【电动汽车动力传动系统的总体设计及参数的匹配计算案例5000字（论文）】

电动汽车动力传动系统的总体设计及参数的匹配计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u13038电动汽车动力传动系统的总体设计及参数的匹配计算案例 1211041.1电动汽车动力传动系统的方案设计 1245811.2江淮纯电动汽车电能传输路径分析 2299891.3电动汽车动力传动系统参数设计 3137201.1.1车辆参数 421721.1.2传动机构布置方案 4168691.1.3蓄电池的选择 5100471.1.4主驱动电机的选择 8187071.1.5变速器传动比参数选择 9322201.1.6变速器齿轮设计计算 1084141.1.7变速器传动轴设计计算 12818（1）输入轴设计计算 123038（2）输出轴设计计算 14281201.1.8轴承的校核计算 15汽车的传动系统的设计和优化是为汽车整体性能提升的关键，对于传统车市如此，对于电动汽车的设计也是如此，优化设计的动力传动系统在机械结构上和驾驶性能上都能提供更好的驾驶感受和驾驶体验，本次设计的对象是为江淮新能源电动汽车的传动系统作设计，针对该电动汽车设计传动方案和传动系统的相关参数设计，并针对设计选定参数的结果进行验证。1.1电动汽车动力传动系统的方案设计提供设计方案之前明确本次设计对江淮新能源电动汽车传动系统的设计方案优化的目的在于保证能够为电动汽车提供所需动力的前提，尽可能减少在使用过程中汽车能量的损耗，延长电池系统的供电时间，从而尽可能增加该款江淮电动汽车的续航里程增加。综合以上的考虑因素，在设计电动汽车的传动系统时，可以从优化布局结构入手，以此来减少能量损耗和动力损耗，提高机械的传输效能。本次设计根据实际的需求绘制出江淮新能源电动汽车动力传动系统的结构示意图，如图3-1所示。图3-1江淮纯电动汽车动力传动系统结构从上图中可以直观看出，江淮纯电动汽车传动系统的组成部分，1是该电动汽车传动系统的主电机；2为电机控制器，其主要作用是在控制三个电机的工作和配合；3为蓄电池，为汽车行驶储存和释放电能；4为变速器，其作用是为汽车行驶的变速增距，倒挡倒车等功能的实现；5为驱动桥。这样的结构设计，电机直接连接变速机构，大大减少了电能的损耗[15]。1.2江淮纯电动汽车电能传输路径分析通常对汽车功率的分析分成两种不同工况，在不同工况下所需要的功率不同，从电动汽车的运行状况去分类分成两类，一类是在正常工况下运作时的功率，所谓正常工况即在运行时所需要的功率通过电动机不负载正常运行的情况下进行传输，这种情况下的能量传递的方向就如下图所示：3→2→1→4→5→两个前轮。非正常工况下，就是在该工况下不仅仅主电机进行工作，两外两个轮毂电机也会随着进行工作，进行能量的回收和储存。此时，在这种工况下参与能量回收和只懂得电机变成三个，能量的传输路径也发生了变化：前轮→5→4→1→2→3，后轮→2→3，如图3-2所示图3-2正常工况下的功率路径动力传动系统在车辆行驶过程中占据中重要的地位，对于纯电动汽车来看，是否能将传动系统的结构设计优化，在很大程度上就决定车辆的性能，尤其是在能量损耗方面，良好的结构设计能够更加节能，将电动汽车的续航和能量的分配更合理[16]。图3-3能量回收的功率途径1.3电动汽车动力传动系统参数设计通过前面的叙述可以了解，传动系统的设计对汽车整体性能的重要性，但是决定整车性能的不光有传动系统的结构设计和选择很重要，传动系统的参数选择也同样尤为重要，本次设计将从以下参数的设计和选择对江淮纯电动汽车的整车性能考虑：主驱动电机、电池组的选择等。1.1.1车辆参数表3-1江淮纯电动汽车整体参数表基本参数参数值基本参数参数值整车质量主减速器传动比滚动阻力系数轴距机械效率车轮滚动半径迎风阻力迎风面积旋转质量换算系数/表3-2江淮纯电动汽车性能参数表基本性能参数参数值基本性能参数参数值最高车速续驶里程最大爬坡度加速时间/s1.1.2传动机构布置方案图中为传动机构的布置方案。上图为传动机构的布置方案，其中1是一挡主动齿轮；2是二挡主动齿轮；3是一挡从动齿轮；4是二挡从动齿轮；5是主减速器主动齿轮；6是主减速器从动齿轮。I是变速器输入轴；II是变速器输出轴；III是主减速器输出轴，T是同步器。