毕业设计（论文）-基于UG电动汽车传动系统减速器方案优化设计（全套图纸）

摘要环保与节能是当前全世界发展的一大主题。我国也提出建设节约型社会的基本国策，实现这一目标的重要手段就有电动汽车。由于国家的支持，社会的需要，电动汽车正处于发展的上升期。但是也面临着许多难以解决的问题。电池、电机、控制系统的性能与价格问题，使得电动汽车的发展遇到难题。本文主要介绍了电动汽车的控制系统，电动机，汽车主减速器等电动汽车汽车核心部件的发展状况，未来电动汽车控制系统的发展趋势，并指出了研究的重点与难点。全套图纸，加153893706汽车主减速器和差速器是汽车传动中的最核心的部件之一。它能够将传动装置产生的发动机转矩传给驱动车轮，以实现降低速度增大扭矩。本次设计的是有关家用轿车汽车的传动系统以及主减速器总成。并使其具有通过性。本次设计通过对市面上各种不同形式样式的控制系统，电机，减速器的对比后，参考实际家用轿车为原始设计参数，对比不同类型的控制系统、电机、减速器后。确定主传动比，并对其中主要的齿轮进行齿面接触强度和齿轮弯曲强度进行校核。对轴承的选用在满足需求的基础上，力求结构简单，寿命长，经济实惠。对轴的设计过程中，着重于齿轮的安置，并对其所受最大载荷的危险截面进行了强度校核。最终设计出一种合理可靠，经济实惠的电动汽车减速器。希望能对电动汽车发展尽绵薄之力，让世界生态环境越来越好。关键词：电动汽车，控制系统，主减速器，电机，轴承，传动比Abstract Environmental protection and energy conservation is a major theme of the current development of the world. China also put forward the construction of a conservation oriented society, the basic national policy, to achieve this goal is an important means of electric vehicles. Due to the support of the state, the needs of the community, electric vehicles are in the development of the rising period. But there are many difficult problems to solve. Battery, motor, control system performance and price issues, making the development of electric vehicles encountered problems. This paper mainly introduces the control system of electric vehicle, motor vehicle main reducing gear for electric vehicles, such as core auto parts development, the future electric vehicle control system development trend, and points out the emphases and difficulties of the research. Automobile main reducer and differential is one of the most important parts in automobile transmission. The engine torque of the transmission device can be transmitted to the driving wheel to realize the reduction of the speed increasing torque. This design is about the cars drive system and the main reducer assembly. And make it through sex. This design through to market a variety of different forms of control system, motor, reducer after contrast, reference actual domestic car as