆效应和绿色环保等优点，逐渐成为动力电池的佼佼者，表2-1为磷酸铁锂动力电池性能与与其他电池性能的比拟。因此，此设计采用磷酸铁锂动力电池作为其能量源。2.2. 电动机的选择与布置方案纯电动汽车是利用电机将电能转化为机械能来实现驱动的。电机的种类多、用途广、功率覆盖面非常大。车辆行驶的路面工况较复杂，所以作为纯电动汽车用

25、的电机的功率必须要适应这种 复杂工况的要求。其性能要求有：较大的起动转矩来保证纯电动汽车的良好的起动和加速性馳鸟7蛀豐41:丿丿屯也為煞蚩趙忒h咤泄復丸电他人曲鼠沁了丘21,2V工3.0a 07 3V单tutra130130131)加it 4 h g90-110eoiD创炳Th/kr2S0 -300HO -210220 -240fi/l盘触电車0 5S.Q0.5-LScm电龍120.3CnAL55102C n A慣训弋惟就歌尸串10203CnA(Wi)85S<50%1 CsA弋电5002 CiA放电去帧盘电町斤的>m1 CbU 电却曲10 it5 C*A故电安全有可能檢册fl可齢趣

26、-瓯鼬:能;较宽的恒功率X围，保证纯电动汽车具有高速行驶的能力，电机的过载系数应达到2-3倍;较大X围的调速功能，在低速时具有较大的转矩，在高速时具有高功率，能够根据驾驶员对加速 踏板的控制，随即地调整纯电动汽车的行驶速度和相应的驱动力：电机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能轻：电机的可靠性好， 耐温和耐潮性能强，能够在较恶劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维修方便。2.2.1. 电动机的选择驱动电机的性能直接决定着驱动系统性能。目前纯电动汽车普遍采用的电机主要有直流电 机、感应电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四种，总的开展趋势是由通用电机向专用电机开展，由直流电机向交流电机开展。通过对纯电动

27、汽车驱动系统的效率进展比拟，直流电机的传动效率 最低，感应电机的传动效率较高，永磁同步电机的传动效率为最高。采用数字评分的方法来比拟 上述几种电机的性能，主要对电机的六个方面的性能加以评价，每个性能的得分为1-5分，表2-2给出了比拟结果。表2-2各种驱动电机性能比拟直流电动机感应电动机永磁无刷电动机开关磁阻电动机功率密度2.53.553.5功率2.53.553.5可控制性5443可靠性3545成熟性5544本钱4534综合22262523由表2-2可知，永磁无刷电机和感应电动机的综合性能较好。虽然感应电动机具有体积较小、本钱较低、调速X围宽、响应快等优点，但是由于永磁无刷电动机没有传统电动机

28、的电刷和换向 器，因此永磁无刷电动机几乎可与感应电动机竞争媲美，而且具有如下优点：1）由于电动机由高能永磁材料励磁，对于给定的输出功率，它的质量和体积能够大大减小,使得功率密度提高；2）由于转子无绕组，无铜损，其效率高于感应电动机；3）电动机发热主要集中在定子上，易于采取措施散热；4）永磁励磁不受制造缺陷、过热或机械损坏的限制，因而可靠性较高；5）转子电磁时间常数小，动态性能好。综上所述，此设计初步选用永磁无刷电动机。在永磁无刷电动机中，由于永磁同步电机（PMSM）在效率、功率密度和低速转矩方面的突出优点使它非常适合应用于多电机独立驱动，故初步定为 永磁同步电机。2.2.2. 电动机的布置方案

29、在电动汽车中，一种是采用单个电动机驱动车轮，另一种是采用多个电动机一起单独驱动每 一个车轮。单电机结构的优点是：由于只用一个电动机，它能最大限度的减小型相应的体积、质 量与本钱。而多电机结构能减小单个电机的电流和功率的额定值，并能均衡电动机的尺寸和质量。单电机和双电机结构的比拟如表2-3所示。表2-3单电机和双电机结构的比拟单电机结构双电机结构本钱较低较高体积笨重分散质量集中分散效率较低较高差速方式机械式电子式因此，本设计采用双电机独立驱动方案。2.2.3. 电动机的减速装置通常对于电动汽车的减速装置分为固定速比和可变速比变速传功两种，它们的优缺点如下表2-4所示。表2-4固定速比与可变速比变

