超级电容纯电动公交车动力匹配与传动装置

1、摘要 电动汽车是21世纪的知名技术。它是这个时代最受政府和公民欢迎的交通工具。因此,大多数国家都支持电动汽车淘汰化石燃料汽车,因为根据CNEV (中国电动汽车)的电动汽车优势,电动汽车具有尾气超低排放甚至无尾气排放、加速速度快、噪声低等优点,而最重要的是电动汽车的普及可以大幅减少化石燃料的使用和提取。自2015年巴黎气候大会以来,世界各国都在实施减排措施。电动汽车是一种值得推广的新型交通工具。本文首先介绍了电动汽车的基本概念和特性,分析了近年来电动汽车的发展和应用情况,包括民用,即可以供公众使用的设施和非民用,即不能像军用那样供公众使用的设施。对电动汽车产业发展中遇到的困难和电动汽车未来发展趋

2、势也进行了探讨。本项目的主要目标是对混合储能系统进行控制,以增加某电动汽车电池源的寿命和性能。这可以通过利用功能强大的超级电容来满足电动汽车的峰值功率需求来实现。当加速突增时,峰值功率需求增加,因此当放电突增时电池寿命降低。为了克服这一缺点,基于超级电容的辅助储能系统应运而生。关键词：电动汽车; 电动发动机; 新能源；超级电容Abstract Electric vehicles are a well-known technology in the 21st century. It is the most popular transportation tool for the governmen

3、t and citizens in this era. Thus, most countries support to phase out fossil fuel vehicles with electric cars because according to the CNEV (China Electric Vehicle)s “The Advantages of Electric Vehicles”, electric vehicles have various benefits such as ultra-low emission of off-gas or even no off-ga

4、s, fast acceleration, low noise, and most importantly, the spread of electric vehicles could drastically reduce the use and extraction of fossil fuels. Since the 2015 Climate Conference in Paris, countries around the world have been implementing measures to reduce carbon emissions. Electric cars are

5、 a new means of transportation worth popularizing. This paper first introduces the basic concepts and properties of electric vehicles and analyzes the development and application of electric vehicles these years, including civil which means the facilities that can be used by the public and non-civil

6、 which means the facilities not accessible to the public like military. The difficulties encountered in the development of electric vehicle industry and the future development trend of electric vehicles are also discussed.This main objective of this project is to control the hybrid energy storage sy

7、stem in order to increase the lifetime and performance of an electric vehicle battery source. This can be achieved by utilizing the powerful super capacitors in order to satisfy the peak power demand in an electric vehicle. When there is sudden raise in acceleration the peak power demand raises and

8、hence the battery life gets reduced when there is sudden peak in discharge. In order to overcome this drawback, the super capacitor based auxiliary energy storage system comes into the role.Key words：Electric vehicle ; electric engine ; new energy ；super capacitors目录1概论41.1 发展电动公交车的意义41.2 电动公交的发展概况4

9、1.3 电动公交的市场潜力61.4 电动公交的长远战略意义62 本次设计题目的要求及设计参数选择与分析72.1设计目的和要求以及总体构想72.2 超级电容电动车的基本原则及设计参数的收集73超级电容纯电动公交的电容选择103.1 电动车性能的计算比对103.2 超级电容匹配设计123.3 运行工况对行驶性能的影响123.4 本章小结124超级电容电动公交各参数的确定134.1电动公交电机的选择134.1.1 电机类型的选择134.1.2 电机参数确定及型号的选择145 低速电动车的动力装置的传动方案155.1 纯电动汽车传动方案的分类155.2 电动汽车传动方案的选择166 主减速器的设计16

10、6.1 主减速器方案的选择166.1.1 主减速器传动比的确定166.1.2 主减速器的结构方案176.2 主减速齿轮计算载荷的计算186.3 主减速器齿轮参数的选择196.4 主减速器锥齿轮的强度计算226.5 主减速器齿轮材料的选择及处理方式257 普通圆锥齿轮差速器设计257.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理257.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构277.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计和计算277.3.1 差速器齿轮的基本参数的选择277.3.2 差速器齿轮的几何计算297.3.3 差速器齿轮的强度计算307.3.4 差速器齿轮的材料318 轴的设计计算318.1 驱动半轴的