1.1.3蓄电池的选择电动汽车与传统燃油车得区别主要就在于一个动力来源是电池组，一个是燃油燃烧的能量转化，一提起电动汽车，续航里程一直是人们最关注也是最重要的部分，让电动汽车不再有续航里程的焦虑，电动汽车的蓄电池选择就显得尤为重要，电池组的使用性能越好、容量越大，那么电动汽车的续航里程自然也就越远，但是，并不是一味的通过增加电池数量的手段来增加续航里程，因为车辆的空间有限，除了电池组的布局还有很多其他机械元件的布置，所以，电池的储电量多，体积小才是最优的选择，这样不光可以从电池的电量上满足车辆的使用，还能再空间和自身重量上优化，做到更节能，通过前面我们对几种常用的电池性能和实际情况的考虑，本次设计对江淮纯电动汽车的电池选择选用镍氢电池，能够在保证续航里程和耐久的情况下，减少对环境的污染，在充放电的速度上也是优于其他电池[17]。本次选用电池的主要性能参数如下表3-4所示：表3-4蓄电池参数额定电压峰值功率额定容量Ah尺寸额定能量体积通过查阅资料，可知该款镍氢电池在不同条件下充放电的性能曲线如下图所示3-6、3-7、3-8所示图3-6蓄电池室温放电曲线图3-7蓄电池高温放电曲线图3-8蓄电池室温充电曲线通过电池组数与各运行速度曲线的关系如下图3-9所示：图3-9行驶230km时速度一电池模块数曲线通过上图我们可以看到当车辆在行驶状态下各速度的电池模块数关系，当速度达到三十千米每小时时，对应的电池模块数取整为25块，下图3-10为每组蓄电池的对应参数：蓄电池额定容量额定能量额定电压峰值功率电池组数目电池组重量图3-10蓄电池参数1.1.4主驱动电机的选择电动汽车作为汽车能够达到的最快速度是其中性能的一个方面，在最快行驶速度下所匹配的功率就是该车的额定功率：（1.1）带入参数，通过计算可以得到：Pe=11.97KW。车辆的速度性能指标在选定的参数下通常有主电机的最大功率的大小决定的，比如在零百加速等加速性能的测试中，最大的输出功率即为驱动电机的最大功率： （1.2）代入最大爬坡角度11.31°，行驶速度20km/h，得到最大功率P1=20.67KW，零百加速测试中通过参数计算得到电机在此时运行的最大功率 （1.3）将零百加速过程的时间十秒代入得：P2=102.46KW。通过上述参数计算，可以得出江淮纯电动汽车最大的电机驱动功率为Pmax=102.46KW （1.4）当ne=3500r/min，可以计算出Te=38.12N·m。nmax=5800r/min，可以算出Tmax=168.71N·m。通过参数的计算可以确定主驱动电机的参数如下表3-5：表3-5主驱动电机的参数电机参数参数值电机参数参数值额定功率峰值转矩峰值功率额定转矩额定转矩峰值1.1.5变速器传动比参数选择在车辆行驶过程中，汽车的一档传动比是汽车在进行上坡的过程中克服地面对车辆的阻力驱使车辆在向上的力让车辆行驶的最小参数：（1.5）代入参数值，通过计算得：i11.73。另一个参数临界值就是在汽车的驱动力小于车辆在行驶过程中所受的阻力时的临界值的参数： （1.6）常见的行驶路面我们通过查阅资料可知，带入参数φ=0.6，计算出临界范围值：i1≤12.86。综合最大临界值和最小临界值可以得出一档传动比的范围：[1.73，12.86]。二挡传动比同样需要设定最大值和最小的临近取范围： （1.7）代入参数计算可知：1.03 又 （1.8）代入参数值条件：i26.73。综合上面计算的临界范围二档传动比值范围为：[1.03，6.73]。通过查阅资料可知通常汽车的最大值imax范围在[12-18][6]，考虑在使用过程中变速器的换挡的使用平顺和流畅需要满足，且，综合上述条件，本次设计中选择i1=1.68，i2=2.46。1.1.6变速器齿轮设计计算（1）一挡齿轮设计计算：变速器齿轮设计计算首先需要考虑的就是选择强度和刚度能够满足齿轮在运行过程中所受的应力作用，根据条件确定合适的材料作为变速器齿轮的制作材料，查阅资料和强度的要求变速器1、3齿轮的材料选择20CrMnTi，表面处理采用渗碳、淬火和回火的方式提高材料的强度。根据选择材料的强度界值要求，保证使用的安全性和耐久，安全系数取SH为1.5，SF为2.0，通过参数值： ， （1.9）计算得出：[σH1]和[σH3]的值相等均为1000Mpa，[σF1]与[σF3]的值相等均为426Mpa。K取1.3,=0.6通过以上参数可计算出齿轮上的力矩值：，。取z1=20，z2=z1×i1=69.4，取z2=70，则实际传动比。