30、速传动的比拟固定速比可变速比电动机额定值较高丁较低逆变器额定值较高较低本钱较低较高体积较小较大质量较低较高效率较高较低可靠性较高较低由表2-4可知，固定速比变速器性能优良，是可变速比变速器不能比拟的，实际上，现在几乎所 有的电动汽车都采用固定速定齿轮减速器。因此，此设计也采用固定速定齿轮减速器。2.2.4. 电驱动的结构形式双电机独立驱动，且电机轴与驱动轴相互平行的电驱动系统的结构方案主要有如下几种形式:1) 双电机整体驱动桥式，如图2-2所示。2) 直接驱动式电动轮，如图 2-3所示。3) 带轮边减速器式电动轮，如图2-4所示。图2-4带轮边减速器式电动轮上述三种方案各具优缺点，由于此车桥的

31、设计只对匹配车型进展小X围的改动，电驱动车桥性能和基型轿车驱动车桥保持兼容性传动轴与车轮局部根本不变，所以选择第一种方案。这种独特的驱动系统可以有效解决空间布置难题，适合装备独立悬架的汽车，减少传统汽车 的电动化改型的难度；车桥采用断开式结构，驱动系统结构采用双电机相向布置型式，双减速器成为大单一总成，结构紧凑；在具备双电机独立驱动优点的同时，电机和减速器固定到车架 身上，全部变为簧载质量，防止了轮毂电动机驱动所带来的缺陷，有利于改善车辆的动力学性能； 采用二级减速器，能有效减小传动部件尺寸，方便整车布置，且可以选用高速电机，降低电机本 钱和质量，并提高系统可靠性；可以比拟方便的在减速器中参加

32、防滑装置，提高车辆在复杂路面 的通过性，并可减少双电机协调控制的复杂程度；容易扩展为四轮驱动，充分发挥车轮的路面附 着能力。图2-5车桥总体方案示意图综上所述，最终方案如图2-5所示，采用两台永磁同步电机作为动力源，依靠两套减速齿轮组分别进展减速，用短半轴驱动车轮旋转，以高能量锂离子动力电池作为电源。采用中间齿轮减 速器，在获得较大的减速比的同时缩小传动系统尺寸，可以为电机和半轴的合理布置提供足够的 空间，也有利于提高最小离地间隙。该系统非常适合作为前轮驱动装置，对于电动车辆而言，转 弯时采用前轮驱动比后轮动力系统驱动效率可以提高20%以上，能够充分利用电动车辆的车载能量，提高续驶里程，节约本

33、钱30;此外，还可以利用传统内燃机车辆的车身结构，在对传统前置 前驱内燃机车辆进展改装时，原如此上只要移除现有驱动系统，用所设计的系统进展替换即可。由于电动机和减速器安装在发动机舱内，使其全部变为簧载质量，有利于改善车辆的操纵性和平 顺性，方便整体布置和车身造型设计，降低开发本钱。第三章 电驱动性能和动力性能匹配计算电动车辆驱动系统参数匹配不仅要根据给定的车型、预期性能和目标工况，而且要根据根本的控制策略，在保证整车动力性的前提下，以经济性为主要目标进展优化计算31。目前，由于适用于电动汽车的电机种类较少，所以，应首先确定驱动轮应提供的功率、转矩和转速，再进展电 机的选取，根据电机转速特性确定

34、减速器的减速比，最后进展电池组参数的选择。表3-1是电驱动性能和动力性能匹配计算的参数选择。表3-1根本参数参数数值整车质量m / kg1100车轮滚动半径r / m0.283风阻系数cd0.33滚动阻力系数f0.015旋转质量换算系数1.03迎风面积A/m21.95传动系统机械效率0.9412电动机与其控制器效率mcIT1U0.90蓄电池的平均放电效率d0.953.1. 驱动轮所需的功率和转速从保证车辆预期的最高车速来确定需求功率Pemax3600Cd A761402Vmax )(3-1)式中，F> 驱动轮应提供的最大功率；vmax 车辆最高速度；m 整车质量；g 重力加速度，取 9.

35、8 ；f 滚动阻力系数；Cd 空气阻力系数；A 迎风面积。驱动轮应提供的最大功率 Pmax要满足车辆起动、加速、最高车速、最大爬坡度的综合要求。 当 Vmax 138km/h 时Pemax 30.182kW如此取Rmax 32kW每个驱动轮所需的最大功率为16kW，相应转速为np 11294.14r/ min驱动轮应提供的转矩可以由应提供的功率和转速求得。32驱动电机参数确定由上可知，电机的最大功率为16kW电动机的最大转矩为16Tmax 9549 Pmax / n p 954990N m (3- 2)1700结合现在试验车中所装的电动机技术参数并考虑最咼车速vmax对应的电动机转速n vma