the original design parameters, comparison of different types of control system, a motor, a speed reducer. Determine the main transmission ratio, and the main gear tooth contact strength and gear bending strength to check. Bearing selection on the basis of meeting the needs, and strive to simple structure, long life, economic benefits. In the design process of the shaft, the gear placement is emphasized, and the strength check of the dangerous section of the maximum load is carried out. Finally, the design of a reasonable and reliable, affordable electric vehicle reducer.We hope to contribute the development of electric vehicles, to make the world better ecological environment.Key words: electric vehicle, control system, main reducer, motor, bearing, transmission ratio目 录 引言 1 第一章绪 论 1 1.1课题研究背景 1 1.2研究的意义 1 1.3电动汽车发展状况 2 1.3.1国外电动汽车的发展概况 31.3.2我国电动汽车的研究开发 3 1.4研究内容 4 第二章整体设计方案 5 2.1驱动方式简介 5 2.2电动汽车驱动系统的比较 5 2.3驱动系统的确定 6 2.4纯电动汽车整车参数及性能指标确定 7 第三章驱动电机和电池匹配 9 3.1驱动电动机种类比较及选择 9 3.2 驱动电机型号的确定及参数 10 3.3传动比的确定 12 3.4蓄电池的参数匹配 13 第四章汽车主减速器设计 16 4.1汽车主减速器概述 16 4.1.1主减速器的作用 16 4.2主减速器分类及介绍 17 4.2.1按数目分类 174.2.2按传动比档数分 174.2.3按结构型式分 17 4.2主减速器结构的设计 174.3.1主减速器类型确定 184.3.2主减速器主动锥齿轮的支承型式及安置方法 184.3.3主减速器从动锥齿轮的支承型式及安置方法 19 第五章主减速器的基本参数选择与计算载荷的确定 20 5.1齿轮计算载荷的确定 20 5.2主减速器齿轮基本参数的选择 21 5.2.1齿数的选择 215.2.2节圆直径的选择 225.2.3齿轮端面模数的选择 235.2.4齿面宽的选择 235.2.5双曲面齿轮的偏移距E值 235.2.6齿轮螺旋方向 245.2.7螺旋角的选择 245.2.8齿轮法向压力角的选择 26 5.3螺旋锥齿轮几何尺寸计算 27 5.4主减速器螺旋锥齿轮强度计算 29 5.4.1计算圆周力 29 5.4.2轮齿弯曲强度： 315.4.3轮齿接触强度： 32 5.5齿轮的材料及热处理： 33 第六章轴承的选用 35 6.1锥齿轮齿面上的作用力 35 6.2齿宽中点处的圆周力 36 6.3齿轮的轴向力和径向力 37 6.4主减速器轴承载荷的计算 38 6.4.1齿轮轴承径向载荷的计算 38 6.4.2轴承的校核 39 6.5本章小结 42 第七章轴的设计与校核 43 7.1主动齿轮轴的机构设计 43 7.2主动锥齿轮轴的校核 43 7.3本章小结 44 第八章绘图 44 结 论 44 参考文献 44 致谢 44沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 引言沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 引言引言 环境污染日益严峻，能源危机日益逼近。汽车行业正面临着极为严峻的挑战。为了实现汽车行业的可持续发展，以电能为主的电动汽车正逐步成为各国汽车研发的重点。汽车的主减速器作为汽车驱动系统中非常重要的传力部件，是汽车的关键的部件之一，也是研发的重中之重。