11、设计318.2 联轴器的设计34结束语35参考文献36致谢371概论1.1 发展电动公交车的意义近年来,我国交通业的飞速发展,导致我国能源消耗危机和环境污染问题的加剧,但这也为电动汽车的诞生和汽车产业,以及能源安全和低碳经济的长足发展带来新的增长动力。同时重型车辆（MHDV）的电动化正在兴起。公交车、运货卡车、物流卡车和其他中重型车辆车队不断增长，而这些进步将让所有类型的电动汽车的制造商和用户受益。 社会在不断发展,通过开发和消耗大量能源来满足快速发展的社会的需要,正在引发全球能源危机。大量能源消耗产生的废气和废物造成水污染、土壤污染、空气污染和全球变暖,严重破坏生态环境。电动汽车的

12、发展越来越快,市场越来越成熟,智能电网的建设也为电动汽车的发展提供了条件。因此在燃油汽车风行，污染日益严重的今天，为了长期可持续发展，改善空气质量，国家政府实行了很多鼓励新能源汽车开发的政策。而当今新能源汽车开发的主流便是电动汽车，我的设计课题便是电动公交车。公交车作为城市交通的核心，每天都处于一个长时间运营的状态。而对于这种长时间运营，电能便成为了一种可发展的能源，新能源城市公交车在公众绿色出行方面发挥了前所未有的作用。1.发展低速电动汽车是汽车工业发展的必经之路电动汽车产业化是一个庞大、复杂的系统性工程，具有长期性、系统性、渐进性的特点。当前积极推广低速电动汽车，有利于带动电动汽车产业技术

13、升级，有利于带动我国汽车技术水平的提升，是汽车工业发展的必由之路。我国处于电动汽车发展的关键时期，积极推广与倡导需求量最大、技术上发展障碍小的低速电动汽车，可以有力扩大电动汽车的产业规模，带动零部件关键技术的产业化，带动“电池、电机、电控”等关键技术的产业化，进而促进“高端”电动汽车的发展，是一条实现电动汽车快速发展的战略途径。2.发展电动车是缓解石油短缺的重要措施绿色技术创新是迎接新一轮技术革命的重要举措和解决我国现实生态环境问题的重要支撑。基于20032018年中国278个城市样本数据所构成的空间杜宾模型，对绿色技术创新影响城市碳排放的空间效应展开回归分析，并进一步将空间效应纳入中介效应模

14、型，对绿色技术创新影响碳排放的具体路径进行检验，结果表明：我国城市间碳排放呈现出显著的空间相关性和“空间俱乐部”趋势；绿色技术创新表现出显著的城市碳减排效应，且绿色技术创新可以通过结构优化效应和节能效应对碳排放产生间接驱动作用。因此，要进一步激发绿色技术创新在我国节能减排战略差异化布局中的引领力，构建城市间绿色技术创新与节能减排政策的协同联动机制，形成绿色技术创新链、产业链和资金链深度融合的创新生态系统。 1.2 电动公交的发展概况就我国交通现状而言,我国城市交通拥堵的问题大规模出现,而电动车以环保、节能、性价比高的优势脱颖而出,便捷高效畅通已逐步成为老百姓短距离出行的第一选择,摩托

15、车相比于电动车虽然有不少优势,但由于各个城市不断加强对机动车管制的政策,已经逐渐被电动车所取代。加之随着电动车核心技术的突破,交通工具发展历程到了电动车逐步代替燃油车的过渡阶段,这意味着未来将会开发出不同的电动汽车、电动公交车等投放市场。目前在公交领域使用的电动车是传统的无轨电车。无轨电车的最突出优点是零排放、低噪声、加速平稳、起动快、爬坡性能好。因此它享有“绿色城市公共交通工具”的美誉。但是无轨电车的最突出缺点是视觉污染、机动性差和公交线路的布局困难，也称为“三大公害”。由于技术上的原因，无轨电车的缺点长期未能有效克服、优点也未能充分发挥，从而导致我国无轨电车行业的徘徊与萎缩。超级电容技术的

16、进展为无轨电车的技术改造奠定了非常重要的基础。由于采用了快速充电技术，使公交电车上配置的超级电容数量大大降低，使公交电车成本适中、重量轻、载客量大，超级电容公交电车的性能价格比能够被市场所接受，将成为新一代城市环保公交车辆的首选车型，有着巨大的社会效益、经济效益与环境效益。从现代汽车能源技术发展的历史,可以总结出涉及需求驱动、对效率优化的追求、技术局限性、革新壁垒、政策的5种历史维度,是推动汽车能源技术历史选择和发展的重要力量。电动汽车在汽车历经百年发展后,成为目前各发达国家和新兴经济体关注的焦点领域,包括我国在内的美、日、德、法等国家都推出了各种优惠措施推进本国电动汽车产业和市场的发展,取得