36、x为其最高转速nmax的90%95%。初步确定电动机的根本技术指标，如表3-2所示。表3-2电动机的根本技术指标最大转矩 Nm90额定转矩 Nm30峰值功率kW16额定功率 kW8最高转速 rpm6300额定转速 rpm2550电动机功率特性曲线，见图3-1。18w 10161412864210002000500060007000图3-1电动机功率特性曲线30004000n/ ( r/min)r峰值功力率/fJ额定功力率/ /电动机功率特性电动机转矩特性曲线，见图3-2。电动机转矩特性' 最大车令矩L、额定转矩90807060403020101000200050006000mN 500

37、3-23.3.减速比确实定n r由公式 Vmax 0.377 -maX-得ii0.377nmax-0.377vmax6100 0.283138.8max30004000n/ ( r/min)电动机转矩特性曲线4.689 (3- 3)电机最大转矩还要满足地面附着条件的要求，即mg r2i1100 9.8 0.6 0.2832 4.689 0.9412207.38 N m (3- 4)式中，为地面附着系数，取0.6。3.4.动力性分析驱动力:FTi_ 4.689 0.9412Tmt r0.283行驶速度：15.5946Tm (3- 5)7000lC O Q O i*%v 0.377 0.377 0

38、.0228 n(3- 6)i4.689行驶阻力计算如下：滚动阻力：Ff G f 1100 9.8 0.015N161.7N (3- 7)空气阻力:2Cd Av21.150.33 1.95v221.1520.03043v (3- 8)爬坡度:Ft tan arcs in (3- 9)加速度：du1 raFtFf Fw (3- 10)dtm1)驱动力一行驶阻力平衡图，见图3-3。300025002000150010005000驱动力i- _ _ _"行驶阻力uamax=138.67km/h驱动力-行驶阻力平衡图10050ua/ ( km/h)150图3-3驱动力一行驶阻力平衡图结论：由图

39、可知，最高车速为 2)爬坡度曲线，见图 3-4。138.67km/h。爬坡度图曲线图302520% 1510204060 80 ua/ ( km/h )100120140图3-4爬坡度曲线结论：由图可知，最大爬坡度为25.31%。3）加速时间计算与加速度倒数曲线，见图3-5a、图3-5b、图3-5c。18<0/ 数倒度速加1/加速度倒数曲线161412108642204010060 80ua/ ( km/h)120140图3-5a加速度倒数曲线a/ 数倒度速加/1/a10.4380.4360.4340.4321030350.430.4284014012010080604020401001

40、200152025ua/ ( km/h )2 a/ 数倒度速加图3-5b 0-1700r/min时加速度倒数曲线ILL1/a2，.厂转速从1700到6000r/min时加速度倒 数曲线2060 80ua/ ( km/h140图3-5c 1700-6000r/min时加速度倒数曲线mVn 1 Vne3.6 36002如此续驶里程；3E 103600mcq 0.7(3-12)结论：050km/h的加速时间为 5.9916s；5080km/h的加速时间为 6.7037s。电动汽车在平均车速下，克制行驶阻力的单位里程消耗的能量为:772 10论分°e 0.096586kWh/km式中，me

41、电动机与其控制器效率； q蓄电池的平均放电效率；F汽车匀速行驶情况下总的驱动力。当电动机转速为1700r/min时，汽车达到经济转速 38.68km / h ,F 207.223N ,汽车以此 速度匀速行驶时，续驶里程为E 103 3600 me 0.7 qSkm(3- 13)F316 103600 0.9412 0.9 0.7 0.95,km207.223156.58km3.5.电池组参数的选择:整车电压：V 144V单位质量容量：e 80Wh / kg单位里程消耗：e 0.096586kWh/km要求：续驶里程：S 150km如此，电池充满后的总能量为E S e 0.096586 150k

42、W h 14.4879kW h(3- 14) 取E 16kW h能量源的容量为E 16eeAh 111.11Ah (3- 15)V 144电池重量为E 16mkg 200kg (3- 16)e 80第四章 主减速器的根本设计4.1. 减速比的分配如图4-1所示的二级圆柱齿轮减速器的传动比最优分配模型18。总传动比为i，设齿轮分度圆直径依次为d2、d3、d4，且i1 i2 i。中心距：1 A -(d1d2) (d3 d4) (4- 1)2并给定条件 d3 ad1，这在结构中常常这样选定，而强度由模数和齿宽来调整。因i1 d2/d1， i2 d4/d3,如此：1A d1(i1 ai2 a 1) (

43、4- 2)2因 i2i/i1，故:1 aiA d1(i1a 1) (4- 3)2 i1当i； ai时，A取得最小值，减速器结构最为紧凑。但在实际设计齿轮的过程中d1ftd3不可能恰好相等，故可将二者设计的近可能相近。因此，此处可使i1i22.16544.2.主减速器齿轮的根本设计17 20 21 224.2.1. 轴的运动和动力参数的计算1. 各轴转速nm(4- 4)n3nmiinmnm2.1654(4- 5)nm4.689(4- 6)式中，nm为电动机转速。2. 各轴输入功率R Pn 16kW (4- 7)pPN 12 16 0.99 0.98kW 15.5232kW(4- 8)2 2 2