随着科技的发展，汽车的驱动系统结构多种多样。汽车减速器也出现许多不同种类，主要是根据其齿轮类型、主、从动齿轮的安置方法和减速型式的不同而异。本文进行了汽车驱动系统的整体系统构型设计，以及电动机的设计和电池匹配，在其基础之上主要进行了主减速器的设计。主减速器设计的好坏关系到汽车的动力性、经济性以及噪声、寿命等诸多方面。协调好各方关系以达到满足使用要求的最佳目标非常重要。希望本设计方案能为电动汽车减速器的发展尽微薄之力。54沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪 论1.1课题研究背景环保与节能是二十一世纪全世界发展的主题。自世界上第一辆汽车由德国人卡尔本茨（18441929）于1885年10月研制成功，到今天各式各样的汽车，有100多年的历史，汽车已成为人们生活中不可缺少的代步工具。截至2016年3月底，全国机动车保有量达2.83亿辆，其中汽车1.79亿辆。2015年全球汽车保有量12.36亿辆左右，新能源汽车连零头都达不到。按平均每辆汽车年消耗10-15桶石油制品计算，汽车的石油消耗量每年达到120-180亿桶，占世界石油产量的一半以上。石油资源经过长时期的现代化大规模地开采，石油资源已日渐枯竭，按科学家预测，地球上的石油资源如果按耳前的消耗水平，石油资源仅仅可以维持60-100年。石油价格的不断上涨已对世界经济的发展形成巨大的威胁，人类将面临更加严峻的石油资源的危机和挑战。据估计汽车的排量可达总排放量的15%以上，另外汽车排放的：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒（某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾）、臭气（甲醛等）等有害气体危及人的生命，对人体造成严重伤害。由于技术水平和汽车排放标准的不规范，在我国由汽车排放导致的污染更甚。因此，开发清洁、环保、智能的电动汽车，才能是汽车行业的可持续发展，也是解决能源紧张和环境污染的有效途径1。电动汽车的优势表现为：无污染、能源利用率高、结构简单、噪音小、经济实惠。汽车主减速器是汽车中的重要传力的部件。它能够将万向传动装置产来的发动机转矩传给驱动车轮，以实现降速增扭。主减速器对提高汽车行驶平稳性和其通过性有着不可或缺的作用，是汽车设计重点。1.2研究的意义1、有利于摆脱对石油资源的过度依赖，保障国家能源和经济安全；2、有利于减少污染物和温室气体排放；3、有利于实现中国汽车产业的跨越式发展；4、可以带动相关产业发展，培育新的支柱产业；5、保证汽车在给定的条件下有最佳动力性；6、保证汽车足够的离地间隙，以满足通过性要求；7、在各种载荷和工况下有较高的传动效率；1.3电动汽车发展状况 1839年苏格兰的罗伯特安德森给四轮马车装上了电池和电动机，将其成功改造为世界上第一辆靠电力驱动的车辆。，比1885年诞生的汽车要早半个世纪。第一台可以反复充电的电动汽车是法国人乔伍(M.GustaveTrouve)发明的2。电动汽车历经了三次发展浪潮。第一次浪潮：在1899年和1900年期间，电动汽车的销量要比其他类型的汽车销量都要好。实际上，根据全美人口调查局的调查显示，1900年，电动汽车生产量占到美国汽车总产量的28%份额，所出售的电动汽车总价值超过了当年汽油和蒸汽汽车总和。电动汽车制造商在进入上世纪20年代，迎来了自己的春天，电动汽车生产在1912年达到顶峰。当时，福特生产的燃油汽车价格要比电动汽车价格便宜很多。比如，1912年，一款电动敞篷车的售价高达1750美元，而一款燃油汽车售价仅有650美元。并且，当时新一代的燃油汽车获得了改进，其中包括电启动，这样使得燃油汽车操作难度大大降低。到1935年，电动汽车就变得很“罕见”了。第二次浪潮：在1970年，美国颁布了清洁空气法案，再加上1973年爆发的第一次石油危机，燃起了人们开发燃油汽车替代品的兴趣。到1976年，美国国会采取措施，通过了电动和混合动力汽车研究开发和示范法案，该法案由美国能源部授权，用于支持和开发电动汽车和混合动力汽车。第三次浪潮：2006年，特斯拉宣布计划推出续航里程达到200英里的电动汽车，这条消息轰动整个电动汽车市场。到2011年，特斯拉拥有了其第一款电动汽车 Roadster，其续航里程超过了240英里，售价超过10万美元。尽管特斯拉已经拥有Model S轿车和Model X SUV，但在很大程度上讲，它们还属于小众化产品。特斯拉计划在2017年规模化生产其面向大众市场的电动汽车Model 3，这款汽车续航里程超过200英里，售价在3.5美元左右。