17、了一定效果的同时也面临很多亟待解决的问题。针对我国电动汽车未来的发展,需要从引导需求、技术进步与宣传、灵活的市场化手段、多种体制企业共同发展和探索政策的长效机制等方面进行战略规划。随着智能手机的全球普及，以互联网和大数据带来的冲击力以及共享出行模式的崛起，都对传统的车型造成了一些影响。当前的电动车正在向长续航里程方向发展，BEV使用群体和使用工况也发生了相应的变化。长续航电动车的发展对动力电池的需求发生了变化。为了满足电动车的发展趋势，动力电池就需要根据不同工况及使用条件的整车性能要求，设计出能够匹配整个车性能的动力电池系统。1.3 电动公交的市场潜力就公交而言，作为一座城市交通枢纽的核心，超

18、级电容公交是一种新型的适用于目前城市交通条件下的交通车辆，电容公交车以超级电容作为储能装置，在候车站设置充电电源及充电触线，并配有电源管理系统与公交车站经艺术造型后融合在一起，缩小了空间。由于公交车的特点，使得公交车作为交通枢纽的核心的同时也成为了城市污染的主要来源，因此需要一个可替代的能源。而电能便成为了一种不错的选择。与之相近的便是无轨电车，但是无轨电车有着一种先天性的缺陷，就是路线只能被先前设定好，而且存在着视觉污染。但是如果把这种电能装置移动到城市的电动公交上便有着很高的潜能。在全球气候变暖以及能源危机的形势下，发展电动汽车成为世界各国节能减排的重要措施。现阶段，我国电动汽车已经进入产

19、业化阶段，但是在实际运行过程中还存在各种问题，需要不断改进。我国纯电动汽车在发展过程中所面临的技术环境、车企的经营现状、销量以及各类型电动车的发展现状进行了分析，从中找出制约我国纯电动汽车发展的问题以及成因，并提出对应的解决措施，最后对我国纯电动汽车的发展趋势进行预测分析，旨在更加深入地认识我国纯电动车产业的发展现状，为我国纯电动汽车的发展提供参考。1.4 电动公交的长远战略意义高质量发展时代下,公共交通与智能网联、高新技术的结合成为城市交通发展的主流趋势。为实现对纯电动公交车更高效率的安全管理,文章重点分析了电池、电机、整车控制器和车辆工作性能之间的关系,确定了纯电动公交车行驶过程中需要被监

20、控的安全技术参数,构建了BP神经网络安全评价模型,最终基于5G高速度、低时延的特点设计了一种以5G通信技术为核心的远程监控系统,不仅可以提高数据采集的准确性与数据传输的高效性,还可以实现较为综合全面的安全监控,保证车辆的行驶安全性与可靠性。在这样一种大数据时代，显然电能公交更加复合这一时代，在各种能源的再利用方面，电动公交也是这一个时代的城市标志。2 本次设计题目的要求及设计参数选择与分析2.1设计目的和要求以及总体构想 本次毕业设计我的题目是超级电容纯电动公交动力匹配与传动装置的设计。老师所给题目的要求以及数据如下:使用超级电容为电源的纯电动公交车。具体数据：车辆载客<50人；车速&l

21、t;70km/h；爬坡度<20%；续驶里程10km 对于本次设计的构想。这次毕业题目简单明了，主要要求就是能合理的安置电动机以及其他传动元件。本次设计大体思路还是比较简单明了的，其难点在于以前自己所学所做都是“现成的实体”或者是图，而这次需要我自己来想象设计。本次设计我的初步构想就是，先利用现有数据来计算出所匹配的电容，转矩，来确定电机，先做电机的初步选定，其次电机选定以后还需要传动机构来传递动力到飞轮，经过资料的查找，老师的帮助我初步决定使用V带轮传动来传递电动机的输出功。接着便是传动轴和机架的设计了，在机架设计时，我参考了公交车发动机的放置以及其的传动，决定使用该车原有飞盘、离合器以

22、及变速器，后经证实其实可行的。 2.2 超级电容电动车的基本原则及设计参数的收集要保证超级电容电车一次充电后的一定的行驶距离，该距离决定了需要加载在车辆上超级电容的数目以及方式，以及充电站的设计。从车辆的性能上说超级电容公交车一次充电能行使的距离越长越好，但是实行距离受超级电容本身技术的限制。一次具有实际意义的距离的设定总是依赖于现有的可商品化的超级电容。随着技术的发展，超级电容性能的提高，其设计过程将会变得跟简单易行。需要在固定点补充能量。如果在中间站点补充能量，一般补充能量的时间不应该超过顾客在站点能够等待的心理极限。如果在起始站充电，充电时间不应超过该线路的公交车发车间隔时间。车载超级电