，，计算出YFa1=2.78，YFa3=2.13，YSa1=1.67，YSa3=1.86。计算得 又 （1.10）则mn=2.66，取整mn=3。中心距：=147.04mm，取a=150mm。，齿轮1的分度圆直径=61.91mm，齿宽=37.15mm，取b3=40mm，b1=45mm。验算齿面接触强度 （1.11）取ZE=189.8，Zβ=，齿轮的圆周速度，因此选7级精度是合适的。（2）各齿轮参数σH=868.88Mpa<[σH]，安全。变速器的齿轮选定参数见下表3-3所示：表3-3变速器各齿轮参数表档位齿轮法向模数齿宽中心距螺旋角旋向精度等级一档Z1右Z3左二档Z2右Z4左主减速器Z52左Z6右1.1.7变速器传动轴设计计算（1）输入轴设计计算传动轴的输入轴由于强度要求与一轴不相同，所以两者选择的材料也不相同，输入轴选择的材料为20CrMnTi，表面处理方法与一轴相似，采用渗碳、淬火、回火处理[20]。根据输入轴强度和功率转速的要求，可得： （1.12）算出该车辆变速器输入轴得最小直径，即直径大于等于29.19mm.=30.65mm。所以综上所述选取得为：b×h×L=10×8×36。输入轴每段周得长度和轴得直径可见零部件图。FaFaFrFtAB53204CFaFrFHAFHBFtFVAFVB46.5图3-11输入轴受力分析图T1=162351.67N·mm，则，，。通过力得平衡可知在垂直平面内方程组： ， （1.13）计算得：FVA大小为2001.54N，FVB大小为106.82N。通过力得平衡可知在水平平面内方程组： ， （1.14）计算得：FHA大小为4264.04N，FHB大小为978.80N。 （1.15）根据上述式子可知，当α为1时，可以得到得Memax=260128.44N·mm。 （1.16）求得σe=10.96Mpa<[σ-1b]=90Mpa，计算结果符合实际应用情况。（2）输出轴设计计算令输出轴与输入轴材料相同，表面处理方式也一样: （1.17）P2=P1×η轴承×η齿轮=99.42KW，n2==951.09r/min，取C=95，得：d=44.85mm，取整则dmin=45mm。输出轴一挡主动齿轮受力图如下：图3-12输出轴受力简图T2=T1×η轴承×η齿轮=596398.72N·mm，。通过力得平衡可知在垂直平面内并列方程组：得：FVD大小为1440.00N，FVE大小为1919.42N。通过力得平衡可知在水平平面内方程组：求得：FHD大小为7222.66N，FHE大小为11805.77N。 （1.18）根据上述式子可知，当α为1时，可以得到Memax=944018.18N·mm。 （1.19）求得σe=14.62Mpa<[σ-1b]=90Mpa，计算结果符合实际应用情况。1.1.8轴承的校核计算(1)输入轴的轴承校核输入轴的轴承型号选择：30307，装配方式正装。，， （1.20）取，则。计算可知：，。，所以轴承A得状态为压紧状态，轴承B得状态为放松状态。，，，，可知：，；， （1.21）计算知：PA=5442.60N，PB=984.71N。所以根据计算结果轴承的状态可知只需要对A进行校核即可。 （1.22）正常家用车使用时常按照常规时间计算，拟定常规使用时间为十年，每年使用天数在三百天左右，每天正常使用时间为三小时，则总使用时长为9000小时，可以得到ε=，则，结果符合要求。(2)输出轴的轴承校核输入轴的轴承型号选择：30310，装配方式正装，，。 （1.23），则。，。，所以轴承D得状态为压紧状态，轴承E得状态为放松状态。=10521.45N，，，，，；， （1.24）大小为13669.62N，大小为11959.79N。所以根据计算结果轴承的状态可知只需要对D进行校核即可。 （1.25）=1.2，=1，=，，则，故满足要求。1.1.9驱动桥驱动桥主要由主减速器、差速器等部件组成。（1）主减速器的选择主减速器常见的几种形式主要有以下几类：中央主减速器、单级主减速器、双速主减速器、双击贯通式主减速器，本次设计对象为江淮纯电动汽车，本文方案是将电动机和传动系集成在一起，由差速器、减速器和轴组成，这种设计所具有的优点是传动平稳、体积小、质量轻、动力输出直接。综合比较几款主减速器的优缺点，本次设计采用单级主减速器[15]。通过车辆参数根据车辆的最大转矩和传动比计算主减速器的载荷:代入参数计算可知：转矩Tce=1