1.3.1国外电动汽车的发展概况 美国和日本的电动汽车研究处于世界的领先地位。在美国大汽车销售厂商制造的电动汽车有通用EVI以及S10_Electric(皮卡)、福特突击队员EV(皮卡)、戴姆勒一克莱斯勒EPIC(微型面包车)等。戴姆勒一克莱斯勒公司开发的“新电力车四代”续驶里程已经达到450km。通用公司批量生产的Impact电动汽车采用了复合材料和轻铝合金构件、低弹滞后橡胶、薄胎面轮胎等新材料、新技术，一次充电最大续驶里程可达196km3。日本汽车保有量居世界第三，石油几乎全部依靠进口。因此日本政府十分重视电动汽车的研发。早在20世纪70年代就注意了电动车辆的研究和开发，在世界上处于领先地位。到2011年3月前，日本是毫无疑问的电动汽车第一国，拥有世界上最大的纯电动消费群，三菱的iMiEV电动车就是在此时诞生的。随后，一场空前的地震与海啸影响了日本的电动汽车发展，这场灾难不仅引发了日本的经济衰退和消费信心下降，而且使日本国内对核能发电的态度发生了变化。日本政府开始寻找既不用油也不用电的汽车解决方案，受到政府的支持，丰田和本田汽车几乎放弃了电动汽车，转而研发制造氢燃料电池车。另外汽车发展的黄金地区欧洲也十分注重电动汽车发展，法国是一个缺少石油的国家，石油制品的价格很高，约是美国的4倍，法国大气的污染源主要来自汽车的排放。因此，法国是全世界最积极研制和推广电动汽车的国家之一。英国是当今世界生产电动汽车较先进和使用最广泛的国家，使用历史已有50年之久，上个世纪80年代中期英国就有12万辆电动汽车在运行，目前全国已拥有40万辆电动汽车。瑞士、意大利、瑞典、丹麦、奥地利、捷克、匈牙利等也都在开展电动汽车的研发工作1.3.2我国电动汽车的研究开发 我国政府也十分重视电动汽车关键技术的开发研究，早在“八五”期间就将电动汽车研究列入国家科技攻关计划。十五、十一五期间，国家科技部组织了全国范围的电动汽车科技攻关，构建了“三纵三横”的技术框架，取得重大进展。习近平总书记和李克强总理对推进电动汽车工作也有明确指示。在党中央和国务院的正确领导下，我国电动汽车发展迅速。2014年，产销量猛增至8万辆，跃居世界第二。2015年，中国更以产销37万辆遥遥领先于世界各国。1.4研究内容本文的主要研究内容为：1、本文在借鉴传统汽车的设计方法和经验的基础上，设计了一种符合纯电动汽车自身特点的动力系统构型方案。2通过家用轿车整车结构参数，对传动比参数、电动机参数、电池组容量参数，减速器参数等关键参数进行匹配计算。3、 根据整车和各个部位参数，进行总体设计，对驱动电机和电池进行匹配。4、 为保证汽车有最佳的动力性和经济性，合理的结构以及必要的离地间隙，对汽车主减速器的设计。5、 对轴承的选用，以及轴的设计与校核。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 整体设计方案第二章 整体设计方案2.1驱动方式简介 电动汽车与燃油汽车的主要区别在于电动汽车通过电动机代替发动机，通过电池代替油箱。电动汽车结构多种多样，虽然大多数的电动汽车的参数是从成熟的燃油汽车中借鉴而来的，但电动汽车的结构和许多性能与技术参数有它本身的特征。其中电力驱动技术被称为电动汽车的心脏。本章在理论上对驱动系统进行了设计，从而可满足整车的动力性，同时降低成本并提高续驶里程。2.2电动汽车驱动系统的比较纯电动汽车电机驱动系统有多种不同的组合形式，不同的电机驱动系统可构成不同机构形式的电动汽车。电动汽车的驱动系统形式主要有以下几种：（1）传统机械驱动形式、（2）机电集成化驱动形式、（3）机电一体化驱动形式、（4）轮毂电动机驱动形式4具体见图2-1，各种驱动系统形式的对比分析见表2-1。图2-1常见驱动系统 表2-1常见驱动形式结构类型（1）传统机械驱动模式（2）电动机驱动桥组合式驱动系统（3）电动机驱动桥整体式驱动系统（4）轮毂电动机驱动形式结构特征传统燃油汽车的传动系统，只是将发动机换成了电动机在驱动电动机端盖的输出轴处加装减速齿轮和差速器等，电动机、固定速比减速器、差速器的轴互相平行，一起组合成一个驱动整体。这种传动方案将电动机和传动系统集成在一起，装在驱动轴上电动机装在车轮轮毂中，由电机驱动车轮行驶优点工作简单，有利于轴荷的合理分配，设计周期短，成本低。可提高电动机启动转矩，增加低速时的后备功率结构紧凑，传动效率高，安装简单，布置灵活等。传动效率高，结构紧凑，体积小，质量轻，安装方便，抗冲击抗震能力强。使汽车有更好的动力性传动效率高，结构更紧凑，汽车转向灵活性，能充分利用路面附着力缺点结构复杂，传动系统零部件多，传动系统过于冗长，传动效率低，占用空间较大，质量大。对电机要求高，对电机的调速范围和轴承的可靠性要求较高，要求电机有较高的启动转矩，较大的后备功率。