23、容应该具有很高的寿命以及使用可靠性。很高的使用寿命意味着超级电容在使用过程中不需要进行更换，很高的可靠性意味着超级电容在使用过程中免维护或少维护。超级电容公交车整个使用过程描述如下：超级电容电动车从始发站充满能量。始发站一定要建有充电站，以便能够利用在起点站等车的时间对超级电容进行充分的充电。减小在中途充电时间。将公交电车充电候车站附近的交流动力电源通过充电候车站用直流整流器整流成直流充电电源（或将无轨电车整流总站输出的直流电源馈线铺设在地下线管内），由充电候车站引出，作为该充电候车站的直流充电电源；超级电容快速充电公交电车停靠充电候车，利用乘客上下的时间，进行充电，单体充电电流为100-25

24、0A，充电时间一般不大于30秒；充电装置收回，超级电容公交电车驶离充电站。充电候车站的密度视超级电容数量、载荷情况及交通环境情况而定。超级电容电动汽车的基本结构系统可分为4个子系统，如图4-1所示：主能源子系统、辅助控制子系统、电力驱动子系统和充电控制自系统。具体而言，主能源子系统由超级电容器、能量管理系统构成；辅助控制子系统为汽车提供动力转向、温度控制以及辅助装置的动力供给等功能；电力驱动子系统由电子单元、功率转换器、电动机、机械传动装置和驱动车轮组成。充电控制系统由充电升降机构，主从控制器，充电器等构成。根据从制动踏板和加速踏板输入的信号，电机控制器发出相应的控制指令来控制功率转换器的功率

25、装置的通断。通过这些限制性的条件便可以做一些设计参数的搜集。根据参考文献10整理得出富康轿车整车、变速器、主减速器等一些数据如下几个表表2-1 整车尺寸（mm）长3600宽1196高2490轴距6000轮距（前）2046轮距（后）1800前悬2560后悬3400表2-2 整车限制参数（kg）整车整备质量9800座椅数/允许载人数28+1/50最大高度2500表2-3 主减速器参数主减速器传动比io4.063表2-4 变速器各档参数I档传动比3.42（41/12）II档传动比1.81(38/21)III档传动比1.26(37/29)IV档传动比0.98(39/40)V档传动比0.77(33/43

26、)表2-5 相关限制参数最小离地间隙184 最小转弯半径<=2400 接近角8离去角10表2-5作为公交车，在城市中主要以低速行驶为主，考虑到市外郊区的行驶，额定车速可以设置在70km/h。同时，在设计时也应该考虑到公交爬坡能力，这里根据要求设置20%。电动汽车在行驶中，由电蓄能装置输出电能给电动机，电动机输出功率，用于克服电动汽车本身机械裝置的内部阻力以及行驶条件决定的外部阻力消耗的功率。内部阻力通常由汽车内械装置的效率表示，外部阻力即电动汽车的行驶阻力。从分析电动汽车行驶时的受力状况出发，建立直线行驶方程式，这是分析汽车直线行驶性能的基础。3超级电容纯电动公交的电容选择3.1 电动车

27、性能的计算比对 （1）电动车的驱动力；电动汽车的电动机输出转矩 Tm ，经过减速传动装置，传递到驱动轮上的转矩 T .使驱动轮与地面之间产生相互作用，车轮对地面作用圆周加的同时，地面对驱动轮产生反作用力 F 。方向与驱动轮前进方向一致，是电动汽车的驱动力。Ft=Ft/Rw=TmIgIoa/Rw式中Ft 驱动力 Ig 变速器传动比 Io 主减速器传动比 a电动汽车传动效率 Rw 驱动轮半径 Tm 电机转矩+电动车驱动轮受力分析 Force analysis of driving wheelVa=n Rw/Io Ig（2）汽车行驶方程在坡

28、道上电动汽车加速行驶时，作用于电动汽车上的阻力有：滚动阻力 Ff，坡度阻力Fi，空气阻力 Fw 和加速阻力 Fj ，这些阻力与驱动力保持平衡，建立如下的汽车行驶方程式：Ft= Ff + Fi + Fw + Fj  式中Ft 电动车驱动力 Ff 电动汽车行驶时的滚动阻力， Ff= FG cosa= fmgcosa。m为额定工况下车的质量M按照以下计算 m=m整备 +m超级电容+m乘客 =9800+1000+50*55=13550kg, a为行驶时的坡度角；f为滚动阻力系数。在城市路面上，一般为沥青或者混凝土路面，参考文献，取0.014；