44、2Ps Pn12 16 0.990.98 kW 15.0606kW(4- 9)式中，1 轴承传动效率，取1 0.99 ；2 齿轮啮合传动效率，取20.98。3. 各轴输入转矩P1T 9549 - (4- 10)T29549(4-11)门2T39549(4-12)4.2.2. 轴直径的初算和轴承的初步选择1、轴径的初步选择初选轴的材料为 40Cr。1) 第一轴：d1 A03色 97 J-mm 20.48mm(4- 13) ：. 1700由于此轴同一截面上开有一个键槽，轴径应加大3%,如此:考虑到与电机输出轴的配合情况，圆整得:d1 30mm2) 第二轴：,'p'15.5232d2

45、Ao3j2 97 V 2.1654mm 26.23mm(4- 14) n2. 1700由于此轴同一截面上开有两个键槽，轴径应加大7%，如此:d226.23 (17%)mm28.07mm圆整得：d230mm3) 第三轴：PT/15.0606d3 Ad3 397 3 4.629mm33.59mm(4- 15)£X 1700由于此轴冋一截面上开有-个键槽，轴径应加大3%，如此d333.59 (13%)mm34.6mm圆整得：d3 35mm2、初选轴承初定选用圆锥滚子轴承。第一、二、三轴所用圆锥滚子轴承型号分别为30206、30206和30207。4.23齿轮的设计和计算17减速器要求结构紧

46、凑，故采用硬齿面齿轮传动；由于短时双向运转，轮齿弯曲疲劳极限应力 应乘以0.9 o一 高速级齿轮设计计算1选齿轮材料、热处理方法并确定许用应力参考表4-1初选材料小齿轮：17CrNiMo6，渗碳淬火，齿面硬度5462HRC ;大齿轮：17CrNiMo6，渗碳淬火，齿面硬度5462HRC。EF11050MPa,EF21050MPa根据小齿轮齿面硬度 58HRC，大齿轮齿面硬度 58HRC，按图4-6ME曲线查得齿面接触疲劳极限应力如下：Hlim1 1650MPa, Hlim2 1650MPa。根据图4-7ME曲线查得轮齿弯曲疲劳极限应力如下:根据图4-8a查得接触系数为：ZN10.92, Zn2

47、 0.96根据图4-8b查得弯曲系数为：YN10.89, YN20.92其中:N160 n1th60 1 6000 10 260 87.488109(4-16)N260 n2th60 1 6000 10 260 8/2.16543.46 109(4- 17)-HlmlZN1 1650 0.92MPa1380MPa(4- 18)Sh1.1再查4-3,取安全系数如下：SHlim 1.1、SFlim1.4，于是H2Hlim 2 zZ N216500.96MPa1440MPa (4- 19)Sh1.1EF1EF1 YN110500.89 0.9MPa 600.75MPa(4- 20)Sf1.4H1EF

48、2竺Zn210500.92 0.9MPa 607.5MPa (4- 21)Sef1.42分析失效、确定设计准如此由于要设计的齿轮传动是封闭在减速器箱体内的，属闭式传动，且为硬齿面齿轮，最大可能的失 效是齿根疲劳折断；也可发发生齿面疲劳。因此，本齿轮传动可按轮齿的弯曲疲劳承载能力进展 设计，确定主要参数，再验算齿面接触疲劳承载能力。3.按轮齿的弯曲疲劳承载能力计算齿轮主要参数设计式为：mn2KT1 cos2 Yf3；dzc(4- 22)确定计算载荷小齿轮转矩9549Pl 9549N mn1170089.87N m(4- 23)KT1 KAK K KvT1 (4- 24)查表4-7初选，考虑本齿轮

49、传动是斜齿圆柱齿轮传动，电动机驱动，载荷有轻微冲击，轴承相对齿轮不对称布置。取载荷系数K=1.4查齿宽系数查表4-11,硬齿面取 d 0.31di初选乙 17, z2 i1z1 2.1654 17 37,28，如此zv1 17 cos317 cos3 2824.698 (4- 25)查图4-16，得两轮复合齿形系数为Yf14.17,Yf23.97由于Yf14.170.0069YF23.970.0065，将齿轮1参数代入计算，：F1600.75F 2607.5是22KT1 cosYf32 103125.818cos 284.17mn3 一2 一-3.mm 2.477m mVdZ1f0.31 172600.75Zv