对电动机要求有大的启动转矩和后备功率，同时要求控制系统具有较高的控制精度，和良好的可靠性。结构复杂，成本大，受体积限制，电动机功率不高2.3驱动系统的确定本文综合以上几种驱动方式，设计了如下驱动方式。采用前置前驱的布置形式，将电动机、减速器相结合，使其结构紧凑，传动效率高，并采用电动机-驱动桥的驱动形式。本设计具有如下优势，能够在低速下获得较高的输出转矩，拥有较高的工作效率，较好的动力性和经济性，提高汽车高速行驶时的操纵稳定性。不足之处在于结构稍复杂，但在可接受程度内。具体如图2-2所示。图2-2本文驱动方式2.4纯电动汽车整车参数及性能指标确定 本文参照一般家用紧凑型纯电动轿车，对轿车传动系统进行了分析。最终确定本文研究的轿车整车参数表2-2。 表2-2轿车参数表整车尺寸（mm）4605/1765/1460电池类型迎风面积A（m2）2.3整备质量（Kg）1500传动效率T0.9离地间歇（mm）130续驶里程（Km）200前/后轮距（mm）1517/1493空气阻力系数CD0.32轴距（mm）2610电池类型锂离子电池驱动方式前置前驱滚动阻力系数f0.015轮胎规格205/55 R16车轮滚动半径r（m）0.316 同时，在汽车行驶过程中会行驶过不同路面，譬如：坡道行驶，农村土路等。因此对电动汽车最大车速，最大爬坡度，加速时间和最大行驶里程等性能有具体要求。参照诸多资料，确定了紧凑型电动轿车的动力性能指标：1. 最高车速：130KM/h；2. 最大爬坡度：30%；3. 加速时间：10；4. 蓄电池放电深度80%，能够以速度60Km/h行驶200公里沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 驱动电机和电池匹配第三章 驱动电机和电池匹配3.1驱动电动机种类比较及选择电动机的性能与电动汽车的性能密切相关，相当于燃油汽车的发动机，其重要性可见一般。所以，对驱动电机的选择和参数匹配是设计电动汽车动力系统的关键之一。驱动电机的性能必须要达到一定的要求，才能满足汽车行驶过程中频繁的加速、减速、爬坡、启动、停车等不同需求。电动机转速要满足汽车从零速度到最高速度的要求，即电动机要欧高功率比和高功率密度。为了高性能地驱动电动汽车，驱动电机在性能上须达到一定的要求。汽车行驶的特点是频繁地启动、加速、减速、停车等。在低速或爬坡时需要高转矩，在高速行驶时需要低转矩。电动机的转速范围应能满足汽车从零到最高行驶速度的要求，即要求电动机具有高的比功率和功率密度。目前市面上用于电动汽车的电动机主要有四种：直流电动机、感应电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机。其具体对比情况见表3-1. 表3-1电机类型优点缺点应用前景直流电机结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性有刷，易产生电火花，引起电磁干扰，维修困难；价格高，体积大、重量大初期产物，随技术进步，已处于淘汰地位交流感应电动机结构简单，运行可靠，经久耐用，价格低，功率较高，调速范围广，体积与质量适中控制装置复杂目前应用最广泛的电动机永磁无刷电动机直流电动机控制器较简单，效率高，体积小、质量低，所以能量密度大价格较贵，需检测转子磁极位置，永磁体可能发生退磁的问题已在特殊电动汽车运用，前景好，未来发展方向交流电动机开关磁阻电动机结构最简单，简单可靠，启动转矩大，可调范围广，效率高；控制灵活；成本低，体积小，质量轻转矩波动大,系统具有非线性特性，电磁噪声大,需要位置检测器尚未成熟，发展受限综上所述，永磁无刷直流电机具有优越的起动和调速性能、无换向器和电刷、质量轻、体积小、能量密度大，有较高的效率、转矩惯量比、寿命久、噪音低、电子干扰小等优点。同时直流电动机的驱动技术已经成熟、其成本较低。因此本设计方案采用永磁无刷直流电动机。3.2 驱动电机型号的确定及参数 驱动电机的功率包括额定功率和最大功率。电动汽车驱动电动机的最大功率应能同时满足汽车对最高车速、加速度以及爬坡度三个要求。电动机最大功率越大，则后备功率越多，加速爬坡性能越好，但同时体积质量也会相应增大，而且会使电动机不能经常工作在功率峰值，造成功率浪费，效率降低。因此电动机功率选择要合理，应根据电动汽车的最高车速、爬坡度和加速性三个方面来确定电动机的功率567。（1） 根据纯电动汽车的最高车速选择在选择电动机功率时并且必须满足纯电动汽车最高车速的要求，以保证在良好的工况下，能以较高的车速行驶。