29、Fw 电动车空气阻力，Fw=0.613CdAV2, Cd为空气阻力系数，取0.6 A为迎风面积，可以按照以下估算：A=BH,B为前轮轴距，H为汽车最大高度。 Va为汽车的行驶速度，单位为m/s。Fj 电动车行驶时的加速阻力Fi 电动车爬坡时的阻力（3）电动汽车的功率平衡 以电动汽车行驶速度Va乘以3-3式两端，考虑机械损失，再经过单位换算处理可以得知Pw=1/(GfcosaVa+GsinaVa+0.613CdAVa3+mdV/dt)式中：为电动汽车电动机输出至驱动轮之机械传动装置的总效率=1*2，1为电机的效率，2为传动效率。电机效率随转数和转矩的不同而不同，在额定转速下电机效率一般比较高，取

30、电机效率1为0.88，取传动效率2为0.95。在平直公路上，以额定车速匀速行驶时功率需求为：P=1/(GfVa+CdAVa3/76410)=28.0kw最高车速行驶时功率需求为（转数高时，电机效率下降，取1为0.85）P=1/(GfVa+CdAVa3/76410)=49.0kw在20%d的坡度上起步时，以最低车速5km/h行驶所需的功率。此时电机效率比额定工况下的效率低很多，在这里取70%P=1/（GfcosaVa+GsinaVa）=62.6kw从上式可以看出，汽车在额定速度行驶中，行驶阻力主要来自于地面给轮胎的阻力，风阻占很小一部分，因此可以忽略不记。在低速爬坡时，行驶阻力主要来自于坡度阻力

31、。在选择电机参数以及超级电容参数时，应该满足这些功率需求。3.2 超级电容匹配设计 车用超级电容基本性能 超级电容电动车的设计脱离不开现有的超级电容的发展水平，因此有必要了解和对照现有的超级电容性能和参数的差异。表中列出了近几年使用的超级电容的性能参数。 表3-常用超级电容相关参数公司使用技术电容参数能量密度功率密度美国maxwell碳微粒电极，有机电解液3v，800F2700f34200400俄罗斯ESMA混合型1.7V,50000F81080100日本的panasonic碳微粒电极，有机电解液3V,8002000F34200400法国的saft碳微粒电极，有机电解液2.8V,3500F63

32、000奥威，巨容等混合型1.6V,80000F1215120180从上表中可以看出，国外的超级电容与国内的有一些差距，但是以国内公交作为目的，应该首先选用国内的超级电容，更加方便解决需求量大和价格成本方面的问题。3.3 运行工况对行驶性能的影响城市工况运行复杂，加速与制动频繁。加速过程中，电机处于低功率，大电流状态下，能量损失大；车辆减速时，只有很小一部分动能被回收，很大一部分动能还是消耗在制动过程中的效率以及热量损失上。城市工况下，这些损失不可避免。因此在行驶过程中，驾驶员在有预见性刹车时，应该尽量采用滑行策略，让所用的动能都消耗在克服地面的阻力做功上。3.4 本章小结根据超级电容的特点，有

33、了超级电容电动公交车的基本设计思路，通过分析城市工况的特点可以得到超级电容电动公交的一些基本参数，并在一些行驶的影响因素的基础上，给出了提高电动车行驶的方法。4超级电容电动公交各参数的确定4.1电动公交电机的选择4.1.1 电机类型的选择电动汽车的运行与一般工业应用不同，非常复杂，对驱动系统要求高。电动汽车应有瞬时功率大，载能力强，加速性能好，使用寿命长等特点，而且应具有宽广的调速范围，包括恒转矩和恒功率区。下面来分析下几种电机的优缺点：直流电机有刷直流电机的优点是控制简单、技术成熟。但由于存在电刷和机械换向器，不但限制了电机的负载能力和速度的进一步提高，而且长期运行势必要经常维护和更换电刷和

34、换向器。交流三相感应电机这种电机是现在应用最广泛的电机。其结构简单，运行可靠，经久耐用。功率覆盖面广，冷却自由度高。与同种功率的直流电机相比，质量轻，价格便宜，维修方便。由于交流三相感应电动机不能直接使用蓄电池供给的直流电另外交流三相感应电动机具有非线性输出特性。因此，在采用交流三相感应电动机的电动汽车上，需要应用逆变器中的功率半导体器件，将直流电变为频率和幅值都可以调节的交流电来实现对交流三相电动机的控制。主要有vf控制法、转差频率控制法。但是，交流三相感应电动机的耗电量较大，转子容易发热，在高速运转时需要保证对交流三相感应电动机的冷却，否则会损坏电动机。交流三相感应电动机的功率因数较低，使