对于主要作为城市代步工具的纯电动轿车，大多数情况下是以中低速行驶的，因此，电动机的功率大体上应等于但不小于汽车最高速度行驶时消耗的功率，否则会使其经常处于部分负荷下工作，导致电动机效率大大下降，浪费蓄电池有限的电能4。 （3-1）式中M为整车质量，f为滚动阻力系数，为空气阻力系数，A为迎风面积（m2），为最高行驶车速（Km/h），将表2-2中数据带入可得 （KW） （3-2）（2）根据车辆的爬坡性能要求选择纯电动汽车以某一车速v（单位为km/h）爬上一定坡度i消耗的功率Pi（单位为kW）为： （3-3）式中i为最大爬坡度为30%，取爬坡时车速为va=30 Km/h代入数据可得 （3-4）（3）根据纯电动汽车的加速性能要求选择电动汽车在t（单位为s）时间内，在水平路面上从零车速加速到vj（单位为km/h）所需功率Pj（单位为kW）为： （3-5）式中为汽车旋转质量换算系数，在汽车理论6中根据igi0查得=1.065，为汽车加速过程中的瞬时速度取），为汽车加速度（m/s2），在汽车加速过程中汽车瞬时车速公式为8，式中vj为最大车速在此取100Km/h。X为拟合系数，一般取值0.5左右。车辆在加速末时刻，电动机输出功率最大，因此加速过程中最大功率为： （3-6）式中为设计过程中的迭代步长，通常取0.1S即可满足。根据汽车从0加速到100Km/h用时10S。将表2-2中数据带入式3-6可得 （3-7）纯电动汽车驱动电动机的最大功率应能同时满足汽车对最高车速、加速度以及爬坡度三项动力指标。并为驱动电机提供一定后备功率，所以纯电动汽车电动机的最大功率应满足电动机的额定功率Pe的计算方法，通常取我国高速公路最高限速120Km/h匀速行驶的功率为额定功率下限值89。 （3-8）式中Pe为电动机额定功率，v=120Km/h，把数据带入式3-8可得 （3-9）取整，电机的额定功率Pe，取25kW；Pmax为峰值功率，取100kW；根据电动机的额定功率要求查询电工手册10，选择符合条件的电机，电机主要参数如表3-2所示。表3-2电动机主要参数参数名称符号单位数值额定电压UeV220额定电流IeA114额定转矩TeNm79.6最大转矩TmNm200额定功率PeKW25最大功率PmKW100额定转速ner/min3000最高转速nmR/min8000效率%-93电源电压UV220质量mKg1203.3传动比的确定（1）传动比的选择首先应满足车辆最高车速的要求，由最高车速vmax与电机的最大转速nmax确定传动比的上限。 i0=0.377， （3-10）其中：nmax=8000rpm，r=O316m，umax=130kmh，则： （3-12）（2）由电机的最大输出转矩Tmax和最高车速对应的行驶阻力Fmax确定速比的下限。 （3-13）其中，R=0.316，Tmax=200Nm （3-14） 由上述计算可知，为了满足上述要求，经综合分析考虑，因电机转速较高，转矩较小，且不适宜取整，要选择合适的传动比，故本文确定减速器的主减速比为i0=3.9。3.4蓄电池的参数匹配 纯电动汽车动力电池一般为蓄电池是电动汽车的唯一动力源。目前之所以电动汽车发展受限，其主要就是电池技术难以突破。对于电动汽车的电池技术要求有：1足够高的功率密度、2足够高的能量密度、3足够大的安全可靠性、4足够的循环寿命5能够接受的成本。在目前的电池技术下想要同时达到以上几个方面的要求很苦难，我们要做的就是寻求五个方面的平衡。 目前，纯电动汽车使用较多的几种电池是铅酸蓄电池、镍氢金属电池、锂离子蓄电池。本文所采用车载电池为锂离子电池，锂电池具有能量密度高，输出功率大，循环寿命长，无污染，负载能力大，可快速充放电的优点，是目前市面上大多数电动汽车所采用的电池。本文主要对离子电池的工作电压和能量进行匹配计算。（1） 电池组的工作电压的确定 在匹配动力电池组的工作电压时，要求电池组的电压等级和驱动电机的电压等级相一致，以满足驱动电机电压变化的要求。同时在电动汽车行驶过程中需要向车内的其他设备进行供电，故而电动汽车的工作电压应大于驱动电机的额定电压。电池的电压等级U0 由下式确定： （3-15）式中，Ppeak为电动机峰值功率（Kw），且Ppeak=100Kw；I0max为电池组最大放电电流（A），且I0max300（A），以上系数带入计算为U0333.33V 目前市场上单体锂离子电池的额定电压为3.6V，以及本文选择电动机额定电压为220V，并给予一点余量，去顶电池组为92个单体锂离子电池组合，因此电池组电压等级为：U0=331.2330V。 （2）电池组容量确定电池组容量表示的是电池荷电量的多少。电池容量是指在一定放电制度下，电池放出的电量或是有效工作时间，是体现电池价值的最重要的参数，其可由下式计算： （3-16）式中，C为电池组的容量（Ah），Wess为电池组能量（KWh）；Uess为电池组平均工作电压（V）。而纯电动汽车，电池组能量的大小通常由其续驶里程决定，采用等速法对续驶里程这一性能指标进行计算，计算公式如下： Wess=Pelet=Pele（） （3-17）而 （3-18）式中，Pele为汽车以恒定速度行驶时所需的能量（Kw）；t为汽车持续时间（h）；S为汽车的持续行驶里程（Km），且取S=200Km；Vele为汽车的恒定行驶速度（Km/h）,且取Vele=60Km/h。将实车参数带入计算得： （3-19）将Pele值带入式3-17得： （3-18）再将Wess=19.20带入3-13中可得： （3-17）考虑到电池容量应有所余量，故取C=60Ah。 综上所述，电池组中单体电池的个数是92个，工作电压约为330V，电池容量约为60Ah。匹配结果本章通过对电动机选型匹配和电池的选择匹配，最终确定如下紧凑型纯电动轿车的主要参数表。 表2.5 紧凑型电动轿车动力传动系匹配结果匹配部件参数名称参数值参数名称参数值电动机电机类型永磁无刷直流电机额定扭矩（N.m）79.6额定功率（Kw）25峰值扭矩（N.m）200峰值功率（Kw）100额定电流（A）114额定转速（r/min）3000峰值电流（A）400最高转速（r/min）8000电机效率（%）93电池电压（V）330电机重量（Kg）150动力电池电池类型锂离子电池工作电压（V）330电池容量（A.h）60电池个数92沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 汽车主减速器设计第四章 汽车主减速器设计4.1汽车主减速器概述4.1.1主减速器的作用 汽车主减速器是汽车传动系统中最关键的传力部件之一。汽车正常行驶中电动机转速通常在3000r/min左右，要使这么高的转速降下来就只能依靠减速器。它承担着在汽车传动系中降低转速、增大扭矩的作用。此外主减速器还有改变动力输出方向的作用。 主汽车主减速器最主要的作用，就是减速增扭。发动机的输出功率是一定的，当通过主减速器将传动速度降下来，便可以能获得比较高的输出扭矩，从而得到较大的驱动力。此外，汽车主减速器还有改变动力输出方向、实现左右车轮差速或中后桥的差速功能。电动机的输出是一个绕纵轴转动的力矩，而车轮必须绕车辆的横轴转动，这就需要有一个装置来改变动力的传输方向。主减速器的传动比都是总传动比的一个因子。有了这个传动比，可以有效的降低对电动机的要求，这样设计的好处是可以有效减小传动系统的尺寸，使车辆的总布置更加合理。114.1.2主减速器要求驱动桥中主减速器设计应满足如下基本要求：1.所选择的主减速比要保证汽车既有最佳的动力性和经济性。2.保证有必要的离地间隙，齿轮其它传动件工作平稳，噪音小，合理的布置尺寸。3.在各种转速和载荷下具有高的传动效率。4.在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的行驶平顺性；5.结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修调整方便。6.与悬架的导向机构运动协调；4.2主减速器分类及介绍4.2.1按数目分类按照减速传动的齿轮副的数目分类，可分为单级式主减速器和双级式主减速器。(1)单级主减速器单级减速器就是一个主动椎齿轮(俗称角齿)，和一个从动伞齿轮(俗称盆角齿)，主动椎齿轮与传动轴相连，从动伞齿轮贴在其右侧，啮合点向下转动，与车轮前进方向一致。主动锥齿轮直径小，从动伞齿轮直径大，以达到减速的功能。一半多应用于小、中型车。(2) 双级主减速器 当主减速器传动比较大时，为保证汽车具有足够的离地间隙，则需采用双级主减速器。双级减速器多了一个中间过渡齿轮，主动椎齿轮左侧与中间齿轮的伞齿部分啮合，伞齿轮同轴有一个小直径的齿轮，小齿轮与从动齿轮啮合。这样主动锥齿轮与从动锥齿轮转向相反，有两级减速过程。 双级减速由于使车桥体积增大，现在主要用于中、重型汽车，以及低速高扭矩的工程机械方面。4.2.2按传动比档数分 按主减速器传动比档数分，可分为单速式与双速式两种。目前，国内汽车基本都采用了传动比固定的单速式主减速器。在双速式主减速器上，设有供选择的两个传动比，这种主减速器实际上又起到了变速器的作用。4.2.3按结构型式分 按减速齿轮副结构型式分，可分为圆柱齿轮式、圆锥齿轮和准双曲面齿轮等型式。 在发动机横向布置汽车的驱动桥上，主减速器往往采用简单的斜齿园柱齿轮;在发动机纵向布置汽车的驱动桥上，主减速器往往采用圆锥齿轮和准双曲面齿轮等型式。