35、得变频变压装置的输入功率因数也较低，因此需要采用大容量的变频变压装置。交流三相感应电动机的控制系统的造价远远高于交流三相感应电动机本身，增加了电动汽车的成本。另外交流三相感应电动机的调速性也较差。永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而投有 换向器和电刷组成的机械接触结构。加之。它采用永磁体转于，没有励磁损耗；发热的电枢绕组又黻 在外面的定子上散热容易，因此，永磁无刷直流 电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠维修简便。综合分析，永磁无刷直流电动机的综合性能不错，比另外两种类型的电机好，因此永磁无刷直流电动机是最为合适的电

36、机。若选用永磁无刷直流电动机。其优点有：由于没有电刷与转换器之间的转向火花的问题，电动机可高速运行，因而体积减小、质量减轻；无刷直流电机由于不存在转向器烧蚀和电刷磨损的问题，其工作可靠性高、寿命长；有刷直流电动机电刷与换向器之间的换向火花会造成对无线电的干扰，无刷直流电动机则避免了换向火花对无线电的干扰问题；由于发热的绕组安放在定子上，有利于散热，便于温度监控，易得到较高的功率密度，效率也较高；相比与异步电机极为复杂的控制，无刷直流电动机只是离散的六状态的转子位置控制，控制方法极为简单。4.1.2 电机参数确定及型号的选择（1）最高时速所需功率要选择一个合适的电机，首先要知道电动车所需要的功率

37、。电机的功率计算所需的公式如下，汽车的总重量根据表2-3查得：机械效率（这里取0.92）G：汽车总重（N）：良好路面上的汽车的行驶阻力系数（这里取0.015）：汽车车速（Km/h）：空气阻力系数（这里取0.5）：汽车迎风面积汽车最高行驶速度V=70km/h对于设计的电动公交，其总质量G=945kg，迎风面积A=1.196m*2.490m=2.98m2 ， f=0.018 ， C=0.3。我们可以得到P=46.487kw。计算最大爬坡度功率计算在上坡时需要的功率：经计算得P=86kw稳定车速，取10； i爬坡度，取20%；电动汽车驱动电机的最大功率应该同时满足汽车对最高车速、加速度以及爬坡度的要

38、求。所以电动汽车电动机的额功率为： Pe=maxPu，Pa，Pi=Pi=86kw综上所述我们选择相应型号的电机，我选取了如下属性的电机 图 4.1 表4.1 电机相关参数产地 河北品牌强东电机有限公司额定电压300600 V适用范围电动汽车，电动客车电动机名称无刷直流永磁同步电机额定功率30200 KW额定转速3500（rpm） 5 低速电动车的动力装置的传动方案 5.1 纯电动汽车传动方案的分类 根据电力驱动子系统的组成和布置形式不同，纯电动汽车可以分为机械传动型、无变速器型、无差速器型和电动轮型。 1.机械传动型纯电动汽车 它有发动机前置后驱的燃油汽车发展而来，保留了内燃机汽车的传统系统，

39、只是把内燃机换成了电动机。 2.无变速器型纯电动汽车 这种驱动系统的最大特点是取消了离合器和变速器，采用固定速比减速器，通过电动机的控制实现变速的功能。 3.无差速器纯电动汽车 这种结构采用两个电动机，通过固定速比减速器分别驱动两个车轮，每个电动机的转速可以独立调节。 4.电动轮型纯电动汽车 将电动机直接装在驱动轮内，可以进一步缩短电动机到驱动车轮之间的动力传递路径，但需要增设减速比较大的行星齿轮减速器，以便将电动机转速降低到理想的车轮转速。5.2 电动汽车传动方案的选择电动汽车选用无变速器型的动力传动方案，和传统汽车相比取消了离合器和变速器，采用固定速比减速器，通过电动机的控制实现变速。这种

40、驱动系统的结构优点是机械传动装置的质量较轻，体积较小，不需要复杂的电子控制系统。总体设计示意图如下：MMMMFGD注：M表示电动机，FG表示固定速比减速器，D表示差速器 图 5.16 主减速器的设计汽车传动系的总任务是传递发动机的动力，使之适应于汽车行驶的需要。主减速器是在汽车传动系中起降低转速，增大转矩作用的主要部件。它是依靠齿数少的齿轮带动齿数多的齿轮来实现减速，采用圆锥齿轮传动则可以改变转矩旋转的方向。6.1 主减速器方案的选择6.1.1 主减速器传动比的确定1.主减速器最小传动比的确定 (6.1） 式中， V最高车速；为70r为滚动半径；取0.35mn为电机最高转速；为3500 i为最