目前汽车的主减速器，大多采用螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。准双曲面齿轮工作平稳性更好，弯曲强度和接触强度更高。当主动齿轮轴线向下偏移时，可以降低传动轴的位置，从而有利于降低车身及整车重心高度，提高汽车的行驶稳定性。但是双曲面齿轮沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效率而且它的压力和摩擦功较大，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，抗胶合能力较低。必须选用可改善油膜强度和带有防刮伤添加剂的双曲面齿轮油来润滑。4.3主减速器结构的设计4.3.1主减速器类型确定 综合以上对比介绍，结合本设计方案主减速比i0=3.9本设计方案采用单级单式双曲面齿轮主减速器。以使得主减速器达到体积小，质量轻，结构简单，布置合理的特点。4.3.2主减速器主动锥齿轮的支承型式及安置方法 主减速器主动齿轮的支承型式及安置方法，对其支承刚度影响很大，这是齿轮能否正确啮合、良好的工作并具有较高使用寿命的重要因素之一。 目前汽车主减速器主动锥齿轮的支承型式有以下两种：1悬臂式 齿轮以其轮齿大端一侧的轴颈悬臂式地支承于一对轴承上。为了增强支承刚度，应使两轴承支承中心间的距离齿轮齿面宽中点的悬臂长度大两倍以上，同时比齿轮节圆直径的70%还大，并使齿轮轴径大于等于悬臂长。当采用一对圆锥滚子轴承支承时，为了减小悬臂长度和增大支承间的距离，应使两轴承圆锥滚子的小端朝内，而大端朝外，以缩短跨距，从而增加支承刚度。2跨置式 齿轮前、后两端的轴颈均以轴承支承，又称骑马式。跨置式支承使支承刚度大为增加，大大减小齿轮在载荷作用下的变形，约为悬臂式支承的130以下。而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至。齿轮承载能力较悬臂式可提高10%左右。 作为装载质量为2t以上的汽车，其减速器主动锥齿轮都采用跨置式支承。但是跨置式支承增加了导向轴承支座，使主减速器结构变复杂，成本提高。轿车和装载质量小于2t的货车，常采用结构简单、成本低、质量小的悬臂式结构。4.3.3主减速器从动锥齿轮的支承型式及安置方法主减速器从动锥齿轮的支承刚度依轴承的型式、支承间的距离和载荷在支承之间的分布而定。为了增加支承刚度，应使支承间的距离应尽可能减小。大多采用圆锥滚子轴承，安装时圆锥滚子的大端朝内，小端相背朝外。为防止从动齿轮的轴向偏移，圆锥滚子轴承应预紧。球面圆锥滚子轴承对轴的歪斜可自动调整，这一点在当主减速器从动齿轮轴承的尺寸较大时极为重要。向心推力轴承不需要调整，仅见于某些小型轿车的主减速器中。只有采用无轴向力的直齿或人字齿圆柱齿轮时，主减速器的从动齿轮才可以安装在向心球轴承上。本设计方案依然采用圆锥滚子轴承的支撑形式。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 主减速器的基本参数选择与计算载荷的确定第五章 主减速器的基本参数选择与计算载荷的确定5.1齿轮计算载荷的确定按照1发动机最大转矩以及传动系的最低档传动比、2驱动车轮打滑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，作为一般轿车在强度计算中验算的计算载荷。1.按发动机最大转矩以及最低档传动比来确定从动齿轮的计算转矩Tje Tje=Temaxi1i0K0T/n=200*4.717*3.9*0.9=3311NM (5-1) 式中：i1变速器最低档传动比，在此取4.717；i0主减速器传动比3.9；Temax发动机量大转矩，200NM；K0超载系数，对于一般乘用车、载货汽车、矿用汽车和越野汽车以及液力传动的各类汽车取K=1；T上述传动部分的效率，在此取T=0.9；n该车的驱动桥数目，改车前置前驱n=1；2。按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 (5-2)G2汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷,对后桥来说还应考虑到汽车加速时的负荷增大量2000*9.8N轮胎对路面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，取=0.85；对越野汽车取=1.0；对于安装专门的肪滑宽轮胎的高级轿车取=1.25；rr车轮的滚动半径0.316m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(例如轮边减速器等)=97%,=1