41、小传动比；可以得出最小传动比为6.62.主减速器最大传动比的确定 6.2） 6.1.2 主减速器的结构方案 1.主减速器齿轮的类型 与弧齿锥齿轮传动相比较，双曲面齿轮传动具有以下优点：当双曲面齿轮与弧齿锥齿轮尺寸相同时，前者具有更大的传动比；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弧齿锥齿轮有更大的直径和较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度；当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮比相应的弧齿锥齿轮的尺寸要小，从而可以获得更大的离地间隙等。双曲面齿轮传动因具有一系列优点，因而较弧齿锥齿轮的应用更为广泛。因此，电动汽车的减速器采用双曲面齿轮传动。 2.主减速器主动

42、锥齿轮的支承形式及安装方式的选择本次设计选用： 主动锥齿轮：悬臂式支撑(圆锥滚子轴承) 3.主减速器的减速形式 主减速器的减速形式分为单级减速、双级减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。减速形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，有时也与制造厂的产品系列及制造条件有关，但它主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比的大小及驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及布置形式等。由于单级主减速器结构简单、质量小、尺寸紧凑以及造价低。广泛用于主减速器比的各种中、小型汽车上。此低速电动车的传动比不大于7.6，故这次设计应采用单级式主减速器 6.2 主减速齿轮计算载荷的计算通常是将电动机最大转矩

43、时和驱动车轮打滑时这两种情况下作用于主减速器从动齿轮上的转矩()的较小者，作为汽车计算中用以验算主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷。即 (6.3） (6.4）式中：电机最大转矩64； 由主减速器传动比，取=5.02； 上述传动部分的效率，取=0.792； 超载系数，取=1.0； n驱动桥数目1； 汽车满载时驱动桥给水平地面的最大负荷12544N；但后桥来说还应考虑到汽车加速时负荷增大量，可初取：=×9.81×60%=73834N 分别为由所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和减速比,分别取0.96和7.54; 轮胎对路面的附着系数，取=0.85由式(3.1)，式(

44、3.2)求得的计算载荷，是最大转矩而不是正常持续转矩，不能用它作为疲劳损坏依据。对于公路车辆来说，使用条件较非公路用车辆稳定，其正常持续转矩是根据所谓平均牵引力的值来确定的，即主加速器的平均计算转矩为 =29.5() （6.5）式中：汽车满载总重1280×9.8N=12544N； 所牵引的挂车满载总重,N, 仅用于牵引车取=0； 道路滚动阻力系数，货车通常取0.0150.020，可初取 =0.015； 汽车正常使用时的平均爬坡能力系数，取=0.07； 汽车性能系数 （6.6）当 =38.22>16时，取=06.3 主减速器齿轮参数的选择 1.主从动轮齿数的选择 选择主、从动锥齿

45、轮齿数时应考虑如下因素：1）为了磨合均匀，之间应避免有公约数。2）为了得到理想齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主从动齿轮齿数和应不小于40。3）当6时，为了啮合平稳及提高疲劳强度，最好不小于6。4）主传动比较大时，尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。5）对于不同的主传动比，和应有适宜的搭配。根据以上因素，取=8，=41 2.节圆直径地选择 根据从动锥齿轮的计算转矩(见式3.2，式3.3并取两者中较小的一个为计算依据)按经验公式选出： mm （6.7）式中：直径系数，取值在1316之间，取为16； 计算转矩，取，中较小的 3.齿轮端面模数的选择 选定后，可按式算出从动齿轮模数 根据机械设计基础

46、表41 标准模数系列，取模数为3校正节圆直径 mm主动齿轮的节圆直径 mm由于节圆直径24mm太小，在制造方面以及承受弯矩和扭矩都不满足要求，所以取端面模数m为5。 4.主从动锥齿轮齿面宽度和对于从动锥齿轮齿面宽，一般推荐=0.155，即，这里取=35（mm）。 一般使锥齿轮的小齿轮齿面宽比大齿轮稍大，使其在大齿轮齿面两端都超出一些，通常小齿轮的齿面加大10%较为合适，因此取=。 5.双曲面小齿轮偏移距及偏移方向的选择选择值时应考虑到：值过大，将导致齿面纵向滑动的增大，从而引起齿面的早期磨损或擦伤；值过小，不能充分发挥双曲面齿轮的特点。对轻型载货汽车的主减速器来说，值接近于从动齿轮节圆直径的2

47、0%。在这里取，取值42。在确定偏移方向时应注意：下偏移时主动齿轮的螺旋方向总是左旋，从动齿轮为右旋；上偏移时主动齿轮的螺旋方向为右旋，从动齿轮为左旋。 6.中点螺旋角的选择预选主动齿轮螺旋角的名义值： （6.8）式中：主动齿轮的名义（中点）螺旋角的预选值； 主从动齿轮齿数； 双曲面齿轮的偏移距为45mm； 从动齿轮的节圆直径，mm。对于双曲面齿轮传动，当确定了主动齿轮的螺旋角之后，可用下式近似的确定从动齿轮的名义螺旋角： 式中：双曲面齿轮传动偏移角的近似值，则；故那么双曲面齿轮传动的平均螺旋角为： 即，这里取整为45。7.减速器齿轮的几何参数 表6.1 减速器齿轮几何参数尺寸计算序号参 数符

48、 号主动斜齿圆柱齿轮从动斜齿圆柱齿轮1传动比5.1252模数53分度圆锥角 4分度圆直径402055齿顶高ha=556齿根高hf=1.2667全齿高11118顶隙119齿顶圆直径49.820710齿根圆直径28.24203.511外锥距104.412齿宽323513齿顶角2.714齿根角3.315根锥角7.775.716顶锥角13.781.76.4 主减速器锥齿轮的强度计算 1.单位齿长圆周力主动齿轮按电动机最大转矩计算时 式中：主动齿轮分度圆直径mm，=40（mm）；发动机最大转矩；=64（Nm）；驱动桥数，=1；电动机传动效率，=0.88；所计算的齿轮齿面宽；=32（mm）；由于猛接离合器

49、而产生的动载系数，=1。 在现代汽车设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，单位齿长上的圆周力可提高许用数值（1429 Nmm-1）的20%25%，因此满足要求。 2.轮齿弯曲强度计算汽车主减速器螺旋锥齿轮与双曲面齿轮轮齿的计算弯曲应力为 式中：该齿轮的计算转矩，Nmm；对于从动齿轮，取min;对于主动齿轮，需将转矩转换到主动齿轮上； 超载系数，这里取1； 尺寸系数，反映材料性质的不均匀性，与齿轮尺寸与热处理等有关。当端面模数mm时，在此； 载荷分配系数，=1.00； 质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当轮齿接触良好、周节及径向跳动精度高时，可取=1；计算齿轮的齿面宽，mm；计算齿轮的齿数；端

50、面模数，mm；计算弯曲应力的综合系数（或几何系数），它综合考虑了齿形系数。取小齿轮，大齿轮。 图6.1 按式计算可得： （）该值小于许用弯曲应力（700），故满足要求。（）该值小于许用弯曲应力（700），故满足要求。 3.轮齿的齿面接触强度计算双曲面齿轮轮齿齿面的计算接触应力为： 式中：材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取189.8； 主动齿轮节圆直径，40； 主动齿轮最大转矩，； ； 尺寸系数，它考虑了齿轮尺寸对其淬透性的影响，取=1； 表面质量系数，决定于齿面最后加工的性质（如铣齿、研齿、磨齿等），即表面粗糙度及表面覆盖层的性质（如镀铜、磷化处理等）。一般情况下，对于制造精确的齿轮可取=1；

51、齿面宽，；取齿轮副中的较小值（一般为从动齿轮齿面宽）； 计算接触应力的综合系数取=0.195。 图 6.2计算可得：（）该值小于许用接触应力（2800），故满足要求。6.5 主减速器齿轮材料的选择及处理方式 汽车主减速器用的双曲面齿轮以及差速器用的直齿锥齿轮，目前都是用渗碳合金钢制造。在此，齿轮所采用的钢为20CrMnTi。用渗碳合金钢制造的齿轮，经过渗碳、淬火、回火后，轮齿表面硬度应达到5662HRC，而芯部硬度较低。 由于新齿轮接触和润滑不良，为了防止在运行初期产生胶合、咬死或擦伤，防止早期的磨损，圆锥齿轮与双曲面齿轮的传动副（或仅仅大齿轮）在热处理及精加工（如磨齿或配对研磨）后均予以厚度为0.0050.0100.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡。这种表面镀层不应用于补偿零件的公差尺寸，也不能代替润滑。 7 普通圆锥齿轮差速器设计 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不等。例如，转弯时内、外两侧车轮行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内侧的车轮；汽车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；即使在平直路面上行驶，由于轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同以及制造误差